JP2020112817A - Optical device - Google Patents

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JP2020112817A JP2020055723A JP2020055723A JP2020112817A JP 2020112817 A JP2020112817 A JP 2020112817A JP 2020055723 A JP2020055723 A JP 2020055723A JP 2020055723 A JP2020055723 A JP 2020055723A JP 2020112817 A JP2020112817 A JP 2020112817A
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Makoto Kurihara
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Abstract

To provide an optical device capable of reducing fog on a mirror and suppressing deterioration in image quality.SOLUTION: An optical device 1 comprises a package 10, an optical element 20, and a conductive light-shielding plate 30. The package 10 includes a recess 11 and a conductive die pad 13 formed on a bottom surface 11a of the recess. The optical element 20 is housed in the recess 11 and is fixed to the die pad 13, and has a mirror 29 that performs deflection drive. The light-shielding plate 30 is disposed on the upper side of the optical element 20, and has an opening 31 larger than the outer shape of the mirror 29, at a position corresponding to the mirror 29. The package 10 includes ground terminals 14e, 14f connecting with th die pad 13 and the light-shielding plate 30. The mirror 29 is formed with an active layer 21c having conductivity, and the active layer 21c and the die pad 13 are electrically connected via a conductive member 17.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は光デバイスに関する。 The present invention relates to optical devices.

プロジェクタやヘッドマウントディスプレイ等の投射型の画像表示装置には、液晶表示素子や光偏向器等の光デバイスが用いられている。特許文献１には、光偏向器の一例としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用した光スキャナが記載されている。 Optical devices such as liquid crystal display elements and optical deflectors are used in projection type image display devices such as projectors and head mounted displays. Patent Document 1 describes an optical scanner using a MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology as an example of an optical deflector.

特開２００５−１４８４５９号公報JP, 2005-148459, A

光スキャナの偏向駆動されているミラーにレーザ光が照射されると、レーザ光はミラーによって反射され、ミラーの偏向方向に走査される。このような光スキャナによってレーザ光が水平方向及び垂直方向に走査されることで、スクリーン上に画像を表示させることができる。 When laser light is applied to the deflection-driven mirror of the optical scanner, the laser light is reflected by the mirror and scanned in the deflection direction of the mirror. An image can be displayed on the screen by scanning the laser light in the horizontal and vertical directions by such an optical scanner.

ミラーが偏向駆動している状態では、ミラーは、周囲の空気と擦れ合うことにより帯電する。ミラーが帯電すると、空気中のパーティクル、ドライエッチング等の加工時に発生した残渣、接着剤のアウトガス成分等の不純物がミラーに付着する。その結果、ミラーが曇った状態になる。曇った状態のミラーにレーザ光が照射されると、レーザ光の一部が散乱してレーザ光のスポット形状や光量が変化するため、画像品位を悪化させる要因となる。 When the mirror is driven to deflect, the mirror is charged by rubbing against the surrounding air. When the mirror is charged, particles in the air, residues generated during processing such as dry etching, and impurities such as outgas components of the adhesive adhere to the mirror. As a result, the mirror becomes cloudy. When the laser light is applied to the cloudy mirror, a part of the laser light is scattered and the spot shape and the light amount of the laser light are changed, which causes deterioration of image quality.

本発明は、ミラーの曇りを低減し、画像品位の悪化を抑制することができる光デバイスを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an optical device that can reduce fog on a mirror and suppress deterioration of image quality.

本発明は、凹部及び前記凹部の底面に形成された導電性のダイパッドを有するパッケージと、前記凹部に収容されて前記ダイパッドに固定され、偏向駆動するミラーを有する光学素子と、前記光学素子の上方に配置され、前記ミラーに対応する位置に前記ミラーの外形よりも大きな開口部を有する導電性の遮光板と、前記パッケージに固定された蓋部とを備え、前記パッケージと前記蓋部とは密閉された内部空間を形成し、前記内部空間は、窒素雰囲気または真空状態に維持されていることを特徴とする光デバイスを提供する。 The present invention provides a package having a recess and a conductive die pad formed on the bottom surface of the recess, an optical element having a mirror that is housed in the recess and fixed to the die pad, and is driven to deflect, and above the optical element. And a conductive light-shielding plate having an opening larger than the outer shape of the mirror at a position corresponding to the mirror, and a lid fixed to the package, and the package and the lid are hermetically sealed. To provide an optical device characterized in that the internal space is maintained in a nitrogen atmosphere or a vacuum state.

本発明の光デバイスによれば、ミラーの曇りを低減し、画像品位の悪化を抑制することができる。 According to the optical device of the present invention, it is possible to reduce fog on the mirror and suppress deterioration of image quality.

第１実施形態の光デバイスを示す構成図である。It is a block diagram which shows the optical device of 1st Embodiment. 図１のＡ−Ａで切断した光デバイスの断面図である。It is sectional drawing of the optical device cut|disconnected by AA of FIG. 図１のＢ−Ｂで切断した光デバイスの断面図である。It is sectional drawing of the optical device cut|disconnected by BB of FIG. 光偏向素子を示す構成図である。It is a block diagram which shows a light deflection element. 図４のＣ−Ｃで切断した光偏向素子の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the light deflection element taken along the line C-C in FIG. 4. 第２実施形態の光デバイスを示す構成図である。It is a block diagram which shows the optical device of 2nd Embodiment.

［第１実施形態］
図１〜図５を用いて、第１実施形態の光デバイスを説明する。第１実施形態では、光デバイスとして、ＭＥＭＳ技術を利用した光スキャナを例に挙げて説明する。図１〜図３は第１実施形態の光デバイスである光スキャナ１を示している。なお、説明をわかりやすくするために、図１は、図２及び図３に示す蓋部がない状態を示している。 [First Embodiment]
The optical device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, as an optical device, an optical scanner using the MEMS technology will be described as an example. 1 to 3 show an optical scanner 1 which is the optical device of the first embodiment. In order to make the description easy to understand, FIG. 1 shows a state in which the lid portion shown in FIGS. 2 and 3 is not provided.

図１〜図３に示すように、光スキャナ１は、パッケージ１０と、光学素子の一形態である光偏向素子２０と、導電性を有する遮光板３０と、ＬＩＤと呼ばれる蓋部４０とを備える。 As shown in FIGS. 1 to 3, the optical scanner 1 includes a package 10, an optical deflection element 20 which is a form of an optical element, a light shielding plate 30 having conductivity, and a lid portion 40 called LID. ..

パッケージ１０は、凹部１１を有する筐体１２と、凹部１１の底面１１ａに形成された導電性を有するダイパッド１３と、凹部１１の段部１１ｂに形成された導電性を有するボンディングパッド１４ａ〜１４ｆと、筐体１２の上面１２ａに形成されたシールリング１５とを備える。 The package 10 includes a housing 12 having a recess 11, a conductive die pad 13 formed on the bottom surface 11a of the recess 11, and conductive bonding pads 14a to 14f formed on the step 11b of the recess 11. , And a seal ring 15 formed on the upper surface 12a of the housing 12.

筐体１２は、複数のシート状のセラミック材料が積層された積層構造を有する。底面１１ａ、段部１１ｂ、及び上面１２ａは互いに異なるセラミック層により形成されている。段部１１ｂは底面１１ａよりも高い位置に形成され、上面１２ａは段部１１ｂよりも高い位置に形成されている。ダイパッド１３、ボンディングパッド１４ａ〜１４ｆ、及びシールリング１５は、金属材料により形成されている。光偏向素子２０は筐体１２の凹部１１に収容され、ダイパッド１３に固定されている。 The housing 12 has a laminated structure in which a plurality of sheet-shaped ceramic materials are laminated. The bottom surface 11a, the step portion 11b, and the top surface 12a are formed of different ceramic layers. The step portion 11b is formed at a position higher than the bottom surface 11a, and the upper surface 12a is formed at a position higher than the step portion 11b. The die pad 13, the bonding pads 14a to 14f, and the seal ring 15 are made of a metal material. The light deflection element 20 is housed in the recess 11 of the housing 12 and fixed to the die pad 13.

図４及び図５を用いて光偏向素子２０を説明する。 The light deflection element 20 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

図４に示すように、光偏向素子２０は、支持体２２と、アーム２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂと、トーションバー２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂと、圧電素子２７，２８と、ミラー２９とを有する。 As shown in FIG. 4, the light deflection element 20 includes a support 22, arms 23a, 23b, 24a, 24b, torsion bars 25a, 25b, 26a, 26b, piezoelectric elements 27, 28, and a mirror 29. Have.

支持体２２は枠状の平面形状を有する。支持体２２の枠内の空隙部には、アーム２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂと、トーションバー２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂと、ミラー２９とが配置されている。 The support 22 has a frame-like planar shape. Arms 23a, 23b, 24a, 24b, torsion bars 25a, 25b, 26a, 26b, and a mirror 29 are arranged in a space in the frame of the support 22.

アーム２３ａは、一端側が支持体２２に固定され、他端側がトーションバー２５ａの一端側に接続されている。アーム２３ｂは、一端側が支持体２２に固定され、他端側がトーションバー２５ｂの一端側に接続されている。アーム２４ａは、一端側が支持体２２に固定され、他端側がトーションバー２６ａの一端側に接続されている。アーム２４ｂは、一端側が支持体２２に固定され、他端側がトーションバー２６ｂ一端側に接続されている。 The arm 23a has one end fixed to the support 22 and the other end connected to one end of the torsion bar 25a. The arm 23b has one end fixed to the support 22 and the other end connected to one end of the torsion bar 25b. The arm 24a has one end fixed to the support 22 and the other end connected to one end of the torsion bar 26a. The arm 24b has one end fixed to the support 22 and the other end connected to one end of the torsion bar 26b.

アーム２３ａとアーム２３ｂとは、一対のアームを構成し、ミラー２９の重心ＣＧを通り、回動中心軸ＣＡと直交する中心線ＣＬを線対称として対向配置されている。アーム２４ａとアーム２４ｂは、一対のアームを構成し、中心線ＣＬを線対称として対向配置されている。アーム２３ａとアーム２４ａとは、回動中心軸ＣＡを線対称として対向配置されている。アーム２３ｂとアーム２４ｂとは、回動中心軸ＣＡを線対称として対向配置されている。 The arm 23a and the arm 23b form a pair of arms, and are arranged so as to be symmetrical with respect to a center line CL that passes through the center of gravity CG of the mirror 29 and is orthogonal to the rotation center axis CA. The arm 24a and the arm 24b form a pair of arms, and are arranged so as to face each other with the center line CL as line symmetry. The arm 23a and the arm 24a are arranged to face each other with the rotation center axis CA as line symmetry. The arm 23b and the arm 24b are arranged opposite to each other with the center axis CA of rotation as line symmetry.

トーションバー２５ａは、一端側がアーム２３ａに接続され、他端側がミラー２９に接続されている。トーションバー２５ｂは、一端側がアーム２３ｂに接続され、他端側がミラー２９に接続されている。トーションバー２６ａは、一端側がアーム２４ａに接続され、他端側がミラー２９に接続されている。トーションバー２６ｂは、一端側がアーム２４ｂに接続され、他端側がミラー２９に接続されている。 The torsion bar 25a has one end connected to the arm 23a and the other end connected to the mirror 29. The torsion bar 25b has one end connected to the arm 23b and the other end connected to the mirror 29. The torsion bar 26a has one end connected to the arm 24a and the other end connected to the mirror 29. The torsion bar 26b has one end connected to the arm 24b and the other end connected to the mirror 29.

圧電素子２７は、アーム２３ａ上の領域及びアーム２３ｂ上の領域を含んで形成されている。圧電素子２８は、アーム２４ａ上の領域及びアーム２４ｂ上の領域を含んで形成されている。 The piezoelectric element 27 is formed to include a region on the arm 23a and a region on the arm 23b. The piezoelectric element 28 is formed to include a region on the arm 24a and a region on the arm 24b.

圧電素子２７及び圧電素子２８は、下電極と圧電体と上電極とが積層された積層構造を有する。支持体２２上には、圧電素子２７の上電極から延伸する引き出し電極２７ａ、及び、圧電素子２７の下電極から延伸する引き出し電極２７ｂが形成されている。また、支持体２２上には、圧電素子２８の下電極から延伸する引き出し電極２８ａ、及び、圧電素子２８の上電極から延伸する引き出し電極２８ｂが形成されている。 The piezoelectric element 27 and the piezoelectric element 28 have a laminated structure in which a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode are laminated. Formed on the support 22 are an extraction electrode 27 a extending from the upper electrode of the piezoelectric element 27 and an extraction electrode 27 b extending from the lower electrode of the piezoelectric element 27. Further, an extraction electrode 28 a extending from the lower electrode of the piezoelectric element 28 and an extraction electrode 28 b extending from the upper electrode of the piezoelectric element 28 are formed on the support 22.

図５に示すように、光偏向素子２０は、支持体層２１ａ上に、ＢＯＸ層２１ｂと、活性層２１ｃと、絶縁層２１ｄと、下電極層２１ｅと、圧電層２１ｆと、上電極層２１ｇとが積層された積層構造を有する。光偏向素子２０は、例えばＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハをＭＥＭＳ技術を用いて微細加工することで作製することができる。 As shown in FIG. 5, the optical deflection element 20 includes a support layer 21a, a BOX layer 21b, an active layer 21c, an insulating layer 21d, a lower electrode layer 21e, a piezoelectric layer 21f, and an upper electrode layer 21g. It has a laminated structure in which and are laminated. The light deflection element 20 can be manufactured by, for example, finely processing an SOI (Silicon On Insulator) wafer using the MEMS technique.

支持体層２１ａはシリコン層で形成されている。活性層２１ｃは、不純物がドーピングされたシリコン層で形成されているため、導電性を有する。ＢＯＸ層２１ｂ及び絶縁層２１ｄはシリコン酸化層で形成されている。下電極層２１ｅはＴｉ膜上にＰｔ膜が積層された積層構造を有する。圧電層２１ｆはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）層である。上電極層２１ｇは、Ｔｉ膜上にＡｕ膜が積層された積層構造を有する。 The support layer 21a is formed of a silicon layer. The active layer 21c is formed of a silicon layer doped with impurities and thus has conductivity. The BOX layer 21b and the insulating layer 21d are formed of a silicon oxide layer. The lower electrode layer 21e has a laminated structure in which a Pt film is laminated on a Ti film. The piezoelectric layer 21f is a lead zirconate titanate (PZT) layer. The upper electrode layer 21g has a laminated structure in which an Au film is laminated on a Ti film.

支持体２２は、支持体層２１ａとＢＯＸ層２１ｂと活性層２１ｃとの積層構造を有する。アーム２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ、トーションバー２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ、及びミラー２９は、活性層２１ｃで形成されている。 The support 22 has a laminated structure of a support layer 21a, a BOX layer 21b, and an active layer 21c. The arms 23a, 23b, 24a, 24b, the torsion bars 25a, 25b, 26a, 26b, and the mirror 29 are formed by the active layer 21c.

圧電素子２７，２８の上電極及び引き出し電極２７ａ，２８ｂは、上電極層２１ｇで形成され、圧電素子２７，２８の下電極及び引き出し電極２７ｂ，２８ａは、下電極層２１ｅで形成されている。圧電素子２７，２８の圧電体は圧電層２１ｆで形成されている。なお、図２及び図３では、圧電素子２７，２８の図５に示す層構成を省略して示している。 The upper electrodes and lead electrodes 27a and 28b of the piezoelectric elements 27 and 28 are formed of the upper electrode layer 21g, and the lower electrodes and lead electrodes 27b and 28a of the piezoelectric elements 27 and 28 are formed of the lower electrode layer 21e. The piezoelectric bodies of the piezoelectric elements 27 and 28 are formed of the piezoelectric layer 21f. 2 and 3, the layer structure of the piezoelectric elements 27 and 28 shown in FIG. 5 is omitted.

図１に示すように、引き出し電極２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂは、パッケージ１０のボンディングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄとボンディングワイヤ１６により電気的に接続されている。ダイパッド１３は、グランド（ＧＮＤ）端子であるボンディングパッド１４ｅとボンディングワイヤ１６により電気的に接続されている。なお、ダイパッド１３をＧＮＤ端子としてもよい。 As shown in FIG. 1, the lead electrodes 27a, 27b, 28a, 28b are electrically connected to the bonding pads 14a, 14b, 14c, 14d of the package 10 by the bonding wires 16. The die pad 13 is electrically connected to a bonding pad 14e, which is a ground (GND) terminal, by a bonding wire 16. The die pad 13 may be used as the GND terminal.

図２に示すように、光偏向素子２０の側面には、ダイパッド１３と活性層２１ｃとを電気的に接続する導電性部材１７が形成されている。導電性部材１７として銀ペーストを用いてもよい。 As shown in FIG. 2, a conductive member 17 that electrically connects the die pad 13 and the active layer 21c is formed on the side surface of the light deflection element 20. A silver paste may be used as the conductive member 17.

図２及び図３に示すように、遮光板３０は、筐体１２の凹部１１に収容され、光偏向素子２０の上方（蓋部４０側）に配置されている。即ち、光偏向素子２０はダイパッド１３と遮光板３０との間隙に配置されている。遮光板３０は凹部１１の段部１１ｂに固定されている。遮光板３０は導電性のプレート（例えばステンレス鋼板）を黒色処理したものである。図１に示すように、遮光板３０は、ＧＮＤ端子であるボンディングパッド１４ｆと電気的に接続されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the light shielding plate 30 is housed in the recess 11 of the housing 12 and is arranged above the light deflection element 20 (on the side of the lid 40 ). That is, the light deflection element 20 is arranged in the gap between the die pad 13 and the light shielding plate 30. The light shielding plate 30 is fixed to the step portion 11b of the recess 11. The light shielding plate 30 is a conductive plate (for example, a stainless steel plate) that has been subjected to black treatment. As shown in FIG. 1, the light shielding plate 30 is electrically connected to the bonding pad 14f which is a GND terminal.

遮光板３０のボンディングパッド１４ｆと接続される領域は黒色処理されていない。そのため、遮光板３０とボンディングパッド１４ｆとを例えば銀ペーストを介して電気的に接続することができる。遮光板３０は、ミラー２９に対応する位置に、ミラー２９の外形よりも大きな開口部３１を有する。 The area of the light shield plate 30 connected to the bonding pad 14f is not blackened. Therefore, the light shield plate 30 and the bonding pad 14f can be electrically connected to each other via, for example, a silver paste. The light shielding plate 30 has an opening 31 larger than the outer shape of the mirror 29 at a position corresponding to the mirror 29.

図２及び図３に示すように、ダイパッド１３上のミラー２９及びその周囲に対応する領域に反射防止部材１８が固定されている。反射防止部材１８は金属箔（例えばアルミニウム箔）を黒色処理したものである。反射防止部材１８は、遮光板３０の開口部３１よりも大きな外形を有することが望ましい。 As shown in FIGS. 2 and 3, the antireflection member 18 is fixed to the area corresponding to the mirror 29 on the die pad 13 and its periphery. The antireflection member 18 is a metal foil (for example, an aluminum foil) subjected to black treatment. The antireflection member 18 preferably has a larger outer shape than the opening 31 of the light shield plate 30.

蓋部４０は、パッケージ１０（具体的にはパッケージ１０のシールリング１５）に固定されている。蓋部４０とシールリング１５とをシーム溶接することにより、蓋部４０とパッケージ１０とを封止することができる。窒素雰囲気または真空中で蓋部４０とパッケージ１０とを封止することが好ましい。これにより、パッケージ１０と蓋部４０とは密閉された内部空間を形成し、内部空間は窒素雰囲気または真空状態に維持される。 The lid 40 is fixed to the package 10 (specifically, the seal ring 15 of the package 10). The lid 40 and the package 10 can be sealed by seam welding the lid 40 and the seal ring 15. It is preferable to seal the lid 40 and the package 10 in a nitrogen atmosphere or vacuum. As a result, the package 10 and the lid 40 form a sealed internal space, and the internal space is maintained in a nitrogen atmosphere or a vacuum state.

蓋部４０は、フランジ部４１とカバーガラス４２とを有する。フランジ部４１は、例えばコバールプレートをプレス成型することにより形成することができる。カバーガラス４２の片面または両面に反射防止膜を形成することが好ましい。これにより、カバーガラス４２に入射するレーザ光の反射を低減することができる。 The lid portion 40 has a flange portion 41 and a cover glass 42. The flange portion 41 can be formed, for example, by press molding a Kovar plate. It is preferable to form an antireflection film on one surface or both surfaces of the cover glass 42. Thereby, the reflection of the laser light incident on the cover glass 42 can be reduced.

光スキャナ１の駆動方法を説明する。外部から、パッケージ１０のボンディングパッド１４ａ，１４ｂ、ボンディングワイヤ１６、及び、引き出し電極２７ａ，２７ｂを介して、圧電素子２７の上電極及び下電極に、所定の周波数または調整された周波数の交流電圧を印加する。上電極と下電極との間に形成されている圧電体は、交流電圧値に応じた圧電効果によって変形を繰り返す。 A method of driving the optical scanner 1 will be described. An AC voltage having a predetermined frequency or a regulated frequency is externally applied to the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric element 27 through the bonding pads 14a and 14b of the package 10, the bonding wires 16, and the lead electrodes 27a and 27b. Apply. The piezoelectric body formed between the upper electrode and the lower electrode is repeatedly deformed by the piezoelectric effect according to the AC voltage value.

アーム２３ａ，２３ｂは、圧電素子２７の圧電体の変形の影響を受け、支持体２２に固定された一端側を支点として、それぞれの他端側が図４における紙面手前奥方向に振動する。 The arms 23a and 23b are affected by the deformation of the piezoelectric body of the piezoelectric element 27, and one end side fixed to the support 22 serves as a fulcrum, and the other end side vibrates in the front and rear direction of the paper surface in FIG.

アーム２３ａ，２３ｂの振動は、トーションバー２５ａ，２５ｂを介してミラー２９に伝達される。これにより、ミラー２９は回動中心軸ＣＡまわりに往復回転駆動する。 The vibrations of the arms 23a and 23b are transmitted to the mirror 29 via the torsion bars 25a and 25b. As a result, the mirror 29 is driven to reciprocally rotate about the rotation center axis CA.

圧電素子２７に印加される交流電圧の周波数は、ミラー２９、トーションバー２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ、及び、アーム２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂからなる振動系の共振周波数であり、ミラー２９が共振駆動するように設定または調整される。 The frequency of the AC voltage applied to the piezoelectric element 27 is the resonance frequency of the vibration system including the mirror 29, the torsion bars 25a, 25b, 26a, 26b, and the arms 23a, 23b, 24a, 24b, and the mirror 29 resonates. Set or adjusted to drive.

交流電圧値に応じてミラー２９の偏向角を設定または調整することができる。すなわち、交流電圧値を大きくすることでミラー２９の偏向角を大きくすることができ、交流電圧値を小さくすることでミラー２９の偏向角を小さくすることができる。 The deflection angle of the mirror 29 can be set or adjusted according to the AC voltage value. That is, the deflection angle of the mirror 29 can be increased by increasing the AC voltage value, and the deflection angle of the mirror 29 can be decreased by decreasing the AC voltage value.

ミラー２９の往復回転駆動がトーションバー２６ａ，２６ｂを介してアーム２４ａ，２４ｂに伝達される。これにより、アーム２４ａ，２４ｂはアーム２３ａ，２３ｂとは逆位相に振動する。 The reciprocating rotational drive of the mirror 29 is transmitted to the arms 24a and 24b via the torsion bars 26a and 26b. As a result, the arms 24a and 24b vibrate in the opposite phase to the arms 23a and 23b.

アーム２４ａ，２４ｂの振動により、圧電素子２８では、圧電素子２７に印加された交流電圧とはほぼ逆位相の関係にある交流電圧が生成される。圧電素子２８で生成された交流電圧に基づいて、圧電素子２７に印加される交流電圧を調整することができる。 Due to the vibrations of the arms 24a and 24b, the piezoelectric element 28 generates an AC voltage having a phase almost opposite to that of the AC voltage applied to the piezoelectric element 27. The AC voltage applied to the piezoelectric element 27 can be adjusted based on the AC voltage generated by the piezoelectric element 28.

圧電素子２７，２８の一方はミラー２９を偏向駆動させるための駆動手段として機能し、他方はミラー２９の偏向駆動の状態を検出する検出手段として機能する。 One of the piezoelectric elements 27 and 28 functions as a drive unit for driving the mirror 29 to be deflected, and the other functions as a detection unit that detects the state of the deflection driving of the mirror 29.

また、圧電素子２７，２８の両方に互いに逆位相の交流電圧を印加することで、一方の圧電素子２７に交流電圧を印加する場合よりもミラー２９の偏向角を大きくすることも可能である。 Further, by applying alternating voltages having opposite phases to both the piezoelectric elements 27 and 28, it is possible to make the deflection angle of the mirror 29 larger than when applying the alternating voltage to one of the piezoelectric elements 27.

なお、第１実施形態では、ミラーを偏向駆動させるための駆動手段として圧電素子を形成したが、これに限定されるものではない。ミラーを偏向駆動させるための他の駆動手段として、静電力を利用してミラーを偏向駆動させる静電アクチュエータ等を用いることもできる。 In addition, in the first embodiment, the piezoelectric element is formed as the driving unit for driving the deflection of the mirror, but the present invention is not limited to this. As another driving means for deflecting and driving the mirror, an electrostatic actuator or the like for deflecting and driving the mirror by using electrostatic force can be used.

また、第１実施形態では、ミラーの偏向駆動の状態を検出する検出手段として圧電素子を形成したが、これに限定されるものではない。ミラーの偏向駆動の状態を検出する他の検出手段として、ピエゾ抵抗素子をトーションバーに形成する手段やミラーにレーザ光を照射してその反射角度を検出する手段等を用いることもできる。 Further, in the first embodiment, the piezoelectric element is formed as the detection means for detecting the deflection driving state of the mirror, but the invention is not limited to this. As other detection means for detecting the deflection driving state of the mirror, a means for forming a piezoresistive element on the torsion bar, a means for irradiating the mirror with laser light to detect the reflection angle, or the like can be used.

ミラー２９が偏向駆動している状態で、外部からミラー２９に向けてレーザ光を照射する。レーザ光は、カバーガラス４２と遮光板３０の開口部３１とを通過してミラー２９に照射される。レーザ光はミラー２９によって反射され、ミラー２９の偏向方向に走査される。従って、往復回転駆動するミラー２９にレーザ光を照射することにより、レーザ光をミラー２９の偏向角に応じて走査させることができる。 Laser light is emitted from the outside toward the mirror 29 while the mirror 29 is being driven to deflect. The laser light passes through the cover glass 42 and the opening 31 of the light shielding plate 30 and is applied to the mirror 29. The laser light is reflected by the mirror 29 and scanned in the deflection direction of the mirror 29. Therefore, by irradiating the mirror 29 that is driven to reciprocally rotate with the laser light, the laser light can be scanned according to the deflection angle of the mirror 29.

光偏向素子２０はＧＮＤ端子に接続されたダイパッド１３と遮光板３０との間隙に配置されている。これにより、ミラー２９は、遮光板３０とダイパッド１３とによってシールドされた状態にある。そのため、蓋部４０とパッケージ１０とによって密閉された内部空間内に、パーティクル、ドライエッチング等の加工時に発生した残渣、接着剤のアウトガス成分等の不純物が存在していたとしても、これらの不純物のミラー２９への付着を、遮光板３０とダイパッド１３とによって低減することができる。 The light deflection element 20 is arranged in a gap between the light shield plate 30 and the die pad 13 connected to the GND terminal. As a result, the mirror 29 is shielded by the light blocking plate 30 and the die pad 13. Therefore, even if particles, residues generated during processing such as dry etching, and impurities such as outgas components of the adhesive are present in the internal space that is closed by the lid 40 and the package 10, these impurities are not included. Adhesion to the mirror 29 can be reduced by the light blocking plate 30 and the die pad 13.

内部空間が窒素雰囲気である場合、ミラー２９を偏向駆動させると、ミラー２９は、周囲の窒素と擦れ合うことにより帯電する。ミラー２９に帯電した電荷は、導電性部材１７を介してダイパッド１３に移動する。ダイパッド１３はボンディングワイヤ１６を介してＧＮＤ端子であるボンディングパッド１４ｅに接続されている。これにより、ミラー２９に帯電した電荷をＧＮＤに逃がすことができる。 When the internal space is in a nitrogen atmosphere, when the mirror 29 is driven to deflect, the mirror 29 is charged by rubbing against the surrounding nitrogen. The charges charged on the mirror 29 move to the die pad 13 via the conductive member 17. The die pad 13 is connected via a bonding wire 16 to a bonding pad 14e which is a GND terminal. As a result, the charges charged on the mirror 29 can be released to the GND.

従って、内部空間内に、パーティクル、ドライエッチング等の加工時に発生した残渣、接着剤のアウトガス成分等の不純物が存在していたとしても、ミラー２９の帯電を防止することができる。よって、偏向駆動しているミラー２９への不純物の付着を低減することができる。 Therefore, even if particles, residues generated during processing such as dry etching, and impurities such as outgas components of the adhesive exist in the internal space, the mirror 29 can be prevented from being charged. Therefore, it is possible to reduce the adhesion of impurities to the mirror 29 that is driven to deflect.

第１実施形態の光デバイス（光スキャナ１）によれば、ミラー２９に帯電する電荷を導電性部材１７を介してＧＮＤに逃がすことができ、内部空間内の不純物のミラー２９への付着を、遮光板３０とダイパッド１３とによって低減することができる。従って、不純物の付着によって発生するミラー２９の曇りを防止することができるので、画像品位の悪化を低減することが可能になる。 According to the optical device (optical scanner 1) of the first embodiment, the charges charged on the mirror 29 can be released to the GND through the conductive member 17, and the adhesion of impurities in the internal space to the mirror 29 can be prevented. It can be reduced by the light shielding plate 30 and the die pad 13. Therefore, it is possible to prevent the mirror 29 from being fogged due to the adhesion of impurities, so that it is possible to reduce the deterioration of image quality.

遮光板３０と光偏向素子２０と反射防止部材１８との位置関係を説明する。遮光板３０と光偏向素子２０との距離を短くすると、ミラー２９に対する遮光板３０のシールド性を向上させることができる。また、遮光板３０と光偏向素子２０との距離を短くすると、ミラー２９によって反射されたレーザ光の走査範囲の外縁が遮光板３０によって阻害される、いわゆる“蹴られ”を防止することができる。 The positional relationship among the light blocking plate 30, the light deflecting element 20, and the antireflection member 18 will be described. When the distance between the light shield plate 30 and the light deflection element 20 is shortened, the shield property of the light shield plate 30 with respect to the mirror 29 can be improved. Further, if the distance between the light shield plate 30 and the light deflection element 20 is shortened, it is possible to prevent so-called "kicking" in which the outer edge of the scanning range of the laser light reflected by the mirror 29 is obstructed by the light shield plate 30. ..

一方、遮光板３０と光偏向素子２０との距離を短くすると、振動しているアーム２３ａ，２３ｂが遮光板３０に接触してしまう場合がある。そのため、振動しているアーム２３ａ，２３ｂが遮光板３０に接触しない範囲で、遮光板３０と光偏向素子２０との距離を短くすることが望ましい。遮光板３０と光偏向素子２０との距離は例えば２００μｍである。 On the other hand, when the distance between the light shield plate 30 and the light deflection element 20 is shortened, the vibrating arms 23a and 23b may come into contact with the light shield plate 30. Therefore, it is desirable to shorten the distance between the light shield plate 30 and the light deflection element 20 within a range in which the vibrating arms 23a and 23b do not contact the light shield plate 30. The distance between the light shield plate 30 and the light deflection element 20 is, for example, 200 μm.

レーザ光の一部がミラー２９に照射させずにミラー２９の外側を通ってダイパッド１３に照射される場合がある。ダイパッド１３で反射されたレーザ光は迷光となり、画像品位を悪化させる要因となる。そこで、ダイパッド１３上に反射防止部材１８を配置することにより、ダイパッド１３でのレーザ光の反射を反射防止部材１８により防止することができる。ミラー２９の反射防止部材１８と対向する面に反射防止膜を形成するようにしてもよい。 A part of the laser light may pass through the outside of the mirror 29 and reach the die pad 13 without irradiating the mirror 29. The laser light reflected by the die pad 13 becomes stray light, which causes deterioration of image quality. Therefore, by disposing the antireflection member 18 on the die pad 13, it is possible to prevent the reflection of the laser light on the die pad 13 by the antireflection member 18. An antireflection film may be formed on the surface of the mirror 29 facing the antireflection member 18.

カバーガラス４２を、偏向駆動してない状態のミラー２９に対して傾斜した状態に配置することが好ましい。カバーガラス４２を傾斜させることにより、ミラー２９により反射されたレーザ光がカバーガラス４２におけるミラー２９側の面で反射して、ミラー２９に戻ることによる迷光の発生を低減することができる。 It is preferable to dispose the cover glass 42 in a state in which it is inclined with respect to the mirror 29 in a state where it is not driven to deflect. By tilting the cover glass 42, it is possible to reduce generation of stray light due to the laser light reflected by the mirror 29 being reflected by the surface of the cover glass 42 on the mirror 29 side and returning to the mirror 29.

［第２実施形態］
図６を用いて、第２実施形態の光デバイスを説明する。第２実施形態では、光デバイスとして、ＭＥＭＳ技術を利用した光スキャナを例に挙げて説明する。図６は図２に対応する。 [Second Embodiment]
The optical device of the second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, an optical scanner using the MEMS technology will be described as an example of the optical device. FIG. 6 corresponds to FIG.

第２実施形態の光デバイスは、第１実施形態の光デバイスと比較して、反射防止部材１８に替えて、筐体１２にざぐり部を形成する点で相違し、それ以外の構成は第１実施形態と同じである。なお、説明をわかりやすくするために、第１実施形態と同じ構成部には同じ符号を付す。 The optical device of the second embodiment is different from the optical device of the first embodiment in that a counterbore member 18 is replaced by a counterbore portion, and the other configurations are the same as those of the optical device of the first embodiment. This is the same as the embodiment. In addition, in order to make the description easy to understand, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

図６に示すように、光デバイスの一形態である光スキャナ１０１は、パッケージ１１０と、光偏向素子２０と、遮光板３０と、蓋部４０とを備える。 As shown in FIG. 6, an optical scanner 101, which is one form of an optical device, includes a package 110, a light deflection element 20, a light blocking plate 30, and a lid 40.

パッケージ１１０は、凹部１１１を有する筐体１１２と、凹部１１１の底面１１１ａに形成されたダイパッド１１３及びざぐり部１１４と、凹部１１１の段部１１１ｂに形成されたボンディングパッド１４ａ〜１４ｆと、筐体１１２の上面１１２ａに形成されたシールリング１５とを備える。 The package 110 includes a housing 112 having a recess 111, a die pad 113 and a counterbore 114 formed on a bottom surface 111a of the recess 111, bonding pads 14a to 14f formed on a step 111b of the recess 111, and a housing 112. And a seal ring 15 formed on the upper surface 112a of the.

筐体１１２は、複数のシート状のセラミック材料が積層された積層構造を有する。底面１１１ａ、ざぐり部１１４、段部１１１ｂ、及び上面１１２ａは互いに異なるセラミック層により形成されている。ざぐり部１１４は底面１１ａよりも低い位置に形成され、段部１１ｂは底面１１ａよりも高い位置に形成され、上面１２ａは段部１１ｂよりも高い位置に形成されている。ダイパッド１１３、ボンディングパッド１４ａ〜１４ｆ、及びシールリング１５は、金属材料により形成されている。 The housing 112 has a laminated structure in which a plurality of sheet-shaped ceramic materials are laminated. The bottom surface 111a, the counterbore portion 114, the step portion 111b, and the top surface 112a are formed of different ceramic layers. The counterbore portion 114 is formed at a position lower than the bottom surface 11a, the step portion 11b is formed at a position higher than the bottom surface 11a, and the upper surface 12a is formed at a position higher than the step portion 11b. The die pad 113, the bonding pads 14a to 14f, and the seal ring 15 are made of a metal material.

ざぐり部１１４は、底面１１１ａのミラー２９及びその周囲に対応する領域に形成されている。ダイパッド１１３は、ざぐり部１１４が形成されている領域に開口部１１３ａを有する。ざぐり部１１４及び開口部１１３ａは、遮光板３０の開口部３１よりも大きな外形を有することが望ましい。 The counterbore 114 is formed in a region corresponding to the mirror 29 on the bottom surface 111a and its periphery. The die pad 113 has an opening 113a in a region where the counterbore 114 is formed. It is desirable that the counterbore 114 and the opening 113a have a larger outer shape than the opening 31 of the light shielding plate 30.

ダイパッド１１３は、ＧＮＤ端子であるボンディングパッド１４ｅとボンディングワイヤ１６により電気的に接続されている。なお、ダイパッド１１３をＧＮＤ端子としてもよい。 The die pad 113 is electrically connected to the bonding pad 14e, which is a GND terminal, by the bonding wire 16. The die pad 113 may be used as the GND terminal.

光偏向素子２０の側面には、ダイパッド１１３と活性層２１ｃとを電気的に接続する導電性部材１７が形成されている。 A conductive member 17 that electrically connects the die pad 113 and the active layer 21c is formed on the side surface of the light deflection element 20.

ミラー２９を偏向駆動させている状態で、外部からミラー２９に向けてレーザ光を照射する。レーザ光は、カバーガラス４２と遮光板３０の開口部３１とを通過してミラー２９に照射される。レーザ光はミラー２９によって反射され、ミラー２９の偏向方向に走査される。従って、往復回転駆動するミラー２９にレーザ光を照射することにより、レーザ光をミラー２９の偏向角に応じて走査させることができる。 Laser light is emitted from the outside toward the mirror 29 while the mirror 29 is being driven to deflect. The laser light passes through the cover glass 42 and the opening 31 of the light shielding plate 30 and is applied to the mirror 29. The laser light is reflected by the mirror 29 and scanned in the deflection direction of the mirror 29. Therefore, by irradiating the mirror 29 that is driven to reciprocally rotate with the laser light, the laser light can be scanned according to the deflection angle of the mirror 29.

光偏向素子２０はＧＮＤ端子に接続されたダイパッド１１３と遮光板３０との間隙に配置されている。これにより、ミラー２９は、遮光板３０とダイパッド１１３とによってシールドされた状態にある。そのため、蓋部４０とパッケージ１０とによって密閉された内部空間内に、パーティクル、ドライエッチング等の加工時に発生した残渣、接着剤のアウトガス成分等の不純物が存在していたとしても、これらの不純物のミラー２９への付着を、遮光板３０とダイパッド１１３とによって低減することができる。 The light deflection element 20 is disposed in the gap between the light shield plate 30 and the die pad 113 connected to the GND terminal. As a result, the mirror 29 is shielded by the light blocking plate 30 and the die pad 113. Therefore, even if particles, residues generated during processing such as dry etching, and impurities such as outgas components of the adhesive are present in the internal space that is closed by the lid 40 and the package 10, these impurities are not included. Adhesion to the mirror 29 can be reduced by the light shield plate 30 and the die pad 113.

内部空間が窒素雰囲気である場合、ミラー２９を偏向駆動させると、ミラー２９は、周囲の窒素と擦れ合うことにより帯電する。ミラー２９に帯電した電荷は、導電性部材１７を介してダイパッド１１３に移動する。ダイパッド１１３はボンディングワイヤ１６を介してＧＮＤ端子であるボンディングパッド１４ｅに接続されている。これにより、ミラー２９に帯電した電荷をＧＮＤに逃がすことができる。 When the internal space is in a nitrogen atmosphere, when the mirror 29 is driven to deflect, the mirror 29 is charged by rubbing against the surrounding nitrogen. The charges charged on the mirror 29 move to the die pad 113 via the conductive member 17. The die pad 113 is connected via a bonding wire 16 to a bonding pad 14e which is a GND terminal. As a result, the charges charged on the mirror 29 can be released to the GND.

従って、内部空間内に、パーティクル、ドライエッチング等の加工時に発生した残渣、接着剤のアウトガス成分等の不純物が存在していたとしても、ミラー２９の帯電を防止することができる。よって、偏向駆動しているミラー２９への不純物の付着を低減することができる。 Therefore, even if particles, residues generated during processing such as dry etching, and impurities such as outgas components of the adhesive exist in the internal space, the mirror 29 can be prevented from being charged. Therefore, it is possible to reduce the adhesion of impurities to the mirror 29 that is driven to deflect.

第２実施形態の光デバイス（光スキャナ１０１）によれば、ミラー２９に帯電する電荷を導電性部材１７を介してＧＮＤに逃がすことができ、内部空間内の不純物のミラー２９への付着を、遮光板３０とダイパッド１１３とによって低減することができる。従って、不純物の付着によって発生するミラー２９の曇りを防止することができるので、画像品位の悪化を抑制することが可能になる。 According to the optical device (optical scanner 101) of the second embodiment, the charges charged on the mirror 29 can be released to the GND through the conductive member 17, and the adhesion of impurities in the internal space to the mirror 29 can be prevented. It can be reduced by the light shielding plate 30 and the die pad 113. Therefore, since it is possible to prevent the fogging of the mirror 29 caused by the adhesion of impurities, it is possible to suppress the deterioration of image quality.

レーザ光の一部がミラー２９に照射させずにミラー２９の外側を通って筐体１１２の凹部１１１の底面１１１ａに照射される場合がある。ミラー２９の外側を通って底面１１１ａに照射されるレーザ光は、ダイパッド１１３の開口部１１３ａを通ってざぐり部１１４で吸収される。 A part of the laser light may pass through the outside of the mirror 29 and reach the bottom surface 111a of the recess 111 of the housing 112 without irradiating the mirror 29. Laser light that irradiates the bottom surface 111 a through the outside of the mirror 29 passes through the opening 113 a of the die pad 113 and is absorbed by the counterbore 114.

これにより、ダイパッド１３でのレーザ光の反射に起因する画像品位の悪化を抑制することができる。ミラー２９のざぐり部１１４と対向する面に反射防止膜を形成するようにしてもよい。 As a result, it is possible to suppress the deterioration of image quality due to the reflection of the laser light on the die pad 13. An antireflection film may be formed on the surface of the mirror 29 facing the counterbore 114.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、第２実施形態では、パッケージ１１０の筐体１１２の凹部１１１の底面１１１ａにざぐり部１１４が形成された構成としたが、ダイパッド１１３に開口部１１３ａのみが形成された構成としてもよい。また、ざぐり部１１４またはダイパッド１１３の開口部１１３ａに対応する領域に反射防止部材１８を配置するようにしてもよい。 For example, in the second embodiment, the counterbore 114 is formed on the bottom surface 111a of the recess 111 of the housing 112 of the package 110, but the die pad 113 may be formed with only the opening 113a. Further, the antireflection member 18 may be arranged in a region corresponding to the counterbore 114 or the opening 113a of the die pad 113.

また、第１及び第２実施形態では、光デバイスとして、ＭＥＭＳ技術を利用した光スキャナを例に挙げて説明したが、本発明はＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）素子等の液晶表示素子に対しても適用することができる。具体的には、液晶表示素子の画素領域に対応する開口部を有するアパーチャマスクを、第１及び第２実施形態の光スキャナにおける遮光板と同様にＧＮＤ端子に接続することにより、不純物の画素領域への付着を低減することができる。これにより、従来よりも画像品位の悪化を抑制することができる。 Further, in the first and second embodiments, the optical device using the MEMS technology has been described as an example of the optical device, but the present invention is applicable to liquid crystal display elements such as LCOS (Liquid Crystal On Silicon) elements. Can also be applied. Specifically, by connecting an aperture mask having an opening corresponding to the pixel region of the liquid crystal display element to the GND terminal similarly to the light shielding plate in the optical scanners of the first and second embodiments, the pixel region of the impurity is formed. It is possible to reduce the adhesion to the. As a result, it is possible to suppress deterioration of image quality as compared with the related art.

１，１０１ 光スキャナ（光デバイス）
１０，１１０ パッケージ
１１，１１１ 凹部
１１ａ，１１１ａ 底面
１３，１１３ ダイパッド
２０ 光偏向素子（光学素子）
２９ ミラー
３０ 遮光板
３１ 開口部
４０ 蓋部 1,101 Optical scanner (optical device)
10,110 Package 11,111 Recessed portion 11a,111a Bottom surface 13,113 Die pad 20 Optical deflection element (optical element)
29 Mirror 30 Light-shielding plate 31 Opening 40 Lid

Claims (1)

凹部及び前記凹部の底面に形成された導電性のダイパッドを有するパッケージと、
前記凹部に収容されて前記ダイパッドに固定され、偏向駆動するミラーを有する光学素子と、
前記光学素子の上方に配置され、前記ミラーに対応する位置に前記ミラーの外形よりも大きな開口部を有する導電性の遮光板と
前記パッケージに固定された蓋部と、
を備え、
前記パッケージと前記蓋部とは密閉された内部空間を形成し、
前記内部空間は、窒素雰囲気または真空状態に維持されている
ことを特徴とする光デバイス。 A package having a recess and a conductive die pad formed on the bottom surface of the recess,
An optical element having a mirror that is housed in the recess and is fixed to the die pad and that is driven to deflect,
A conductive light-shielding plate disposed above the optical element and having an opening larger than the outer shape of the mirror at a position corresponding to the mirror, and a lid fixed to the package,
Equipped with
The package and the lid form a sealed internal space,
The optical device, wherein the internal space is maintained in a nitrogen atmosphere or a vacuum state.
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