JP2012027425A - Mirror structure and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ミラー構造体及びその製造方法に関し、より具体的には、所謂MEMS技術を応用したミラー構造体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a mirror structure and a manufacturing method thereof, and more specifically, to a mirror structure using a so-called MEMS technology and a manufacturing method thereof.
近年、半導体装置の製造技術を応用した微細加工技術であるマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム(Micro Electro Mechanical System,MEMS)を用いたミラー構造体の開発が盛んに進められている。このようなミラー構造体は、基板上に一括して作製することができ、大きさが微小であり、低コストでの製造、高速動作が可能であり、例えば、表示装置やプロジェクターへの応用が進められている。 In recent years, development of a mirror structure using a micro electro mechanical system (MEMS), which is a microfabrication technology applying semiconductor device manufacturing technology, has been actively promoted. Such a mirror structure can be manufactured collectively on a substrate, is small in size, can be manufactured at low cost, and can operate at high speed. For example, it can be applied to display devices and projectors. It is being advanced.
ミラー構造体は、例えば、ミラー、ミラーを支持するミラー支持部、及び、ミラー支持部を保持する保持部から構成されている。ここで、ミラーは、ミラー本体部、及び、このミラー本体部の表面に設けられた光反射層を備えている。ミラー支持部は、例えば、仮想直線上に配置された2本の梁から成り、ミラーの両端は各梁によって支持されている。そして、ミラーは、梁を捻り回動軸として回動運動する構造となっている。それ故、ミラーには、軽量化が求められるだけでなく、高い剛性も求められる。 The mirror structure is composed of, for example, a mirror, a mirror support part that supports the mirror, and a holding part that holds the mirror support part. Here, the mirror includes a mirror main body and a light reflection layer provided on the surface of the mirror main body. The mirror support part is composed of, for example, two beams arranged on a virtual straight line, and both ends of the mirror are supported by each beam. The mirror has a structure that rotates by using the beam as a twist axis. Therefore, the mirror is not only required to be lightweight but also required to have high rigidity.
このような要求に対処するための技術が、例えば、特開2003−172897や特開2007−310342に開示されている。具体的には、ミラー本体部の裏面にリブあるいは補強部が設けられている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-172897 and 2007-310342 disclose techniques for dealing with such requests. Specifically, a rib or a reinforcing portion is provided on the back surface of the mirror main body.
ところで、これらの特許公開公報に開示された技術にあっては、リブあるいは補強部は、ミラー本体部と一体に設けられている。そして、リブあるいは補強部が備えられたミラー本体部を有するミラー構造体を製造するためには、通常、先ず、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき、シリコン基板に凹部を形成する。凹部を囲むシリコン基板の厚い領域によって保持部が構成される。次いで、凹部の底面に露出したシリコン基板の部分に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術(例えば、深堀りRIE法)に基づき、リブあるいは補強部が備えられたミラー、及び、ミラー支持部を形成する。 By the way, in the techniques disclosed in these patent publications, the rib or the reinforcing portion is provided integrally with the mirror main body. In order to manufacture a mirror structure having a mirror main body provided with ribs or reinforcing portions, first, a concave portion is first formed in a silicon substrate based on a photolithography technique and an etching technique. The holding part is constituted by a thick region of the silicon substrate surrounding the recess. Next, a mirror provided with a rib or a reinforcing portion and a mirror support portion are formed on the portion of the silicon substrate exposed on the bottom surface of the concave portion based on a photolithography technique and an etching technique (for example, deep RIE method).
一般に、保持部の厚さは0.4mm乃至0.6mm程度である。また、リブあるいは補強部が備えられたミラーの厚さは0.1mm程度である。従って、深さ0.3mm乃至0.5mm程度の凹部をシリコン基板に形成した後、凹部の底面において、リブあるいは補強部が備えられたミラー及びミラー支持部を形成するためのシリコン基板の加工を行う必要がある。しかしながら、このような加工を、高精度で、しかも、高い量産性、高い歩留りにて行うことは非常に困難である。 Generally, the thickness of the holding part is about 0.4 mm to 0.6 mm. Moreover, the thickness of the mirror provided with the rib or the reinforcing portion is about 0.1 mm. Therefore, after forming a recess having a depth of about 0.3 mm to 0.5 mm in the silicon substrate, the silicon substrate is processed to form a mirror provided with a rib or a reinforcing portion and a mirror support portion on the bottom surface of the recess. There is a need to do. However, it is very difficult to perform such processing with high accuracy, high mass productivity, and high yield.
従って、本発明の目的は、高精度で、しかも、高い量産性、高い歩留りにて、補強部が備えられたミラー本体部を有するミラー構造体を製造するためのミラー構造体の製造方法、及び、このミラー構造体の製造方法によって得られたミラー構造体を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a mirror structure manufacturing method for manufacturing a mirror structure having a mirror body portion provided with a reinforcing portion with high accuracy, high mass productivity, and high yield, and An object of the present invention is to provide a mirror structure obtained by this method for manufacturing a mirror structure.
上記の目的を達成するための本発明のミラー構造体は、
(A)ミラー本体部、及び、該ミラー本体部の表面に設けられた光反射層を備えたミラー、
(B)ミラーを支持する複数のミラー支持部、並びに、
(C)ミラー支持部を保持する保持部、
から成り、
各ミラー支持部は、変曲点を有するミアンダ構造のアクチュエータから成り、
各ミラー支持部は、ミラーの回動軸と直交する仮想直線が交わるミラーの縁部において、ミラーに接続されており、
ミラー本体部の裏面には補強部が設けられている。
To achieve the above object, the mirror structure of the present invention comprises:
(A) Mirror main body, and a mirror provided with a light reflecting layer provided on the surface of the mirror main body,
(B) a plurality of mirror support parts for supporting the mirror, and
(C) a holding part for holding the mirror support part,
Consisting of
Each mirror support portion is composed of a meander-structure actuator having an inflection point,
Each mirror support is connected to the mirror at the edge of the mirror where a virtual straight line perpendicular to the rotation axis of the mirror intersects,
A reinforcing portion is provided on the back surface of the mirror main body.
上記の目的を達成するための本発明のミラー構造体の製造方法は、
(A)ミラー本体部、及び、該ミラー本体部の表面に設けられた光反射層を備えたミラー、
(B)ミラーを支持する複数のミラー支持部、並びに、
(C)ミラー支持部を保持する保持部、
から成り、
各ミラー支持部は、変曲点を有するミアンダ構造のアクチュエータから成り、
各ミラー支持部は、ミラーの回動軸と直交する仮想直線が交わるミラーの縁部において、ミラーに接続されており、
ミラー本体部の裏面には補強部が設けられているミラー構造体の製造方法であって、
(a)貼合せ層、第2活性層、絶縁層及び支持基板が積層されて成る積層基材をパターニングすることで、保持部形成領域及び補強部形成領域を設け、次いで、
(b)貼合せ層に第1活性層を貼り合わせ、その後、
(c)保持部形成領域以外の支持基板及び絶縁層を除去する、
各工程を少なくとも備え、以て、
第1活性層、貼合せ層、第2活性層、絶縁層、及び、支持基板が積層された構造を有する保持部、
第1活性層から成るミラー本体部、
少なくとも第1活性層から成るミラー支持部、並びに、
第2活性層から成り、ミラー本体部の裏面に貼合せ層を介して設けられた補強部、
を得る。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a mirror structure of the present invention includes:
(A) Mirror main body, and a mirror provided with a light reflecting layer provided on the surface of the mirror main body,
(B) a plurality of mirror support parts for supporting the mirror, and
(C) a holding part for holding the mirror support part,
Consisting of
Each mirror support portion is composed of a meander-structure actuator having an inflection point,
Each mirror support is connected to the mirror at the edge of the mirror where a virtual straight line perpendicular to the rotation axis of the mirror intersects,
A method of manufacturing a mirror structure in which a reinforcing part is provided on the back surface of the mirror body part,
(A) By patterning a laminated substrate formed by laminating a bonding layer, a second active layer, an insulating layer, and a support substrate, a holding part forming region and a reinforcing part forming region are provided, and then
(B) The first active layer is bonded to the bonding layer, and then
(C) removing the support substrate and the insulating layer other than the holding portion forming region;
Comprising at least each step,
A holding unit having a structure in which a first active layer, a bonding layer, a second active layer, an insulating layer, and a support substrate are laminated;
A mirror body composed of a first active layer;
A mirror support comprising at least a first active layer, and
A reinforcing part comprising a second active layer and provided on the back surface of the mirror body part via a bonding layer;
Get.
本発明のミラー構造体の製造方法にあっては、積層基材をパターニングすることで保持部形成領域及び補強部形成領域を積層基材に設け、次いで、貼合せ層に第1活性層を貼り合わせ、その後、保持部形成領域以外の支持基板及び絶縁層を除去する各工程を少なくとも備えている。従って、凹部をシリコン基板に形成した後、凹部の底面において、リブあるいは補強部が備えられたミラー及びミラー支持部を形成するためのシリコン基板の加工を行うといった工程が不要である。それ故、ミラー及びミラー支持部を、高精度で、しかも、高い量産性、高い歩留りにて加工することができる。しかも、本発明のミラー構造体あるいはその製造方法によって得られるミラー構造体にあっては、ミラー本体部の裏面には貼合せ層を介して補強部が設けられているので、ミラーに軽量化、高剛性、高平坦性を付与することができる。 In the manufacturing method of the mirror structure according to the present invention, the laminated base material is patterned to provide the holding portion forming region and the reinforcing portion forming region on the laminated base material, and then the first active layer is attached to the bonding layer. Then, at least each step of removing the support substrate and the insulating layer other than the holding portion formation region is provided. Accordingly, there is no need to perform a process of forming the recess on the silicon substrate and then processing the silicon substrate for forming the mirror provided with the rib or the reinforcing portion and the mirror support portion on the bottom surface of the recess. Therefore, the mirror and the mirror support portion can be processed with high accuracy, high mass productivity, and high yield. Moreover, in the mirror structure of the present invention or the mirror structure obtained by the manufacturing method thereof, the back surface of the mirror main body portion is provided with a reinforcing portion via a bonding layer, so the weight of the mirror is reduced. High rigidity and high flatness can be imparted.
更には、本発明のミラー構造体あるいはその製造方法によって得られるミラー構造体にあっては、ミラーを支持するミラー支持部を複数とするが故に、ミラー支持部の固有振動数を十分に高い値とすることができるし、高耐衝撃性を達成することができるばかりか、各ミラー支持部を、ミラーの回動軸と直交する仮想直線が交わるミラーの縁部においてミラーに接続するので、ミラー構造体、全体の大きさの縮小化を図ることができる。また、各ミラー支持部は変曲点を有するミアンダ構造のアクチュエータから成るが故に、ミラー支持部全体としての撓みを、より少なくすることができ、これによりミラーの撓みも小さくすることが可能となる。 Furthermore, in the mirror structure of the present invention or the mirror structure obtained by the method for manufacturing the same, since there are a plurality of mirror support parts for supporting the mirror, the natural frequency of the mirror support part is sufficiently high. In addition to being able to achieve high impact resistance, each mirror support is connected to the mirror at the edge of the mirror where a virtual straight line perpendicular to the rotation axis of the mirror intersects. The structure and the overall size can be reduced. In addition, since each mirror support portion is composed of a meander-structure actuator having an inflection point, the mirror support portion as a whole can be less bent, thereby reducing the mirror deflection. .
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
1.本発明のミラー構造体及びその製造方法、全般に関する説明
2.実施例1(本発明のミラー構造体及びその製造方法)
3.実施例2(実施例1の変形)
4.実施例3(本発明のミラー構造体を適用した表示装置)
5.実施例4(本発明のミラー構造体を適用した頭部装着型ディスプレイ)
6.実施例5(実施例4の変形)
7.実施例6(実施例4の別の変形)
8.実施例7(実施例4の更に別の変形)、その他
Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the examples, and various numerical values and materials in the examples are examples. The description will be given in the following order.
1. 1. General description of the mirror structure of the present invention and its manufacturing method Example 1 (mirror structure of the present invention and manufacturing method thereof)
3. Example 2 (Modification of Example 1)
4). Example 3 (Display device to which the mirror structure of the present invention is applied)
5. Example 4 (head-mounted display to which the mirror structure of the present invention is applied)
6). Example 5 (Modification of Example 4)
7). Example 6 (another modification of Example 4)
8). Example 7 (another modification of Example 4), other
本発明のミラー構造体あるいは本発明のミラー構造体の製造方法によって得られるミラー構造体にあっては、ミラーの回動軸を挟んで、ミラーの回動軸と平行に位置する2つの対向するミラーの縁部のそれぞれにおいて、あるいは又、ミラーの回動軸と直交する仮想直線が交わる2つの対向するミラーの縁部のそれぞれにおいて、複数のミラー支持部がミラーに接続されている構成とすることが、ミラー構造体、全体の大きさを小さくするといった観点から好ましい。ミラーの縁部のそれぞれに接続されたミラー支持部の数(N)の最低値として2を挙げることができるし、最大値として、限定するものではないが、10を挙げることができる。尚、ミラー支持部の総数は「2N」である。また、Nを増やすことで、長軸のミラーあるいは大型のミラーにも対応することができる。 In the mirror structure of the present invention or the mirror structure obtained by the manufacturing method of the mirror structure of the present invention, two opposing positions located in parallel with the rotation axis of the mirror across the rotation axis of the mirror. A plurality of mirror support portions are connected to the mirrors at each of the mirror edges or at each of two opposing mirror edges where a virtual straight line perpendicular to the rotation axis of the mirror intersects. This is preferable from the viewpoint of reducing the overall size of the mirror structure. The minimum value (N) of the number of mirror support portions connected to each of the mirror edges can be 2 and the maximum value can be 10 without limitation. The total number of mirror support parts is “2N”. Further, by increasing N, it is possible to cope with a long-axis mirror or a large mirror.
上記の好ましい構成を含む本発明のミラー構造体において、ミラー本体部の裏面には、貼合せ層を介して補強部が設けられている形態とすることができ、係る好ましい形態、あるいは、本発明のミラー構造体の製造方法において、貼合せ層はSiO2から成る構成とすることができる。 In the mirror structure of the present invention including the above preferred configuration, the back surface of the mirror main body can be provided with a reinforcing portion via a bonding layer. Such preferred embodiment or the present invention. In the manufacturing method of the mirror structure, the bonding layer can be made of SiO 2 .
以上の好ましい形態、構成を含む本発明のミラー構造体あるいは本発明のミラー構造体の製造方法によって得られるミラー構造体において、補強部は、ミラーの回動軸と直交する方向に延びる部分を有する構成とすることができる。補強部の平面形状として、具体的には、開口が、三角形を有する鱗模様形状や、正方形、長方形、平行四辺形、菱形等の矩形形状を有する井桁形状、開口が正六角形を含む六角形を有するハニカム形状を例示することができる。尚、補強部は、ミラー本体部の裏面に、均等に、即ち、一定の配列ピッチにて設けられていてもよいし、不均一に、例えば、ミラーの回動軸からの距離に依存して設けられていてもよい。 In the mirror structure of the present invention or the mirror structure obtained by the manufacturing method of the mirror structure of the present invention including the preferred forms and configurations described above, the reinforcing portion has a portion extending in a direction orthogonal to the rotation axis of the mirror. It can be configured. Specifically, as the planar shape of the reinforcing portion, the opening is a scale pattern shape having a triangle, a square shape having a rectangular shape such as a square, a rectangle, a parallelogram, and a rhombus, and a hexagon including an equilateral hexagon. The honeycomb shape which has can be illustrated. The reinforcing portions may be provided on the back surface of the mirror main body portion evenly, that is, at a constant arrangement pitch, or unevenly, for example, depending on the distance from the rotation axis of the mirror. It may be provided.
更には、以上の好ましい形態、構成を含む本発明のミラー構造体において、
保持部は、光反射層側から、第1活性層、貼合せ層、第2活性層、絶縁層、及び、支持基板が積層された構造を有し、
ミラー本体部は第1活性層から成り、
ミラー支持部は、第1活性層と圧電材料層の積層構造を有し、
補強部は第2活性層から成る構成とすることができる。
Furthermore, in the mirror structure of the present invention including the above preferred form and configuration,
The holding part has a structure in which the first active layer, the bonding layer, the second active layer, the insulating layer, and the support substrate are laminated from the light reflecting layer side,
The mirror body part is composed of a first active layer,
The mirror support has a laminated structure of a first active layer and a piezoelectric material layer,
The reinforcing portion may be configured by the second active layer.
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明のミラー構造体あるいは本発明のミラー構造体の製造方法によって得られるミラー構造体(以下、これらを総称して、『本発明のミラー構造体等』と呼ぶ場合がある)において、補強部と補強部との間に位置するミラー本体部の部分の厚さ(t1A)は、補強部と貼合せ層を介して接するミラー本体部の部分の厚さ(t1B)よりも薄い形態とすることができる。ここで、t1Aとt1Bの関係として、0.1≦t1A/t1B≦0.5、好ましくは、0.2≦t1A/t1B≦0.4を挙げることができる。また、第2活性層の厚さをt2、第2活性層、絶縁層及び支持基板の総厚をt0としたとき、0.05≦t2/t0≦0.5、好ましくは、0.1≦t2/t0≦0.3を満足することが望ましい。 The mirror structure of the present invention including the preferred embodiments and configurations described above or the mirror structure obtained by the method of manufacturing the mirror structure of the present invention (hereinafter collectively referred to as “the mirror structure of the present invention”) The thickness (t 1A ) of the portion of the mirror main body located between the reinforcing portion and the reinforcing portion is the thickness of the portion of the mirror main body contacting the reinforcing portion via the bonding layer. The thickness can be made thinner than (t 1B ). Here, as a relationship between t 1A and t 1B , 0.1 ≦ t 1A / t 1B ≦ 0.5, preferably 0.2 ≦ t 1A / t 1B ≦ 0.4 can be mentioned. Further, when the thickness of the second active layer is t 2 and the total thickness of the second active layer, the insulating layer, and the supporting substrate is t 0 , 0.05 ≦ t 2 / t 0 ≦ 0.5, It is desirable to satisfy 0.1 ≦ t 2 / t 0 ≦ 0.3.
以上に説明した好ましい形態を含む本発明のミラー構造体等において、例えば、第1活性層及び第2活性層をシリコン層から構成することができるし、支持基板(ハンドル層とも呼ばれる)をシリコン基板から構成することができるし、絶縁層(ボックス層とも呼ばれる)をSiO2から構成することができる。より具体的には、第2活性層、絶縁層(ボックス層)及び支持基板(ハンドル層)が積層された構造(積層基材の一部)として、所謂SOI基板を例示することができる。尚、SOI基板の表面を酸化することで第2活性層の表面に貼合せ層を形成することができ、積層基材を得ることができる。 In the mirror structure of the present invention including the preferred embodiments described above, for example, the first active layer and the second active layer can be composed of a silicon layer, and the support substrate (also referred to as a handle layer) is a silicon substrate. The insulating layer (also called a box layer) can be made of SiO 2 . More specifically, a so-called SOI substrate can be exemplified as a structure in which the second active layer, the insulating layer (box layer), and the support substrate (handle layer) are laminated (a part of the laminated base material). In addition, a bonding layer can be formed on the surface of a 2nd active layer by oxidizing the surface of an SOI substrate, and a laminated base material can be obtained.
ミラーの高速での回動を共振に基づき行い、あるいは又、ミラーの低速での回動を非共振に基づき行うことができるが、本発明は、特に、低速での回動を非共振に基づき行う形態に適用することが好ましい。但し、これに限定するものではない。ミラーの回動のためには、例えば、各ミラー支持部に、正弦波信号や矩形波信号、鋸波信号といった駆動信号を供給すればよい。ミラーの高速での回動を共振に基づき行う場合、駆動信号の周波数は、例えば、数キロヘルツ乃至数百キロヘルツ程度である。また、ミラーの低速での回動を非共振に基づき行う場合、駆動信号の周波数は、例えば、15ヘルツ、30ヘルツ、60ヘルツ、120ヘルツ、180ヘルツ、240ヘルツ等である。ミラーの回動を非共振に基づき行う場合、ミラー支持部の固有振動数を駆動信号の周波数よりも十分に高くする必要がある。具体的には、ミラー支持部の固有振動数を、例えば、駆動信号の周波数の4倍以上、例えば4倍乃至20倍とすることが好ましい。あるいは又、ミラー支持部の固有振動数を、例えば、240ヘルツ以上とすることが好ましい。本発明のミラー構造体等にあっては、ミラーを支持するミラー支持部を複数とするが故に、ミラー支持部の固有振動数を十分に高い値とすることができる。尚、電車や自動車、歩行等の生活における振動の振動数は数ヘルツ乃至数十ヘルツの周波数成分から構成されている。従って、ミラー支持部の固有振動数が低く、生活における振動の振動数に近い場合、ミラー支持部に不要な共振が生じ、ミラー構造体の故障や寿命の低下の原因となってしまう。 The mirror can be rotated at a high speed based on resonance, or the mirror can be rotated at a low speed based on non-resonance. It is preferable to apply to the form to be performed. However, the present invention is not limited to this. In order to rotate the mirror, for example, a drive signal such as a sine wave signal, a rectangular wave signal, or a sawtooth signal may be supplied to each mirror support portion. When the mirror is rotated at a high speed based on resonance, the frequency of the drive signal is, for example, about several kilohertz to several hundred kilohertz. When the mirror is rotated at a low speed based on non-resonance, the frequency of the drive signal is, for example, 15 Hz, 30 Hz, 60 Hz, 120 Hz, 180 Hz, 240 Hz, or the like. When the mirror is rotated based on non-resonance, the natural frequency of the mirror support portion needs to be sufficiently higher than the frequency of the drive signal. Specifically, it is preferable that the natural frequency of the mirror support portion is, for example, 4 times or more, for example, 4 to 20 times the frequency of the drive signal. Or it is preferable that the natural frequency of a mirror support part shall be 240 hertz or more, for example. In the mirror structure and the like of the present invention, since there are a plurality of mirror support portions that support the mirror, the natural frequency of the mirror support portion can be set to a sufficiently high value. The frequency of vibrations in daily life such as trains, cars, and walking is composed of frequency components of several hertz to several tens of hertz. Therefore, when the natural frequency of the mirror support part is low and close to the frequency of vibration in daily life, unnecessary resonance occurs in the mirror support part, causing a failure of the mirror structure and a decrease in life.
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明において、ミラーを変位させ、あるいは又、回動軸を中心としてミラーを回動運動させるために、上述したとおり、ミアンダ構造のアクチュエータが設けられている。ここで、アクチュエータを、バイモルフ型、ユニモルフ型、モノモルフ型又は積層型(マルチモルフ型)の圧電アクチュエータから構成することができるが、これに限定するものではなく、その他、静電駆動アクチュエータ、熱駆動アクチュエータ、磁界を印加したときに形状が変化するジュール効果を有する磁歪材料から構成された電磁駆動アクチュエータ、磁気トルクを利用した電磁駆動アクチュエータ、あるいは、高分子ゲルから構成された電気化学駆動アクチュエータから構成することもできる。 In the present invention including the various preferred embodiments described above, an actuator having a meander structure is provided as described above for displacing the mirror or rotating the mirror about the rotation axis. . Here, the actuator can be composed of a bimorph type, unimorph type, monomorph type or laminated type (multimorph type) piezoelectric actuator, but is not limited to this, and other than that, an electrostatic drive actuator, a thermal drive actuator An electromagnetic drive actuator composed of a magnetostrictive material having a Joule effect whose shape changes when a magnetic field is applied, an electromagnetic drive actuator utilizing magnetic torque, or an electrochemical drive actuator composed of a polymer gel You can also.
ユニモルフ型の圧電アクチュエータは、例えば、長さ方向に伸縮する1枚の圧電材料層がアクチュエータを構成する基層(支持構造体)上に形成された構造を有する。また、バイモルフ型の圧電アクチュエータは、例えば、長さ方向に伸縮する2枚の圧電材料層がアクチュエータを構成する基層(支持構造体)を介して積層された構造を有し、一方の圧電材料層が伸びたとき、他方の圧電材料層が縮む。尚、2枚の圧電材料層を、分極方向を対称に配置した形式(シリーズ・タイプ)と、分極方向を非対称に(同一方向に)配置した形式(パラレル・タイプ)とがある。積層型の圧電アクチュエータは、例えば、長さ方向に伸縮する多数の圧電材料層と基層とが積層された構造を有する。そして、これらの構造を有するアクチュエータにあっては、長さ方向に伸縮する圧電材料層の動きによって、その一端部が駆動(上下動)され、これによって、ミラーに変位が生じ、また、ミラーが回動運動する。基層(支持構造体)は、例えば、シリコン層、あるいは、酸化シリコン層、あるいは、シリコン層と酸化シリコン層との積層構造から構成することができる。圧電アクチュエータの構造に依っては、基層を第1活性層から構成することができる。 A unimorph type piezoelectric actuator has, for example, a structure in which a single piezoelectric material layer that expands and contracts in the length direction is formed on a base layer (support structure) constituting the actuator. The bimorph type piezoelectric actuator has a structure in which, for example, two piezoelectric material layers extending and contracting in the length direction are stacked via a base layer (support structure) constituting the actuator, and one piezoelectric material layer When is extended, the other piezoelectric material layer is contracted. There are two types of piezoelectric material layers, a type in which the polarization directions are arranged symmetrically (series type) and a type in which the polarization directions are arranged asymmetrically (in the same direction) (parallel type). A laminated piezoelectric actuator has, for example, a structure in which a large number of piezoelectric material layers that extend and contract in the length direction and a base layer are laminated. In the actuator having these structures, one end portion is driven (moved up and down) by the movement of the piezoelectric material layer that expands and contracts in the length direction, whereby the mirror is displaced, and the mirror is It rotates. The base layer (support structure) can be constituted by, for example, a silicon layer, a silicon oxide layer, or a stacked structure of a silicon layer and a silicon oxide layer. Depending on the structure of the piezoelectric actuator, the base layer can be composed of the first active layer.
圧電材料層を構成する材料として、PbZrO3とPbTiO3の固溶体であるPZT[ジルコン酸チタン酸鉛、Pb(Zr,Ti)O3];PZTにNb、Co、Mnを添加したPZT系セラミックス材料;PZTにペロブスカイトABO3を加えた3成分系のPZT系セラミックス材料;PbTiO3系セラミックス材料;LiNbO3系セラミックス材料;BaTiO3−SiO2−Al2O3やBaTiO3−Nb2O5といったBaTiO3系セラミックス材料;マグネシウム・ニオブ酸鉛[Pb(Mg,Nb)O3]系セラミックス材料;ZnO;AlNを例示することができる。 As a material constituting the piezoelectric material layer, PZT [lead zirconate titanate, Pb (Zr, Ti) O 3 ] which is a solid solution of PbZrO 3 and PbTiO 3 ; PZT ceramic material in which Nb, Co and Mn are added to PZT Ternary PZT ceramic material obtained by adding perovskite ABO 3 to PZT; PbTiO 3 ceramic material; LiNbO 3 ceramic material; BaTiO 3 such as BaTiO 3 —SiO 2 —Al 2 O 3 and BaTiO 3 —Nb 2 O 5 Examples thereof include: 3 series ceramic materials; magnesium-lead niobate [Pb (Mg, Nb) O 3 ] series ceramic materials; ZnO; AlN.
圧電材料層は、例えば、
(1)RFマグネトロンスパッタリング法等を含むスパッタリング法や、エキシマレーザ等を用いたレーザアブレーション法といった各種物理的気相成長法(PVD法)
(2)原料として、例えば、Pb(C2H5)4、Zr(DPM)4、Ti(i−C3H7O)4等の有機金属化合物を用いたMOCVD法
(3)例えば、酢酸鉛[Pb(CH3COOH)2]、チタンイソプロポキシド[Ti(OCH(CH3)2)4]、及び、ジルコンイソプロポキシド[Zr(OCH2CH2CH3)4]を金属原料として用い、係る原料溶液をスピンコーティング法等で成膜し、熱処理することによって緻密化、結晶化させて圧電材料層を得るゾル・ゲル法
(4)PZT系セラミックス材料粉末をスラリー化し、スピンコーティング法等に基づき圧電材料層を成膜するコンポジット法を含む、スピンコーティング法
(5)スクリーン印刷法
(6)メッキ法、
(7)ジルコニウム、チタン等の水溶液を圧力容器内に入れ、加熱、加圧することで圧電材料層を成膜する水熱合成法
(8)サブミクロンサイズの原料粉末を合すと混合してエアロゾルとし、吹き付けることで圧電材料層を成膜するエアロゾルデポジッション法
等によって成膜することができる。
The piezoelectric material layer is, for example,
(1) Various physical vapor deposition methods (PVD method) such as sputtering method including RF magnetron sputtering method and laser ablation method using excimer laser etc.
(2) MOCVD method using an organic metal compound such as Pb (C 2 H 5 ) 4 , Zr (DPM) 4 , Ti (i-C 3 H 7 O) 4 as a raw material (3) For example, acetic acid Lead [Pb (CH 3 COOH) 2 ], titanium isopropoxide [Ti (OCH (CH 3 ) 2 ) 4 ] and zircon isopropoxide [Zr (OCH 2 CH 2 CH 3 ) 4 ] as metal raw materials A sol-gel method in which a piezoelectric material layer is obtained by forming a film of the raw material solution by a spin coating method or the like and heat-treating it to obtain a piezoelectric material layer. (4) Slurry a PZT-based ceramic material powder, and spin coating method Spin coating method (5) screen printing method (6) plating method, including composite method of forming a piezoelectric material layer based on
(7) Hydrothermal synthesis method in which an aqueous solution of zirconium, titanium or the like is placed in a pressure vessel, and heated and pressurized to form a piezoelectric material layer. (8) Submicron-sized raw material powders are combined and mixed to form an aerosol. Then, it can be formed by an aerosol deposition method or the like for forming a piezoelectric material layer by spraying.
アクチュエータを構成する基層(支持構造体)と圧電材料層との間に下部電極を設け、圧電材料層の上に上部電極を設ける。下部電極として、Pt/Ti積層構造を挙げることができる。尚、Ti層が基層と接し、Ti層は密着層として機能する。また、上部電極を構成する材料として、白金(Pt)、金(Au)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、酸化ルテニウム(RuOX)、酸化イリジウム(IrOX)、又は、酸化イリジウム−ハフニウム(Ir−Hf−O系材料)、Ru、Ru2/Ruの積層構造、Ir、IrO2/Irの積層構造、Pt、Pd、Pt/Tiの積層構造、Pt/Taの積層構造、Pt/Ti/Taの積層構造、La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)、Pt/LSCOの積層構造、YBa2Cu3O7を例示することができる。電極の成膜は、スパッタリング法やパルスレーザアブレーション法にて行うことができる。電極のパターニングは、例えばイオンミーリング法やRIE法にて行うことができる。 A lower electrode is provided between the base layer (support structure) constituting the actuator and the piezoelectric material layer, and an upper electrode is provided on the piezoelectric material layer. An example of the lower electrode is a Pt / Ti laminated structure. The Ti layer is in contact with the base layer, and the Ti layer functions as an adhesion layer. In addition, as a material constituting the upper electrode, platinum (Pt), gold (Au), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), ruthenium oxide (RuO x ), iridium oxide (IrO x ), or , Iridium oxide-hafnium (Ir-Hf-O-based material), Ru, Ru 2 / Ru laminated structure, Ir, IrO 2 / Ir laminated structure, Pt, Pd, Pt / Ti laminated structure, Pt / Ta Examples include a laminated structure, a laminated structure of Pt / Ti / Ta, La 0.5 Sr 0.5 CoO 3 (LSCO), a laminated structure of Pt / LSCO, and YBa 2 Cu 3 O 7 . The electrode can be formed by sputtering or pulsed laser ablation. The patterning of the electrodes can be performed by, for example, an ion milling method or an RIE method.
アクチュエータを静電駆動アクチュエータから構成する場合、ミラー本体部の端部に可動電極を設け、ミラー本体部の端部と面する保持部に駆動電極を設け、可動電極と駆動電極との間に生じる静電力によって、ミラーを変位・駆動・回動させばよい。 When the actuator is composed of an electrostatic drive actuator, a movable electrode is provided at the end of the mirror main body, a drive electrode is provided at the holding portion facing the end of the mirror main body, and is generated between the movable electrode and the drive electrode. The mirror may be displaced, driven, and rotated by electrostatic force.
アクチュエータを熱駆動アクチュエータから構成する場合、熱膨張係数の異なる2種類の材料層(例えば、Si層とAu層の積層構造、Si層とAl層の積層構造、熱膨張係数の異なるポリイミド層の積層構造)を積層した熱バイモルフ型とし、これらの2種類の材料層に例えば電流を流すことで温度変化を生じさせる。その結果、アクチュエータが撓み、これによって、ミラーを変位・駆動・回動させることができる。あるいは、厚さの異なる2本の梁を先端で結合したU字型とし、電流を流すと、細い梁構造の方が太い梁構造よりも抵抗値が高いので発熱量が多く、その結果、太い梁構造に向かって曲がり、ミラーを変位・駆動・回動させることができる。あるいは又、アクチュエータを、例えばTiとNiの合金から成る形状記憶合金から構成してもよい。 When the actuator is composed of a thermally driven actuator, two types of material layers having different thermal expansion coefficients (for example, a laminated structure of Si layer and Au layer, a laminated structure of Si layer and Al layer, and a laminated layer of polyimide layers having different thermal expansion coefficients) A thermal bimorph type having a structure) is formed, and a temperature change is caused by, for example, passing an electric current through these two types of material layers. As a result, the actuator bends, whereby the mirror can be displaced, driven and rotated. Alternatively, when a U-shaped connection is made by connecting two beams with different thicknesses at the tip, and a current is passed, the thin beam structure has a higher resistance value than the thick beam structure, resulting in a large amount of heat generation. The mirror can be displaced, driven and rotated by bending toward the beam structure. Alternatively, the actuator may be made of a shape memory alloy made of, for example, an alloy of Ti and Ni.
ミラーを構成する光反射層は、ミラー本体部の表面(おもてめん)に形成された金属膜あるいは合金膜から構成することができ、例えば、各種の物理的気相成長法(PVD法)や各種の化学的気相成長法(CVD法)にて形成することができる。光反射層を構成する材料として、具体的には、金(Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)を例示することができる。ミラー本体部は、具体的には、上述したとおり、シリコン層(第1活性層)から構成することができる。ミラー本体部の外形形状は、円形、楕円形、長円形(半円と2本の線分が組み合わされた形状)、正方形、長方形、台形等を含む矩形等、本質的に任意の形状とすることができる。また、光反射層の外形形状も、円形、楕円形、長円形、正方形、長方形、台形等を含む矩形等、本質的に任意の形状とすることができる。ミラー本体部と光反射層とを、同じ、あるいは、類似、あるいは、相似した外形形状としてもよいし、異なる外形形状としてもよい。更には、ミラー本体部と光反射層とを同じ大きさとしてもよいし、光反射層よりもミラー本体部を大きくしてもよい。 The light reflecting layer constituting the mirror can be composed of a metal film or an alloy film formed on the surface of the mirror main body (for example, various kinds of physical vapor deposition methods (PVD methods)). And various chemical vapor deposition methods (CVD methods). Specific examples of the material constituting the light reflecting layer include gold (Au), silver (Ag), and aluminum (Al). Specifically, as described above, the mirror main body can be composed of a silicon layer (first active layer). The external shape of the mirror main body is essentially an arbitrary shape such as a circle, an ellipse, an oval (a combination of a semicircle and two line segments), a square, a rectangle, a rectangle including a trapezoid, and the like. be able to. Also, the outer shape of the light reflecting layer can be essentially any shape such as a circle, an ellipse, an oval, a square, a rectangle, a rectangle including a trapezoid, and the like. The mirror main body and the light reflecting layer may have the same, similar, or similar outer shape, or may have different outer shapes. Furthermore, the mirror main body and the light reflecting layer may be the same size, or the mirror main body may be larger than the light reflecting layer.
ミアンダ構造のアクチュエータは、具体的には、平板状の複数の第1部材と、第1部材の端部同士を連結する平板状の第2部材の組合せから構成することができる。第1番目の第1部材の他端は、第2番目の第1部材の一端と、短い第2部材を介して連結されている。以下、同様に、第m番目の第1部材の他端は、第(m+1)番目の第1部材の一端と、短い第2部材を介して連結されている。即ち、「L」の字と、「L」の字を左右反転させた文字が縦方向に連結された平面形状を有する。尚、「L」の字の横棒が第1部材に相当し、「L」の字の縦棒が第2部材に相当する。そして、最後の第1部材の他端から延びる第2部材がミラーに接続されている。一方、第1番目の第1部材の一端から延びる第2部材が保持部に接続されている。本発明の好ましい形態にあっては、ミラーの回動軸と平行に位置する2つの対向するミラーの縁部のそれぞれにおいて、複数のミラー支持部がミラーに接続されているが、この場合、第1部材は、ミラーの回動軸と平行に配置されていることが好ましい。また、最後の第1部材の他端から延びる第2部材の軸線方向、第1番目の第1部材の一端から延びる第2部材の軸線方向は、ミラーの回動軸と直交することが好ましい。mの最小値として2を挙げることができるし、mの最大値として、限定するものではないが、10を挙げることができる。 Specifically, the meander-structure actuator can be composed of a combination of a plurality of flat plate-like first members and a flat plate-like second member that connects ends of the first members. The other end of the first first member is connected to one end of the second first member via a short second member. Similarly, the other end of the mth first member is connected to one end of the (m + 1) th first member via a short second member. That is, it has a planar shape in which a letter “L” and a letter obtained by horizontally inverting the letter “L” are connected in the vertical direction. In addition, the horizontal bar of “L” corresponds to the first member, and the vertical bar of “L” corresponds to the second member. And the 2nd member extended from the other end of the last 1st member is connected to the mirror. On the other hand, a second member extending from one end of the first first member is connected to the holding portion. In a preferred embodiment of the present invention, a plurality of mirror support portions are connected to the mirror at each of the two opposing mirror edges positioned in parallel with the rotation axis of the mirror. One member is preferably arranged in parallel with the rotation axis of the mirror. The axial direction of the second member extending from the other end of the last first member and the axial direction of the second member extending from one end of the first first member are preferably orthogonal to the rotation axis of the mirror. The minimum value of m can be 2, and the maximum value of m is 10 without limitation.
各ミラー支持部は変曲点を有するが、このような構造は、具体的には、1つの第1部材において、第1部材の一端側が伸長するとき、第1部材の他端側が収縮するといった構造を採用することで達成することができる。より具体的には、アクチュエータを圧電アクチュエータから構成する場合、第1部材の一端側に設けられた圧電材料層によって与えられる第1部材の一端側の伸縮特性と、第1部材の他端側に設けられた圧電材料層によって与えられる第1部材の他端側の伸縮特性とを、逆の特性とすればよい。 Each mirror support portion has an inflection point. Specifically, in such a structure, when one end of the first member extends in one first member, the other end of the first member contracts. This can be achieved by adopting a structure. More specifically, when the actuator is composed of a piezoelectric actuator, the expansion / contraction characteristics on one end side of the first member provided by the piezoelectric material layer provided on one end side of the first member, and the other end side of the first member The expansion / contraction characteristics on the other end side of the first member provided by the provided piezoelectric material layer may be reversed.
本発明のミラー構造体等は、例えば、頭部装着型ディスプレイ(HMD,Head Mounted Display)、プロジェクターやレーダ、内視鏡、レーザプリンター、バーコードリーダ等に組み込み、あるいは又、適用することができる。 The mirror structure of the present invention can be incorporated into or applied to, for example, a head mounted display (HMD), a projector, a radar, an endoscope, a laser printer, a barcode reader, or the like. .
実施例1は、本発明のミラー構造体(MEMSスキャナ)及びその製造方法に関する。図4の矢印A−Aに沿った実施例1のミラー構造体の模式的な一部断面図を図1に示し、図4の矢印B−Bに沿った実施例1のミラー構造体の模式的な一部断面図を図2に示し、図4の矢印C−Cに沿った実施例1のミラー構造体の模式的な一部断面図を図3に示し、実施例1のミラー構造体を上方から眺めた模式図を図4に示し、実施例1のミラー構造体を裏面から眺めた模式図を図5に示し、ミラー支持部を拡大した模式的な平面図を図6の(A)に示し、図6の(A)の矢印B−Bに沿った模式的な断面図を図6の(B)に示し、ミラー支持部における電極の配置状態を図6の(C)及び(D)に示す。 Example 1 relates to a mirror structure (MEMS scanner) of the present invention and a manufacturing method thereof. FIG. 1 shows a schematic partial cross-sectional view of the mirror structure of the first embodiment along the arrow AA in FIG. 4, and a schematic diagram of the mirror structure of the first embodiment along the arrow BB in FIG. FIG. 2 shows a typical partial cross-sectional view, and FIG. 3 shows a schematic partial cross-sectional view of the mirror structure of Example 1 along the arrow CC in FIG. FIG. 4 shows a schematic view of the mirror structure viewed from above, FIG. 5 shows a schematic view of the mirror structure of Example 1 viewed from the back side, and FIG. ), A schematic cross-sectional view taken along the arrow BB in FIG. 6A is shown in FIG. 6B, and the arrangement state of the electrodes in the mirror support portion is shown in FIG. D).
実施例1のミラー構造体10は、
(A)ミラー本体部22、及び、このミラー本体部22の表面に設けられた光反射層21を備えたミラー20、
(B)ミラー20を支持する複数の(図示した実施例1の例にあっては4つの)ミラー支持部50、並びに、
(C)ミラー支持部50を保持する保持部40、
から成る。そして、
各ミラー支持部50は、変曲点を有するミアンダ構造のアクチュエータから成り、
各ミラー支持部50は、ミラー20の回動軸AXと直交する仮想直線が交わるミラー20の縁部20A,20Bにおいて、ミラー20に接続されており、
ミラー本体部22の裏面25には、補強部30が、具体的には、貼合せ層104を介して、設けられている。
The
(A) The mirror body 22 and the
(B) A plurality of (four in the illustrated example 1)
(C) a holding
Consists of. And
Each
Each
Specifically, a reinforcing portion 30 is provided on the
ここで、ミラー本体部22は、額縁状のフレーム部(枠部)23、及び、フレーム部23の内側に設けられた光反射層形成部24から構成されている。そして、ミラー20は、回動軸AXを中心として回動運動する。また、補強部(リブあるいはリブ構造、凹凸部)30は、ミラー20の回動軸AXと直交する方向に延びる部分を有する。具体的には、補強部30の平面形状は、開口31が正方形を有する井桁形状であり、正方形の各辺は、回動軸AXと平行な方向、及び、直交する方向に延びている。
Here, the mirror main body 22 includes a frame-shaped frame portion (frame portion) 23 and a light reflection
実施例1において、貼合せ層104はSiO2から成る。また、保持部40は、光反射層21の側から、第1活性層105、貼合せ層104、第2活性層103、絶縁層102、及び、支持基板101が積層された構造を有する。更には、ミラー本体部22及びミラー支持部50は第1活性層105から成り、補強部30は第2活性層103から成る。尚、ミラー支持部50は、第1活性層105と圧電材料層53の積層構造を有する。ここで、第1活性層105及び第2活性層103はシリコン層から構成されており、支持基板(ハンドル層)101はシリコン基板から構成されており、絶縁層(ボックス層)102はSiO2から構成されている。第2活性層103、絶縁層(ボックス層)102及び支持基板(ハンドル層)101が積層された構造(積層基材100の一部)は、より具体的には、SOI基板から構成されており、SOI基板の表面を酸化することで第2活性層103の表面に貼合せ層104が形成されている。ミラー20を構成する光反射層21は、ミラー本体部22の表面(おもてめん)に形成された金属膜、具体的には、アルミニウム(Al)薄膜から成る。ミラー本体部22の外形形状は長方形であり、光反射層21の外形形状も長方形であり、光反射層21よりもミラー本体部22は大きい。尚、このような外形形状が長方形を有するミラー本体部22にあっては、各ミラー支持部50は、ミラー20の最大変位部においてミラー20に接続されていると云える。
In Example 1, the
ミラー20を変位させ、あるいは又、捻り回動軸AXを中心としてミラー20を回動運動させるために、ミラー支持部50が設けられている。尚、図1に示す例にあっては、ミラー支持部50の数を4(N=2)とした。全体として、ミラー支持部50の一端は保持部40に接続され、他端は、ミラー20の回動軸AXと直交する仮想直線が交わるミラー20の縁部20A,20Bにおいて、ミラー20に接続されている。
A
ミアンダ構造のアクチュエータから成るミラー支持部50は、具体的には、ミラー20の回動軸AXを挟んで、ミラー20の回動軸AXと平行に位置する2つの対向するミラー20の縁部20A,20Bのそれぞれにおいて(云い換えれば、ミラー20の回動軸AXと直交する仮想直線が交わる2つの対向するミラー20の縁部20A,20Bのそれぞれにおいて)、複数(2N=4)のミラー支持部50がミラー20に接続されている。そして、ミアンダ構造のアクチュエータは、具体的には、図6に(A)、(B)、(C)及び(D)に示すように、平板状の複数の第1部材51と、第1部材51の端部同士を連結する平板状の第2部材52の組合せから構成されている。ここで、第1番目の第1部材51の他端は、第2番目の第1部材51の一端と、短い第2部材52を介して連結されている。同様に、第m番目の第1部材51の他端は、第(m+1)番目の第1部材51の一端と、短い第2部材52を介して連結されている。そして、最後の第1部材51の他端から延びる第2部材52が、ミラー20に接続されている。また、第1番目の第1部材51の一端から延びる第2部材52が保持部40に接続されている。ここで、ミラー20の回動軸AXと平行に位置する2つの対向するミラー20の縁部20A,20Bのそれぞれにおいて、複数(N=2)のミラー支持部50がミラー20に接続されている。また、第1部材51は、ミラー20の回動軸AXと平行に配置されている。一方、最後の第1部材51の他端から延びる第2部材52の軸線方向、及び、第1番目の第1部材51の一端から延びる第2部材52の軸線方向は、ミラー20の回動軸AXと直交している。実施例1にあっては、m=6としたが、これに限定するものではない。
Specifically, the
実施例1において、ミラー支持部50は、ユニモルフ型の圧電アクチュエータから構成されている。ユニモルフ型の圧電アクチュエータは、長さ方向に伸縮する1枚の圧電材料層53から構成されている。そして、このような長さ方向に伸縮する圧電材料層53の動きによって、その他端が駆動(上下動)され、これによって、ミラー20に変位が生じ、また、捻り回動軸AXを中心にミラー20が回動運動する。圧電材料層53は、PbZrO3とPbTiO3の固溶体であるPZT[ジルコン酸チタン酸鉛、Pb(Zr,Ti)O3]から成る。
In Example 1, the
そして、各ミラー支持部50は変曲点を有する。ここで、このような構造は、具体的には、1つの第1部材51において、第1部材51の一端側が伸長するとき、第1部材51の他端側が収縮するといった構造を採用することで達成することができる。より具体的には、第1部材51の一端側51Aに設けられた圧電材料層53Aによって与えられる第1部材51の一端側51Aの伸縮特性と、第1部材51の他端側51Bに設けられた圧電材料層53Bによって与えられる第1部材51の他端側51Bの伸縮特性とを、逆の特性とする。即ち、基層としての第1活性層105の上に、Pt層/Ti層の積層構造を有する共通電極としての下部電極61が設けられている。そして、第1部材51の一端側51Aの下部電極61の部分の上には圧電材料層53Aが設けられ、この圧電材料層53A上には白金(Pt)から成る上部電極62Aが設けられている。一方、第1部材51の他端側51Bの下部電極61の部分の上には圧電材料層53Bが設けられ、この圧電材料層53B上には白金(Pt)から成る上部電極62Bが設けられている。下部電極61は接地されており、上部電極62Aと上部電極62Bとには、相互に極性の異なる電圧が印加される。上部電極62A及び上部電極62Bのそれぞれからは、金(Au)から成る配線63A,63Bが延びており、制御回路(図示せず)に接続されている。尚、図6に(C)及び(D)においては、電極61,62A,62Bや配線63A,63Bを明示するために、これらに斜線を付した。
Each
ミラー支持部50の変位の状態を、図7の(A)及び(B)の概念図に示す。ここで、図7の(A)に示すような電圧を下部電極61及び上部電極62A,62Bに印加すると、圧電材料層53Aは収縮し、圧電材料層53Bは伸長する。その結果、図7の(B)に示すように、第1部材51が変形し(撓み)、ミラー支持部50の全体も変形する(撓む)。そして、その結果、ミラー20を回動させることができる。
The state of displacement of the
ミラー本体部22の軽量化を図るために、補強部30と補強部30との間に位置するミラー本体部22の部分は、補強部30と貼合せ層104を介して接するミラー本体部22の部分の厚さ(t1B)よりも薄い。また、貼合せ層104の厚さtBL、補強部30の高さ(第2活性層103の厚さt2)、補強部30の厚さ(回動軸AXと平行な方向及び垂直な方向に沿った長さ)t、回動軸AXと平行な方向に沿った補強部30の形成ピッチP1、回動軸AXと垂直な方向に沿った補強部30の形成ピッチP2を以下のとおりとした。更には、第2活性層103、絶縁層102及び支持基板101の総厚t0を以下のとおりとした。尚、
0.05≦t2/t0≦0.5
0.1≦t1A/t1B≦0.5
を満足している。
In order to reduce the weight of the mirror main body 22, the portion of the mirror main body 22 located between the reinforcing portion 30 and the reinforcing portion 30 is the portion of the mirror main body 22 that is in contact with the reinforcing portion 30 via the
0.05 ≦ t 2 / t 0 ≦ 0.5
0.1 ≦ t 1A / t 1B ≦ 0.5
Is satisfied.
[表1]
t1A=15μm
t1B=45μm
tBL=1μm
t2 =120μm
t =100μm
P1 =200μm
P2 =200μm
t0 =500μm
[Table 1]
t 1A = 15 μm
t 1B = 45 μm
t BL = 1μm
t 2 = 120 μm
t = 100 μm
P 1 = 200 μm
P 2 = 200 μm
t 0 = 500 μm
以下、実施例1のミラー構造体の製造方法を、図22、図23、図24、図25の支持基板等の模式的な一部断面図を参照して、説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the mirror structure of Example 1 will be described with reference to schematic partial cross-sectional views of the support substrate and the like of FIGS. 22, 23, 24, and 25.
[工程−100]
先ず、第2活性層103、絶縁層(ボックス層)102及び支持基板(ハンドル層)101が積層されたSOI基板の表面を熱酸化することで第2活性層103の表面に貼合せ層104を形成する。これによって、貼合せ層104、第2活性層103、絶縁層102及び支持基板101が積層されて成る積層基材100を得る(図22参照)。一方、シリコン基板110の一部(補強部30と補強部30との間に位置するミラー本体部22の部分となる部分)にRIE法に基づき凹部22Aを形成しておく(図22参照)。尚、このシリコン基板110が、最終的に第1活性層105となる。
[Step-100]
First, the
[工程−110]
次いで、深堀りRIE法に基づき、積層基材100を貼合せ層104の側からエッチングすることで、積層基材100から成る保持部形成領域100A及び補強部形成領域100Bを設けることができる(図23参照)。
[Step-110]
Next, based on the deep RIE method, the
[工程−120]
その後、貼合せ層104に第1活性層105を貼り合わせる。具体的には、貼合せ層104と、凹部22Aが形成されたシリコン基板110の面を重ね合わせ、熱圧着することで、積層基材100とシリコン基板110とを積層することができる。その後、シリコン基板110を研磨・エッチングすることで、シリコン基板110を薄くし、第1活性層105を得る(図24参照)。
[Step-120]
Thereafter, the first
[工程−130]
次いで、周知のエッチング技術に基づき、保持部形成領域100A以外の支持基板101及び絶縁層102を除去する(図25参照)。支持基板101の除去の際には、絶縁層102がエッチングストップ層として機能する。
[Step-130]
Next, the
[工程−140]
その後、第1活性層105上に、周知のスパッタリング法に基づきアルミニウム層を形成する。次いで、周知のリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき、アルミニウム層、第1活性層105をパターニングすることで、光反射層21及びミラー本体部22から構成されたミラー20を得ることができる(図1〜図5参照)。
[Step-140]
Thereafter, an aluminum layer is formed on the first
以上の工程によって、
第1活性層105、貼合せ層104、第2活性層103、絶縁層102、及び、支持基板101が積層された構造を有する保持部40、
第1活性層105から成るミラー本体部22及びミラー支持部50、並びに、
第2活性層103から成り、ミラー本体部22の裏面25に貼合せ層104を介して設けられた補強部30、
を得ることができる。
Through the above process,
A holding
Mirror main body portion 22 and
A reinforcing portion 30 comprising a second
Can be obtained.
[工程−150]
次いで、周知の方法で、第1活性層105の上に、Pt層/Ti層の積層構造を有する下部電極、圧電材料層、白金(Pt)から成る上部電極を、周知の方法で、順次、成膜し、周知のリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき、上部電極、圧電材料層、下部電極をパターニングすることで、ユニモルフ型の圧電アクチュエータを設けることができる。更には、金(Au)から成る配線63A,63Bを、周知の方法に基づき形成する。
[Step-150]
Next, a lower electrode having a stacked structure of Pt layer / Ti layer, a piezoelectric material layer, and an upper electrode made of platinum (Pt) are sequentially formed on the first
尚、以上に説明したミラー構造体の製造方法の工程の順序は、適宜、変更することができる。 In addition, the order of the process of the manufacturing method of the mirror structure demonstrated above can be changed suitably.
実施例1のミラー構造体の製造方法にあっては、積層基材100をパターニングすることで、保持部形成領域100A及び補強部形成領域100Bを積層基材100に設け、次いで、貼合せ層104に第1活性層105を貼り合わせ、その後、保持部形成領域100A以外の支持基板101及び絶縁層102を除去する。従って、凹部をシリコン基板に形成した後、凹部の底面において、補強部が備えられたミラー及びミラー支持部を形成するためのシリコン基板の加工を行う必要が無く、ミラー20及びミラー支持部50を、高精度で、しかも、高い量産性、高い歩留りにて加工することができる。加えて、ミラー本体部22の裏面には貼合せ層104を介して補強部(リブあるいはリブ構造)30が設けられているので、ミラー20の軽量化、高剛性化を図ることができる。
In the manufacturing method of the mirror structure of Example 1, the
表2からも明らかなとおり、実施例1のミラー構造体10における平行方向撓み量及び垂直方向撓み量は、比較例1、比較例2のミラー構造体における平行方向撓み量及び垂直方向撓み量よりも格段に減少している。一般に、ミラー構造体における平行方向撓み量及び垂直方向撓み量は、入射光の波長をλとしたとき、(λ/4)以下であることが望ましく、この観点からも、実施例1のミラー構造体10における平行方向撓み量及び垂直方向撓み量は、極めて好ましい値である。
As is clear from Table 2, the parallel direction deflection amount and the vertical direction deflection amount in the
実施例1において、N=2,4,10としたときの固有振動数f0をシミュレーションにて求めた結果を、以下の表3に示すが、Nの数が増加すると、固有振動数f0の値が高くなる。また、ミラー支持部50に対して上方から1×1012Paの力を加えたときの相対最大応力をシミュレーションにて求めた結果を、以下の表4に示すが、N=2の場合、N=10のときと比較して、約4倍、ミラー支持部50に大きな応力が発生する。云い換えれば、Nの数が増加すると、ミラー支持部50に力が加わった場合でも、より小さな応力しか発生しない。尚、表3における固有振動数f0は、N=2の値を「1.0」として規格化した値であり、表4における「相対最大応力」の値は、N=10のときにミラー支持部50に発生する応力を「1.0」として規格化した値である。
In Example 1, the natural frequency f 0 obtained by simulation when N = 2, 4, 10 is shown in Table 3 below. As the number of N increases, the natural frequency f 0 is increased. The value of becomes higher. Table 4 below shows the results of the simulation of the relative maximum stress when a force of 1 × 10 12 Pa is applied to the
[表3]
N 固有振動数f0
2 1.0
4 1.4
10 2.2
[Table 3]
N natural frequency f 0
2 1.0
4 1.4
10 2.2
[表4]
N 相対最大応力
2 4.0
4 2.1
10 1.0
[Table 4]
N Relative maximum stress 2 4.0
4 2.1
10 1.0
このように、ミラーを支持するミラー支持部を複数とするが故に、ミラー支持部の固有振動数を十分に高い値とすることができるし、高耐衝撃性を達成することができる。しかも、ミラーの回動軸と直交する仮想直線が交わるミラーの縁部において各ミラー支持部をミラーに接続するので、ミラー構造体、全体の大きさの縮小化を図ることができる。即ち、ミラーと保持部とを梁から成るミラー支持部で結び、梁から成るミラー支持部にミアンダ構造のアクチュエータを接続し、梁から成るミラー支持部をミラーの回動軸としたのでは、ミラーの回動軸に沿って、最低、2つのミアンダ構造のアクチュエータ(総計では、最低、4つのミアンダ構造のアクチュエータ)が必要とされ、ミラー構造体、全体の大きさの縮小化を図ることができない。また、各ミラー支持部は変曲点を有するミアンダ構造のアクチュエータから成るが故に、ミラー支持部全体としての撓み(具体的には、第2部材の撓みあるいは捩れ)を、より少なくすることができる。尚、ミラー構造体、全体の大きさが、例えば20mm乃至30mmを越えると、通常のステッパー(半導体露光装置)では1ショットで露光することが困難となり、必要なマスク数が増えたり、スティッチ合わせをする必要がある等に起因して、製造コスト増大を招く虞がある。 As described above, since a plurality of mirror support portions support the mirror, the natural frequency of the mirror support portion can be set to a sufficiently high value, and high impact resistance can be achieved. In addition, since each mirror support portion is connected to the mirror at the edge of the mirror where a virtual straight line perpendicular to the rotation axis of the mirror intersects, the size of the mirror structure can be reduced. In other words, if the mirror and the holding part are connected by a mirror support part made of a beam, an actuator having a meander structure is connected to the mirror support part made of a beam, and the mirror support part made of a beam is used as the rotation axis of the mirror, A minimum of two meander-structure actuators (total of at least four meander-structure actuators) are required along the rotation axis of the mirror structure, and the overall size of the mirror structure cannot be reduced. . Further, since each mirror support portion is composed of an actuator having a meander structure having an inflection point, the mirror support portion as a whole can be less bent (specifically, the second member is bent or twisted). . If the overall size of the mirror structure exceeds, for example, 20 mm to 30 mm, it becomes difficult to perform exposure in one shot with a normal stepper (semiconductor exposure apparatus), the number of necessary masks increases, and stitch alignment is performed. There is a risk that the manufacturing cost will increase due to the necessity to do so.
実施例2は、実施例1の変形である。実施例2にあっては、各ミラー支持部50における下部電極及び上部電極の構成が、実施例1と異なっている。実施例2におけるミラー支持部を拡大した模式的な平面図を図8の(A)に示し、模式的な断面図を図8の(B)に示す。
The second embodiment is a modification of the first embodiment. In the second embodiment, the configurations of the lower electrode and the upper electrode in each
実施例2にあっては、基層としての第1活性層105の上に、Pt層/Ti層の積層構造を有する下部電極71,73が設けられている。そして、第1部材51の一端側51Aの下部電極71の上には圧電材料層53Aが設けられ、この圧電材料層53A上には白金(Pt)から成る上部電極72が設けられている。一方、第1部材51の他端側51Bの下部電極73の上には圧電材料層53Bが設けられ、この圧電材料層53B上には白金(Pt)から成る上部電極74が設けられている。下部電極71と下部電極73とには、相互に極性の異なる電圧が印加され、上部電極72と上部電極74とにも、相互に極性の異なる電圧が印加される。各電極のそれぞれからは、金(Au)から成る配線(図示せず)が延びており、制御回路(図示せず)に接続されている。
In Example 2,
以上の点を除き、実施例2のミラー構造体及びその製造方法は、実施例1のミラー構造体及びその製造方法と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。 Except for the above points, the mirror structure of the second embodiment and the manufacturing method thereof can be the same as the mirror structure of the first embodiment and the manufacturing method thereof.
実施例3は、実施例1あるいは実施例2にて説明したミラー構造体を適用した表示装置、より具体的には、画像表示装置に関する。図9に実施例3の表示装置の概念図を示す。実施例3の表示装置は、例えば、半導体レーザ素子から成る光源、光源から出射された光を平行光とし、コリメートするレンズ群(図9では、1枚のレンズで示す)、レンズ群から出射された平行光が入射され、この平行光をX方向及びY方向にラスタースキャンする実施例1あるいは実施例2にて説明したミラー構造体(MEMSスキャナ)10A,10B、及び、ミラー構造体10Bから出射された光が衝突し、最終的に画像が表示されるスクリーンから構成された画像表示装置、具体的には、画像表示用のプロジェクターである。場合によっては、ミラー構造体10A,10Bのいずれか一方のみを実施例1あるいは実施例2にて説明したミラー構造体から構成してもよい。
Example 3 relates to a display device to which the mirror structure described in Example 1 or Example 2 is applied, and more specifically to an image display device. FIG. 9 is a conceptual diagram of a display device according to the third embodiment. The display device according to the third embodiment includes, for example, a light source composed of a semiconductor laser element, collimated lens group light (shown as one lens in FIG. 9), and light emitted from the lens group. The parallel light is incident, and the parallel light is raster-scanned in the X direction and the Y direction, and emitted from the mirror structures (MEMS scanners) 10A and 10B and the
表示装置における画素の数は、画像表示装置に要求される仕様に基づき決定すればよく、画素の数の具体的な値として、320×240、640×480、854×480、1024×768、1920×1080を例示することができる。ミラー構造体の数は、例えば、1である。 The number of pixels in the display device may be determined based on specifications required for the image display device. As specific values of the number of pixels, 320 × 240, 640 × 480, 854 × 480, 1024 × 768, 1920 X1080 can be illustrated. The number of mirror structures is, for example, 1.
表示装置においてカラー表示を行う場合、光源は、赤色を出射する赤色発光半導体レーザ素子、緑色を出射する緑色発光固体レーザ、青色を出射する青色発光半導体レーザ素子、これらの半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を1本のレーザ光に纏めるためのダイクロイックプリズムから構成されていてもよい。あるいは又、光源を、白色光を出射する1つの半導体レーザ素子から構成し、この半導体レーザ素子から出射された白色光を、赤色、緑色及び青色のカラーフィルターを、逐次、通過させ、赤色、緑色、青色の光の三原色を取り出す構成とすることもできる。あるいは又、光源を、白色光を出射する1つの半導体レーザ素子、ダイクロイックプリズム及び波長選択を行う狭帯域フィルタから構成することで、赤色、緑色、青色の光の三原色を取り出す構成とすることもできる。但し、カラー表示の方法は、以上に説明した方法に限定するものではなく、本質的に任意の方法とすることができる。また、光源として、その他、有機EL(Electro Luminescence)発光素子、無機EL発光素子、発光ダイオード(LED)を用いることもできる。 When performing color display in a display device, the light source is emitted from a red light emitting semiconductor laser element that emits red, a green light emitting solid-state laser that emits green, a blue light emitting semiconductor laser element that emits blue, and these semiconductor laser elements. You may be comprised from the dichroic prism for putting a laser beam into one laser beam. Alternatively, the light source is composed of one semiconductor laser element that emits white light, and the white light emitted from the semiconductor laser element is sequentially passed through the red, green, and blue color filters, and red, green The three primary colors of blue light can be extracted. Alternatively, the light source can be configured to take out the three primary colors of red, green, and blue light by including one semiconductor laser element that emits white light, a dichroic prism, and a narrowband filter that performs wavelength selection. . However, the color display method is not limited to the method described above, and can be essentially any method. In addition, an organic EL (Electro Luminescence) light emitting element, an inorganic EL light emitting element, and a light emitting diode (LED) can also be used as the light source.
ラスタースキャンを行う場合、高速でのZ軸周りのミラーの回動を共振に基づき行い、低速でのX軸周りのミラーの回動を非共振に基づき行うことが好ましい。そして、この場合には、低速でのX軸周りのミラーの回動によって表示装置の垂直方向のスキャンが行われ、高速でのZ軸周りのミラーの回動によって表示装置の水平方向のスキャンが行われる。尚、表示装置、それ自体の構成、構造は、周知の構成、構造とすることができるので、詳細な説明は省略する。 When raster scanning is performed, it is preferable to rotate the mirror around the Z axis at high speed based on resonance and to rotate the mirror around the X axis at low speed based on non-resonance. In this case, the vertical scanning of the display device is performed by rotating the mirror around the X axis at a low speed, and the horizontal scanning of the display device is performed by rotating the mirror around the Z axis at a high speed. Done. In addition, since a display apparatus and the structure and structure of itself can be made into a known structure and structure, detailed description is abbreviate | omitted.
実施例4も、実施例1あるいは実施例2にて説明したミラー構造体を適用した表示装置であるが、より具体的には、頭部装着型ディスプレイ(HMD)に関する。 Example 4 is also a display device to which the mirror structure described in Example 1 or Example 2 is applied, and more specifically relates to a head-mounted display (HMD).
実施例4における頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図を図10に示し、頭部装着型ディスプレイ(但し、フレームを除去したと想定したときの状態)を正面から眺めた模式図を図11に示す。また、頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図を図12に示し、頭部装着型ディスプレイを観察者240の頭部に装着した状態を上方から眺めた図を図13に示す。更には、実施例4における頭部装着型ディスプレイに組み込まれた画像表示装置の概念図を図14に示す。尚、図13においては、便宜上、画像表示装置のみを示し、フレームの図示は省略している。
FIG. 10 shows a schematic view of the head-mounted display in Example 4 as viewed from the front, and FIG. 10 shows a schematic view of the head-mounted display (provided that the frame is removed) as viewed from the front. 11 shows. FIG. 12 shows a schematic view of the head-mounted display viewed from above, and FIG. 13 shows a view of the head-mounted display mounted on the head of the
頭部装着型ディスプレイにおける画素の数は、頭部装着型ディスプレイに要求される仕様に基づき決定すればよく、画素の数の具体的な値として、320×240、640×480、854×480、1024×768、1920×1080を例示することができる。ミラー構造体の数は、例えば、1である。 The number of pixels in the head-mounted display may be determined based on specifications required for the head-mounted display. As specific values of the number of pixels, 320 × 240, 640 × 480, 854 × 480, Examples are 1024 × 768 and 1920 × 1080. The number of mirror structures is, for example, 1.
実施例4における頭部装着型ディスプレイは、
(A)観察者240の頭部に装着される眼鏡型のフレーム210、及び、
(B)2つの画像表示装置300、
を備えている。
The head mounted display in Example 4 is
(A) a glasses-
(B) two image display devices 300,
It has.
ここで、各画像表示装置300は、
(イ)光源351、
(ロ)光源351から出射された光を平行光とするコリメート光学系352、
(ハ)コリメート光学系352から出射された平行光を走査する走査手段353、及び、
(ニ)走査手段353によって走査された平行光をリレーし、出射するリレー光学系354、
から構成されている。尚、画像生成装置310全体が筐体313(図14では、一点鎖線で示す)内に納められており、係る筐体313には開口部(図示せず)が設けられており、開口部を介してリレー光学系354から光が出射される。そして、各筐体313が、結合部材220の端部分に、ビスあるいは接着剤(図示せず)を用いて取り付けられている。また、筐体313に、導光手段320が取り付けられている。
Here, each image display device 300 includes:
(A) Light source 351,
(B) a collimating
(C) scanning means 353 for scanning the parallel light emitted from the collimating
(D) a relay
It is composed of Note that the entire
光源351は、赤色を発光する赤色発光素子351R、緑色を発光する緑色発光素子351G、青色を発光する青色発光素子351Bから構成されており、各発光素子は半導体レーザ素子から成る。光源351から出射された3原色の光は、クロスプリズム355を通過することで色合成が行われ、光路が一本化され、全体として正の光学的パワーを持つコリメート光学系352に入射し、平行光として出射される。そして、この平行光は、全反射ミラー356で反射され、入射した平行光を2次元的に走査する実施例1あるいは実施例2のミラー構造体10A,10B(実施例3も参照)から成る走査手段353(1つのミラー構造体のみを図示した)によって水平走査及び垂直走査が行われ、一種の2次元画像化され、仮想の画素が生成される。そして、仮想の画素からの光は、周知のリレー光学系から構成されたリレー光学系354を通過し、平行光とされた光束が導光手段320に入射する。
The light source 351 includes a red
画像生成装置において、コリメート光学系352にて複数の平行光とされた光を導光板に入射させるが、このような、平行光であることの要請は、これらの光が導光板へ入射したときの光波面情報が、第1偏向手段と第2偏向手段を介して導光板から出射された後も保存される必要があることに基づく。尚、複数の平行光を生成させるためには、具体的には、コリメート光学系352における焦点距離の所(位置)に、例えば、クロスプリズム355における光射出部を位置させればよい。コリメート光学系352は、画素の位置情報を導光手段の光学系における角度情報に変換する機能を有する。コリメート光学系352として、凸レンズ、凹レンズ、自由曲面プリズム、ホログラムレンズを、単独、若しくは、組み合わせた、全体として正の光学的パワーを持つ光学系を例示することができる。
In the image generation device, a plurality of parallel light beams made incident on the collimating
頭部装着型ディスプレイは、上述したとおり、2つの画像表示装置300を結合する結合部材220を有している。結合部材220は、観察者240の2つの瞳241の間に位置するフレーム210の中央部分210Cの観察者に面する側に(即ち、観察者240とフレーム210との間に)、例えば、ビス(図示せず)を用いて取り付けられている。更には、結合部材220の射影像は、フレーム210の射影像内に含まれる。即ち、観察者240の正面から頭部装着型ディスプレイを眺めたとき、結合部材220はフレーム210によって隠されており、結合部材220は視認されない。
As described above, the head-mounted display includes the
具体的には、一方の画像生成装置310Aの取付部中心310ACとフレーム210の一端部(一方の智)210Aとの間の距離をα、結合部材220の中心220Cからフレームの一端部(一方の智)210Aまでの距離をβ、他方の画像生成装置310Bの取付部中心310BCとフレームの一端部(一方の智)210Aとの間の距離をγ、フレームの長さをLとしたとき、
α=0.1×L
β=0.5×L
γ=0.9×L
である。尚、0.01×L≦α≦0.30×L、好ましくは、0.05×L≦α≦0.25×L、0.35×L≦β≦0.65×L、好ましくは、0.45×L≦β≦0.55×L、0.70×L≦γ≦0.99×L、好ましくは、0.75×L≦γ≦0.95×Lを満足することが望ましい。
Specifically, the distance between the
α = 0.1 × L
β = 0.5 × L
γ = 0.9 × L
It is. In addition, 0.01 × L ≦ α ≦ 0.30 × L, preferably 0.05 × L ≦ α ≦ 0.25 × L, 0.35 × L ≦ β ≦ 0.65 × L, preferably 0.45 × L ≦ β ≦ 0.55 × L, 0.70 × L ≦ γ ≦ 0.99 × L, preferably 0.75 × L ≦ γ ≦ 0.95 × L .
そして、結合部材220によって2つの画像表示装置300が結合されているが、具体的には、結合部材220の各端部に、画像生成装置310A,310Bが、取付け状態調整可能に取り付けられている。各画像生成装置310A,310Bは、観察者240の瞳241よりも外側に位置している。
The two image display devices 300 are coupled by the
結合部材220の各端部への画像生成装置(具体的には、画像生成装置310A,310B)の取付けは、具体的には、例えば、結合部材の各端部の3箇所に貫通孔(図示せず)を設け、貫通孔に対応したタップ付きの孔部(螺合部。図示せず)を画像生成装置310A,310Bに設け、各貫通孔にビス(図示せず)を通し、画像生成装置310A,310Bに設けられた孔部に螺合させる。ビスと孔部との間にはバネを挿入しておく。こうして、ビスの締め付け状態によって、画像生成装置の取付け状態(結合部材に対する画像生成装置の傾き)を調整することができる。取付け後、蓋(図示せず)によってビスを隠す。尚、図11、図17、図20において、結合部材220,230を明示するために、結合部材220,230に斜線を付した。
Specifically, the image generating device (specifically, the
フレーム210は、観察者240の正面に配置されるフロント部210Bと、フロント部210Bの両端に蝶番211を介して回動自在に取り付けられた2つのテンプル部212と、各テンプル部212の先端部に取り付けられたモダン部(先セル、耳あて、イヤーパッドとも呼ばれる)213から成り、結合部材220は、観察者240の2つの瞳241の間に位置するフロント部210Bの中央部分210C(通常の眼鏡におけるブリッジの部分に相当する)に取り付けられている。そして、結合部材220の観察者240に面する側にノーズパッド214が取り付けられている。尚、図12、図18あるいは図21においては、ノーズパッド214の図示を省略している。フレーム210及び結合部材220は金属や合金、プラスチック、あるいは、これらの組合せから作製されており、結合部材220の形状は湾曲した棒状である。尚、結合部材220の形状は、結合部材220の射影像がフレーム210の射影像内に含まれる限りにおいて、本質的に任意であり、例えば、棒状の他、細長い板状を例示することができる。
The
更には、一方の画像生成装置310Aから延びる配線(信号線や電源線等)215が、テンプル部212、及び、モダン部213の内部を介して、モダン部213の先端部から外部に延びており、図示しない外部回路(制御回路)に接続されている。更には、各画像生成装置310A,310Bはヘッドホン部216を備えており、各画像生成装置310A,310Bから延びるヘッドホン部用配線217が、テンプル部212、及び、モダン部213の内部を介して、モダン部213の先端部からヘッドホン部216へと延びている。ヘッドホン部用配線217は、より具体的には、モダン部213の先端部から、耳介(耳殻)の後ろ側を回り込むようにしてヘッドホン部216へと延びている。このような構成にすることで、ヘッドホン部216やヘッドホン部用配線217が乱雑に配置されているといった印象を与えることがなく、すっきりとした頭部装着型ディスプレイとすることができる。
Furthermore, a wiring (a signal line, a power supply line, etc.) 215 extending from one
また、フロント部210Bの中央部分210Cには、CCDあるいはCMOSセンサーから成る固体撮像素子とレンズ(これらは図示せず)とから構成された撮像装置218が取り付けられている。具体的には、中央部分210Cには貫通孔が設けられており、中央部分210Cに設けられた貫通孔と対向する結合部材220の部分には凹部が設けられており、この凹部内に撮像装置218が配置されている。中央部分210Cに設けられた貫通孔から入射した光が、レンズによって固体撮像素子に集光される。固体撮像素子からの信号は、撮像装置218から延びる配線(図示せず)を介して、画像生成装置310Aに送出される。尚、配線は、結合部材220とフロント部210Bとの間を通り、一方の画像生成装置310Aに接続されている。このような構成にすることで、撮像装置が頭部装着型ディスプレイに組み込まれていることを、視認させ難くすることができる。
In addition, an
実施例4にあっては、図14に示すように、リレー光学系354にて平行光とされた光束が入射され、導光され、出射される導光手段320は、
(a)全体として画像生成装置310よりも観察者240の顔の中心側に配置され、画像生成装置310から出射された光が入射され、導光され、観察者240の瞳241に向かって出射される導光板321、
(b)導光板321に入射された光が導光板321の内部で全反射されるように、導光板321に入射された光を偏向させる第1偏向手段330、及び、
(c)導光板321の内部を全反射により伝播した光を導光板321から出射させるために、導光板321の内部を全反射により伝播した光を複数回に亙り偏向させる第2偏向手段340、
から構成されている。尚、「全反射」という用語は、内部全反射、あるいは、導光板内部における全反射を意味する。以下においても同様である。
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 14, the light guide means 320 that is incident, guided, and emitted by the relay
(A) As a whole, it is disposed closer to the center of the face of the
(B) first deflecting means 330 for deflecting the light incident on the light guide plate 321 so that the light incident on the light guide plate 321 is totally reflected inside the light guide plate 321; and
(C) second deflecting means 340 for deflecting the light propagated in the light guide plate 321 by total reflection several times in order to emit the light propagated in the light guide plate 321 by total reflection from the light guide plate 321;
It is composed of The term “total reflection” means total internal reflection or total reflection inside the light guide plate. The same applies to the following.
第1偏向手段330及び第2偏向手段340は導光板321の内部に配設されている。そして、第1偏向手段330は、導光板321に入射された光を反射し、第2偏向手段340は、導光板321の内部を全反射により伝播した光を、複数回に亙り、透過、反射する。即ち、第1偏向手段330は反射鏡として機能し、第2偏向手段340は半透過鏡として機能する。より具体的には、導光板321の内部に設けられた第1偏向手段330は、アルミニウムから成り、導光板321に入射された光を反射させる光反射膜(一種のミラー)から構成されている。一方、導光板321の内部に設けられた第2偏向手段340は、誘電体積層膜が多数積層された多層積層構造体から構成されている。誘電体積層膜は、例えば、高誘電率材料としてのTiO2膜、及び、低誘電率材料としてのSiO2膜から構成されている。誘電体積層膜が多数積層された多層積層構造体に関しては、特表2005−521099に開示されている。図面においては6層の誘電体積層膜を図示しているが、これに限定するものではない。誘電体積層膜と誘電体積層膜との間には、導光板321を構成する材料と同じ材料から成る薄片が挟まれている。尚、第1偏向手段330においては、導光板321に入射された平行光が導光板321の内部で全反射されるように、導光板321に入射された平行光が反射(又は回折)される。一方、第2偏向手段340においては、導光板321の内部を全反射により伝播した平行光が複数回に亙り反射(又は回折)され、導光板321から平行光の状態で出射される。
The
第1偏向手段330は、導光板321の第1偏向手段330を設ける部分324を切り出すことで、導光板321に第1偏向手段330を形成すべき斜面を設け、係る斜面に光反射膜を真空蒸着した後、導光板321の切り出した部分324を第1偏向手段330に接着すればよい。また、第2偏向手段340は、導光板321を構成する材料と同じ材料(例えば、ガラス)と誘電体積層膜(例えば、真空蒸着法にて成膜することができる)とが多数積層された多層積層構造体を作製し、導光板321の第2偏向手段340を設ける部分325を切り出して斜面を形成し、係る斜面に多層積層構造体を接着し、研磨等を行って、外形を整えればよい。こうして、導光板321の内部に第1偏向手段330及び第2偏向手段340が設けられた導光手段320を得ることができる。
The first deflecting means 330 cuts a portion 324 of the light guide plate 321 where the first deflecting means 330 is provided, thereby providing the light guide plate 321 with a slope on which the first deflecting means 330 is to be formed, and vacuuming the light reflecting film on the slope. After vapor deposition, the cut out portion 324 of the light guide plate 321 may be bonded to the
尚、第1偏向手段330は、例えば、上述したとおり、合金を含む金属から構成され、導光板に入射された光を反射させる光反射膜(一種のミラー)や、導光板に入射された光を回折させる回折格子(例えば、ホログラム回折格子膜)から構成することができる。また、第2偏向手段340は、上述したとおり、誘電体積層膜が多数積層された多層積層構造体や、ハーフミラー、偏光ビームスプリッター、ホログラム回折格子膜から構成することができる。 The first deflecting means 330 is made of a metal including an alloy as described above, for example, and reflects light incident on the light guide plate (a kind of mirror) or light incident on the light guide plate. Can be constituted by a diffraction grating (for example, a hologram diffraction grating film). Further, as described above, the second deflecting unit 340 can be composed of a multilayer laminated structure in which a large number of dielectric laminated films are laminated, a half mirror, a polarization beam splitter, and a hologram diffraction grating film.
導光板321は、導光板321の軸線と平行に延びる2つの平行面(第1面322及び第2面323)を有している。第1面322と第2面323とは対向している。そして、光入射面に相当する第1面322から平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、光出射面に相当する第1面322から出射される。尚、導光板321は導光板の軸線(y方向)と平行に延びる2つの平行面(第1面及び第2面)を有しているが、光が入射する導光板321の面を導光板入射面、光が出射する導光板321の面を導光板出射面としたとき、第1面によって導光板入射面及び導光板出射面が構成されていてもよいし、第1面によって導光板入射面が構成され、第2面によって導光板出射面が構成されていてもよい。導光板321を構成する材料として、石英ガラスやBK7等の光学ガラスを含むガラスや、プラスチック材料(例えば、PMMA、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、非晶性のポリプロピレン系樹脂、AS樹脂を含むスチレン系樹脂)を挙げることができる。導光板の形状は、平板に限定するものではなく、湾曲した形状を有していてもよい。
The light guide plate 321 has two parallel surfaces (a
このように、実施例4における頭部装着型ディスプレイ(HMD)にあっては、結合部材220が2つの画像表示装置300を結合しており、この結合部材220は、観察者240の2つの瞳241の間に位置するフレーム210の中央部分210Cに取り付けられている。即ち、各画像表示装置300は、フレーム210に、直接、取り付けられた構造とはなっていない。従って、観察者240がフレーム210を頭部に装着したとき、テンプル部212が外側に向かって広がった状態となり、その結果、フレーム210が変形したとしても、このようなフレーム210の変形によって、画像生成装置310A,310Bの変位(位置変化)が生じないか、生じたとしても、極僅かである。それ故、左右の画像の輻輳角が変化してしまうことを確実に防止することができる。しかも、フレーム210のフロント部210Bの剛性を高める必要がないので、フレーム210の重量増加、デザイン性の低下、コストの増加を招くことがない。また、画像表示装置300は、眼鏡型のフレーム210に、直接、取り付けられていないので、観察者の嗜好によってフレーム210のデザインや色等を自由に選択することが可能であるし、フレーム210のデザインが受ける制約も少なく、デザイン上の自由度が高い。加えて、観察者の正面から頭部装着型ディスプレイを眺めたとき、結合部材220はフレーム210に隠れている。従って、高いデザイン性、意匠性を頭部装着型ディスプレイに与えることができる。
As described above, in the head-mounted display (HMD) according to the fourth embodiment, the
実施例5は実施例4の変形である。実施例5における頭部装着型ディスプレイに組み込まれた画像表示装置400の概念図を図15の(A)に示す。また、反射型体積ホログラム回折格子の一部を拡大して示す模式的な断面図を図15の(B)に示す。実施例5にあっては、画像生成装置310は、実施例4と同様の構成、構造を有する。また、導光手段420は、第1偏向手段及び第2偏向手段の構成、構造が異なる点を除き、基本的な構成、構造、即ち、
(a)全体として画像生成装置310よりも観察者240の顔の中心側に配置され、画像生成装置310から出射された光が入射され、導光され、観察者240の瞳241に向かって出射される導光板421、
(b)導光板421に入射された光が導光板421の内部で全反射されるように、導光板421に入射された光を偏向させる第1偏向手段、及び、
(c)導光板421の内部を全反射により伝播した光を導光板421から出射させるために、導光板421の内部を全反射により伝播した光を複数回に亙り偏向させる第2偏向手段、
から構成されている点は、実施例4の導光手段320と同じである。
The fifth embodiment is a modification of the fourth embodiment. FIG. 15A shows a conceptual diagram of the
(A) As a whole, it is disposed closer to the center of the face of the
(B) first deflection means for deflecting the light incident on the light guide plate 421 so that the light incident on the light guide plate 421 is totally reflected inside the light guide plate 421;
(C) second deflecting means for deflecting the light propagated in the light guide plate 421 by total reflection multiple times in order to emit the light propagated in the light guide plate 421 by total reflection from the light guide plate 421;
This is the same as the light guide means 320 of the fourth embodiment.
実施例5にあっては、第1偏向手段及び第2偏向手段は導光板421の表面(具体的には、導光板421の第2面423)に配設されている。そして、第1偏向手段は、導光板421に入射された光を回折し、第2偏向手段は、導光板421の内部を全反射により伝播した光を、複数回に亙り、回折する。ここで、第1偏向手段及び第2偏向手段は、回折格子素子、具体的には反射型回折格子素子、より具体的には反射型体積ホログラム回折格子から成る。以下の説明において、反射型体積ホログラム回折格子から成る第1偏向手段を、便宜上、『第1回折格子部材430』と呼び、反射型体積ホログラム回折格子から成る第2偏向手段を、便宜上、『第2回折格子部材440』と呼ぶ。
In the fifth embodiment, the first deflection unit and the second deflection unit are disposed on the surface of the light guide plate 421 (specifically, the
そして、実施例5にあっては、第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440を、異なるP種類(具体的には、P=3であり、赤色、緑色、青色の3種類)の波長帯域(あるいは、波長)を有するP種類の光の回折反射に対応させるために、反射型体積ホログラム回折格子から成るP層の回折格子層が積層されて成る構成としている。尚、フォトポリマー材料から成る各回折格子層には、1種類の波長帯域(あるいは、波長)に対応する干渉縞が形成されており、従来の方法で作製されている。より具体的には、赤色の光を回折反射する回折格子層と、緑色の光を回折反射する回折格子層と、青色の光を回折反射する回折格子層とが積層された構造を、第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440は有する。回折格子層(回折光学素子)に形成された干渉縞のピッチは一定であり、干渉縞は直線状であり、z軸方向に平行である。尚、第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440の軸線方向をy軸方向、法線方向をx軸方向とする。ここで、第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440のy軸方向はミラーのX軸の方向に相当し、第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440のz軸方向はミラーのY軸の方向に相当する。図15の(A)及び(B)においては、第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440を1層で示した。このような構成を採用することで、各波長帯域(あるいは、波長)を有する光が第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440において回折反射されるときの回折効率の増加、回折受容角の増加、回折角の最適化を図ることができる。
In the fifth embodiment, the first
第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440を構成する材料として、上述したとおり、フォトポリマー材料を挙げることができる。反射型体積ホログラム回折格子から成る第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440の構成材料や基本的な構造は、従来の反射型体積ホログラム回折格子の構成材料や構造と同じとすればよい。反射型体積ホログラム回折格子とは、+1次の回折光のみを回折反射するホログラム回折格子を意味する。回折格子部材には、その内部から表面に亙り干渉縞が形成されているが、係る干渉縞それ自体の形成方法は、従来の形成方法と同じとすればよい。具体的には、例えば、回折格子部材を構成する部材(例えば、フォトポリマー材料)に対して一方の側の第1の所定の方向から物体光を照射し、同時に、回折格子部材を構成する部材に対して他方の側の第2の所定の方向から参照光を照射し、物体光と参照光とによって形成される干渉縞を回折格子部材を構成する部材の内部に記録すればよい。第1の所定の方向、第2の所定の方向、物体光及び参照光の波長を適切に選択することで、回折格子部材の表面における干渉縞の所望のピッチ、干渉縞の所望の傾斜角(スラント角)を得ることができる。干渉縞の傾斜角とは、回折格子部材(あるいは回折格子層)の表面と干渉縞の成す角度を意味する。第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440を、反射型体積ホログラム回折格子から成るP層の回折格子層の積層構造から構成する場合、このような回折格子層の積層は、P層の回折格子層をそれぞれ別個に作製した後、P層の回折格子層を、例えば、紫外線硬化型接着剤を使用して積層(接着)すればよい。また、粘着性を有するフォトポリマー材料を用いて1層の回折格子層を作製した後、その上に順次粘着性を有するフォトポリマー材料を貼り付けて回折格子層を作製することで、P層の回折格子層を作製してもよい。
As described above, examples of the material constituting the first
図15の(B)に反射型体積ホログラム回折格子の拡大した模式的な一部断面図を示す。反射型体積ホログラム回折格子には、傾斜角φを有する干渉縞が形成されている。ここで、傾斜角φとは、反射型体積ホログラム回折格子の表面と干渉縞の成す角度を指す。干渉縞は、反射型体積ホログラム回折格子の内部から表面に亙り、形成されている。干渉縞は、ブラッグ条件を満たしている。ここで、ブラッグ条件とは、以下の式(A)を満足する条件を指す。式(A)中、mは正の整数、λは波長、dは格子面のピッチ(干渉縞を含む仮想平面の法線方向の間隔)、Θは干渉縞へ入射する角度の余角を意味する。また、入射角ψにて回折格子部材に光が侵入した場合の、Θ、傾斜角φ、入射角ψの関係は、式(B)のとおりである。 FIG. 15B is an enlarged schematic partial cross-sectional view of the reflective volume hologram diffraction grating. In the reflection type volume hologram diffraction grating, interference fringes having an inclination angle φ are formed. Here, the inclination angle φ refers to an angle formed between the surface of the reflective volume hologram diffraction grating and the interference fringes. The interference fringes are formed from the inside to the surface of the reflection type volume hologram diffraction grating. The interference fringes satisfy the Bragg condition. Here, the Bragg condition refers to a condition that satisfies the following formula (A). In equation (A), m is a positive integer, λ is the wavelength, d is the pitch of the grating plane (the interval in the normal direction of the imaginary plane including the interference fringes), and Θ is the angle of incidence of the incident on the interference fringes To do. In addition, when light enters the diffraction grating member at the incident angle ψ, the relationship among Θ, the tilt angle φ, and the incident angle ψ is as shown in Expression (B).
m・λ=2・d・sin(Θ) (A)
Θ=90°−(φ+ψ) (B)
m · λ = 2 · d · sin (Θ) (A)
Θ = 90 °-(φ + ψ) (B)
第1回折格子部材430は、上述したとおり、導光板421の第2面423に配設(接着)されており、第1面422から導光板421に入射されたこの平行光が導光板421の内部で全反射されるように、導光板421に入射されたこの平行光を回折反射する。更には、第2回折格子部材440は、導光板421の第2面423に配設(接着)されており、導光板421の内部を全反射により伝播したこの平行光を、複数回、回折反射し、導光板421から平行光のまま第1面422から出射する。
As described above, the first
そして、導光板421にあっても、赤色、緑色及び青色の3色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射される。このとき、導光板421が薄く導光板421の内部を進行する光路が長いため、各画角によって第2回折格子部材440に至るまでの全反射回数は異なっている。より詳細に述べれば、導光板421に入射する平行光のうち、第2回折格子部材440に近づく方向の角度をもって入射する平行光の反射回数は、第2回折格子部材440から離れる方向の角度をもって導光板421に入射する平行光の反射回数よりも少ない。これは、第1回折格子部材430において回折反射される平行光であって、第2回折格子部材440に近づく方向の角度をもって導光板421に入射する平行光の方が、これと逆方向の角度をもって導光板421に入射する平行光よりも、導光板421の内部を伝播していく光が導光板421の内面と衝突するときの導光板421の法線と成す角度が小さくなるからである。また、第2回折格子部材440の内部に形成された干渉縞の形状と、第1回折格子部材430の内部に形成された干渉縞の形状とは、導光板421の軸線に垂直な仮想面に対して対称な関係にある。
Even in the light guide plate 421, parallel light of three colors of red, green, and blue is emitted after propagating through the interior by total reflection. At this time, since the light guide plate 421 is thin and the optical path traveling through the light guide plate 421 is long, the total number of reflections until reaching the second
実施例5における頭部装着型ディスプレイは、上述したとおり、導光手段420が異なる点を除き、実質的に、実施例4における頭部装着型ディスプレイと同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。 As described above, the head-mounted display in the fifth embodiment has substantially the same configuration and structure as the head-mounted display in the fourth embodiment, except that the light guide means 420 is different. Is omitted.
実施例6も、実施例4の変形である。実施例6における頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図を図16に示し、実施例6における頭部装着型ディスプレイ(但し、フレームを除去したと想定したときの状態)を正面から眺めた模式図を図17に示す。また、実施例6における頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図を図18に示す。 The sixth embodiment is also a modification of the fourth embodiment. FIG. 16 shows a schematic view of the head-mounted display in Example 6 as viewed from the front, and the head-mounted display in Example 6 (provided that the frame is removed) is viewed from the front. A schematic diagram is shown in FIG. Moreover, the schematic diagram which looked at the head mounted display in Example 6 from upper direction is shown in FIG.
実施例6にあっては、導光手段は、画像生成装置310A,310Bよりも観察者240の顔の中心側に配置され、画像生成装置310A,310Bから出射された光が入射され、観察者240の瞳241に向かって出射される半透過ミラー520から構成されている。尚、実施例6にあっては、画像生成装置310A,310Bから出射された光は、ガラス板やプラスチック板等の透明な部材521の内部を伝播して半透過ミラー520に入射する構造としているが、空気中を伝播して半透過ミラー520に入射する構造としてもよい。
In the sixth embodiment, the light guiding unit is arranged closer to the center side of the face of the
各画像生成装置310A,310Bは、結合部材220の両端部分に、例えば、ビスを用いて取り付けられている。また、部材521が各画像生成装置310A,310Bに取り付けられ、半透過ミラー520が部材521に取り付けられている。実施例6における頭部装着型ディスプレイは、以上の相違点を除き、実質的に、実施例4における頭部装着型ディスプレイと同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
Each of the
実施例7も、実施例4の変形である。実施例4における頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図を図19に示し、実施例7における頭部装着型ディスプレイ(但し、フレームを除去したと想定したときの状態)を正面から眺めた模式図を図20に示す。また、実施例7における頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図を図21に示す。 The seventh embodiment is also a modification of the fourth embodiment. FIG. 19 shows a schematic view of the head-mounted display in Example 4 as viewed from the front. The head-mounted display in Example 7 (provided that the frame is removed) is viewed from the front. A schematic diagram is shown in FIG. FIG. 21 shows a schematic view of the head-mounted display in Example 7 as viewed from above.
実施例7における頭部装着型ディスプレイにあっては、棒状の結合部材230が、実施例4と異なり、2つの画像生成装置310A,310Bを結合する代わりに、2つの導光手段320を結合している。尚、2つの導光手段320を一体的に作製し、係る一体的に作製された導光手段320に結合部材230が取り付けられている形態とすることもできる。
In the head mounted display according to the seventh embodiment, unlike the fourth embodiment, the rod-shaped
ここで、実施例7における頭部装着型ディスプレイにあっても、結合部材230は、観察者240の2つの瞳241の間に位置するフレーム210の中央部分210Cに、例えば、ビスを用いて取り付けられており、各画像生成装置310は、観察者240の瞳241よりも外側に位置している。尚、各画像生成装置310は、導光手段320の端部に取り付けられている。結合部材230の中心230Cからフレーム210の一端部までの距離をβ、フレーム210の長さをLとしたとき、β=0.5×Lを満足している。尚、実施例7においても、α’の値、γ’の値は、実施例4のαの値、γの値と同じ値である。
Here, even in the head-mounted display according to the seventh embodiment, the
実施例7にあっては、フレーム210、各画像表示装置300、画像生成装置310、導光手段320は、実施例4において説明したフレーム210、画像表示装置300、画像生成装置310、導光手段320と同じ構成、構造を有する。それ故、これらの詳細な説明は省略する。また、実施例7における頭部装着型ディスプレイも、以上の相違点を除き、実質的に、実施例4における頭部装着型ディスプレイと同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
In the seventh embodiment, the
また、実施例7における棒状の結合部材230が2つの導光手段320を結合している構成、構造を、実施例5〜実施例6において説明した頭部装着型ディスプレイに適用することができる。
Further, the configuration and structure in which the rod-shaped
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明したミラー構造体、表示装置の構成、構造、各部の形状、使用した材料、製造方法は例示であり、適宜変更することができる。ミラー本体部を構成する第1活性層の部分の厚さよりも、ミラー支持部を構成する第1活性層の部分の厚さを薄くしてもよい。実施例4〜実施例7に説明した頭部装着型ディスプレイにおいて、場合によっては、テンプル部等のフレームに筐体を直接取り付けてもよい。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable Example, this invention is not limited to these Examples. The mirror structure, the structure of the display device, the structure, the shape of each part, the materials used, and the manufacturing method described in the examples are examples, and can be appropriately changed. You may make the thickness of the part of the 1st active layer which comprises a mirror support part thinner than the thickness of the part of the 1st active layer which comprises a mirror main-body part. In the head-mounted display described in the fourth to seventh embodiments, in some cases, the housing may be directly attached to a frame such as a temple portion.
また、実施例4〜実施例7に説明した頭部装着型ディスプレイにおいて、例えば、導光板に表面レリーフ型ホログラム(米国特許第20040062505A1参照)を配置してもよい。実施例7の導光手段320にあっては、回折格子素子を透過型回折格子素子から構成することもできるし、あるいは又、第1偏向手段及び第2偏向手段の内のいずれか一方を反射型回折格子素子から構成し、他方を透過型回折格子素子から構成する形態とすることもできる。あるいは又、回折格子素子を、反射型ブレーズド回折格子素子とすることもできる。また、実施例にあっては、専ら、画像表示装置を2つ備えた両眼型としたが、画像表示装置を1つ備えた片眼型としてもよい。
In the head-mounted display described in the fourth to seventh embodiments, for example, a surface relief hologram (see US 20040062505A1) may be disposed on the light guide plate. In the
10・・・ミラー構造体、20・・・ミラー、21・・・光反射層、22・・・ミラー本体部、22A・・・凹部、23・・・フレーム部、24・・・光反射層形成部、25・・・ミラー本体部の裏面、30・・・補強部、31・・・開口、40・・・保持部、50・・・ミラー支持部、51・・・第1部材、51A・・・第1部材の一端側、51B・・・第1部材の他端側、52・・・第2部材、53,53A,53B・・・圧電材料層、61,71,73・・・下部電極、62A,62B,72,74・・・上部電極、63A,63B・・・配線、100・・・積層基材、100A・・・保持部形成領域、100B・・・補強部形成領域、101・・・支持基板(ハンドル層)、102・・・絶縁層(ボックス層)、103・・・第2活性層、104・・・貼合せ層、105・・・第1活性層、110・・・シリコン基板、210・・・フレーム、210A・・・フレームの一端部、210B・・・フロント部、210C・・・フレームの中央部分、211・・・蝶番、212・・・テンプル部、313・・・モダン部、214・・・ノーズパッド、215・・・配線(信号線や電源線等)、216・・・ヘッドホン部、217・・・ヘッドホン部用配線、218・・・撮像装置、220,230・・・結合部材、240・・・観察者、241・・・瞳、300,400・・・画像表示装置、310・・・画像生成装置、313・・・筐体、320,420・・・導光手段、321,421・・・導光板、322,422・・・導光板の第1面、323,423・・・導光板の第2面、324,325・・・導光板の一部分、330・・・第1偏向手段、340・・・第2偏向手段、430・・・第1偏向手段(第1回折格子部材)、440・・・第2偏向手段(第2回折格子部材)、352・・・コリメート光学系、353・・・走査手段、354・・・リレー光学系、355・・・クロスプリズム、356・・・全反射ミラー、520・・・半透過ミラー、521・・・部材、AX・・・回動軸
DESCRIPTION OF
Claims (10)
(B)ミラーを支持する複数のミラー支持部、並びに、
(C)ミラー支持部を保持する保持部、
から成り、
各ミラー支持部は、変曲点を有するミアンダ構造のアクチュエータから成り、
各ミラー支持部は、ミラーの回動軸と直交する仮想直線が交わるミラーの縁部において、ミラーに接続されており、
ミラー本体部の裏面には補強部が設けられているミラー構造体。 (A) Mirror main body, and a mirror provided with a light reflecting layer provided on the surface of the mirror main body,
(B) a plurality of mirror support parts for supporting the mirror, and
(C) a holding part for holding the mirror support part,
Consisting of
Each mirror support portion is composed of a meander-structure actuator having an inflection point,
Each mirror support is connected to the mirror at the edge of the mirror where a virtual straight line perpendicular to the rotation axis of the mirror intersects,
A mirror structure in which a reinforcing portion is provided on the back surface of the mirror main body.
ミラー本体部は第1活性層から成り、
ミラー支持部は、第1活性層と圧電材料層の積層構造を有し、
補強部は第2活性層から成る請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のミラー構造体。 The holding part has a structure in which the first active layer, the bonding layer, the second active layer, the insulating layer, and the support substrate are laminated from the light reflecting layer side,
The mirror body part is composed of a first active layer,
The mirror support has a laminated structure of a first active layer and a piezoelectric material layer,
The mirror structure according to any one of claims 1 to 5, wherein the reinforcing portion includes a second active layer.
(B)ミラーを支持する複数のミラー支持部、並びに、
(C)ミラー支持部を保持する保持部、
から成り、
各ミラー支持部は、変曲点を有するミアンダ構造のアクチュエータから成り、
各ミラー支持部は、ミラーの回動軸と直交する仮想直線が交わるミラーの縁部において、ミラーに接続されており、
ミラー本体部の裏面には補強部が設けられているミラー構造体の製造方法であって、
(a)貼合せ層、第2活性層、絶縁層及び支持基板が積層されて成る積層基材をパターニングすることで、保持部形成領域及び補強部形成領域を設け、次いで、
(b)貼合せ層に第1活性層を貼り合わせ、その後、
(c)保持部形成領域以外の支持基板及び絶縁層を除去する、
各工程を少なくとも備え、以て、
第1活性層、貼合せ層、第2活性層、絶縁層、及び、支持基板が積層された構造を有する保持部、
第1活性層から成るミラー本体部、
少なくとも第1活性層から成るミラー支持部、並びに、
第2活性層から成り、ミラー本体部の裏面に貼合せ層を介して設けられた補強部、
を得るミラー構造体の製造方法。 (A) Mirror main body, and a mirror provided with a light reflecting layer provided on the surface of the mirror main body,
(B) a plurality of mirror support parts for supporting the mirror, and
(C) a holding part for holding the mirror support part,
Consisting of
Each mirror support portion is composed of a meander-structure actuator having an inflection point,
Each mirror support is connected to the mirror at the edge of the mirror where a virtual straight line perpendicular to the rotation axis of the mirror intersects,
A method of manufacturing a mirror structure in which a reinforcing part is provided on the back surface of the mirror body part,
(A) By patterning a laminated substrate formed by laminating a bonding layer, a second active layer, an insulating layer, and a support substrate, a holding part forming region and a reinforcing part forming region are provided, and then
(B) The first active layer is bonded to the bonding layer, and then
(C) removing the support substrate and the insulating layer other than the holding portion forming region;
Comprising at least each step,
A holding unit having a structure in which a first active layer, a bonding layer, a second active layer, an insulating layer, and a support substrate are laminated;
A mirror body composed of a first active layer;
A mirror support comprising at least a first active layer, and
A reinforcing part comprising a second active layer and provided on the back surface of the mirror body part via a bonding layer;
Of manufacturing a mirror structure.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11644664B2 (en) | 2019-08-07 | 2023-05-09 | Ricoh Company, Ltd. | Light deflector, optical scanning system, image projection device, image forming apparatus, and lidar device |
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- 2010-07-28 JP JP2010168986A patent/JP2012027425A/en active Pending
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