JP2012113146A - Oscillation element, optical scanner, actuator device, video projection device, and image forming apparatus - Google Patents

Oscillation element, optical scanner, actuator device, video projection device, and image forming apparatus Download PDF

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誠一 秦
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact oscillation element that has excellent anti-vibration fatigue property in a beam portion thereof and high rigidity in an oscillation portion thereof.SOLUTION: An oscillation element includes base substances 3; beam portions 2 provided in beam shape from the base substances 3; and a mirror portion 4 provided on one side of each of the beam portions 2, the one side being opposite to the base substance 3 side; and at least a part of the oscillation portion (mirror portion) 4 and the beam portions 2 are integrally formed of metallic glass. The mirror portion 4 of the oscillation element is then irradiated with a YAG laser 10 in vacuum to perform local structural relaxation.

Description

本発明は、振動素子、光走査装置、アクチュエータ装置、映像投影装置及び画像形成装置に関する。   The present invention relates to a vibration element, an optical scanning device, an actuator device, a video projection device, and an image forming device.

従来から、振動素子を備えた装置の一例として光スキャナ等の光走査装置が知られている。例えば、特許文献1記載の光走査装置においては、基板にステンレスからなる梁部を設け、圧電体等により基板に板波を誘起し、梁部に支持されたミラー部を揺動させるようになっている。   Conventionally, an optical scanning device such as an optical scanner is known as an example of a device including a vibration element. For example, in the optical scanning device described in Patent Document 1, a beam portion made of stainless steel is provided on the substrate, a plate wave is induced on the substrate by a piezoelectric body or the like, and the mirror portion supported by the beam portion is swung. ing.

特開2006−293116号公報JP 2006-293116 A

特許文献1で示されるように、振動素子の揺動部であるミラー部を共振振動により揺動させて、ミラー面にレーザ光などを反射させる事により、その反射光を走査する光走査装置が提案されている。このような光走査装置を小型化するためには、光走査を行う振動素子の小型化が必要である。振動素子は、揺動部としてのミラー部、梁部、梁部を保持する基体としての基板等で構成されているので、振動素子の小型化には各箇所の小型化が求められる。ところで、ミラー部は、揺動するので動的なたわみを抑える必要があり、梁部は、捻りやたわみ振動する必要があるので、振動素子の小型化においては、これらミラー部及び梁部の機能特性を考慮しなければならない。   As shown in Patent Document 1, an optical scanning device that scans reflected light by oscillating a mirror part, which is an oscillating part of a vibration element, by resonance vibration and reflecting a laser beam or the like on a mirror surface. Proposed. In order to reduce the size of such an optical scanning device, it is necessary to reduce the size of a vibrating element that performs optical scanning. Since the vibration element is composed of a mirror part as a swinging part, a beam part, a substrate as a base for holding the beam part, etc., miniaturization of each part is required for miniaturization of the vibration element. By the way, since the mirror part swings, it is necessary to suppress the dynamic deflection, and the beam part needs to vibrate and torsionally vibrate. Therefore, in the downsizing of the vibration element, the function of the mirror part and the beam part is required. Characteristics must be considered.

本発明は、上述した事情に鑑み、梁部に高い振動疲労特性と揺動部に高剛性を持たせつつ振動素子等の小型化において有効な仕組みを提供するものである。   In view of the above-described circumstances, the present invention provides a mechanism that is effective in downsizing a vibration element and the like while giving a high vibration fatigue characteristic to the beam part and high rigidity to the rocking part.

本発明の振動素子は、基体と、前記基体から梁状に設けられた梁部と、前記梁部の前記基体側とは反対の側に設けられた揺動部とを備え、前記揺動部の少なくとも一部及び前記梁部は金属ガラスで一体に形成されている、ことを特徴とする。   The vibration element of the present invention includes a base, a beam portion provided in a beam shape from the base, and a swing portion provided on a side opposite to the base side of the beam portion, and the swing portion At least a part of the beam part and the beam part are integrally formed of metal glass.

本発明によれば、梁部に高い振動疲労特性と揺動部に高剛性を持たせつつ小型化された振動素子等を有効に実現することが出来る。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vibration element etc. which were reduced in size can be effectively implement | achieved, giving a high vibration fatigue characteristic to a beam part and high rigidity to a rocking | swiveling part.

図1aは、振動素子の構成を示す斜視図、図1bは、ミラー部の断面図、図1cは、梁部の断面図、図1dは、ミラー部が捻り運動をした時の最大変位角度を示す断面図。1a is a perspective view showing the configuration of the vibration element, FIG. 1b is a cross-sectional view of the mirror part, FIG. 1c is a cross-sectional view of the beam part, and FIG. 1d is a maximum displacement angle when the mirror part is twisted. FIG. 図2aは、実施例1の振動素子の斜視図、図2bは、B−B’線における断面と振動素子の長手方向に対応するヤング率分布のグラフ、図2cは、C−C’線における断面図、図2dは、図2のD−D’線における断面図。2a is a perspective view of the vibration element of Example 1, FIG. 2b is a graph of the Young's modulus distribution corresponding to the cross section along the line BB ′ and the longitudinal direction of the vibration element, and FIG. 2c is along the line CC ′. Sectional drawing and FIG. 2d are sectional drawings in the DD 'line of FIG. 図3a、図3b、図3e〜図3hは、実施例1における工程図、図3cは、図3bのE−E’線における断面図、図3dは、メタルマスクのアスペクト比と膜厚の関係を示したグラフ。3a, 3b, and 3e to 3h are process diagrams in Example 1, FIG. 3c is a cross-sectional view taken along line EE ′ of FIG. 3b, and FIG. 3d is a relationship between an aspect ratio and a film thickness of the metal mask. The graph which showed. 図4aは、実施例2の振動素子の構成を示す斜視図、図4bは、B−B’線における断面と振動素子の長手方向に対応するヤング率分布を示すグラフ。4A is a perspective view illustrating the configuration of the vibration element according to Example 2, and FIG. 4B is a graph illustrating a Young's modulus distribution corresponding to a cross section taken along line B-B ′ and the longitudinal direction of the vibration element. 実施例2における工程図。Process drawing in Example 2. FIG. 図6aは、実施例3の振動素子の構成を示す斜視図、図6bは、B−B’線における断面と振動素子の長手方向に対応するヤング率分布のグラフ。6A is a perspective view illustrating the configuration of the vibration element of Example 3, and FIG. 6B is a graph of a Young's modulus distribution corresponding to the cross section along the line B-B ′ and the longitudinal direction of the vibration element. 実施例3における工程図。Process drawing in Example 3. FIG. 図8aは、実施例4の振動素子の構成を示す斜視図、図8bは、B−B’線における断面と振動素子の長手方向に対応するヤング率分布のグラフ。FIG. 8A is a perspective view showing the configuration of the vibration element of Example 4, and FIG. 8B is a graph of the Young's modulus distribution corresponding to the cross section along line B-B ′ and the longitudinal direction of the vibration element. 実施例4における工程図。Process drawing in Example 4. FIG. 図10a、図10bは、実施例5のマイクロデバイス振動子の概略上面図及び下面図、図10cは、実施例5のレーザスキャニング概略図10a and 10b are schematic top and bottom views of the microdevice resonator of the fifth embodiment, and FIG. 10c is a schematic diagram of laser scanning of the fifth embodiment. 実施例5のメタルマスクの写真。The metal mask of Example 5. 図12a、図12bは、実施例5のシングルメタルマスクを示す概略断面図、図12c、図12dは、実施例5のダブルメタルマスクを示す概略断面図。12a and 12b are schematic cross-sectional views showing a single metal mask of Example 5, and FIGS. 12c and 12d are schematic cross-sectional views showing a double metal mask of Example 5. FIG. 実施例5のシリコンストレスと温度との関係を示すグラフ。10 is a graph showing the relationship between silicon stress and temperature in Example 5. 図14aは、実施例5の振動子のギャップ図、図14bは、アニール方法を示す概略断面図。14A is a gap diagram of the vibrator of Example 5, and FIG. 14B is a schematic cross-sectional view illustrating an annealing method. 実施例5の荷重を変えて熱処理を行った結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having performed heat processing by changing the load of Example 5. FIG. 図16a〜図16fは、実施例5のマイクロデバイス振動子の製造方法を示す図。16a to 16f are views showing a method for manufacturing the microdevice resonator of the fifth embodiment. 実施例5のマイクロデバイス振動子の写真。6 is a photograph of the microdevice vibrator of Example 5. レーザスキャニング方法を示す写真。A photograph showing the laser scanning method. アクチュエータ装置を示す図。The figure which shows an actuator apparatus. 画像形成装置を示す図。1 is a diagram illustrating an image forming apparatus. 画像投影装置を示す図。The figure which shows an image projector.

[振動素子、光走査装置の実施形態]
図1aは、電磁コイル14による交流磁場と磁石12による共振振動を利用して、梁部2を動かす事により梁部2と一体に形成されたミラー部4を揺動させる振動素子30を示す。揺動部であるミラー部4は梁部2の中心を回転軸として揺動して、そのミラー部4の動きにより反射光を走査する。梁部2は、その一端が基体3に固定されている。図1bはミラー部4の断面、図1cは梁部2の断面、図1dはミラー部4が揺動する時の最大変位角度を示したミラー部4の断面図である。なお、このミラー部4の少なくとも一部と梁部2と基体3とは、後で説明するように、本実施形態の各実施例では同じ金属ガラスにより一体に形成されている。この振動素子30における各物理量、振動特性を示す用語と記号を以下のように設定する。
E:梁部2、ミラー部4を構成する材料のヤング率
υ:梁部2、ミラー部4を構成する材料のポアソン比
G:梁部2、ミラー部4を構成する材料の横弾性係数
ρ:梁部2、ミラー部4を構成する材料の密度
τFL:梁部2、ミラー部4を構成する材料の疲労限界
p:ミラー部4の長さ
w:ミラー部4の幅
d:ミラー部4の厚み
L:梁部2の長さ
s:梁部2の幅
t:梁部2の厚み
f:捻り振動の共振周波数
θ:振動素子30の最大捻り角度
K:梁部2のバネ定数
τ:振動時に捻り梁に発生する最大応力
I:梁部2の中心軸周りの振動素子の慣性モーメント
δ:ミラー部4の動的たわみ
[Embodiments of vibrating element and optical scanning device]
FIG. 1 a shows a vibration element 30 that swings the mirror part 4 formed integrally with the beam part 2 by moving the beam part 2 by using the alternating magnetic field by the electromagnetic coil 14 and the resonance vibration by the magnet 12. The mirror unit 4, which is an oscillating unit, oscillates about the center of the beam unit 2 as a rotation axis, and scans the reflected light by the movement of the mirror unit 4. One end of the beam portion 2 is fixed to the base 3. 1b is a cross section of the mirror section 4, FIG. 1c is a cross section of the beam section 2, and FIG. 1d is a cross section of the mirror section 4 showing the maximum displacement angle when the mirror section 4 swings. Note that at least a part of the mirror part 4, the beam part 2, and the base 3 are integrally formed of the same metallic glass in each example of the present embodiment, as will be described later. Terms and symbols indicating each physical quantity and vibration characteristic in the vibration element 30 are set as follows.
E: Young's modulus of the material constituting the beam part 2 and the mirror part 4 υ: Poisson's ratio of the material constituting the beam part 2 and the mirror part 4 G: Transverse elastic modulus of the material constituting the beam part 2 and the mirror part 4 ρ : Density of material constituting the beam part 2 and the mirror part 4 τ FL : Fatigue limit of the material constituting the beam part 2 and the mirror part 4 p: Length of the mirror part 4 w: Width of the mirror part 4 d: Mirror part Thickness of 4 L: Length of beam 2 s: Width of beam 2 t: Thickness of beam 2 f: Resonant frequency of torsional vibration θ: Maximum twist angle of vibration element 30 K: Spring constant of beam 2 τ : Maximum stress generated in torsion beam during vibration I: Moment of inertia of vibration element around central axis of beam part 2 δ: Dynamic deflection of mirror part 4

図1に示す振動素子30のモデルを元に、振動特性(捻り振動の共振周波数f、振動素子30の最大捻り角度θ、ミラー部4の動的たわみδ等)を維持しながら振動素子30を小型化するために、どのような材料の特性が必要になるかを述べる。梁部2の中心を回転軸としてミラー部4が捻り振動を起こすと梁部2に応力が発生し、最大変位角度θにより最大となる。また梁部2に発生する最大応力τは以下の式1で概算する事が可能となる。
τ=Gtθ/L・・・(1)
梁部2に発生する最大応力τは、梁部2を構成する材料の疲労限界τFLよりも小さく設定しなければならない。そうしなければ梁部2は破断するか大きく強度を低下させてしまう。そして、振動素子30の小型化をするために梁部2の長さLを小さくする場合には、梁部2を構成する材料の疲労限界τFLがより高く、横弾性係数Gをより低い材料を選択する方法が求められる。なお、横弾性係数Gはポアソン比υとヤング率Eを用いた以下の式2で求められる。
G=E/2(1+υ)・・・(2)
ポアソン比υは材料によって一定であるので、横弾性係数Gとヤング率Eは比例関係である。つまり材料のヤング率Eが決定すれば、横弾性係数Gも同様に算出する事が出来る。以上のように、振動素子30を小型化するためは梁部2を構成する材料が低ヤング率で、高い疲労限界(高疲労特性)を持つ事が要求される。振動素子30のミラー部4では光走査による揺動でたわみが発生し(動的たわみδ)、反射光を歪めてしまう現象が問題となる。そして、この動的たわみδを概算するための式3は以下の様に示される。
Based on the model of the vibration element 30 shown in FIG. 1, the vibration element 30 is maintained while maintaining vibration characteristics (resonance frequency f of torsional vibration, maximum twist angle θ of the vibration element 30, dynamic deflection δ of the mirror unit 4, etc.). We will describe what kind of material characteristics are necessary for miniaturization. When the mirror portion 4 causes torsional vibration with the center of the beam portion 2 as the rotation axis, stress is generated in the beam portion 2 and is maximized by the maximum displacement angle θ. Further, the maximum stress τ generated in the beam portion 2 can be estimated by the following formula 1.
τ = Gtθ / L (1)
The maximum stress τ generated in the beam portion 2 must be set smaller than the fatigue limit τ FL of the material constituting the beam portion 2. Otherwise, the beam portion 2 will break or greatly reduce its strength. When the length L of the beam portion 2 is reduced in order to reduce the size of the vibration element 30, the material constituting the beam portion 2 has a higher fatigue limit τ FL and a lower lateral elastic modulus G. A method of selecting is required. The transverse elastic modulus G is obtained by the following formula 2 using the Poisson's ratio υ and Young's modulus E.
G = E / 2 (1 + υ) (2)
Since the Poisson's ratio υ is constant depending on the material, the transverse elastic modulus G and Young's modulus E are in a proportional relationship. That is, if the Young's modulus E of the material is determined, the transverse elastic modulus G can be calculated in the same manner. As described above, in order to reduce the size of the vibration element 30, it is required that the material constituting the beam portion 2 has a low Young's modulus and a high fatigue limit (high fatigue characteristics). In the mirror part 4 of the vibration element 30, there is a problem that a deflection occurs due to a swing caused by optical scanning (dynamic deflection δ), and the reflected light is distorted. Then, Equation 3 for estimating the dynamic deflection δ is expressed as follows.

この動的たわみは、目的とする走査形態に従って一定の規格(仕様)以下になるようにしなければならない。つまりミラー部4を形成する材料は相対的に弾性率が高く、比重の小さい物が適している。上に述べた2点をまとめると、光走査装置を小型化するためには、梁部2では低ヤング率で高疲労特性が望ましいが、ミラー部4では動的たわみを抑制させるために高ヤング率が求められるので、構成部分により必要とするヤング率が異なってしまう。   This dynamic deflection must be below a certain standard (specification) according to the intended scanning mode. That is, the material for forming the mirror portion 4 is suitable for a material having a relatively high elastic modulus and a small specific gravity. To summarize the above two points, in order to reduce the size of the optical scanning device, the beam portion 2 preferably has a low Young's modulus and a high fatigue property, but the mirror portion 4 has a high Young's modulus to suppress dynamic deflection. Since the rate is required, the required Young's modulus varies depending on the component.

ここで、本実施形態では、揺動部となるミラー部4と梁部2とを機械的特性がそれぞれ異なった部分として機能分離し、且つミラー部4の少なくとも一部及び梁部2を金属材料によって一体に形成している。ここでいう機械的特性とは、例えば、引っ張り、曲げ、圧縮、せん断、硬さ、衝撃、疲労等の外部から加わる力(外力)に対する性質をいうが、特に、本実施形態例では、ミラー部4における機械的特性としては高弾性(又は高ヤング率)であり、梁部2における機械的特性は低弾性(又は低ヤング率)・高疲労特性である。なお、ミラー部4と梁部2とを機械的特性がそれぞれ異なった部分として機能分離するとは、例えば、本実施形態例では、ミラー部4は揺動部として機能させ、梁部2は駆動部として機能させることを意味する。   Here, in the present embodiment, the mirror part 4 and the beam part 2 serving as the swing part are functionally separated as parts having different mechanical characteristics, and at least a part of the mirror part 4 and the beam part 2 are made of a metal material. Are integrally formed. Here, the mechanical characteristics refer to properties with respect to externally applied forces (external forces) such as tension, bending, compression, shearing, hardness, impact, fatigue, and the like. The mechanical characteristics in 4 are high elasticity (or high Young's modulus), and the mechanical characteristics in the beam portion 2 are low elasticity (or low Young's modulus) and high fatigue characteristics. The function separation of the mirror part 4 and the beam part 2 as parts having different mechanical characteristics means that, for example, in this embodiment, the mirror part 4 functions as a swing part, and the beam part 2 is a drive part. It means to function as.

本実施形態のようなミラー部4と梁部2とを形成するための材料としては、良好な疲労限界と低ヤング率を兼ね備える材料が好ましく、具体的には、金属ガラスが挙げられる。金属ガラスは、ガラス転移を示すアモルファス合金であり、結晶由来の塑性変形が発生し難く、広い弾性領域を有している。金属ガラスは、一般的な合金と比較して、高強度、高疲労特性、高耐食性、低ヤング率の特性を有する。また、金属ガラスは、熱的安定性に優れ過冷却領域を持つので、製造プロセスの熱的悪影響を受けず、過冷却領域を使用した三次元加工も可能である。ここで、原子又は分子が材料内部の運動(分子鎖の回転、捻り等)及び、外部的な運動(振動、分子自体の回転)等で自由に動き回ることができる空間のことを自由体積と呼ぶ。自由体積は、原子や分子が材料内部での運動性を示す値で、この値が大きいほど外部からの歪に対して柔軟に動く事が出来る。振動素子30においては、長時間の振動により梁部2が疲労限界に達すると、材料組織の原子や分子などが引き裂かれ疲労亀裂が発生する可能性が高まる。この時、自由体積が高ければ材料組織内の原子や分子が粘り強く動く事が出来るので、疲労亀裂等の劣化を抑制する事が出来る。   As a material for forming the mirror part 4 and the beam part 2 as in the present embodiment, a material having a good fatigue limit and a low Young's modulus is preferable, and specifically, metallic glass can be mentioned. Metallic glass is an amorphous alloy that exhibits a glass transition, is less likely to undergo plastic deformation due to crystals, and has a wide elastic region. Metallic glass has characteristics of high strength, high fatigue characteristics, high corrosion resistance, and low Young's modulus as compared with general alloys. In addition, since the metallic glass has excellent thermal stability and has a supercooling region, it is not affected by the thermal influence of the manufacturing process, and three-dimensional processing using the supercooling region is possible. Here, a space in which atoms or molecules can freely move around by movements inside the material (rotation of the molecular chain, twisting, etc.) and external movements (vibration, rotation of the molecule itself) is called a free volume. . The free volume is a value indicating the mobility of atoms and molecules inside the material, and the larger the value, the more flexible the movement with respect to external strain. In the vibration element 30, when the beam portion 2 reaches the fatigue limit due to long-time vibration, the possibility that a fatigue crack is generated due to tearing of atoms and molecules of the material structure is increased. At this time, if the free volume is high, atoms and molecules in the material structure can move tenaciously, so that deterioration such as fatigue cracks can be suppressed.

金属ガラスは、アモルファス合金であり結晶構造を持たない。アモルファス構造は結晶構造よりも隙間の多い構造を有しており、この隙間を自由体積と定義出来る。また金属ガラスは過冷却領域を持つ準安定状態の物質であるので、ある温度以上、例えば、一般的なガラス材料と同じようにガラス転移温度近くまで、あるいは結晶化する温度近くまで加熱すると構造緩和が発生する。構造緩和は無秩序に配列されていた原子(アモルファス構造)が外部からの熱を受けて再配列が起こり、安定状態(結晶)へと変化する過程を指す。そして、ガラス転移温度又は結晶化温度を超えて加熱し続けると、原子が完全に安定状態へと変化して結晶相が発生し、金属ガラス特有のアモルファス構造を失い自由体積を減少させる。これが結晶化と呼ばれる現象である。このように、金属ガラスは構造緩和、結晶化を経るごとに原子が再配列を進行させて、その原子間の隙間である自由体積を減少させていく事になる。   Metallic glass is an amorphous alloy and does not have a crystal structure. The amorphous structure has a structure with more gaps than the crystal structure, and this gap can be defined as a free volume. Metallic glass is a metastable material with a supercooled region, so structural relaxation occurs when heated above a certain temperature, for example, close to the glass transition temperature as in general glass materials, or close to the crystallization temperature. Will occur. Structural relaxation refers to a process in which randomly arranged atoms (amorphous structure) undergo rearrangement due to heat from the outside and change to a stable state (crystal). When the heating is continued beyond the glass transition temperature or the crystallization temperature, the atoms are completely changed to a stable state and a crystal phase is generated, and the amorphous structure peculiar to the metallic glass is lost and the free volume is reduced. This is a phenomenon called crystallization. In this way, the metal glass undergoes rearrangement every time it undergoes structural relaxation and crystallization, and the free volume, which is a gap between the atoms, is reduced.

構造緩和又は結晶化による原子の再配列により、材料内の隙間は減少し密な構造となる。これにより、応力に対する形状変形(歪)がアモルファス構造よりも少なくなるので、材料全体としてもヤング率が上昇する。なお、構造緩和後の状態よりも結晶化が完了した状態の方が、より原子の再配列が進行した状態なので、同一の材料で比較した場合には、結晶化後のヤング率がより高くなる。また結晶構造は構造体として歪に対する独自の機械的特性を持つのでヤング率の上昇を更に見込める。   Due to structural rearrangement or rearrangement of atoms by crystallization, gaps in the material are reduced, resulting in a dense structure. Thereby, since the shape deformation (strain) with respect to the stress is less than that of the amorphous structure, the Young's modulus increases as a whole material. In addition, since the rearrangement of atoms is more advanced in the state where crystallization is completed than in the state after structure relaxation, the Young's modulus after crystallization becomes higher when compared with the same material. . Further, since the crystal structure has a unique mechanical property against strain as a structure, the Young's modulus can be further increased.

以上のように、例えば、金属ガラスにおける自由体積の減少はヤング率の増加を伴うので、ある構造物において部分的(選択的)に構造緩和を行えば、その部分に関しては機能向上(具体的にはヤング率の増加)を行える。このような構造物における部分的な構造緩和を光走査装置における振動素子30に採用すれば、梁部2とミラー部4とで機能分離を実現、即ち、梁部2では低ヤング率で高疲労特性、ミラー部4では高ヤング率を達成する事が出来るので、振動素子30の構造設計の自由度が向上し、振動素子30の小型化、そして光走査装置の小型化が行える。   As described above, for example, a decrease in free volume in a metallic glass is accompanied by an increase in Young's modulus. Therefore, if partial (selective) structural relaxation is performed in a certain structure, the function of the portion is improved (specifically, Can increase Young's modulus). If such partial structural relaxation in the structure is employed in the vibration element 30 in the optical scanning device, functional separation is realized between the beam portion 2 and the mirror portion 4, that is, the beam portion 2 has a low Young's modulus and high fatigue. Since the characteristics and the mirror part 4 can achieve a high Young's modulus, the degree of freedom in the structural design of the vibration element 30 is improved, the vibration element 30 can be downsized, and the optical scanning device can be downsized.

なお、実施形態では、上述したように、揺動部となるミラー部4と梁部2とは金属ガラスで一体に形成されているが、このミラー部4は、基本的に2つの領域に分けられる。具体的には、ミラー部4は、梁部2を保持する基体と、梁部2及びミラー部4がそれぞれ配列される方向に沿って、梁部2との接続部位から所定の距離内に位置する第1領域(梁部2の機械的特性又は機能に直接影響を及ぼし易い領域)と所定の距離外に位置する第2領域(梁部2の機械的特性又は機能に直接影響を及ぼし難い領域)とを含む。そして、ミラー部4の少なくとも第2領域を上記の構造緩和の対象領域とするのが好ましい。これにより、ミラー部4と梁部2とを機械的特性がそれぞれ異なった部分として有効に機能分離することができ、所望の特性を有する振動素子30を実現することができる。
次いで、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
In the embodiment, as described above, the mirror portion 4 and the beam portion 2 that are the swinging portions are integrally formed of metal glass, but the mirror portion 4 is basically divided into two regions. It is done. Specifically, the mirror unit 4 is positioned within a predetermined distance from the connection portion between the beam unit 2 and the base that holds the beam unit 2 and the direction in which the beam unit 2 and the mirror unit 4 are arranged. The first region (region that easily affects the mechanical characteristics or function of the beam portion 2) and the second region located outside a predetermined distance (region that does not directly affect the mechanical properties or function of the beam portion 2) ). In addition, it is preferable that at least the second region of the mirror unit 4 is the target region for the structure relaxation. Thereby, the mirror part 4 and the beam part 2 can be effectively separated from each other as parts having different mechanical characteristics, and the vibration element 30 having desired characteristics can be realized.
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[実施例1]
実施例1では、揺動部としてのミラー部、梁部及び基体を含む振動素子をすべて金属ガラスで一体に形成し、ミラー部の中央部分を熱処理することでミラー部の剛性を高め、梁部に熱処理を施さないことで梁部に高い耐疲労特性を確保する。
[Example 1]
In the first embodiment, all of the vibration elements including the mirror part, the beam part, and the base body as the oscillating part are integrally formed of metal glass, and the center part of the mirror part is heat treated to increase the rigidity of the mirror part. By ensuring that no heat treatment is applied, high fatigue resistance is ensured for the beam.

図2aは、実施例1における光走査装置の一部である振動素子30を示す斜視図である。図2aにおいて振動素子30は全て金属ガラスCu−Zr−Tiにより構成されている。梁部2は基体3に結合されてその一端が支持される。ミラー部4は、梁部2の基体3とは反対側の端部に結合され支持され、そして梁部2を捻り回転軸として揺動する事により光を反射して走査する事が可能となる。図2bは、図2aのB−B’線における断面と振動素子30の長手方向に対応するヤング率の分布を示してある。梁部2とミラー部4の境界部分は揺動する時に応力が強く発生するので低ヤング率で自由体積が大きく疲労強度が高い状態となっている。逆にミラー部4では動的たわみを抑えるために高いヤング率となっている。ただし、ミラー部4と梁部2の境界部分にも大きな応力が発生するので、境界部分では梁部2と同様のヤング率を維持して、ミラー部4側で勾配を持つようなヤング率の分布となる。図2cは、図2aのC−C’線における断面図を示した図である。また図2dは、図2aのD−D’線における断面図を示した図である。ミラー部4の裏面端部は膜厚がミラー部裏面中心部よりも膜厚が減少し、またミラー部4の厚みは梁部2の厚みよりも厚くなっている。   FIG. 2A is a perspective view illustrating the vibration element 30 which is a part of the optical scanning device according to the first embodiment. In FIG. 2a, the vibration elements 30 are all made of metallic glass Cu—Zr—Ti. The beam portion 2 is coupled to the base 3 and supported at one end thereof. The mirror unit 4 is coupled to and supported by the end of the beam unit 2 opposite to the base 3 and swings about the beam unit 2 as a torsional rotation shaft, thereby allowing light to be reflected and scanned. . FIG. 2B shows a Young's modulus distribution corresponding to the cross section along line B-B ′ of FIG. 2A and the longitudinal direction of the vibration element 30. Since the boundary portion between the beam portion 2 and the mirror portion 4 is strongly stressed when it swings, it has a low Young's modulus, a large free volume, and a high fatigue strength. On the contrary, the mirror part 4 has a high Young's modulus in order to suppress dynamic deflection. However, since a large stress is also generated at the boundary portion between the mirror portion 4 and the beam portion 2, the Young's modulus having a gradient on the mirror portion 4 side is maintained at the boundary portion while maintaining the same Young's modulus as the beam portion 2. Distribution. 2c is a cross-sectional view taken along line C-C 'of FIG. 2a. 2d is a cross-sectional view taken along line D-D 'of FIG. 2a. The film thickness of the rear end portion of the mirror part 4 is smaller than that of the center part of the rear surface of the mirror part, and the thickness of the mirror part 4 is thicker than that of the beam part 2.

ミラー部4の断面形状をこのような形状にする理由を説明する。ミラー部4の動的たわみを抑えるためには、剛性を向上させるためにミラー部4の厚みを増やす事が有効である。ただし、厚みが増える事によりミラー部4の慣性モーメントが上昇するので、揺動させるために必要な力が増大してしまう。光走査装置を小型化する際には、振動素子30の小型化と共に振動に必要な力を発生させる装置も小型化させる事が望ましい。そして、この力を発生させる装置の小型化には、力の低下を招くので、光走査装置の小型化には振動素子30のミラー部4における慣性モーメントの抑制を行うことが望ましい。動的たわみを抑えつつ慣性モーメントを軽減させるためには、ミラー部4の鏡面裏側の端部で厚みが減少するような形状を持つようにする。これにより動的たわみ量を抑えながら、ミラー部4の質量を軽減させる事が出来るので、慣性モーメントを抑える事が出来る。   The reason why the cross-sectional shape of the mirror part 4 is set to such a shape will be described. In order to suppress the dynamic deflection of the mirror part 4, it is effective to increase the thickness of the mirror part 4 in order to improve the rigidity. However, since the moment of inertia of the mirror portion 4 increases due to the increase in thickness, the force necessary for swinging increases. When reducing the size of the optical scanning device, it is desirable to reduce the size of the vibration element 30 and the size of the device that generates the force required for vibration. Since downsizing of the device that generates this force causes a reduction in force, it is desirable to suppress the moment of inertia in the mirror section 4 of the vibration element 30 in order to downsize the optical scanning device. In order to reduce the moment of inertia while suppressing the dynamic deflection, the mirror portion 4 has a shape in which the thickness is reduced at the end of the mirror surface back side. As a result, the mass of the mirror portion 4 can be reduced while suppressing the amount of dynamic deflection, so that the moment of inertia can be suppressed.

次に、実施例1の振動素子30の製造方法を、図3a〜図3hを用いて説明する。図5aに示すように、Si単結晶基板1上にCu5をスパッタ成膜により1〜2μmの厚みで形成させる。次いで、図3bに示すように、Si単結晶基板1上のCu5の上に図1に示した振動素子30の形状を開口部として持つメタルマスク6を配置する。なお、ここでは、メタルマスク6を用いて説明しているが、メタルマスク6の代わりに、例えば、フォトレジスト等のマスクパターンを用いてもよい。図3cは、図3bのE−E’平面における断面を示した図である。次いで図3cに示すように、スパッタ成膜により金属ガラスCu−Zr−Tiの粒子をメタルマスク6の開口部分から入射させて基板1上に所望の膜厚を堆積させる。図3dは、図3cにおけるメタルマスク6の開口部アスペクト比(メタルマスク厚み/開口幅)と堆積した金属ガラスCu−Zr−Tiの厚み(膜厚)との関係を示すグラフである。この場合の膜厚は、アスペクト比0(メタルマスクを使用しない場合)の膜厚に対して、メタルマスク6を使用した場合の膜厚を比率によって表現してある。そして図に示す通りに、アスペクト比が増加すると堆積する膜厚が減少している事が判る。   Next, a method for manufacturing the resonator element 30 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 5a, Cu5 is formed on the Si single crystal substrate 1 by sputtering to a thickness of 1 to 2 [mu] m. Next, as shown in FIG. 3 b, a metal mask 6 having the shape of the vibration element 30 shown in FIG. 1 as an opening is disposed on Cu 5 on the Si single crystal substrate 1. Here, the metal mask 6 is used for explanation, but a mask pattern such as a photoresist may be used instead of the metal mask 6. FIG. 3c is a diagram showing a cross section in the E-E 'plane of FIG. 3b. Next, as shown in FIG. 3 c, metal glass Cu—Zr—Ti particles are incident from the opening of the metal mask 6 by sputtering film formation, and a desired film thickness is deposited on the substrate 1. FIG. 3d is a graph showing the relationship between the opening aspect ratio (metal mask thickness / opening width) of the metal mask 6 in FIG. 3c and the thickness (film thickness) of the deposited metal glass Cu-Zr-Ti. In this case, the film thickness when the metal mask 6 is used is expressed as a ratio to the film thickness when the aspect ratio is 0 (when the metal mask is not used). As shown in the figure, it can be seen that the deposited film thickness decreases as the aspect ratio increases.

ミラー部4の動的たわみを軽減するために、ミラー部4を厚くする場合には、上記に示した関係を利用してメタルマスク6の設計を事前に行っておく。例えば、ミラー部4の厚みが梁部2よりも2倍にする必要があれば、ミラー部4の開口部アスペクト比を0.5以下、梁部2の開口部アスペクト比を2.0とすれば良い。そして、ミラー部4の断面の端部はスパッタ成膜された金属ガラスCu−Zr−Tiの粒子が入射し難いので、端部に行くに従い厚みが減少していく。このようにミラー部4の中心の厚みを上昇させて、端部の厚みを減少させる事により、動的たわみを抑えながら慣性モーメントも抑える事が出来る。   In order to reduce the dynamic deflection of the mirror section 4, when the mirror section 4 is thickened, the metal mask 6 is designed in advance using the relationship shown above. For example, if the thickness of the mirror part 4 needs to be twice that of the beam part 2, the opening aspect ratio of the mirror part 4 should be 0.5 or less and the opening aspect ratio of the beam part 2 should be 2.0. It ’s fine. And since the particle | grains of the metal glass Cu-Zr-Ti by which the sputter film formation was carried out are hard to inject into the edge part of the cross section of the mirror part 4, thickness decreases as it goes to an edge part. Thus, by increasing the thickness of the center of the mirror part 4 and reducing the thickness of the end part, it is possible to suppress the moment of inertia while suppressing the dynamic deflection.

次いで、基板1上のメタルマスク6を除去し、硝酸によるエッチングによりCu5を除去すると、図3eに示す通りに、Si単結晶基板1から振動素子30の本体である金属ガラスCu−Zr−Tiを分離する事が出来る。次いで、図3fに示すように、真空中でYAGレーザ10を振動素子30のミラー部4に照射して局所的に構造緩和を行う。構造緩和の調整はYAGレーザ10の照射時間とレーザ径により調節し、場所による温度上昇の勾配をつける事が出来る。ミラー部4の中心では十分な構造緩和を行い、梁部2では構造緩和を行わない様に梁部2に近づくにつれて温度上昇を抑える。またミラー部4からの熱伝導による構造緩和を防ぐために、ミラー部4以外の部分には熱を逃がすための冷却板9を密着させる。そして、上記のYAGレーザ10の条件と冷却板9の条件を調整する事により、所望の構造緩和を達成する。   Next, when the metal mask 6 on the substrate 1 is removed and Cu5 is removed by etching with nitric acid, the metal glass Cu—Zr—Ti which is the main body of the vibration element 30 is removed from the Si single crystal substrate 1 as shown in FIG. Can be separated. Next, as shown in FIG. 3f, the structure relaxation is performed locally by irradiating the mirror part 4 of the vibration element 30 with the YAG laser 10 in a vacuum. The structural relaxation can be adjusted by adjusting the irradiation time of the YAG laser 10 and the laser diameter, thereby providing a temperature increase gradient depending on the location. Sufficient structural relaxation is performed at the center of the mirror part 4 and temperature rise is suppressed as the beam part 2 is approached so that structural relaxation is not performed at the beam part 2. Further, in order to prevent structural relaxation due to heat conduction from the mirror part 4, a cooling plate 9 for releasing heat is brought into close contact with parts other than the mirror part 4. The desired structural relaxation is achieved by adjusting the conditions of the YAG laser 10 and the cooling plate 9 described above.

構造緩和の手法としては、上記のYAGレーザ10による以外にも局所的な加熱が可能な手法であれば代用は可能である。例えば加熱した金属片などを対象とする領域に押し当てる手法、対象とする領域を電磁コイルで覆い誘導加熱により加熱を行う手法等が挙げられる。また、ヤング率の上昇のために構造緩和を行うので、結晶化温度まで加熱して結晶相を発生させる手法も有効である。ただし、この場合には結晶化による他の物性変化を考慮することが望ましい。   As a method for relaxing the structure, any method other than the above-described YAG laser 10 can be used as long as it can perform local heating. For example, a method in which a heated metal piece or the like is pressed against a target region, a method in which the target region is covered with an electromagnetic coil, and heating is performed by induction heating can be given. In addition, since the structure is relaxed to increase the Young's modulus, it is also effective to generate a crystal phase by heating to the crystallization temperature. In this case, however, it is desirable to consider other physical property changes due to crystallization.

次いで、図3gに示す通りに、振動素子30のミラー部4の平坦面に反射膜としてAu膜19を形成させて、その裏側に捻り振動に使用する磁石12を接着剤により接合する。次いで、図3hに示すように、電磁駆動に必要な電磁コイル14を、ミラー部4の裏側に、磁石12に対して磁界による作用力を与えて振動素子30が揺動する事が出来る位置に配置する。また、レーザ発振装置を所望の光走査が出来るように配置して光走査装置が完成する。なお、電磁力を使用した駆動方法以外にも、必要な構造を付加する事により様々な駆動方式に対応する事が出来る。   Next, as shown in FIG. 3g, an Au film 19 is formed as a reflective film on the flat surface of the mirror portion 4 of the vibration element 30, and the magnet 12 used for torsional vibration is bonded to the back side with an adhesive. Next, as shown in FIG. 3h, the electromagnetic coil 14 required for electromagnetic driving is placed on the back side of the mirror portion 4 at a position where the vibration element 30 can swing by applying an acting force by a magnetic field to the magnet 12. Deploy. Further, the laser scanning device is arranged so as to perform desired optical scanning, and the optical scanning device is completed. In addition to the driving method using electromagnetic force, various driving methods can be supported by adding a necessary structure.

[実施例2]
実施例2では、ミラー部、梁部及び基体を含む振動素子をすべて金属ガラスで一体に形成する点では実施例1と共通するが、実施例2では、ミラー部と梁部との間に中間部を設けている。
[Example 2]
The second embodiment is the same as the first embodiment in that all the vibration elements including the mirror portion, the beam portion, and the base are integrally formed of metal glass. However, in the second embodiment, an intermediate portion is provided between the mirror portion and the beam portion. Is provided.

図4aは、実施例2における光走査装置の一部である振動素子30を示す斜視図である。図4aにおいて振動素子30は、全て金属ガラスCu−Zr−Tiにより構成されている。ミラー部4は、ミラー部4より幅が狭い中間部17を介して梁部2に支持され、梁部2は、その両端の基体3で支持される。そして梁部2を捻り回転軸として揺動する事により光を走査する事が可能となる。実施例1で述べた通りに、振動子30の小型化には構造緩和によりミラー部4のヤング率を上昇させる事が有効である。しかし一方では、梁部2では低ヤング率が望まれるので構造緩和させる事は望ましくない。つまり、構造緩和する場合には熱処理をする領域を正確に分けることが望ましい。しかし、加熱等による構造緩和では加熱領域で必ず温度勾配が発生してしまう。これを解決するために、梁部2の間に熱の緩衝領域である中間部17を配置して、ミラー部4と梁部2のそれぞれに所望のヤング率を持つようにさせる。図4bには、図4aのB−B’線における断面図と、その領域に対応するヤング率をグラフで示している。   FIG. 4A is a perspective view illustrating a vibrating element 30 that is a part of the optical scanning device according to the second embodiment. In FIG. 4a, the vibration elements 30 are all made of metallic glass Cu—Zr—Ti. The mirror part 4 is supported by the beam part 2 via an intermediate part 17 having a narrower width than the mirror part 4, and the beam part 2 is supported by the base bodies 3 at both ends thereof. Then, it is possible to scan light by swinging with the beam portion 2 as a twisting rotation axis. As described in the first embodiment, it is effective to increase the Young's modulus of the mirror portion 4 by structural relaxation to reduce the size of the vibrator 30. However, on the other hand, since a low Young's modulus is desired in the beam portion 2, it is not desirable to relax the structure. That is, when the structure is relaxed, it is desirable to accurately divide the region to be heat-treated. However, structural relaxation by heating or the like always causes a temperature gradient in the heating region. In order to solve this, an intermediate portion 17 that is a heat buffering region is arranged between the beam portions 2 so that each of the mirror portion 4 and the beam portion 2 has a desired Young's modulus. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG. 4A and a Young's modulus corresponding to the region is shown in a graph.

次に、実施例2の振動素子30の製造方法を説明する。まず図5aに示すように、金属ガラスCu−Zr−Tiを原材料にミラー部4、梁部2、中間部17、基体3を持つ振動子30を製作する。製作方法は金属ガラスの物性と意図した寸法に加工を出来るのであれば、どのような方法を用いても良い。例えば、融解法と液体急冷法を用いてリボン状の合金板を用意し、プレス加工により形状を作成する方法や、実施例1で述べたように半導体プロセス等で広く行われているスパッタ成膜とリフトオフ工程を使用した方法などが挙げられる。   Next, a method for manufacturing the resonator element 30 according to the second embodiment will be described. First, as shown in FIG. 5 a, a vibrator 30 having a mirror part 4, a beam part 2, an intermediate part 17, and a base 3 is manufactured using a metal glass Cu—Zr—Ti as a raw material. Any method may be used as long as the physical properties of the metal glass and the intended dimensions can be processed. For example, a ribbon-shaped alloy plate is prepared by using a melting method and a liquid quenching method, and a shape is formed by pressing, or as described in Example 1, a sputter film formation widely performed in a semiconductor process or the like. And a method using a lift-off process.

次に図5bに示すように、真空中でYAGレーザ10を振動素子30のミラー部4に照射して局所的に構造緩和を行う。構造緩和の調整はYAGレーザ10の照射時間とレーザ径により調節し、場所による温度上昇の勾配をつける事が出来る。またミラー部4からの熱伝導による構造緩和を防ぐために、ミラー部4以外の部分には熱を逃がすための冷却板9を密着させる。そして、上記のYAGレーザ10の条件と冷却板9の条件を調整する事により、所望の構造緩和を達成する。上記振動素子30に揺動に必要な駆動装置を付加すれば、光走査装置が完成する。   Next, as shown in FIG. 5b, the structure is locally relaxed by irradiating the mirror part 4 of the vibration element 30 with the YAG laser 10 in a vacuum. The structural relaxation can be adjusted by adjusting the irradiation time of the YAG laser 10 and the laser diameter, thereby providing a temperature increase gradient depending on the location. Further, in order to prevent structural relaxation due to heat conduction from the mirror part 4, a cooling plate 9 for releasing heat is brought into close contact with parts other than the mirror part 4. The desired structural relaxation is achieved by adjusting the conditions of the YAG laser 10 and the cooling plate 9 described above. If a driving device necessary for swinging is added to the vibrating element 30, an optical scanning device is completed.

[実施例3]
実施例3では、ミラー部、梁部及び基体を含む振動素子をすべて金属ガラスで一体に形成する点では実施例1、2と共通するが、実施例3では、ミラー部の全体に熱処理を施している。
[Example 3]
The third embodiment is the same as the first and second embodiments in that all the vibration elements including the mirror portion, the beam portion, and the base are integrally formed of metal glass. However, in the third embodiment, the entire mirror portion is subjected to heat treatment. ing.

図6aは、実施例3における光走査装置の一部である振動素子30を示す斜視図である。図6aにおいて振動素子30は全て金属ガラスCu−Zr−Tiにより構成されている。ミラー部4は梁部2に支持され、梁部2はその両端の基体3で支持される。そして梁部2を捻り回転軸として揺動する事により光を走査する事が可能となる。実施例1で述べた通りに、振動素子30の小型化には構造緩和によりミラー部4のヤング率を上昇させる事が有効である。しかし一方では、梁部2では低ヤング率が望まれるので構造緩和させる事は望ましくない。つまり、構造緩和する場合には熱処理をする領域を正確に分けることが望ましい。しかし実際には、加熱等による構造緩和では加熱領域で必ず温度勾配が発生してしまうので、ミラー部4に接している梁部2の一部は構造緩和を受ける事になりヤング率が上昇する。図6bには、図6aのB−B’線における断面図と、その領域に対応するヤング率をグラフで示している。   FIG. 6A is a perspective view illustrating a vibration element 30 that is a part of the optical scanning device according to the third embodiment. In FIG. 6a, the vibration elements 30 are all made of metallic glass Cu—Zr—Ti. The mirror part 4 is supported by the beam part 2, and the beam part 2 is supported by the base | substrate 3 of the both ends. Then, it is possible to scan light by swinging with the beam portion 2 as a twisting rotation axis. As described in the first embodiment, it is effective to increase the Young's modulus of the mirror portion 4 by structural relaxation for the size reduction of the vibration element 30. However, on the other hand, since a low Young's modulus is desired in the beam portion 2, it is not desirable to relax the structure. That is, when the structure is relaxed, it is desirable to accurately divide the region to be heat-treated. However, in practice, a structural gradient by heating or the like always causes a temperature gradient in the heating region, so that a part of the beam portion 2 that is in contact with the mirror portion 4 undergoes structural relaxation and the Young's modulus increases. . FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG. 6A and a Young's modulus corresponding to the region is shown in a graph.

次に、実施例3の振動素子30の製造方法を説明する。まず図7aに示すように、金属ガラスCu−Zr−Tiを原材料にミラー部4、梁部2、基体3を持つ振動素子30を製作する。製作方法は金属ガラスの物性と意図した寸法に加工を出来るのであれば、どのような方法を用いても良い。例えば、融解法と液体急冷法を用いてリボン状の合金板を用意し、プレス加工により形状を作成する方法や、実施例1で述べたように半導体プロセス等で広く行われているスパッタ成膜とリフトオフ工程を使用した方法などが挙げられる。   Next, a method for manufacturing the resonator element 30 according to the third embodiment will be described. First, as shown in FIG. 7 a, a vibration element 30 having a mirror part 4, a beam part 2, and a base 3 using a metal glass Cu—Zr—Ti as a raw material is manufactured. Any method may be used as long as the physical properties of the metal glass and the intended dimensions can be processed. For example, a ribbon-shaped alloy plate is prepared by using a melting method and a liquid quenching method, and a shape is formed by pressing, or as described in Example 1, a sputter film formation widely performed in a semiconductor process or the like. And a method using a lift-off process.

次に、図7bに示すように、真空中でYAGレーザ10を振動素子30のミラー部4に照射して局所的に構造緩和を行う。構造緩和の調整はYAGレーザ10の照射時間とレーザ径により調節し、場所による温度上昇の勾配をつける事が出来る。またミラー部からの熱伝導による構造緩和を防ぐために、ミラー部4以外の部分には熱を逃がすための冷却板9を密着させる。そして、上記のYAGレーザ10の条件と冷却板9の条件を調整する事により、所望の構造緩和を達成する。上記振動素子30に揺動に必要な駆動装置を付加すれば、光走査装置が完成する。   Next, as shown in FIG. 7B, the structure is locally relaxed by irradiating the mirror part 4 of the vibration element 30 with the YAG laser 10 in a vacuum. The structural relaxation can be adjusted by adjusting the irradiation time of the YAG laser 10 and the laser diameter, thereby providing a temperature increase gradient depending on the location. Further, in order to prevent structural relaxation due to heat conduction from the mirror portion, a cooling plate 9 for releasing heat is brought into close contact with portions other than the mirror portion 4. The desired structural relaxation is achieved by adjusting the conditions of the YAG laser 10 and the cooling plate 9 described above. If a driving device necessary for swinging is added to the vibrating element 30, an optical scanning device is completed.

[実施例4]
実施例4では、ミラー部を台座と光学部材との積層構造とし、ミラー部の台座、梁部及び基体を金属ガラスで一体に形成し、ミラー部の中央部分に対する熱処理と積層構造とによってミラー部の剛性を高めている。
[Example 4]
In Example 4, the mirror part has a laminated structure of a pedestal and an optical member, the pedestal of the mirror part, the beam part, and the base are integrally formed of metal glass, and the mirror part is formed by heat treatment and a laminated structure of the central part of the mirror part. Increased rigidity.

図8aは、実施例4における光走査装置の一部である振動素子30を示す斜視図である。図8aにおいて、振動素子30の梁部2とミラー部4の台座18と基体3は、金属ガラスで一体に形成されている。台座18の一面に接合される光学部材11は、Si単結晶で形成され、ミラー面を構成する反射膜19はAu膜で形成されている。なお、反射膜19を形成する材料としては、Auに限定されず、その用途と反射膜の分光特性や耐久性を考慮して適宜選択すればよく、例えば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、銅(Cu)等の金属材料を適宜用いることができる。また、ここでは、反射膜19を単層のAu膜を用いて説明しているが、保護や反射特性の向上を目的として、単層または複数層からなる誘電体膜(SiO、SiO、TiO2X、MgF、ZrO、Al、Ta、等)を積層した構造を適用してもよい。反射膜19と光学部材11と台座18で構成されているミラー部4は、台座18で梁部2に支持され、梁部2はその両端の基体3で支持される。そして梁部2を捻り回転軸として揺動する事により光を走査する事が可能となる。 FIG. 8A is a perspective view illustrating a vibration element 30 that is a part of the optical scanning device according to the fourth embodiment. In FIG. 8a, the beam portion 2 of the vibration element 30, the pedestal 18 of the mirror portion 4, and the base 3 are integrally formed of metal glass. The optical member 11 bonded to one surface of the pedestal 18 is formed of Si single crystal, and the reflection film 19 constituting the mirror surface is formed of Au film. The material for forming the reflective film 19 is not limited to Au, and may be appropriately selected in consideration of the application and the spectral characteristics and durability of the reflective film. For example, aluminum (Al), silver (Ag) A metal material such as copper (Cu) can be used as appropriate. Here, although the reflective film 19 is described using a single-layer Au film, a dielectric film (SiO 2 , SiO, TiO) composed of a single layer or a plurality of layers is used for the purpose of protection and improvement of reflection characteristics. A structure in which 2X , MgF 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , etc.) are stacked may be applied. The mirror portion 4 composed of the reflective film 19, the optical member 11, and the pedestal 18 is supported by the beam portion 2 by the pedestal 18, and the beam portion 2 is supported by the base 3 at both ends thereof. Then, it is possible to scan light by swinging with the beam portion 2 as a twisting rotation axis.

先に述べた通りに、振動素子30のミラー部4における動的たわみは光走査の形態に従ってある基準以下にしなければならない。実施例1で述べた通りに、動的たわみを下げるためにはミラー部4は高剛性であることが望ましいが、剛性を高めるためにミラー部4の厚みを増やしてしまうと慣性モーメントが上昇してしまう。これを解決するために、Si単結晶などの軽量で剛性が高い材料をミラー部4に付加させる方法がある。この時、金属ガラスで構成されているミラー部の台座18を構造緩和により剛性あるいはヤング率を上昇させれば、ミラー部4の剛性向上のために付加しているSi単結晶の厚みを減らす事が可能となり、ミラー部4全体の重量を減らす事が出来る。ミラー部4全体の重量を減らす事が出来ればミラー部4の慣性モーメントを減らす事になり、ミラー部4を揺動させる力を小さくする事が出来る。実施例1に述べた通りに、揺動に必要な力を減らせれば、その力を発生させる装置も小型化が計れるので、光走査装置全体の小型化を行う事が出来る。図8bには、図8aのB−B’線における断面図と、その領域に対応する剛性をグラフで示している。   As described above, the dynamic deflection in the mirror portion 4 of the vibration element 30 must be below a certain reference according to the form of optical scanning. As described in the first embodiment, in order to reduce the dynamic deflection, it is desirable that the mirror part 4 has high rigidity. However, if the thickness of the mirror part 4 is increased to increase the rigidity, the moment of inertia increases. End up. In order to solve this, there is a method in which a light and high rigidity material such as Si single crystal is added to the mirror portion 4. At this time, if the rigidity or Young's modulus of the pedestal 18 of the mirror part made of metal glass is increased by structural relaxation, the thickness of the Si single crystal added to improve the rigidity of the mirror part 4 can be reduced. Thus, the weight of the entire mirror unit 4 can be reduced. If the weight of the entire mirror unit 4 can be reduced, the moment of inertia of the mirror unit 4 can be reduced, and the force for swinging the mirror unit 4 can be reduced. As described in the first embodiment, if the force required for swinging can be reduced, the device that generates the force can be reduced in size, so that the entire optical scanning device can be reduced in size. FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG. 8A and the graph shows the rigidity corresponding to the region.

次に、実施例4の振動素子30の製造方法を説明する。まず図9aに示すように、金属ガラスCu−Zr−Tiを原材料にミラー部の台座18と梁部2と基体3とを持つ振動素子30を製作する。製作方法は金属ガラスの物性と意図した寸法に加工を出来るのであれば、どのような方法を用いても良い。例えば、融解法と液体急冷法を用いてリボン状の合金板を用意し、プレス加工により形状を作成する方法や、実施例1で述べたように半導体プロセス等で広く行われているスパッタ成膜とリフトオフ工程を使用した方法などが挙げられる。   Next, a method for manufacturing the resonator element 30 according to the fourth embodiment will be described. First, as shown in FIG. 9 a, a vibrating element 30 having a mirror base 18, a beam portion 2, and a base 3 is manufactured using metal glass Cu—Zr—Ti as a raw material. Any method may be used as long as the physical properties of the metal glass and the intended dimensions can be processed. For example, a ribbon-shaped alloy plate is prepared by using a melting method and a liquid quenching method, and a shape is formed by pressing, or as described in Example 1, a sputter film formation widely performed in a semiconductor process or the like. And a method using a lift-off process.

次に図9bに示すように真空中でYAGレーザ10を振動素子30のミラー部の台座18に照射して局所的に構造緩和を行う。構造緩和の調整はYAGレーザ10の照射時間とレーザ径により調節し、場所による温度上昇の勾配をつける事が出来る。またミラー部台座18からの熱伝導による構造緩和を防ぐために、台座18以外の部分には熱を逃がすための冷却板9を密着させる。そして、上記のYAGレーザ10の条件と冷却板9の条件を調整する事により、所望の構造緩和を達成する。   Next, as shown in FIG. 9 b, the structure is locally relaxed by irradiating the base 18 of the mirror part of the vibration element 30 with the YAG laser 10 in a vacuum. The structural relaxation can be adjusted by adjusting the irradiation time of the YAG laser 10 and the laser diameter, thereby providing a temperature increase gradient depending on the location. Further, in order to prevent structural relaxation due to heat conduction from the mirror base 18, a cooling plate 9 for releasing heat is brought into close contact with a portion other than the base 18. The desired structural relaxation is achieved by adjusting the conditions of the YAG laser 10 and the cooling plate 9 described above.

次に図9cに示すように、Si単結晶を加工して光学部材11を作成する。製作方法は意図した寸法に加工を出来るのであれば、どのような方法を用いても良い。例えばSi単結晶基板をダイシングにより加工する方法や、水酸化カリウム(KOH)や水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)等を使用したSiエッチング方法がある。次に図9dに示すように光学部材11に対して反射膜19をつける。方法はスパッタ成膜や蒸着法等が挙げられる。先に述べたミラー部の台座部分18に反射膜19を付加した光学部材11を接着剤により接合する。これにより図8aの振動素子30が完成する。上記振動素子30に揺動に必要な駆動装置を付加すれば、光走査装置が完成する。   Next, as shown in FIG. 9c, the Si single crystal is processed to form the optical member 11. Any manufacturing method may be used as long as processing can be performed to the intended dimensions. For example, there are a method of processing a Si single crystal substrate by dicing and a Si etching method using potassium hydroxide (KOH), tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or the like. Next, as shown in FIG. 9 d, a reflective film 19 is attached to the optical member 11. Examples of the method include sputter film formation and vapor deposition. The optical member 11 provided with the reflection film 19 is bonded to the pedestal portion 18 of the mirror portion described above with an adhesive. Thereby, the vibration element 30 of FIG. 8 a is completed. If a driving device necessary for swinging is added to the vibrating element 30, an optical scanning device is completed.

[実施例5]
実施例とでは、実施例4と同じく、ミラー部を台座と光学部材との積層構造とし、ミラー部の台座、梁部及び基体を金属ガラスで一体に形成し、ミラー部を積層構造とすることで剛性を高めている。
[Example 5]
In the embodiment, as in the fourth embodiment, the mirror portion has a laminated structure of a pedestal and an optical member, the pedestal of the mirror portion, the beam portion, and the base are integrally formed of metal glass, and the mirror portion has a laminated structure. Increases rigidity.

図10a、図10bには、マイクロミラーデバイスの振動素子30の概念図を示す。シリコン単結晶で形成されたミラー部4をCu基薄膜金属ガラス(Cu64Zr28Ti)から成る台座の両端の基体3とトーションバー(梁部)2を介してミラー部4を支えている。また、駆動のためにミラー部4の裏側に磁石12が接着され、電磁コイル14で発生した磁界によりミラー部4が揺動される。図10cは、図10a、図10bで示した振動素子30のミラー部4の断面図であり、マイクロミラーデバイスの光走査を表わしている。電磁コイル14から発生する交流磁場により、磁石12がトーションバー2の中心を軸にして共振を起こし、捩り振動を発生させる。ミラー部4も捩り振動に従い揺動するので、入射光もそれに従って走査される。また、この時のミラー面の揺動する角度を、以後振り角θと呼称する。 10A and 10B are conceptual diagrams of the vibration element 30 of the micromirror device. The mirror portion 4 formed of a silicon single crystal is supported by the base 3 and the torsion bar (beam portion) 2 at both ends of a base made of Cu-based thin film metal glass (Cu 64 Zr 28 Ti 8 ). . Further, a magnet 12 is bonded to the back side of the mirror unit 4 for driving, and the mirror unit 4 is oscillated by a magnetic field generated by the electromagnetic coil 14. FIG. 10c is a cross-sectional view of the mirror portion 4 of the vibration element 30 shown in FIGS. 10a and 10b, and represents optical scanning of the micromirror device. Due to the alternating magnetic field generated from the electromagnetic coil 14, the magnet 12 resonates around the center of the torsion bar 2 to generate torsional vibration. Since the mirror unit 4 also swings according to the torsional vibration, the incident light is scanned accordingly. The angle at which the mirror surface swings at this time is hereinafter referred to as a swing angle θ.

ここで、台座、基体3、トーションバー(梁部)2に使用する材料としては、例えば、Cu基薄膜金属ガラスであるCu−Zr−Ti系を採用している。これにより、低縦弾性率、高強度、高疲労特性を得ることができる。そして、Cu、Zr、Tiの各構成元素をアーク溶解により合金ターゲットを製作し、スパッタ成膜により薄膜状態のCu−Zr−Tiを製作した。熱機械試験機(TMA(Rigaku,TA−60))を用いた常温での引張試験により縦弾性率Eと引張強度σを測定し、それぞれE=62.3Gpa、σ=0.9GPaを得た。そして、エネルギー分散型X線分析EDX(島津製作所,μEDX−1200)により金属ガラスの組成Cu64Zr28Tiを確認した。また、示差走査熱量測定DSC(ULVAC,DSC9400)により金属ガラスのガラス転移温度がTg=734K、結晶化温度がTx=768Kであることをそれぞれ確認した。また、密度ρは、7.2g/cmであった。 Here, as a material used for the pedestal, the base 3, and the torsion bar (beam portion) 2, for example, a Cu-Zr-Ti system which is a Cu-based thin film metal glass is adopted. Thereby, a low longitudinal elastic modulus, high strength, and high fatigue characteristics can be obtained. Then, an alloy target was manufactured by arc melting of each constituent element of Cu, Zr, and Ti, and Cu-Zr-Ti in a thin film state was manufactured by sputtering film formation. The longitudinal elastic modulus E and the tensile strength σ were measured by a tensile test at room temperature using a thermomechanical testing machine (TMA (Rigaku, TA-60)), and E = 62.3 Gpa and σ = 0.9 GPa were obtained, respectively. . Then, the composition Cu 64 Zr 28 Ti 8 of the metal glass was confirmed by energy dispersive X-ray analysis EDX (Shimadzu Corporation, μEDX-1200). Moreover, it was confirmed by differential scanning calorimetry DSC (ULVAC, DSC9400) that the glass transition temperature of the metallic glass was Tg = 734K and the crystallization temperature was Tx = 768K. Further, the density ρ was 7.2 g / cm 3 .

トーションバー2の断面が矩形とした場合、支持部に支持されたミラー部の共振周波数fと、トーションバー2のバネ定数Kは式4、式5で示される。
When the cross section of the torsion bar 2 is rectangular, the resonance frequency f of the mirror part supported by the support part and the spring constant K of the torsion bar 2 are expressed by expressions 4 and 5.

材料特性である横弾性率Gとミラー部4の慣性モーメントIが一定の場合、トーションバー2の長さL、幅s、厚みtにより共振周波数が決定する。特に、厚みtは3乗倍でバネ定数の増減に関わるので、より高い共振周波数を得るにはトーションバー2の厚みの増加が効果的である。   When the lateral elastic modulus G, which is a material characteristic, and the moment of inertia I of the mirror portion 4 are constant, the resonance frequency is determined by the length L, width s, and thickness t of the torsion bar 2. In particular, since the thickness t is a third power and relates to the increase and decrease of the spring constant, it is effective to increase the thickness of the torsion bar 2 in order to obtain a higher resonance frequency.

トーションバー2に用いられる金属ガラス膜の製作では、スパッタ成膜を採用できる。しかし、フォトレジストを使用するスパッタ成膜方法では、得られる金属ガラスの膜厚は数μm以下である。これは成膜時に発生する熱により、金属ガラスの結晶化と脆化が発生するからである。しかし、マイクロミラーデバイスでは、用途によっては1kHz〜30kHz程度の高い共振周波数を設定するので、上述のように膜厚を増加して設計の選択肢を広げる事が要求される場合がある。そのため、過冷却領域を持ち熱的安定性が高い薄膜金属ガラスに着目し、薄膜金属ガラスを用いた超厚膜構造体を製作可能なプロセスを実現した。   In the production of the metallic glass film used for the torsion bar 2, sputtering film formation can be employed. However, in the sputter film formation method using a photoresist, the film thickness of the obtained metal glass is several μm or less. This is because crystallization and embrittlement of the metal glass occur due to heat generated during film formation. However, in the micromirror device, depending on the application, a high resonance frequency of about 1 kHz to 30 kHz is set. Therefore, as described above, it may be required to increase the film thickness to widen design options. For this reason, we focused on thin metal glass with a supercooled region and high thermal stability, and realized a process that can produce ultra-thick film structures using thin metal glass.

スパッタ成膜を使用した構造体の製作には、マスクを使用したリフトオフ工程を用いる。マスクとしてフォトレジストを用いると、リフトオフしてパターニングする膜厚が厚くなると、成膜時の温度上昇によりフォトレジストからの脱ガスで、成膜材料の酸化などが生じることがある。したがって、マスクはガスを発生しない材料を用いるのが好ましい。そこで、本実施例5では、図11に示すステンレス製のメタルマスクを用い、図12に示すようなリフトオフプロセスを選択した。   A lift-off process using a mask is used to manufacture a structure using sputter deposition. When a photoresist is used as a mask, when the film thickness to be patterned by lift-off increases, the film forming material may be oxidized due to degassing from the photoresist due to a temperature rise during film formation. Therefore, it is preferable to use a material that does not generate gas for the mask. Therefore, in Example 5, the lift-off process as shown in FIG. 12 was selected using the stainless steel metal mask shown in FIG.

図12aは、1枚のメタルマスクをシリコン単結晶基板上に固定した状態の断面図を示し、図12bは成膜時の断面図を示す。この方法では、メタルマスクは膜応力により変形し、開口部分付近で基板から剥離してしまう。そして剥離された隙間からスパッタ粒子が堆積するので、振動素子断面の側面形状がメタルマスクのパターンと大きく異なってしまう。この問題を解決するために、本実施例では、図12c、図12dに示すメタルマスクを2重にして下部のメタルマスクと基板は、フォトレジストにより接着する方法を採用している。   12a shows a cross-sectional view of a state in which one metal mask is fixed on a silicon single crystal substrate, and FIG. 12b shows a cross-sectional view during film formation. In this method, the metal mask is deformed by the film stress and peels off from the substrate in the vicinity of the opening. And since sputtered particles accumulate from the peeled gap, the shape of the side surface of the cross section of the vibration element is greatly different from the pattern of the metal mask. In order to solve this problem, the present embodiment employs a method in which the metal mask shown in FIGS. 12c and 12d is doubled and the lower metal mask and the substrate are bonded by a photoresist.

図12cにはメタルマスクの2重構造を示す。シリコン単結晶基板上にポジ型レジストを1〜2μm塗布し、その上に振動子の構造を開口パターンとして持つ図11のメタルマスクを固定する。この状態で露光と現像を行う事により開口パターン部分のレジストが除去されて、ポストベークによりメタルマスクと基板が接着される。そして、2枚目のメタルマスクを重ねて固定し成膜装置にネジで固定する。図12dはスパッタ成膜中の振動素子30の断面を示す図である。成膜中に上部のメタルマスクに応力が発生し変形が起こるが、下部のメタルマスクが基板と密着しているので振動素子30の断面の側面形状は維持されたままになる。また、レジストはスパッタ粒子に直接触れないのでガス発生の懸念も無い。この手法を用いて、最大膜厚100μmを超える構造体を、断面形状を崩すことなく製作することに成功した。開口パターンのアスペクト比(図12cにおけるT/L)が増加すると、スパッタ粒子が開口部の内部に到達する確率が減少する。この現象を用いて、アスペクト比の低いミラー部4における金属ガラスの膜厚が105μmであるのに、トーションバー(梁部)2における金属ガラスの膜厚を59.5μmまで低下させることができた。   FIG. 12c shows a double structure of the metal mask. A positive resist of 1 to 2 μm is applied on a silicon single crystal substrate, and a metal mask shown in FIG. 11 having an oscillator structure as an opening pattern is fixed thereon. By performing exposure and development in this state, the resist in the opening pattern portion is removed, and the metal mask and the substrate are bonded by post-baking. Then, the second metal mask is stacked and fixed, and fixed to the film forming apparatus with screws. FIG. 12d is a view showing a cross section of the vibration element 30 during the sputtering film formation. During the film formation, stress is generated in the upper metal mask and deformation occurs. However, since the lower metal mask is in close contact with the substrate, the side shape of the cross section of the vibration element 30 is maintained. Further, since the resist does not directly touch the sputtered particles, there is no concern about gas generation. Using this technique, a structure with a maximum film thickness of 100 μm was successfully produced without breaking the cross-sectional shape. As the aspect ratio of the opening pattern (T / L in FIG. 12c) increases, the probability that sputtered particles will reach the inside of the opening decreases. Using this phenomenon, the thickness of the metal glass in the torsion bar (beam portion) 2 could be reduced to 59.5 μm even though the thickness of the metal glass in the mirror portion 4 having a low aspect ratio was 105 μm. .

ここで、低温アニールについて説明する。スパッタ成膜時においては、膜に内部応力が発生する。これにより、トーションバー2は成膜後に膜厚方向に不均一な内部応力分布を持つので、変形してしまう。薄膜金属ガラスの応力緩和には、ガラス転移温度以下でガラス転移温度近傍における構造緩和が好適であり、真空加熱炉で673K (Tg−65K)、5分間の熱処理を行ったところ、薄膜金属ガラスCu−Zr−Tiとシリコン単結晶部分が剥離してしまう現象が発生した。   Here, the low temperature annealing will be described. During sputter deposition, internal stress is generated in the film. As a result, the torsion bar 2 has a non-uniform internal stress distribution in the film thickness direction after film formation, and thus deforms. For the stress relaxation of the thin film metallic glass, structural relaxation at a temperature below the glass transition temperature and in the vicinity of the glass transition temperature is suitable. When heat treatment is performed in a vacuum heating furnace at 673 K (Tg-65 K) for 5 minutes, the thin film metallic glass Cu The phenomenon that -Zr-Ti and a silicon single crystal part peeled off occurred.

このため、シリコン単結晶と薄膜金属ガラスCu−Zr−Tiの熱応力を推定した。まず、二つの材料が室温時(T)に応力ゼロで密着している状態を仮定する。そして、熱機械試験機(TMA)で測定したCu−Zr−Tiの線膨張係数αとシリコン単結晶の線膨張率αと縦弾性率E、ポアソン比υを用いて温度上昇時(T)にシリコン単結晶基板が受ける応力σabを、式6を用いて計算した。
For this reason, the thermal stress of the silicon single crystal and the thin film metal glass Cu—Zr—Ti was estimated. First, it is assumed that the two materials are in close contact with each other at room temperature (T 0 ) with zero stress. Then, when the temperature rises by using thermomechanical tester (TMA) in the measured Cu-Zr-Ti coefficient of linear expansion alpha a silicon single crystal of the linear expansion coefficient alpha b and longitudinal elastic modulus E, Poisson's ratio upsilon (T The stress σ ab applied to the silicon single crystal substrate in 1 ) was calculated using Equation 6.

その結果を図13に示す。シリコン単結晶の引張強度は文献によって様々だが、概ね700MPaから1300MPa程度となり、図13に対応させると200〜300°Cの温度領域で破断する事が予想される。本実施例では、熱処理温度を決定するために、シリコン単結晶基板にCu−Zr−Tiをスパッタ成膜した基板を用意して、200°C、250°C、300°Cでそれぞれ6時間加熱保持した3条件で実験を行った。その結果、200°C、6時間の試料のみが剥離を発生しなかったので、本実験では、200°Cを応力緩和温度とした。そこで、真空加熱炉で200°C、1時間の熱処理を振動素子に行った。しかし若干の応力緩和は確認出来たが、応力の完全な解放には至らなかった。処理時間を6時間、12時間と延ばしても特に応力緩和の進行は認められなかった。この原因としては、振動素子30を固定しないで熱処理すると、表裏の内部応力の不釣り合いや、極表面に残留したシリコンの影響により反った状態のまま、応力緩和が進行するものと考えられる。そこで、振動素子30の特にトーションバー部分2を固定しながら加熱保持し、応力緩和することを試みた。その熱処理時の状態を断面図として図14bに示す。トーションバーはアルミナとシリコン単結晶基板の試料片で固定されており、上部のタングステンチップを介して荷重を受けている。振動素子全体の反りは図14aに示す形で測定し、荷重を変えて熱処理をした結果を図15に示す。そしてタングステンチップ24gの荷重をかけながら、200°C、12時間の処理を行えば、反りがゼロ付近となることが確認出来きた。   The result is shown in FIG. Although the tensile strength of silicon single crystals varies depending on the literature, it is about 700 to 1300 MPa, and it is expected to break in the temperature range of 200 to 300 ° C. corresponding to FIG. In this embodiment, in order to determine the heat treatment temperature, a substrate in which Cu—Zr—Ti is formed by sputtering on a silicon single crystal substrate is prepared and heated at 200 ° C., 250 ° C., and 300 ° C. for 6 hours, respectively. The experiment was conducted under the three conditions maintained. As a result, since only the sample at 200 ° C. for 6 hours did not peel, 200 ° C. was set as the stress relaxation temperature in this experiment. Therefore, the vibration element was subjected to heat treatment at 200 ° C. for 1 hour in a vacuum heating furnace. However, although some stress relaxation was confirmed, the stress was not completely released. Even when the treatment time was extended to 6 hours or 12 hours, no progress of stress relaxation was observed. As a cause of this, it is considered that when heat treatment is performed without fixing the vibration element 30, stress relaxation proceeds while the internal stresses of the front and back are not balanced and warped due to the influence of silicon remaining on the pole surface. Therefore, an attempt was made to relieve stress by heating and holding the torsion bar portion 2 of the vibration element 30 while fixing it. The state at the time of the heat treatment is shown in FIG. The torsion bar is fixed with a sample piece of alumina and a silicon single crystal substrate, and receives a load via an upper tungsten chip. The warpage of the entire vibration element is measured in the form shown in FIG. 14a, and the result of heat treatment with the load changed is shown in FIG. It was confirmed that if the treatment was performed at 200 ° C. for 12 hours while applying the load of the tungsten chip 24g, the warpage would be near zero.

以上の検討を踏まえて、マイクロミラーデバイスの振動素子30の製作を行った。製作プロセスを以下により説明する。図16a〜図16fは製作プロセスにおける振動素子30の長手方向の断面を模式図で示した図である。まず始めに、先に述べたスパッタ成膜で、密着層としてCr層を0.1μmを成膜し、次いでCu64Zr28Tiを105μmの厚みで形成する。また酸化防止膜としてCu64Zr28Tiの上にはAu層を200Å形成する。スパッタ成膜後にメタルマスクを取り外し、図16aのようなCu64Zr28Tiの支持部が形成される。なお、上述したように、メタルマスクの開口パターンにおけるアスペクト比が高くなると、スパッタ粒子が開口部内部に到達する確率が減少するので、アスペクト比の低いミラー部4(膜厚105μm)よりもトーションバー2の膜厚が59.5μmまで低下している。 Based on the above examination, the vibration element 30 of the micromirror device was manufactured. The manufacturing process is described below. FIGS. 16a to 16f are schematic views showing a longitudinal section of the vibration element 30 in the manufacturing process. First, a Cr layer having a thickness of 0.1 μm is formed as an adhesion layer by the above-described sputtering film formation, and then Cu 64 Zr 28 Ti 8 is formed to a thickness of 105 μm. Further, a 200-Au layer is formed on Cu 64 Zr 28 Ti 8 as an antioxidant film. After the sputter film formation, the metal mask is removed, and a support portion of Cu 64 Zr 28 Ti 8 as shown in FIG. 16a is formed. As described above, since the probability that sputtered particles reach the inside of the opening decreases when the aspect ratio in the opening pattern of the metal mask increases, the torsion bar is lower than the mirror part 4 (thickness 105 μm) having a low aspect ratio. The film thickness of 2 is reduced to 59.5 μm.

次にAu層の上からCu層を2μm、Cu64Zr28Tiを2μmスパッタ成膜する。この2つの層は、シリコン異方性エッチング時の発泡によりエッチャント内でトーションバー2が揺動し破壊されることを防止する役割を持つ(図16b)。Cu64Zr28Tiによる支持部を形成した面の裏側に、シリコン異方性エッチングのためのマスクを形成する。スパッタ成膜とフォトレジストのリフトオフにより、ミラー部と固定部にCrt層を0.1μm、Cu64Zr28Tiを2μmのマスクを形成する(図16c)。この後にシリコンエッチャント(林純薬工業株式会社 Pure etch 160)を用いてシリコン異方性エッチングを行う(図16d)。次にCu層を硝酸希釈液で、Crt層をCrエッチャントにより除去し、ミラー部4と基体3を形成する。 Next, 2 μm of Cu layer and 2 μm of Cu 64 Zr 28 Ti 8 are sputtered on the Au layer. These two layers have a role of preventing the torsion bar 2 from swinging and being broken in the etchant due to foaming during the anisotropic etching of silicon (FIG. 16b). A mask for anisotropic etching of silicon is formed on the back side of the surface on which the support portion made of Cu 64 Zr 28 Ti 8 is formed. A mask having a Crt layer of 0.1 μm and Cu 64 Zr 28 Ti 8 of 2 μm is formed on the mirror part and the fixed part by sputtering film formation and photoresist lift-off (FIG. 16c). Thereafter, silicon anisotropic etching is performed using a silicon etchant (Hayashi Pure Chemical Industries, Ltd. Pure etch 160) (FIG. 16d). Next, the Cu layer is removed with a dilute nitric acid solution and the Crt layer is removed with a Cr etchant to form the mirror portion 4 and the substrate 3.

次にミラー部4の表面に反射膜としてAuを200Åの厚みでスパッタ成膜を行い(図16e)、上述の低温アニール方法を用いて200°C、12時間の応力緩和を行う。そして、ミラー部4の裏側に磁石12を接着剤で固定して、マイクロミラーデバイスの振動素子30が完成する(図16f)。   Next, a sputtering film of Au having a thickness of 200 mm is formed as a reflective film on the surface of the mirror portion 4 (FIG. 16e), and stress relaxation is performed at 200 ° C. for 12 hours using the above-described low-temperature annealing method. And the magnet 12 is fixed to the back side of the mirror part 4 with an adhesive agent, and the vibration element 30 of a micromirror device is completed (FIG. 16f).

以上のプロセスにより完成した振動素子30の写真を図17に示す。製作した振動子を電磁コイルとの共振振動により揺動させ、レーザ光を走査させた。図18に示すようにレーザ光をスクリーンに照射し、その振幅によりミラー部の振り角θを算出した。本実施例の振動素子30においては、共振周波数912.1Hz 、振り角θ=±30degにて、10cyclesの耐久試験で、破壊することなく駆動することを確認した。 A photograph of the vibration element 30 completed by the above process is shown in FIG. The manufactured vibrator was swung by resonance vibration with an electromagnetic coil and scanned with laser light. As shown in FIG. 18, the screen was irradiated with laser light, and the swing angle θ of the mirror portion was calculated from the amplitude. In the vibration element 30 of this example, it was confirmed that it was driven without breaking in a durability test of 10 8 cycles at a resonance frequency of 912.1 Hz and a swing angle θ = ± 30 deg.

実施例1〜5では、金属ガラスとしてCu−Zr−Ti組成の金属ガラスを用いた。しかし、本発明において、他の組成の金属ガラスを使用することができる。使用可能な金属ガラスは、以下のような組成の金属ガラスである。   In Examples 1 to 5, a metal glass having a Cu—Zr—Ti composition was used as the metal glass. However, in the present invention, metallic glasses having other compositions can be used. The metal glass that can be used is a metal glass having the following composition.

Al含有組成:Al-Ni-Ce-Fe、Al-Ni-Y
Au含有組成:Au-Ag-Pd-Cu-Si、Au-Ge-Si
Ca含有組成:Ca-Ag、Ca-Cu-Ag-Mg、Ca-Mg-Cu、Ca-Mg-Zn
Ce含有組成:Ce-Al-Ni-Cu
Co含有組成:Co-(Al,Ga)-(P,B,Si)、Co-(Zr,Hf,Nb)-B、Co-Fe-Si-B-Nb、Co-Fe-Ta-B、Co-Fe-Ta-B-Si、Co-Si-B、Co-Ta-B
Cu含有組成:Cu-(Zr,Hf)-Ti 、Cu-(Zr,Hf)-Ti-(Fe,Co,Ni)、Cu-(Zr,Hf)-Ti-(Y,Be)、Cu-Hf-Ti、Cu-Pd-Zr-Ag-Al、Cu-Zr、Cu-Zr-Al、Cu-Zr-Al-Ag、Cu-Zr-Al-Nb、Cu-Zr-Ti、Cu-Zr-Ti-Co
Fe含有組成:(Fe,Co)-B-Si-Nb、Fe-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge)、Fe-(Cr,Mo)-(C,B)-Ln、Fe-(Nb,Cr,Mo)-(C,B)、Fe-(Nb,Mo)-(Al,Ga)-(P,B,Si)、Fe-(Zr,Hf,Nb)-B、Fe-B-Si-Nb、Fe-Co-Ln-B、Fe-Ga-(Cr,Mo)-(P,C,B)、Fe-Ga-(P,B)、Fe-Si-B-Nb、Fe-Si-B-P、Fe-Zr-Y-Co-Mo-Al-B
Hf含有組成:Hf-Al-Ni-Cu、Hf-Al-Ni-Cu-Pd、Hf-Al-Ni-Cu-Pt
La含有組成:La-Al-Ni-Cu、La-Al-Ni-Cu-Co、La-Al-Ni-P、La-Ni-Al
Mg含有組成:Mg-Cu-Gd、Mg-Cu-Y、Mg-Cu-Y-Ag-Pd
Nd含有組成:Nd-Al-Fe-Co
Ni含有組成:Ni-(Nb,Cr,Mo)-(P,B)、Ni-(Nb,Ta)-Zr-Ti、Ni-(Zr,Hf,Nb)-B、Ni-Cu-Ti-Zr-Al、Ni-Nb-Ti-Zr、Ni-Nb-Ti-Zr-Co-Cu、Ni-Si-B、Ni-Ti-Zr-Al
Pd含有組成:Pd-Cu-Ni-P、Pd-Cu-Si、Pd-Ni-Cu-P、Pd-Ni-Fe-P、Pd-Ni-P、Pd-Pt-Cu-P、Pd-Si、Pd-Si-Cu
Pt含有組成:Pt-Cu-Co-P、Pt-Cu-Ni-P、Pt-Cu-P、Pt-Ni-P
Ru含有組成:Ru-Zr-Al、Ru-Zr-Mo
Ti含有組成:(Ti,Zr,Hf)-Cu-Ni-Si、Ti-Cu-(Zr,Hf)-(Co,Ni)、Ti-Cu-Ni-Sn、Ti-Cu-Zr-Pd、Ti-Ni-Cu-B-Si-Sn、Ti-Ni-Cu-Sn、Ti-Zr-Hf-Cu-Ni-Si、Ti-Zr-Cu、Ti-Zr-Ni、Ti-Zr-Fe
Zr含有組成:Zr-Cu-Ag-Al-Pd、Zr-Cu-Ni-Al-Pd、Zr-Cu-Ni-Ag-Al、Zr-Cu-Ni-Al、Zr-Cu-Ni-Al-Ta、Zr-Nb-Cu-Ni-Al、Zr-Ni、Zr-Ti-Cu-Ni-Al、Zr-Ti-Cu-Ni-Be
また、実施例1〜5を、ミラー部4の両端が一対の梁部2の一端と結合され、また、一対の梁部2の他端が基体3に結合されたいわゆる両持ち構造の振動素子30を示した。しかしながら、振動素子30は、1つの基体3に1つの梁部2が結合され、その梁部2にミラー部4が結合された片持ち構造とすることができる。
Al-containing composition: Al-Ni-Ce-Fe, Al-Ni-Y
Au-containing composition: Au-Ag-Pd-Cu-Si, Au-Ge-Si
Ca-containing composition: Ca-Ag, Ca-Cu-Ag-Mg, Ca-Mg-Cu, Ca-Mg-Zn
Ce-containing composition: Ce-Al-Ni-Cu
Co-containing composition: Co- (Al, Ga)-(P, B, Si), Co- (Zr, Hf, Nb) -B, Co-Fe-Si-B-Nb, Co-Fe-Ta-B, Co-Fe-Ta-B-Si, Co-Si-B, Co-Ta-B
Cu-containing composition: Cu- (Zr, Hf) -Ti, Cu- (Zr, Hf) -Ti- (Fe, Co, Ni), Cu- (Zr, Hf) -Ti- (Y, Be), Cu- Hf-Ti, Cu-Pd-Zr-Ag-Al, Cu-Zr, Cu-Zr-Al, Cu-Zr-Al-Ag, Cu-Zr-Al-Nb, Cu-Zr-Ti, Cu-Zr- Ti-Co
Fe-containing composition: (Fe, Co) -B-Si-Nb, Fe- (Al, Ga)-(P, C, B, Si, Ge), Fe- (Cr, Mo)-(C, B)- Ln, Fe- (Nb, Cr, Mo)-(C, B), Fe- (Nb, Mo)-(Al, Ga)-(P, B, Si), Fe- (Zr, Hf, Nb)- B, Fe-B-Si-Nb, Fe-Co-Ln-B, Fe-Ga- (Cr, Mo)-(P, C, B), Fe-Ga- (P, B), Fe-Si- B-Nb, Fe-Si-BP, Fe-Zr-Y-Co-Mo-Al-B
Hf-containing composition: Hf-Al-Ni-Cu, Hf-Al-Ni-Cu-Pd, Hf-Al-Ni-Cu-Pt
La-containing composition: La-Al-Ni-Cu, La-Al-Ni-Cu-Co, La-Al-Ni-P, La-Ni-Al
Mg-containing composition: Mg-Cu-Gd, Mg-Cu-Y, Mg-Cu-Y-Ag-Pd
Nd-containing composition: Nd-Al-Fe-Co
Ni-containing composition: Ni- (Nb, Cr, Mo)-(P, B), Ni- (Nb, Ta) -Zr-Ti, Ni- (Zr, Hf, Nb) -B, Ni-Cu-Ti- Zr-Al, Ni-Nb-Ti-Zr, Ni-Nb-Ti-Zr-Co-Cu, Ni-Si-B, Ni-Ti-Zr-Al
Pd-containing composition: Pd-Cu-Ni-P, Pd-Cu-Si, Pd-Ni-Cu-P, Pd-Ni-Fe-P, Pd-Ni-P, Pd-Pt-Cu-P, Pd- Si, Pd-Si-Cu
Pt-containing composition: Pt-Cu-Co-P, Pt-Cu-Ni-P, Pt-Cu-P, Pt-Ni-P
Ru-containing composition: Ru-Zr-Al, Ru-Zr-Mo
Ti-containing composition: (Ti, Zr, Hf) -Cu-Ni-Si, Ti-Cu- (Zr, Hf)-(Co, Ni), Ti-Cu-Ni-Sn, Ti-Cu-Zr-Pd, Ti-Ni-Cu-B-Si-Sn, Ti-Ni-Cu-Sn, Ti-Zr-Hf-Cu-Ni-Si, Ti-Zr-Cu, Ti-Zr-Ni, Ti-Zr-Fe
Zr-containing composition: Zr-Cu-Ag-Al-Pd, Zr-Cu-Ni-Al-Pd, Zr-Cu-Ni-Ag-Al, Zr-Cu-Ni-Al, Zr-Cu-Ni-Al- Ta, Zr-Nb-Cu-Ni-Al, Zr-Ni, Zr-Ti-Cu-Ni-Al, Zr-Ti-Cu-Ni-Be
In the first to fifth embodiments, the both ends of the mirror unit 4 are coupled to one end of the pair of beam units 2, and the other end of the pair of beam units 2 is coupled to the base 3. 30. However, the vibration element 30 may have a cantilever structure in which one beam portion 2 is coupled to one base body 3 and the mirror portion 4 is coupled to the beam portion 2.

[アクチュエータ装置の実施形態]
図19は、振動素子30を備えたアクチュエータ装置の一例を示す概略図であり、図19aは振動子30の概略上面図、図19bは、振動子30を備えたアクチュエータ装置100の断面図である。図19a及び図19bに示すように、アクチュエータ装置100は、振動鏡装置であり、基板110と、この基板110が実装される保持部材120と、振動素子30とを備えている。保持部材120は、基板110の周縁部に沿って環状のフランジ部121が設けられており、その中央部は凹部122を構成している。振動素子30は、凹部122内に実装されており、基板110及び保持部材120とカバー部材140とで構成(区画)される減圧空間150内に配置されている。
[Embodiment of Actuator Device]
FIG. 19 is a schematic diagram illustrating an example of an actuator device including the vibration element 30, FIG. 19 a is a schematic top view of the vibrator 30, and FIG. 19 b is a cross-sectional view of the actuator device 100 including the vibrator 30. . As shown in FIGS. 19a and 19b, the actuator device 100 is a vibration mirror device, and includes a substrate 110, a holding member 120 on which the substrate 110 is mounted, and a vibration element 30. The holding member 120 is provided with an annular flange 121 along the peripheral edge of the substrate 110, and a central portion thereof constitutes a recess 122. The vibration element 30 is mounted in the recess 122 and is disposed in the decompression space 150 configured (partitioned) by the substrate 110, the holding member 120, and the cover member 140.

振動素子30は、基体3と、この基体3の対向する両端部を保持部材120の凹部122を跨ぐように架橋する梁部2と、保持部材120の開口中心に対応する部分に設けられる揺動部4とを有する。基体3、梁部2、揺動部4は、例えば、実施例1〜3のように金属ガラスで一体に形成されている。揺動部4の下部には磁石12が設置され、また、基板110上には、揺動部4に対向する部分に電磁コイル14が設けられている。   The vibration element 30 includes a base 3, a beam portion 2 that bridges opposite opposite ends of the base 3 so as to straddle the concave portion 122 of the holding member 120, and a swing provided at a portion corresponding to the opening center of the holding member 120. Part 4. The base 3, the beam portion 2, and the swinging portion 4 are integrally formed of metal glass as in the first to third embodiments, for example. A magnet 12 is installed in the lower part of the swing part 4, and an electromagnetic coil 14 is provided on the substrate 110 at a portion facing the swing part 4.

[画像形成装置の実施形態]
本発明の振動素子30を含む画像形成装置に実施形態を、レーザービームプリンター(以下、「LBP」という。)に適用した図20を参照しながら以下に詳細に説明する。図20に示されるように、LBP200は、画像形成媒体としての感光ドラム204及びこの感光ドラム204に画像情報に対応した静電潜像を形成するための露光部210を備えている。また、LBP200は、これら感光ドラム204及び露光部210以外に、周知の給紙部、帯電部、トナー供給部、転写部、定着部。紙搬送部(いずれも図示せず)などを備えている。露光部210は、画像情報に対応したパルス状のレーザ光Lを発振するためのレーザ光源201を含む光走査装置220及び周知のコリメータ光学系202及びfθレンズ203を備えている。駆動回転する感光ドラム204の外周面には後述する光走査装置220のレーザ光源201からのレーザ光Lが振動素子30の揺動体の光反射面を介して照射され、感光ドラム204の回転軸線と平行な方向にレーザ光Lが走査移動する。
[Embodiment of Image Forming Apparatus]
An embodiment of the image forming apparatus including the vibration element 30 of the present invention will be described in detail below with reference to FIG. 20 applied to a laser beam printer (hereinafter referred to as “LBP”). As shown in FIG. 20, the LBP 200 includes a photosensitive drum 204 as an image forming medium and an exposure unit 210 for forming an electrostatic latent image corresponding to image information on the photosensitive drum 204. In addition to the photosensitive drum 204 and the exposure unit 210, the LBP 200 is a known paper feeding unit, charging unit, toner supply unit, transfer unit, and fixing unit. A paper transport unit (both not shown) is provided. The exposure unit 210 includes an optical scanning device 220 including a laser light source 201 for oscillating a pulsed laser beam L corresponding to image information, a known collimator optical system 202, and an fθ lens 203. A laser beam L from a laser light source 201 of an optical scanning device 220 (described later) is irradiated to the outer peripheral surface of the driving and rotating photosensitive drum 204 through the light reflecting surface of the oscillating body of the vibration element 30, and the rotation axis of the photosensitive drum 204. The laser beam L scans and moves in the parallel direction.

光走査装置220は、図20において、レーザ光源201、レーザ光源からのレーザ光Lを走査させる振動素子30、該振動素子30を駆動する駆動部207及び該素子駆動部207の作動を制御する制御装置206を備えている。制御装置206は、走査されたレーザ光Lを検出する一対のBDセンサ205を備えるとともに、検出信号に基づいて制御信号を出力し、振動素子30を駆動する駆動部207の出力を制御する。   In FIG. 20, the optical scanning device 220 includes a laser light source 201, a vibration element 30 that scans the laser light L from the laser light source, a drive unit 207 that drives the vibration element 30, and a control that controls the operation of the element drive unit 207. A device 206 is provided. The control device 206 includes a pair of BD sensors 205 that detect the scanned laser light L, outputs a control signal based on the detection signal, and controls the output of the drive unit 207 that drives the vibration element 30.

[映像投影装置の実施形態]
本発明の振動素子30をオーバーヘッドプロジェクターなどの映像投影装置300に適用した実施形態について図21を用いて説明する。本実施形態においては、LBP200に適用した実施形態と同一の機能を有する構成要素については同一符号を記すに止め、重複する説明を省略する。本実施形態における映像投影装置300は、LBP200と基本的に同じ光走査装置220、光源301からの光を所定方向に変更させる光偏向装置302及びこの光偏向装置302により偏向した光が照射されるスクリーン304を備えている。
[Embodiment of Video Projection Device]
An embodiment in which the vibration element 30 of the present invention is applied to a video projector 300 such as an overhead projector will be described with reference to FIG. In the present embodiment, constituent elements having the same functions as those of the embodiment applied to the LBP 200 are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted. The image projection apparatus 300 in this embodiment is irradiated with light deflected by the optical scanning apparatus 220, the light deflecting apparatus 302 that changes the light from the light source 301 in a predetermined direction, and the light deflecting apparatus 302 that is basically the same as the LBP 200. A screen 304 is provided.

光偏向装置302は、光走査装置220の振動素子30の揺動体(不図示)の光反射面(不図示)にて反射した光を理想揺動軸線(不図示)と平行な方向に沿って偏向させるものである。この光偏向装置302による光の偏向速度は、振動素子30の図示しない揺動体の振動周期よりも相対的に遅くすることができるので、本実施形態では周知のガルバノミラーを用いている。RGB三原色を含む光源301から出射する光は、振動素子30及び光偏向装置302により2次元走査され、スクリーン304に映像として投射される。   The light deflector 302 reflects the light reflected by the light reflecting surface (not shown) of the oscillating body (not shown) of the oscillating element 30 of the optical scanning device 220 along a direction parallel to the ideal oscillating axis (not shown). To be deflected. Since the light deflection speed by the light deflecting device 302 can be made relatively slower than the vibration period of the oscillating body (not shown) of the vibration element 30, a known galvanometer mirror is used in this embodiment. Light emitted from the light source 301 including RGB three primary colors is two-dimensionally scanned by the vibration element 30 and the light deflecting device 302 and projected as an image on the screen 304.

振動素子30の主要部を構成する揺動体の光反射面の振れ角αは、制御装置206から出力される制御信号に基づいて駆動部207により調整される。また、光偏向装置302も同様に、制御装置206からの出力に基づき、揺動体の理想揺動軸線に対して直行する軸線回りのガルバノミラーの振れ角が制御される。制御装置206には、スクリーン304に投影される映像情報が入力部303から伝達され、光源301からスクリーン304に至る光路の距離に関する情報が測距部305から入力される。制御装置206は、これら入力部303及び測距部305からの情報に応じた投影画角や拡大率などの設定及びが像の大きさやその縦横比に基づき、振動素子30及び光偏向装置302の走査角をそれぞれ変更する。なお、画像の拡大率は、走査角を変更せずとも光源301に対する通電のオン/オフ制御によっても可能である。しかしながら、走査角を変更することによって光源301のオフ時間を減らすことで、高輝度の画像をスクリーン304に投影することができる。   The swing angle α of the light reflecting surface of the oscillating body constituting the main part of the vibration element 30 is adjusted by the drive unit 207 based on a control signal output from the control device 206. Similarly, the deflection angle of the galvanometer mirror about the axis orthogonal to the ideal swing axis of the swinging body is controlled based on the output from the control device 206 in the light deflecting device 302. Image information projected on the screen 304 is transmitted from the input unit 303 to the control device 206, and information regarding the distance of the optical path from the light source 301 to the screen 304 is input from the distance measuring unit 305. The control device 206 sets the projection angle of view and magnification according to the information from the input unit 303 and the distance measuring unit 305 and the size of the image and the aspect ratio of the vibration element 30 and the light deflection device 302. Change each scan angle. Note that the enlargement ratio of the image can also be achieved by on / off control of energization to the light source 301 without changing the scanning angle. However, by reducing the off time of the light source 301 by changing the scanning angle, a high brightness image can be projected onto the screen 304.

1:Si単結晶、2:梁、3:基体、4:ミラー部(揺動部)、5:Cu、6:メタルマスク、7:開口幅、8:メタルマスク厚み、9:冷却板、10:YAGレーザ発振機、11:ミラー面、12:磁石、13:レーザ発振機、14:電磁コイル、15:ミラー部の最大変位角、16:ミラー部の捻り中心軸、17:中間部、18:ミラー部の台座、19:反射膜、30:振動素子 1: Si single crystal, 2: beam, 3: substrate, 4: mirror part (oscillating part), 5: Cu, 6: metal mask, 7: opening width, 8: metal mask thickness, 9: cooling plate, 10 : YAG laser oscillator, 11: mirror surface, 12: magnet, 13: laser oscillator, 14: electromagnetic coil, 15: maximum displacement angle of mirror part, 16: twist axis of mirror part, 17: intermediate part, 18 : Pedestal of mirror part, 19: reflective film, 30: vibration element

Claims (16)

基体と、前記基体から梁状に設けられた梁部と、前記梁部の前記基体側とは反対の側に設けられた揺動部とを備え、
前記揺動部の少なくとも一部及び前記梁部は金属ガラスで一体に形成されている、
ことを特徴とする振動素子。
A base, a beam provided in a beam shape from the base, and a swinging part provided on the side of the beam opposite to the base,
At least a part of the swinging part and the beam part are integrally formed of metal glass,
A vibrating element characterized by that.
前記揺動部と前記梁部とは機械的特性がそれぞれ異なった部分として機能分離されて一体に形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の振動素子。
The oscillating part and the beam part are separated from each other as a part having different mechanical characteristics and are integrally formed.
The vibrating element according to claim 1.
前記揺動部と前記梁部とは金属ガラスで一体に形成され、
前記揺動部は、前記基体、前記梁部及び前記揺動部が配列される方向に沿って、前記梁部との接続部位から所定の距離内に位置する第1領域と前記所定の距離外に位置する第2領域とを含み、
前記揺動部の少なくとも前記第2領域は、前記金属ガラスが結晶化する温度以下の温度の下での熱処理が施され、
前記梁部は、前記熱処理が施されていない、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の振動素子。
The swing part and the beam part are integrally formed of metal glass,
The oscillating portion includes a first region located within a predetermined distance from a connection site with the beam portion along a direction in which the base body, the beam portion, and the oscillating portion are arranged, and outside the predetermined distance. A second region located at
At least the second region of the oscillating portion is subjected to a heat treatment at a temperature equal to or lower than a temperature at which the metallic glass is crystallized,
The beam portion is not subjected to the heat treatment,
The vibration element according to claim 1, wherein the vibration element is characterized in that
前記揺動部と前記梁部とは金属ガラスで一体に形成され、
前記揺動部は、前記基体、前記梁部及び前記揺動部が配列される方向に沿って、前記梁部との接続部位から所定の距離内に位置する第1領域と前記所定の距離外に位置する第2領域とを含み、
前記揺動部の少なくとも前記第2領域は、前記金属ガラスのガラス転移温度以下の温度の下での熱処理が施され、
前記梁部は、前記熱処理が施されていない、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の振動素子。
The swing part and the beam part are integrally formed of metal glass,
The oscillating portion includes a first region located within a predetermined distance from a connection site with the beam portion along a direction in which the base body, the beam portion, and the oscillating portion are arranged, and outside the predetermined distance. A second region located at
At least the second region of the oscillating portion is subjected to a heat treatment at a temperature lower than the glass transition temperature of the metal glass,
The beam portion is not subjected to the heat treatment,
The vibration element according to claim 1, wherein the vibration element is characterized in that
前記揺動部と前記梁部とは金属ガラスで一体に形成され、
前記揺動部は、前記梁部よりも高いヤング率を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の振動素子。
The swing part and the beam part are integrally formed of metal glass,
The rocking part has a higher Young's modulus than the beam part,
The vibration element according to claim 1, wherein the vibration element is characterized in that
前記揺動部と前記梁部とは金属ガラスで一体に形成され、
前記揺動部は、前記梁部よりも大きな自由体積を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の振動素子。
The swing part and the beam part are integrally formed of metal glass,
The rocking part has a larger free volume than the beam part,
The vibrating element according to claim 1, wherein
前記揺動部は、台座と、当該台座の一面に接合された光学部材とを含み、
前記揺動部の台座と前記梁部とは金属ガラスで一体に形成されている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の振動素子。
The swing part includes a pedestal and an optical member bonded to one surface of the pedestal,
The base of the swing part and the beam part are integrally formed of metal glass,
The vibration element according to claim 1, wherein the vibration element is characterized in that
前記台座と前記梁部とは金属ガラスで一体に形成され、
前記台座は、前記基体、前記梁部及び前記揺動部が配列される方向に沿って、前記梁部との接続部位から所定の距離内に位置する第1領域と前記所定の距離外に位置する第2領域とを含み、
前記台座の少なくとも前記第2領域は、前記金属ガラスが結晶化する温度以下の温度の下での熱処理が施され、
前記梁部は、前記熱処理が施されていない、
ことを特徴とする請求項7に記載の振動素子。
The pedestal and the beam portion are integrally formed of metal glass,
The pedestal is positioned outside the predetermined distance from a first region located within a predetermined distance from a connection portion with the beam portion along a direction in which the base body, the beam portion, and the swinging portion are arranged. And a second region to
At least the second region of the pedestal is subjected to a heat treatment at a temperature equal to or lower than a temperature at which the metallic glass is crystallized,
The beam portion is not subjected to the heat treatment,
The vibrating element according to claim 7.
前記台座と前記梁部とは金属ガラスで一体に形成され、
前記台座は、前記基体、前記梁部及び前記揺動部が配列される方向に沿って、前記梁部との接続部位から所定の距離内に位置する第1領域と前記所定の距離外に位置する第2領域とを含み、
前記台座の少なくとも第2領域は、前記金属ガラスのガラス転移温度以下の温度の下での熱処理が施され、
前記梁部は、前記熱処理が施されていない、
ことを特徴とする請求項7に記載の振動素子。
The pedestal and the beam portion are integrally formed of metal glass,
The pedestal is positioned outside the predetermined distance from a first region located within a predetermined distance from a connection portion with the beam portion along a direction in which the base body, the beam portion, and the swinging portion are arranged. And a second region to
At least the second region of the pedestal is subjected to a heat treatment at a temperature lower than the glass transition temperature of the metal glass,
The beam portion is not subjected to the heat treatment,
The vibrating element according to claim 7.
前記揺動部及び前記基体は、前記梁部よりも大きな厚さを有する、
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の振動素子。
The rocking part and the base body have a larger thickness than the beam part,
The vibrating element according to claim 1, wherein
前記揺動部は、当該揺動部を挟む一対の前記梁部に結合されている、
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の振動素子。
The swinging part is coupled to a pair of beam parts sandwiching the swinging part,
The vibrating element according to claim 1, wherein
前記揺動部の表面に反射膜が形成されている、
ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の振動素子。
A reflective film is formed on the surface of the rocking portion;
The vibrating element according to claim 1, wherein
請求項1乃至12のいずれか1項に記載の振動素子と、前記揺動部を揺動させる駆動部と、光源とを備え、
前記揺動部はミラー面を有し、
前記駆動部により前記揺動部を揺動させ、前記光源からの光を前記ミラー面により走査させる、
ことを特徴とする光走査装置。
A vibration element according to any one of claims 1 to 12, a drive unit that rocks the rocking unit, and a light source,
The rocking portion has a mirror surface;
Oscillating the oscillating unit by the driving unit, and scanning the light from the light source by the mirror surface;
An optical scanning device.
請求項1乃至12のいずれか1項に記載の振動素子と、前記揺動部を揺動させる駆動部とを備え、
前記駆動部により前記揺動部を揺動させる、
ことを特徴とするアクチュエータ装置。
A vibration element according to any one of claims 1 to 12, and a drive unit that rocks the rocking unit,
Oscillating the oscillating unit by the driving unit;
An actuator device characterized by that.
請求項1乃至12のいずれか1項に記載の振動素子と、前記揺動部を揺動させる駆動部と、光源とを備え、
前記揺動部はミラー面を有し、
前記駆動部により前記揺動部を揺動させ、前記光源からの光を前記ミラー面により走査させて映像を投影する、
ことを特徴とする映像投影装置。
A vibration element according to any one of claims 1 to 12, a drive unit that rocks the rocking unit, and a light source,
The rocking portion has a mirror surface;
Oscillating the oscillating unit by the driving unit and projecting an image by scanning the light from the light source with the mirror surface;
A video projection apparatus characterized by that.
請求項1乃至12のいずれか1項に記載の振動素子と、前記揺動部を揺動させる駆動部と、光源とを備え、
前記揺動部はミラー面を有し、
前記駆動部により前記揺動部を揺動させ、前記光源からの光を前記ミラー面により走査させて画像を形成する、
ことを特徴とする画像形成装置。
A vibration element according to any one of claims 1 to 12, a drive unit that rocks the rocking unit, and a light source,
The rocking portion has a mirror surface;
Oscillating the oscillating unit by the driving unit, and scanning the light from the light source with the mirror surface to form an image;
An image forming apparatus.
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