JP2012159718A - Optical scanning element, and image display device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanning element with reduced power consumption, low manufacturing cost, and smaller area and capable of scanning a light beam by a large angle in two axis direction.SOLUTION: An arm part 23 supports a mirror part 21 such that the mirror part 21 is swingable in an X-axis direction. An upper layer movable frame part 25 supports the arm part 23. A lower layer movable frame part 35 has a plurality of protrusions 32 on its top face, and is bonded to a lower face of the upper layer movable frame part 25 by the plurality of protrusions 32 such that a clearance is formed between the upper face and the lower face of the upper layer movable frame part 25. Stationary frames (20, 30) support the upper layer movable frame part 25 such that the upper layer movable frame part 25 and the lower layer movable frame part 35 are swingable in a Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction.

Description

本発明は、光ビームを反射して２軸方向の走査を行う光走査素子及び画像表示装置に関する。   The present invention relates to an optical scanning element and an image display device that perform scanning in two axial directions by reflecting a light beam.

半導体製造技術を発展させた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術により、小型に製造され、光ビームを反射して光を二次元的に走査する光走査素子（マイクロスキャナ）が知られている。光走査素子は、画像の情報により輝度調整された光ビームを反射し、画像をスクリーンに投射する画像表示装置等に用いられる。このような画像表示装置は、１軸方向の走査を行う２つの光走査素子、或いは２軸方向の走査を行う１つの光走査素子により、水平方向及び垂直方向の走査を行う。   2. Description of the Related Art An optical scanning element (microscanner) that is manufactured in a small size by a micro electro mechanical system (MEMS) technology developed from semiconductor manufacturing technology and that reflects a light beam and scans light two-dimensionally is known. The optical scanning element is used in an image display device or the like that reflects a light beam whose luminance is adjusted according to image information and projects the image on a screen. Such an image display apparatus performs scanning in the horizontal direction and the vertical direction by two optical scanning elements that perform scanning in one axial direction or one optical scanning element that performs scanning in two axial directions.

光走査素子の駆動方式として、コイルと磁石との間のローレンツ力を利用したムービングコイル（ＭＣ）方式（特許文献１参照）や、ムービングマグネット（ＭＭ）方式（特許文献２参照）等の電磁駆動方式、圧電膜の圧電効果を利用した圧電駆動方式（特許文献３参照）、電極間の静電気力を利用した静電駆動方式（非特許文献１参照）等がある。   As a driving method of the optical scanning element, electromagnetic driving such as a moving coil (MC) method (see Patent Document 1) using a Lorentz force between a coil and a magnet, a moving magnet (MM) method (see Patent Document 2), or the like. There are a method, a piezoelectric driving method using a piezoelectric effect of a piezoelectric film (see Patent Document 3), an electrostatic driving method using an electrostatic force between electrodes (see Non-Patent Document 1), and the like.

特開２００４−１１０００５号公報JP 2004-110005 A 特開２００９−２５８６４５号公報JP 2009-258645 A 特開２００５−１４８４５９号公報JP 2005-148459 A

河野清彦 他、「静電２軸ＭＥＭＳ光スキャナの絶縁構造」、パナソニック電工技報、Ｖｏｌ．５６ Ｎｏ．３、２００８年９月Kiyohiko Kawano et al., “Insulation structure of electrostatic 2-axis MEMS optical scanner”, Panasonic Electric Works Technical Report, Vol. 56 No. 3, September 2008

しかしながら、電磁駆動方式では、光走査素子に設けられたコイルに通電することにより、光ビームを反射するミラー部を駆動するが、ＭＥＭＳ技術により微小に形成された光走査素子において、更なる小型化を図る場合にコイルの巻数が制限されてしまう。よって、より大きな角度に光ビームを走査するための駆動力を確保しようとすると、コイルの巻数の制限のため、電流値を上げる必要があり、消費電力が大きくなるという問題がある。特に携帯型のシステムを想定した場合にはバッテリー駆動が必須であり、連続稼働時間が限られてしまうことになる。   However, in the electromagnetic drive system, the mirror portion that reflects the light beam is driven by energizing the coil provided in the optical scanning element. However, the optical scanning element that is minutely formed by the MEMS technology is further miniaturized. In order to achieve this, the number of turns of the coil is limited. Therefore, if the driving force for scanning the light beam at a larger angle is to be ensured, there is a problem that the current value needs to be increased due to the limitation on the number of turns of the coil, and the power consumption increases. In particular, when a portable system is assumed, battery driving is essential, and the continuous operation time is limited.

また、圧電駆動方式では、より大きな角度に光ビームを走査するために、圧電膜の面積を大きくして駆動力を確保する必要がある。特に１つの光走査素子で２軸方向の走査を行う場合、ミラー部を駆動可能に支持するフレーム自体を駆動させるための、第２のフレームが必要となり、光走査素子の面積が大きくなってしまい、光走査素子が大型化してしまう。１軸方向の走査を行う光走査素子を２つ用いて２軸方向に光ビームを走査する方法も一般的に行われているが、光軸を正確に合わせる必要があるなど、光学系が複雑になり、装置の大型化と装置の価格アップを招いてしまうという問題がある。   Further, in the piezoelectric driving system, in order to scan the light beam at a larger angle, it is necessary to increase the area of the piezoelectric film to ensure the driving force. In particular, when biaxial scanning is performed with one optical scanning element, a second frame is required to drive the frame itself that supports the mirror unit so that the mirror unit can be driven, and the area of the optical scanning element increases. As a result, the optical scanning element is increased in size. A method of scanning a light beam in two axial directions using two optical scanning elements that perform scanning in one axial direction is also generally performed, but the optical system is complicated because it is necessary to accurately align the optical axes. Therefore, there is a problem that the size of the apparatus is increased and the price of the apparatus is increased.

また、静電駆動方式では、光走査素子の駆動力となる櫛歯状の電極間の静電気力が小さいという問題がある。   In addition, the electrostatic driving method has a problem that the electrostatic force between the comb-like electrodes that is the driving force of the optical scanning element is small.

上記問題点を鑑み、本発明は、消費電力、製造コスト、面積が小さく、光ビームを大きな角度に２軸方向に走査可能な光走査素子及び画像表示装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an optical scanning element and an image display device that have small power consumption, manufacturing cost, and area and can scan a light beam in a biaxial direction at a large angle.

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、光を反射するミラー部（２１）と、前記ミラー部（２１）が第１の方向の揺動可能なように、前記ミラー部（２１）を支持するアーム部（２３）と、前記アーム部（２３）を支持する上層可動フレーム部（２５）と、上面に複数の凸部（３２）を有し、上面と前記上層可動フレーム部（２５）の下面との間に間隙を有するように、前記複数の凸部（３２）により前記上層可動フレーム部（２５）の下面に接合された下層可動フレーム部（３５）と、前記上層可動フレーム部（２５）及び前記下層可動フレーム部（３５）が、前記第１の方向と直交する第２の方向の揺動可能なように、前記上層可動フレーム部（２５）を支持する固定フレーム部（２０，３０）と、前記アーム部（２３）に設けられ、変位することにより前記アーム部（２３）を駆動して、前記ミラー部（２１）を前記第１の方向に揺動させる上層圧電膜（２４）と、前記下層可動フレーム部（３５）に設けられ、変位することにより前記上層可動フレーム部（２５）及び前記下層可動フレーム（３５）部を駆動して、前記ミラー部（２１）を前記第２の方向に揺動させる下層圧電膜（３３）とを備える光走査素子であることを要旨とする。   In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a mirror part (21) for reflecting light and the mirror part (21) so that the mirror part (21) can swing in a first direction. An upper part movable frame part (25) supporting the arm part (23) supporting the arm part (21), the arm part (23), and a plurality of convex parts (32) on the upper surface; the upper surface and the upper layer movable frame; A lower movable frame portion (35) joined to the lower surface of the upper movable frame portion (25) by the plurality of convex portions (32) so as to have a gap between the lower surface of the portion (25) and the upper layer A fixed frame that supports the upper-layer movable frame portion (25) so that the movable frame portion (25) and the lower-layer movable frame portion (35) can swing in a second direction orthogonal to the first direction. Part (20, 30) and the arm part (23) The upper piezoelectric film (24) that drives the arm portion (23) by being displaced and swings the mirror portion (21) in the first direction, and the lower movable frame portion (35). The lower piezoelectric film (which is provided on the upper surface and drives the upper movable frame portion (25) and the lower movable frame (35) by displacing and swings the mirror portion (21) in the second direction). And 33).

また、本発明の第１の態様に係る光走査素子においては、前記上層圧電膜（２４）と前記下層圧電膜（３３）とが、平面視、重畳する領域を含むようにそれぞれ設けられている。   In the optical scanning element according to the first aspect of the present invention, the upper piezoelectric film (24) and the lower piezoelectric film (33) are provided so as to include overlapping regions in plan view. .

また、本発明の第１の態様に係る光走査素子においては、前記上層可動フレーム部（２５）及び前記下層可動フレーム部（３５）が、平面視、枠型形状であり、平面視、互いに同一の寸法とすることができる。   In the optical scanning element according to the first aspect of the present invention, the upper-layer movable frame portion (25) and the lower-layer movable frame portion (35) have a planar shape and a frame shape, and are identical to each other in the planar view. The dimensions can be as follows.

また、本発明の第１の態様に係る光走査素子においては、前記複数の凸部（３２）は、前記下層可動フレーム部（３５）の４辺のそれぞれ中点近傍に位置することができる。   In the optical scanning element according to the first aspect of the present invention, the plurality of convex portions (32) can be positioned in the vicinity of the midpoints of the four sides of the lower layer movable frame portion (35).

また、本発明の第１の態様に係る光走査素子においては、前記下層可動フレーム部（３５１）が、平面視、互い違いにコの字型に屈曲したパターンを有することができる。   Further, in the optical scanning element according to the first aspect of the present invention, the lower layer movable frame portion (351) may have a pattern bent alternately in a U shape in plan view.

また、本発明の第１の態様に係る光走査素子においては、前記下層圧電膜（３３）が、前記下層可動フレーム部（３５）の下面に形成されることができる。   In the optical scanning element according to the first aspect of the present invention, the lower layer piezoelectric film (33) may be formed on the lower surface of the lower layer movable frame portion (35).

本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様に係る光走査素子（１）と、前記ミラー部（２１）に光を出射する光源（５５）と、前記光源（５５）が出射する光の輝度を、画像情報に応じて変調するように制御する制御部（５０）とを備える画像表示装置であることを要旨とする。   According to a second aspect of the present invention, an optical scanning element (1) according to the first aspect of the present invention, a light source (55) that emits light to the mirror part (21), and the light source (55) are emitted. The gist of the present invention is an image display device including a control unit (50) that controls the luminance of light to be modulated in accordance with image information.

本発明によれば、他の駆動方式に比して消費電力が小さな圧電駆動方式であり、電磁駆動方式のように製造工程が複雑になることなく、静電駆動方式のように駆動力が不足することなく、同時に素子の面積を小さくすることが可能となる。   According to the present invention, the piezoelectric driving method consumes less power than other driving methods, and the manufacturing process is not complicated as in the electromagnetic driving method, and the driving force is insufficient as in the electrostatic driving method. It is possible to reduce the area of the element at the same time without doing so.

（ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査素子の基本的な構成を説明する模式的な上面図である。（ｂ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ方向から見た断面図である。（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る光走査素子の下層部の基本的な構成を説明する模式的な上面図である。(A) is a typical top view explaining the basic composition of the optical scanning element concerning an embodiment of the invention. (B) is sectional drawing seen from the II direction of Fig.1 (a). (C) is a schematic top view explaining the fundamental structure of the lower layer part of the optical scanning element which concerns on embodiment of this invention. （ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する、模式的な上面図である。（ｂ）は、図２（ａ）のII−II方向から見た断面図である。(A) is a typical top view explaining the manufacturing method of the optical scanning element which concerns on embodiment of this invention. (B) is sectional drawing seen from the II-II direction of Fig.2 (a). （ｃ）は、本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する、模式的な上面図である。（ｄ）は、図３（ｃ）のIII−III方向から見た断面図である。(C) is a schematic top view explaining the manufacturing method of the optical scanning element which concerns on embodiment of this invention. (D) is sectional drawing seen from the III-III direction of FIG.3 (c). （ｅ）は、本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する、模式的な上面図である。（ｆ）は、図４（ｅ）のIV−IV方向から見た断面図である。(E) is a typical top view explaining the manufacturing method of the optical scanning element based on Embodiment of this invention. (F) is sectional drawing seen from the IV-IV direction of FIG.4 (e). （ｇ）は、本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する、模式的な上面図である。（ｈ）は、図５（ｇ）のＶ−Ｖ方向から見た断面図である。(G) is a typical top view explaining the manufacturing method of the optical scanning element which concerns on embodiment of this invention. (H) is sectional drawing seen from the VV direction of FIG.5 (g). （ｉ）は、本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する、模式的な上面図である。（ｊ）は、図６（ｉ）のVI−VI方向から見た断面図である。(I) is a typical top view explaining the manufacturing method of the optical scanning element which concerns on embodiment of this invention. (J) is sectional drawing seen from the VI-VI direction of FIG.6 (i). （ｋ）は、本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する、模式的な上面図である。（ｌ）は、図７（ｋ）のVII−VII方向から見た断面図である。(K) is a typical top view explaining the manufacturing method of the optical scanning element which concerns on embodiment of this invention. (L) is sectional drawing seen from the VII-VII direction of FIG.7 (k). 本発明の実施の形態に係る画像表示装置の基本的な構成を説明する模式的な図である。1 is a schematic diagram illustrating a basic configuration of an image display device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る画像表示装置の基本的な構成を説明する模式的なブロック図である。1 is a schematic block diagram illustrating a basic configuration of an image display device according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施の形態に係る光走査素子を説明する模式的な上面図である。It is a typical top view explaining the optical scanning element concerning other embodiments of the present invention. 本発明の他の実施の形態に係る光走査素子を説明する模式的な断面図であるである。It is a typical sectional view explaining the optical scanning element concerning other embodiments of the present invention.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法の関係、各層の厚みの比率等は、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and it should be noted that the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための素子や装置を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでなく、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。   Further, the following embodiments exemplify elements and devices for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the material, shape, structure, The arrangement and the like are not specified as follows, and the technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope described in the claims.

（光走査素子）
本発明の実施の形態に係る光走査素子１は、図１に示すように、光を反射するミラー部２１と、ミラー部２１がＸ軸方向の揺動可能なように、ミラー部２１を支持する一対のアーム部２３ａ，２３ｂと、アーム部２３ａ，２３ｂを支持する上層可動フレーム部２５と、上面に複数の凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆを有し、上面と上層可動フレーム部２５の下面との間に所定の間隙を有するように、凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆにより上層可動フレーム部２５の下面に接合された下層可動フレーム部３５と、上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５が、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向の揺動可能なように、上層可動フレーム部２５を支持する固定フレーム部（２０，３０）と、アーム部２３ａ，２３ｂの上面に設けられ、変位することによりアーム部２３ａ，２３ｂを駆動して、ミラー部２１をＸ軸方向に揺動させる上層圧電膜２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄと、下層可動フレーム部３５の上面に設けられ、変位することにより上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５を駆動して、ミラー部２１をＹ軸方向に揺動させる下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄとを備える。 (Optical scanning element)
As shown in FIG. 1, the optical scanning element 1 according to the embodiment of the present invention supports a mirror unit 21 that reflects light and the mirror unit 21 so that the mirror unit 21 can swing in the X-axis direction. A pair of arm portions 23a, 23b, an upper layer movable frame portion 25 that supports the arm portions 23a, 23b, and a plurality of convex portions 32a, 32b, 32e, 32f on the upper surface. The lower movable frame portion 35 joined to the lower surface of the upper movable frame portion 25 by the convex portions 32a, 32b, 32e, and 32f so as to have a predetermined gap between the lower surface, the upper movable frame portion 25, and the lower movable frame. Provided on the upper surfaces of the fixed frame portions (20, 30) and the arm portions 23a, 23b that support the upper movable frame portion 25 so that the portion 35 can swing in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction. Displacement is provided on the upper surface of the upper layer piezoelectric films 24a, 24b, 24c, 24d and the lower layer movable frame part 35 for driving the arm parts 23a, 23b to swing the mirror part 21 in the X-axis direction. Thus, the upper layer movable frame unit 25 and the lower layer movable frame unit 35 are driven to include lower layer piezoelectric films 33a, 33b, 33c, and 33d that swing the mirror unit 21 in the Y-axis direction.

上層可動フレーム部２５は、例えば、概略として矩形平板状であり、上面から下面に貫通する矩形の窓部２８を有する枠型形状である。２本のアーム部２３ａ，２３ｂは、上層可動フレーム部２５のＹ軸方向と平行な２辺からそれぞれＸ軸方向に対向して延伸する平面視帯状の部位であり、窓部２８内に位置する。   The upper layer movable frame portion 25 has, for example, a rectangular flat plate shape as a whole, and has a frame shape having a rectangular window portion 28 penetrating from the upper surface to the lower surface. The two arm portions 23 a and 23 b are planar portions extending in opposite directions in the X-axis direction from two sides parallel to the Y-axis direction of the upper layer movable frame portion 25, and are located in the window portion 28. .

ミラー部２１は、アーム部２３ａ，２３ｂのそれぞれ中央部からＹ軸方向に対向して延伸する一対の梁部２２ａ，２２ｂを介して、それぞれアーム部２３ａ，２３ｂに連結、支持される。   The mirror portion 21 is connected and supported by the arm portions 23a and 23b via a pair of beam portions 22a and 22b extending from the central portions of the arm portions 23a and 23b so as to face each other in the Y-axis direction.

上層可動フレーム部２５、アーム部２３ａ，２３ｂ、梁部２２ａ，２２ｂ、ミラー部２１の厚さは、例えば、約２０〜６０μｍ程度とすることができる。例えば、要求される仕様により、ミラー部２１の厚さを約５０μｍ程度、梁部２２ａ，２２ｂの厚さを約２０〜３０μｍ程度としても良い。   The thickness of the upper layer movable frame portion 25, the arm portions 23a and 23b, the beam portions 22a and 22b, and the mirror portion 21 can be set to about 20 to 60 μm, for example. For example, the mirror part 21 may have a thickness of about 50 μm and the beam parts 22a and 22b may have a thickness of about 20 to 30 μm, depending on required specifications.

例えば、上層圧電膜２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ（以下、総称する場合において単に「上層圧電膜２４」という。）は、それぞれ平面視帯状である。上層圧電膜２４ａ，２４ｂは、アーム部２３ａ，２３ｂの、それぞれ梁部２２ａ，２２ｂとの接合部より一方側（図１（ａ）における上側）の上面から、上層可動フレーム部２５の一方側の上面にかけて設けられる。上層圧電膜２４ｃ，２４ｄは、アーム部２３ａ，２３ｂの、それぞれ梁部２２ａ，２２ｂとの接合部より他方側（図１（ａ）における下側）の上面から、上層可動フレーム部２５の他方側の上面にかけて設けられる。   For example, the upper piezoelectric films 24a, 24b, 24c, and 24d (hereinafter simply referred to as “upper piezoelectric film 24” when collectively referred to) each have a band shape in plan view. The upper piezoelectric films 24a and 24b are arranged on one side of the upper movable frame 25 from the upper surface on one side (the upper side in FIG. 1A) of the joint portions of the arm portions 23a and 23b with the beam portions 22a and 22b, respectively. It is provided over the top surface. The upper piezoelectric films 24c and 24d are arranged on the other side of the upper movable frame 25 from the upper surface on the other side (the lower side in FIG. 1A) of the joints of the arm portions 23a and 23b with the beam portions 22a and 22b, respectively. It is provided over the upper surface of.

固定フレーム部（２０，３０）は、概略として矩形平板状であり、上面から下面に貫通する矩形の窓部（２９，３９）を有する枠型形状である。上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５は、固定フレーム部（２０，３０）の窓部（２９，３９）内に位置する。   The fixed frame portions (20, 30) are generally rectangular flat plates and have a frame shape having rectangular window portions (29, 39) penetrating from the upper surface to the lower surface. The upper layer movable frame portion 25 and the lower layer movable frame portion 35 are located in the window portions (29, 39) of the fixed frame portion (20, 30).

上層可動フレーム部２５は、固定フレーム部（２０，３０）のＹ軸方向と平行な２辺のそれぞれ中央部からＸ軸方向に対向して延伸する一対の梁部２６ｅ，２６ｆを介して、固定フレーム部（２０，３０）に連結、支持される。上層可動フレーム部２５は、例えば、２層構造の固定フレーム部（２０，３０）の上層部である上層固定フレーム部２０に連結、支持される。   The upper-layer movable frame portion 25 is fixed via a pair of beam portions 26e and 26f extending opposite to each other in the X-axis direction from the center portions of two sides parallel to the Y-axis direction of the fixed frame portion (20, 30). It is connected and supported by the frame part (20, 30). The upper layer movable frame portion 25 is connected to and supported by the upper layer fixed frame portion 20 which is the upper layer portion of the fixed frame portion (20, 30) having a two-layer structure, for example.

下層可動フレーム部３５は、例えば、概略として矩形平板状であり、上面から下面に貫通する矩形の窓部３８を有する枠型形状である。本発明の実施の形態において、下層可動フレーム部３５の４辺の寸法は、それぞれ上層可動フレーム部２５の４辺の寸法と同一であり、上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５は、平面視同一の寸法となっている。   The lower layer movable frame portion 35 is, for example, a generally rectangular flat plate shape, and has a frame shape having a rectangular window portion 38 penetrating from the upper surface to the lower surface. In the embodiment of the present invention, the dimensions of the four sides of the lower layer movable frame part 35 are the same as the dimensions of the four sides of the upper layer movable frame part 25, and the upper layer movable frame part 25 and the lower layer movable frame part 35 are planar. The dimensions are the same.

下層可動フレーム部３５の厚さは、例えば、揺動のための反り安さや、強度を考慮して決定されれば良く、例えば、約３０〜６０μｍ程度とすることができる。   The thickness of the lower layer movable frame portion 35 may be determined in consideration of, for example, the low warp for swinging and the strength, and may be about 30 to 60 μm, for example.

下層可動フレーム部３５の上面に設けられた凸部３２ａ，３２ｂは、下層可動フレーム部３５のＸ軸方向に平行な２辺のそれぞれ中点近傍に位置し、凸部３２ｅ，３２ｆは、下層可動フレーム部３５のＹ軸方向に平行な２辺のそれぞれ中点近傍に位置する。   The convex portions 32a and 32b provided on the upper surface of the lower layer movable frame portion 35 are located in the vicinity of the midpoints of the two sides parallel to the X-axis direction of the lower layer movable frame portion 35, and the convex portions 32e and 32f are lower layer movable. The frame portion 35 is positioned in the vicinity of the midpoint of each of the two sides parallel to the Y-axis direction.

４つの凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆの高さは、上層可動フレーム部２５の下面と下層可動フレーム部３５の上面との間の距離（ギャップ）に相当し、例えば、約１〜１０μｍ程度とすることができる。   The height of the four convex portions 32a, 32b, 32e, and 32f corresponds to the distance (gap) between the lower surface of the upper movable frame portion 25 and the upper surface of the lower movable frame portion 35, and is, for example, about 1 to 10 μm. It can be.

上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５は、下層可動フレーム部３５に設けられた下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ（以下、総称する場合において単に「下層圧電膜３３」という。）により、梁部２６ｅ，２６ｆを互いに結ぶ直線と平行な方向（Ｘ軸方向）を回転軸としてＹ軸方向に揺動する。   The upper layer movable frame portion 25 and the lower layer movable frame portion 35 are formed by lower layer piezoelectric films 33a, 33b, 33c, and 33d (hereinafter simply referred to as “lower layer piezoelectric film 33” when collectively referred to) provided on the lower layer movable frame portion 35. Oscillate in the Y-axis direction with a direction (X-axis direction) parallel to a straight line connecting the beam portions 26e and 26f as a rotation axis.

例えば、下層圧電膜３３は、下層可動フレーム部３５の上面の、凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆが設けられていない、４つの角部をそれぞれ含む４つの領域に、それぞれ平面視Ｌ字型に設けられる。下層圧電膜３３ａ，３３ｃは、下層可動フレーム部３５の凸部３２ｅ，３２ｆよりも一方側（図１（ｃ）における左側）に位置し、下層圧電膜３３ｂ，３３ｄは他方側（図１（ｃ）における右側）に位置する。   For example, the lower piezoelectric film 33 is L-shaped in plan view in four regions each including four corners on the upper surface of the lower movable frame portion 35 where the convex portions 32a, 32b, 32e, and 32f are not provided. Provided. The lower piezoelectric films 33a and 33c are located on one side (left side in FIG. 1C) of the convex portions 32e and 32f of the lower movable frame part 35, and the lower piezoelectric films 33b and 33d are on the other side (FIG. 1C )).

上層圧電膜２４と下層圧電膜３３とは、平面視、互いに重畳する領域を含むようにそれぞれ設けられているので、駆動力を低下させることなく、素子の面積を削減することができる。   Since the upper piezoelectric film 24 and the lower piezoelectric film 33 are provided so as to include regions overlapping each other in plan view, the area of the element can be reduced without reducing the driving force.

ミラー部２１、梁部２２ａ，２２ｂ、アーム部２３ａ，２３ｂ、上層可動フレーム部２５、及び上層固定フレーム部２０は、それぞれシリコン（Ｓｉ）等からなる同一の上層基板２からＭＥＭＳ技術により形成可能である。同様に、凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆを有する下層可動フレーム部３５、及び固定フレーム部（２０，３０）の下層部である下層固定フレーム部３０は、それぞれＳｉ等からなる同一の下層基板３から形成可能である。   The mirror part 21, the beam parts 22a and 22b, the arm parts 23a and 23b, the upper layer movable frame part 25, and the upper layer fixed frame part 20 can be formed from the same upper layer substrate 2 made of silicon (Si) by MEMS technology. is there. Similarly, the lower layer movable frame portion 35 having the convex portions 32a, 32b, 32e, and 32f and the lower layer fixed frame portion 30 that is the lower layer portion of the fixed frame portion (20, 30) are respectively the same lower layer substrate made of Si or the like. 3 can be formed.

上層可動フレーム部２５、アーム部２３ａ，２３ｂ、下層可動フレーム部３５の上面をなす上部には、それぞれ上層圧電膜２４、下層圧電膜３３（以下、総称する場合において単に「圧電膜２４，３３」という。）と絶縁するシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等の絶縁膜（図示省略）が形成されている。 An upper layer piezoelectric film 24 and a lower layer piezoelectric film 33 (hereinafter referred to simply as “piezoelectric films 24 and 33”, respectively) are formed on the upper portions of the upper movable frame portion 25, the arm portions 23a and 23b, and the lower movable frame portion 35. An insulating film (not shown) such as a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed.

図示を省略しているが、圧電膜２４，３３は、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電セラミック、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３）等、高い圧電特性を示す圧電材料膜と、圧電材料膜の上面に形成された上側電極膜と、圧電材料膜の下面に形成された下側電極膜とをそれぞれ備える。 Although not shown, the piezoelectric films 24 and 33 are composed of, for example, a piezoelectric material film having high piezoelectric characteristics, such as lead zirconate titanate (PZT) -based piezoelectric ceramic, lanthanum nickelate (LaNiO 3 ), and piezoelectric films. An upper electrode film formed on the upper surface of the material film and a lower electrode film formed on the lower surface of the piezoelectric material film are provided.

圧電膜２４，３３の圧電材料膜は、その他、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ビスマスゲルマニウムオキサイド（Ｂｉ12ＧｅＯ20）、ランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）等を使用可能である。 Other piezoelectric material films of the piezoelectric films 24 and 33 are quartz, lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), bismuth germanium oxide (Bi 12 GeO 20 ), langasite (La 3 Ga 5 SiO 14). ) Etc. can be used.

圧電膜２４，３３の上側電極膜は、圧電材料膜の上面に密着する密着層と、密着層の上面に設けられる上部電極層とから構成される。上側電極膜の密着層は、例えばチタン（Ｔｉ）等からなる。上側電極膜の上部電極層は、例えば白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等からなる。   The upper electrode films of the piezoelectric films 24 and 33 are composed of an adhesion layer that is in close contact with the upper surface of the piezoelectric material film, and an upper electrode layer that is provided on the upper surface of the adhesion layer. The adhesion layer of the upper electrode film is made of, for example, titanium (Ti). The upper electrode layer of the upper electrode film is made of, for example, platinum (Pt), iridium (Ir), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), or the like.

圧電膜２４，３３の下側電極膜は、圧電膜２４，３３を、上層可動フレーム部２５、アーム部２３ａ，２３ｂ、下層可動フレーム部３５それぞれの上面に対して垂直方向（上下方向）に変位するように優先的に配向する配向層と、上層可動フレーム部２５、アーム部２３ａ，２３ｂ、下層可動フレーム部３５の上面と密着し、配向膜の配向性を助長する密着層とから構成される。圧電膜２４，３３の下側電極膜の配向層は、例えば白金（Ｐｔ）等からなる。圧電膜２４，３３の下側電極膜の密着層は、例えばチタン（Ｔｉ）等からなる。   The lower electrode films of the piezoelectric films 24 and 33 displace the piezoelectric films 24 and 33 in the vertical direction (vertical direction) with respect to the upper surfaces of the upper movable frame portion 25, the arm portions 23a and 23b, and the lower movable frame portion 35. The orientation layer is preferentially oriented, and the upper layer movable frame portion 25, the arm portions 23a and 23b, and the lower layer movable frame portion 35 are in close contact with the upper surface, and are composed of an adhesion layer that promotes the orientation of the alignment film. . The alignment layer of the lower electrode film of the piezoelectric films 24 and 33 is made of, for example, platinum (Pt). The adhesion layer of the lower electrode films of the piezoelectric films 24 and 33 is made of, for example, titanium (Ti).

圧電膜２４，３３の上側電極膜及び下側電極膜は、圧電膜２４，３３にそれぞれ駆動信号を印加することにより圧電膜２４，３３をそれぞれ変位させる。圧電膜２４，３３は、それぞれ所定の駆動信号が印加されると、圧電膜２４，３３の結晶格子が上下方向に引き延ばされると共に、上下方向と直交する方向に圧縮される。この応力により、圧電膜２４，３３は、上下方向に撓み、変位する。   The upper and lower electrode films of the piezoelectric films 24 and 33 displace the piezoelectric films 24 and 33 by applying drive signals to the piezoelectric films 24 and 33, respectively. When a predetermined drive signal is applied to each of the piezoelectric films 24 and 33, the crystal lattices of the piezoelectric films 24 and 33 are stretched in the vertical direction and are compressed in a direction perpendicular to the vertical direction. Due to this stress, the piezoelectric films 24 and 33 are bent and displaced in the vertical direction.

上層圧電膜２４ａ，２４ｂと、上層圧電膜２４ｃ，２４ｄとは、例えば、互いに逆位相となる正弦波電圧が印加されることにより、アーム部２３ａ，２３ｂの対応する領域に、交互に反りを生じさせる。ミラー部２１は、上層圧電膜２４により、梁部２２ａ，２２ｂを互いに結ぶ直線と平行な方向（Ｙ軸方向）を回転軸としてＸ軸方向に揺動し、入射されたビーム光を反射してＸ軸方向の走査をする。   For example, the upper piezoelectric films 24a and 24b and the upper piezoelectric films 24c and 24d are alternately warped in corresponding regions of the arm portions 23a and 23b by applying sinusoidal voltages having opposite phases to each other. Let The mirror unit 21 is oscillated in the X-axis direction with the upper layer piezoelectric film 24 as a rotation axis in a direction parallel to the straight line connecting the beam portions 22a and 22b (Y-axis direction), and reflects incident beam light. Scan in the X-axis direction.

下層圧電膜３３ａ，３３ｃと、下層圧電膜３３ｂ，３３ｄとは、例えば、互いに逆位相となる正弦波電圧が印加されることにより、下層可動フレーム部３５の対応する領域に、交互に反りを生じさせる。上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５は、下層圧電膜３３により、梁部２６ｅ，２６ｆを互いに結びＸ軸方向と平行な直線を回転軸としてＹ軸方向に揺動し、ミラー部２１が入射されたビーム光を反射してＹ軸方向の走査をする。   For example, the lower piezoelectric films 33a and 33c and the lower piezoelectric films 33b and 33d are alternately warped in corresponding regions of the lower movable frame portion 35 by applying sinusoidal voltages having opposite phases to each other. Let The upper layer movable frame portion 25 and the lower layer movable frame portion 35 are oscillated in the Y-axis direction with the lower-layer piezoelectric film 33 connecting the beam portions 26e and 26f to each other with a straight line parallel to the X-axis direction as the rotation axis. The incident light beam is reflected to scan in the Y-axis direction.

本発明の実施の形態に係る光走査素子１は、他の駆動方式に比して消費電力が小さな圧電駆動方式であり、電磁駆動方式のように製造工程が複雑になることなく、静電駆動方式のように駆動力が不足することなく、同時に素子の面積を小さくすることができる。   The optical scanning element 1 according to the embodiment of the present invention is a piezoelectric driving method that consumes less power than other driving methods, and does not complicate the manufacturing process as in the electromagnetic driving method. The area of the element can be reduced at the same time without the driving force being insufficient as in the method.

本発明の実施の形態に係る光走査素子１は、上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部の４辺の寸法が平面視同一となっていることにより、面積を小さくすることができる。   The optical scanning element 1 according to the embodiment of the present invention can reduce the area because the dimensions of the four sides of the upper layer movable frame portion 25 and the lower layer movable frame portion are the same in plan view.

（光走査素子の製造方法）
図２〜図７を参照して、本発明の実施の形態に係る光走査素子１の製造方法を説明する。なお、以下に述べる光走査素子１の製造方法は、一例であり、これ以外の種々の方法により光走査素子１を製造可能であることは勿論である。 (Method for manufacturing optical scanning element)
With reference to FIGS. 2 to 7, a method of manufacturing the optical scanning element 1 according to the embodiment of the present invention will be described. Note that the method of manufacturing the optical scanning element 1 described below is an example, and it is needless to say that the optical scanning element 1 can be manufactured by various other methods.

先ず、図２に示すように、フォトリソグラフィ法によりパターン形成された、４つの凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆを有する下層可動フレーム部３５を形成するためのフォトレジスト膜をマスクにして、シリコン（Ｓｉ）等からなる下層基板３をドライエッチングする。エッチング深さは、上層可動フレーム部２５と下層可動フレーム部３５との間のギャップに相当し、例えば、約１〜１０μｍ程度とすることができる。マスクを除去、洗浄した後、再度、フォトリソグラフィ法によりパターン形成された、後工程において窓部３８、窓部３９となる窓部予定領域３８ｐ、窓部予定領域３９ｐを形成するためのフォトレジスト膜をマスクにして、下層基板３にドライエッチングを行う。エッチング深さは、凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆを含む下層可動フレーム部３５の高さに相当し、例えば、約３０〜６０μｍ程度とすることができる。   First, as shown in FIG. 2, a photoresist film for forming a lower movable frame portion 35 having four convex portions 32a, 32b, 32e, and 32f patterned by a photolithography method is used as a mask. The lower layer substrate 3 made of (Si) or the like is dry etched. The etching depth corresponds to the gap between the upper layer movable frame portion 25 and the lower layer movable frame portion 35, and can be about 1 to 10 μm, for example. The photoresist film for forming the window portion 38, the window portion planned region 38p and the window portion planned region 39p to be the window portion 38 and the window portion 39 in a later process, which is patterned again by the photolithography method after the mask is removed and washed. Is used as a mask to dry-etch the lower layer substrate 3. The etching depth corresponds to the height of the lower movable frame portion 35 including the convex portions 32a, 32b, 32e, and 32f, and can be about 30 to 60 μm, for example.

次に、図３に示すように、下層基板３の、下層可動フレーム部３５の上面となる領域に、下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを形成する。下層可動フレーム部３５の上面は、予め、下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄと絶縁するための絶縁層（図示省略）が設けられている。絶縁層は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなり、化学気相成長（ＣＶＤ）法、スパッタ法、熱酸化法等により形成される。下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは、それぞれ、密着層、配向層が順に積層されて下側電極膜が成膜され、続いて、圧電材料膜、上側電極膜が順に成膜された後に、フォトリソグラフィ法によりパターン形成されたフォトレジスト膜をマスクにエッチングされることにより形成される。 Next, as shown in FIG. 3, lower layer piezoelectric films 33 a, 33 b, 33 c, and 33 d are formed in the region of the lower layer substrate 3 that is the upper surface of the lower layer movable frame portion 35. On the upper surface of the lower movable frame portion 35, an insulating layer (not shown) for insulating from the lower piezoelectric films 33a, 33b, 33c, and 33d is provided in advance. The insulating layer is made of, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ), and is formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, a sputtering method, a thermal oxidation method, or the like. The lower piezoelectric films 33a, 33b, 33c, and 33d are formed after an adhesion layer and an orientation layer are sequentially stacked to form a lower electrode film, and then a piezoelectric material film and an upper electrode film are sequentially formed. It is formed by etching using a photoresist film patterned by photolithography as a mask.

次に、図４に示すように、エッチングによりパターン形成された下層基板３の上面に、Ｓｉ等からなる上層基板２を張り合わせて接合する。上層基板２の厚さは、上層可動フレーム部２５の厚さに相当し、例えば、約２０〜６０μｍ程度とすることができる。上層基板２は、予定の厚さよりも厚い基板を張り合わせた後、研磨、エッチング等により厚さを調節するようにしても良く、後工程において、上層固定フレーム部２０、梁部２６ｅ，２６ｆ、上層可動フレーム部２５、アーム部２３ａ，２３ｂ、梁部２２ａ，２２ｂ、ミラー部２１となる領域の厚さをそれぞれ調節するようにしても良い。   Next, as shown in FIG. 4, the upper layer substrate 2 made of Si or the like is bonded and bonded to the upper surface of the lower layer substrate 3 patterned by etching. The thickness of the upper substrate 2 corresponds to the thickness of the upper movable frame portion 25, and can be about 20 to 60 μm, for example. The upper substrate 2 may be adjusted by polishing, etching, or the like after the substrates having a thickness larger than a predetermined thickness are bonded together. In a later process, the upper layer fixing frame portion 20, the beam portions 26e and 26f, You may make it adjust the thickness of the area | region used as the movable frame part 25, arm part 23a, 23b, beam part 22a, 22b, and the mirror part 21, respectively.

なお、図示を省略しているが、上層基板２の、凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆそれぞれに対応する領域に、上面から下面へ導通する貫通電極を設けても良い。下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの各電極膜から凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆまで、配線をそれぞれ引き出して、上層基板２と凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆとの位置合わせを行うことにより、下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの各電極膜は、貫通電極を介して上層基板２の上面に配線を引き出すことができる。   Although not shown, a through electrode that conducts from the upper surface to the lower surface may be provided in a region of the upper substrate 2 corresponding to each of the convex portions 32a, 32b, 32e, and 32f. Wiring is drawn out from the electrode films of the lower layer piezoelectric films 33a, 33b, 33c, and 33d to the convex portions 32a, 32b, 32e, and 32f, and the upper substrate 2 and the convex portions 32a, 32b, 32e, and 32f are aligned. By doing so, each electrode film of the lower layer piezoelectric films 33a, 33b, 33c, and 33d can lead out wiring to the upper surface of the upper layer substrate 2 through the through electrode.

次に、図５に示すように、上層基板２の上面の、アーム部２３ａ，２３ｂとなる領域に、上層圧電膜２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを形成する。上層基板２の上面は、予め、上層圧電膜２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄと絶縁するための絶縁層（図示省略）が設けられている。絶縁層は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなり、化学気相成長（ＣＶＤ）法、スパッタ法、熱酸化法等により形成される。上層圧電膜２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは、それぞれ、密着層、配向層が順に積層されて下側電極膜が成膜され、続いて、圧電材料膜、上側電極膜が順に成膜された後に、フォトリソグラフィ法によりパターン形成されたフォトレジスト膜をマスクにエッチングされることにより形成される。 Next, as shown in FIG. 5, upper layer piezoelectric films 24a, 24b, 24c, and 24d are formed on the upper surface of the upper layer substrate 2 in the regions to be the arm portions 23a and 23b. On the upper surface of the upper layer substrate 2, an insulating layer (not shown) for insulating from the upper layer piezoelectric films 24a, 24b, 24c, and 24d is provided in advance. The insulating layer is made of, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ), and is formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, a sputtering method, a thermal oxidation method, or the like. The upper piezoelectric films 24a, 24b, 24c, and 24d are formed after an adhesion layer and an alignment layer are sequentially stacked to form a lower electrode film, and then a piezoelectric material film and an upper electrode film are sequentially formed. It is formed by etching using a photoresist film patterned by photolithography as a mask.

次に、図６に示すように、フォトリソグラフィ法によりパターン形成された、上層固定フレーム部２０、梁部２６ｅ，２６ｆ、上層可動フレーム部２５、アーム部２３ａ，２３ｂ、梁部２２ａ，２２ｂ、ミラー部２１を形成するためのフォトレジスト膜をマスクにして、上層基板２をエッチングする。このエッチングにより、上層固定フレーム部２０の窓部２９、上層可動フレーム部２５の窓部２８が形成される。   Next, as shown in FIG. 6, the upper layer fixed frame part 20, the beam parts 26e and 26f, the upper layer movable frame part 25, the arm parts 23a and 23b, the beam parts 22a and 22b, and the mirror, which are patterned by photolithography. The upper substrate 2 is etched using the photoresist film for forming the portion 21 as a mask. By this etching, a window portion 29 of the upper layer fixed frame portion 20 and a window portion 28 of the upper layer movable frame portion 25 are formed.

次に、図７に示すように、下層基板３の下面からエッチングすることにより、下層可動フレーム部３５の下方に位置する空洞部であるキャビティ３７を形成する。エッチング深さは、窓部予定領域３８ｐ、窓部予定領域３９ｐに達するまでとし、例えば数百μｍである。キャビティ３７が形成されることにより、窓部予定領域３８ｐ、窓部予定領域３９ｐは貫通し、それぞれ窓部３８、窓部３９となる。エッチング方法は、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等を用いた異方性ウェットエッチングや、誘導結合型プラズマエッチング等のドライエッチングを採用可能である。   Next, as shown in FIG. 7, by etching from the lower surface of the lower layer substrate 3, a cavity 37 that is a cavity located below the lower layer movable frame portion 35 is formed. The etching depth is until reaching the window portion planned region 38p and the window portion planned region 39p, and is several hundred μm, for example. By forming the cavity 37, the window part planned area 38p and the window part planned area 39p penetrate, and become the window part 38 and the window part 39, respectively. As the etching method, anisotropic wet etching using tetramethylammonium hydroxide (TMAH), potassium hydroxide (KOH), or the like, or dry etching such as inductively coupled plasma etching can be employed.

異方性ウェットエッチングを行う場合、Ｓｉ結晶の＜１００＞面に沿ってエッチング深さが深くなるにつれてパターンが小さくなることを考慮して、予めパターンを大きくとる必要がある。また、通常のフォトレジスト膜は、ＴＭＡＨ、ＫＯＨに対する耐性が弱いため、基板両面側をシリコン酸化膜等で被膜して、下層基板３の下面にフォトリソグラフィ法によりパターン形成した後にウェットエッチング行う方法や、ＴＭＡＨ、ＫＯＨに対する耐性が強い感光性樹脂を塗布、被膜して、下層基板３の下面にフォトリソグラフィ法によりパターン形成した後にウェットエッチング行う方法を採用可能である。下層基板３の下面に感光性樹脂を塗布する場合、基板の上面側を保護するために同様の感光性樹脂膜を上面側被膜する方法や、エッチング溶液に触れないように基板の上面側を保護する保護装置を用いる方法を採用可能である。   When performing anisotropic wet etching, it is necessary to take a large pattern in advance in consideration of the fact that the pattern becomes smaller as the etching depth increases along the <100> plane of the Si crystal. In addition, since a normal photoresist film has low resistance to TMAH and KOH, a method of performing wet etching after coating both surfaces of the substrate with a silicon oxide film or the like and patterning the lower surface of the lower substrate 3 by a photolithography method, It is possible to apply a wet etching method after applying and coating a photosensitive resin having high resistance to TMAH and KOH, forming a pattern on the lower surface of the lower layer substrate 3 by a photolithography method. When applying a photosensitive resin to the lower surface of the lower layer substrate 3, a method of coating the same photosensitive resin film on the upper surface side to protect the upper surface side of the substrate, or protecting the upper surface side of the substrate so as not to touch the etching solution It is possible to adopt a method using a protective device.

ドライエッチングを行う場合、下層基板３の下面にフォトリソグラフィ法によりパターン形成されたフォトレジスト膜をマスクして、下層基板３の下面をエッチングすれば良い。   When dry etching is performed, the lower surface of the lower substrate 3 may be etched by masking a photoresist film patterned on the lower surface of the lower substrate 3 by photolithography.

以上のように、凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆにより下層可動フレーム部３５が接合された上層可動フレーム部２５が、２つの梁部２６ｅ，２６ｆを介して、固定フレーム部（２０，３０）に連結、支持された光走査素子１が完成する。   As described above, the upper layer movable frame portion 25 in which the lower layer movable frame portion 35 is joined by the convex portions 32a, 32b, 32e, and 32f is fixed to the fixed frame portion (20, 30) via the two beam portions 26e and 26f. The optical scanning element 1 connected to and supported by is completed.

（画像表示装置）
以下、本発明の実施の形態に係る光走査素子１を用いて、スクリーンに画像を表示できる画像表示装置５について説明する。画像表示装置５は、図８に示すように、画像Ｑの情報である画像情報を示す画像信号に応じて輝度が変調され、光源５５から出射されたレーザ光Ｌを、光走査素子１が反射してスクリーンＰを走査し、スクリーンＰ上に画像Ｑを表示する。 (Image display device)
Hereinafter, an image display device 5 capable of displaying an image on a screen using the optical scanning element 1 according to the embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 8, the image display device 5 modulates the luminance according to the image signal indicating the image information that is the information of the image Q, and the optical scanning element 1 reflects the laser light L emitted from the light source 55. Then, the screen P is scanned, and the image Q is displayed on the screen P.

図９に示すように、画像表示装置５の制御部５０は、画像信号５２を入力し、画像信号に含まれる色情報に応じて、光源ドライバ回路５４を介して、光源５５を駆動する。光源ドライバ回路５４は、Ｒ光源ドライバ回路５４Ｒと、Ｇ光源ドライバ回路５４Ｇと、Ｂ光源ドライバ回路５４Ｂとから構成され、それぞれを制御する制御信号を、制御部５０からそれぞれ入力する。光源５５は、赤色レーザ光を出射するＲ光源５５Ｒと、緑色レーザ光を出射するＧ光源５５Ｇと、青色レーザ光を出射するＢ光源５５Ｂとから構成される。Ｒ光源５５Ｒ、Ｇ光源５５Ｇ、Ｂ光源５５Ｂは、Ｒ光源ドライバ回路５４Ｒ、Ｇ光源ドライバ回路５４Ｇ、Ｂ光源ドライバ回路５４Ｂがそれぞれ制御部５０から入力した制御信号に応じてそれぞれ出力する駆動信号を、それぞれ入力し、駆動信号に応じてそれぞれ変調されたレーザ光を出射する。   As shown in FIG. 9, the control unit 50 of the image display device 5 inputs an image signal 52 and drives a light source 55 via a light source driver circuit 54 in accordance with color information included in the image signal. The light source driver circuit 54 includes an R light source driver circuit 54R, a G light source driver circuit 54G, and a B light source driver circuit 54B, and receives control signals from the control unit 50 for controlling them. The light source 55 includes an R light source 55R that emits red laser light, a G light source 55G that emits green laser light, and a B light source 55B that emits blue laser light. The R light source 55R, the G light source 55G, and the B light source 55B respectively output drive signals that the R light source driver circuit 54R, the G light source driver circuit 54G, and the B light source driver circuit 54B output according to the control signals input from the control unit 50, respectively. Each is input, and laser light modulated according to the drive signal is emitted.

Ｒ光源５５Ｒ、Ｇ光源５５Ｇ、Ｂ光源５５Ｂがそれぞれ出射したレーザ光は、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム等の光学素子５６を介して、ミラー５７において反射し、レンズ５８を通過して光走査素子１のミラー部２１に入射する。   The laser beams emitted from the R light source 55R, the G light source 55G, and the B light source 55B are reflected by the mirror 57 via the optical element 56 such as a dichroic mirror and a dichroic prism, and pass through the lens 58 to be emitted from the optical scanning element 1. Incident on the mirror unit 21.

制御部５０は、圧電膜２４，３３にスキャン同期信号５３を印加して、ミラー部２１がＸ軸方向（水平方向）及びＹ軸（垂直方向）の２軸方向の走査を行うように、ミラー部２１を駆動する。   The control unit 50 applies a scan synchronization signal 53 to the piezoelectric films 24 and 33 so that the mirror unit 21 performs scanning in the biaxial direction of the X axis direction (horizontal direction) and the Y axis (vertical direction). The unit 21 is driven.

例えば、アーム部２３ａ，２３ｂのそれぞれ一端側に設けられた上層圧電膜２４ａ，２４ｂは、制御部５０からＸ軸スキャン同期信号５３Ｘを印加され、アーム部２３ａ，２３ｂを駆動する。アーム部２３ａ，２３ｂのそれぞれ他端側に設けられた上層圧電膜２４ｃ，２４ｄは、アーム部２３ａ，２３ｂの駆動による応力歪みが生じ、この応力歪みに生じた電圧を発生する。   For example, the upper piezoelectric films 24a and 24b provided on one end sides of the arm portions 23a and 23b are applied with the X-axis scan synchronization signal 53X from the control unit 50 to drive the arm portions 23a and 23b. The upper piezoelectric films 24c and 24d provided on the other end sides of the arm portions 23a and 23b generate stress strain due to the driving of the arm portions 23a and 23b, and generate a voltage generated in the stress strain.

同様に、下層可動フレーム部３５の、平面視、梁部２６ｅ，２６ｆを結ぶ直線を隔てて一端側に設けられた下層圧電膜３３ａ，３３ｃは、制御部５０からＹ軸スキャン同期信号５３Ｙを印加され、下層可動フレーム部３５を駆動する。下層可動フレーム部３５の他端側に設けられた下層圧電膜３３ｂ，３３ｄは、下層可動フレーム部３５の駆動による応力歪みが生じ、この応力歪みに生じた電圧を発生する。   Similarly, the lower layer piezoelectric films 33a and 33c provided on one end side across the straight line connecting the beam portions 26e and 26f of the lower layer movable frame portion 35 apply the Y-axis scan synchronization signal 53Y from the control unit 50. Then, the lower movable frame portion 35 is driven. The lower layer piezoelectric films 33b and 33d provided on the other end side of the lower layer movable frame part 35 are subjected to stress distortion caused by driving the lower layer movable frame part 35, and generate a voltage generated in the stress distortion.

上層圧電膜２４ｃ，２４ｄ、下層圧電膜３３ｂ，３３ｄにそれぞれ生じた電圧は、駆動検出部６によりそれぞれ検出され、圧電膜駆動信号５１として制御部５０に入力される。制御部５０は、圧電膜駆動信号５１に応じて、上層圧電膜２４ｃ，２４ｄ、下層圧電膜３３ｂ，３３ｄにそれぞれ生じた電圧の、それぞれ１８０°反転した逆位相となるようなＸ軸スキャン同期信号５３Ｘ及びＹ軸スキャン同期信号５３Ｙをそれぞれ出力する。制御部５０は、このようなフィードバック制御を行うことにより、光走査素子１を、常に２軸方向それぞれの共振周波数で駆動することができる。   The voltages generated in the upper piezoelectric films 24 c and 24 d and the lower piezoelectric films 33 b and 33 d are detected by the drive detection unit 6 and input to the control unit 50 as the piezoelectric film drive signal 51. In response to the piezoelectric film drive signal 51, the control unit 50 generates an X-axis scan synchronization signal such that the voltages generated in the upper piezoelectric films 24c and 24d and the lower piezoelectric films 33b and 33d are reversed in phase by 180 °. 53X and Y-axis scan synchronization signal 53Y are output. By performing such feedback control, the control unit 50 can always drive the optical scanning element 1 at the resonance frequencies in the two axial directions.

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。 (Other embodiments)
As described above, the embodiments of the present invention have been described. However, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

既に述べた実施の形態において、上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５を平面視同一寸法として説明したが、例示であり、上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５が、互いに異なる寸法であっても良い。例えば、下層可動フレーム部３５１の平面パターンは、図１０に示すように、Ｙ軸方向に蛇行するような、互い違いにコの字型に屈曲したパターンとしても良い。この場合、下層圧電膜は、例えば下層可動フレーム部３５１の上面の、それぞれＸ軸方向に延伸する領域に設けることができる。下層可動フレーム部３５１も、下層可動フレーム部３５と同様に、上面に設けられた４つの凸部により、上層可動フレーム部に接合されている。下層可動フレーム部３５１は、下層可動フレーム部３５に比べて、４つの凸部それぞれの間のフレーム部の距離が長くなっている。ミラー部２１の２軸方向の動作を妨げない領域であれば、下層可動フレーム部のパターンは自由に決定することができる。   In the above-described embodiment, the upper layer movable frame unit 25 and the lower layer movable frame unit 35 have been described as having the same dimensions in plan view. However, the upper layer movable frame unit 25 and the lower layer movable frame unit 35 have different dimensions. There may be. For example, the plane pattern of the lower movable frame portion 351 may be a pattern that is alternately bent in a U-shape so as to meander in the Y-axis direction, as shown in FIG. In this case, the lower layer piezoelectric film can be provided, for example, in a region extending in the X-axis direction on the upper surface of the lower layer movable frame portion 351. Similarly to the lower layer movable frame unit 35, the lower layer movable frame unit 351 is joined to the upper layer movable frame unit by four convex portions provided on the upper surface. In the lower layer movable frame part 351, the distance between the four convex parts is longer than that in the lower layer movable frame part 35. The pattern of the lower movable frame part can be freely determined as long as it is an area that does not hinder the operation of the mirror part 21 in the biaxial direction.

また、既に述べた実施の形態において、下層可動フレーム部３５の上面に下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを設けたが、図１１に示すように、下層可動フレーム部３５の下面に設けるようにしても良い。この場合の下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの平面パターンは、図１に示すパターンと同様である。   In the embodiment described above, the lower piezoelectric films 33a, 33b, 33c, and 33d are provided on the upper surface of the lower movable frame portion 35. However, as shown in FIG. Anyway. The planar pattern of the lower layer piezoelectric films 33a, 33b, 33c, and 33d in this case is the same as the pattern shown in FIG.

また、既に述べた実施の形態において、上層及び下層可動フレーム部としたのは説明上の便宜であり、例えば、下層可動フレーム部の下面に複数の凸部を設け、下層可動フレーム部の下面と上層可動フレーム部の上面との間に所定の間隙を有するように、複数の凸部により上層可動フレーム部の上面に接合するようにしても良い。   In the embodiment described above, the upper and lower movable frame portions are provided for convenience of explanation. For example, a plurality of convex portions are provided on the lower surface of the lower movable frame portion, You may make it join to the upper surface of an upper layer movable frame part by a some convex part so that it may have a predetermined | prescribed gap | interval between the upper surface of an upper layer movable frame part.

上記の他、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   In addition to the above, the present invention naturally includes various embodiments that are not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

１…光走査素子
２…上層基板
３…下層基板
５…画像表示装置
６…駆動検出部
２０…上層固定フレーム部
２１…ミラー部
２２ａ，２２ｂ，２６ｅ，２６ｆ…梁部
２３ａ，２３ｂ…アーム部
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ…上層圧電膜
２５…上層可動フレーム部
２８，２９…窓部
３０…下層固定フレーム部
３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆ…凸部
３３，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ…下層圧電膜
３５，３５１…下層可動フレーム部
３７…キャビティ
３８，３９…窓部
３８ｐ，３９ｐ…窓部予定領域
５０…制御部
５１…圧電膜駆動信号
５２…画像信号
５３…スキャン同期信号
５４…光源ドライバ回路
５６…光学素子
５５…光源
５７…ミラー
５８…レンズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical scanning element 2 ... Upper layer substrate 3 ... Lower layer substrate 5 ... Image display device 6 ... Drive detection part 20 ... Upper layer fixed frame part 21 ... Mirror part 22a, 22b, 26e, 26f ... Beam part 23a, 23b ... Arm part 24 24a, 24b, 24c, 24d ... upper layer piezoelectric film 25 ... upper layer movable frame part 28, 29 ... window part 30 ... lower layer fixed frame part 32a, 32b, 32e, 32f ... convex part 33, 33a, 33b, 33c, 33d ... Lower layer piezoelectric film 35, 351 ... Lower layer movable frame part 37 ... Cavity 38, 39 ... Window part 38p, 39p ... Window part planned area 50 ... Control part 51 ... Piezo film drive signal 52 ... Image signal 53 ... Scan synchronization signal 54 ... Light source Driver circuit 56 ... Optical element 55 ... Light source 57 ... Mirror 58 ... Lens

Claims (7)

光を反射するミラー部と、
前記ミラー部が第１の方向の揺動可能なように、前記ミラー部を支持するアーム部と、
前記アーム部を支持する上層可動フレーム部と、
上面に複数の凸部を有し、上面と前記上層可動フレーム部の下面との間に間隙を有するように、前記複数の凸部により前記上層可動フレーム部の下面に接合された下層可動フレーム部と、
前記上層可動フレーム部及び前記下層可動フレーム部が、前記第１の方向と直交する第２の方向の揺動可能なように、前記上層可動フレーム部を支持する固定フレーム部と、
前記アーム部に設けられ、変位することにより前記アーム部を駆動して、前記ミラー部を前記第１の方向に揺動させる上層圧電膜と、
前記下層可動フレーム部に設けられ、変位することにより前記上層可動フレーム部及び前記下層可動フレーム部を駆動して、前記ミラー部を前記第２の方向に揺動させる下層圧電膜と
を備えることを特徴とする光走査素子。 A mirror that reflects light;
An arm portion that supports the mirror portion so that the mirror portion can swing in a first direction;
An upper-layer movable frame portion that supports the arm portion;
A lower movable frame portion having a plurality of convex portions on the upper surface and joined to the lower surface of the upper movable frame portion by the plurality of convex portions so as to have a gap between the upper surface and the lower surface of the upper movable frame portion. When,
A fixed frame part that supports the upper layer movable frame part so that the upper layer movable frame part and the lower layer movable frame part can swing in a second direction orthogonal to the first direction;
An upper piezoelectric film that is provided on the arm portion, drives the arm portion by displacing, and swings the mirror portion in the first direction;
A lower-layer piezoelectric film provided on the lower-layer movable frame portion, which drives the upper-layer movable frame portion and the lower-layer movable frame portion by being displaced to swing the mirror portion in the second direction. A characteristic optical scanning element. 前記上層圧電膜と前記下層圧電膜とが、平面視、重畳する領域を含むようにそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光走査素子。   2. The optical scanning element according to claim 1, wherein the upper piezoelectric film and the lower piezoelectric film are provided so as to include overlapping regions in plan view. 前記上層可動フレーム部及び前記下層可動フレーム部が、平面視、枠型形状であり、平面視、互いに同一の寸法であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査素子。   3. The optical scanning element according to claim 1, wherein the upper layer movable frame portion and the lower layer movable frame portion have a plan view and a frame shape, and have the same dimensions in a plan view. 前記複数の凸部は、前記下層可動フレーム部の４辺のそれぞれ中点近傍に位置することを特徴とする請求項３に記載の光走査素子。   The optical scanning element according to claim 3, wherein the plurality of convex portions are positioned in the vicinity of the midpoints of the four sides of the lower layer movable frame portion. 前記下層可動フレーム部が、平面視、互い違いにコの字型に屈曲したパターンを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査素子。   3. The optical scanning element according to claim 1, wherein the lower movable frame portion has a pattern bent alternately in a U shape in plan view. 前記下層圧電膜が、前記下層可動フレームの下面に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光走査素子。   The optical scanning element according to claim 1, wherein the lower piezoelectric film is formed on a lower surface of the lower movable frame. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光走査素子と、
前記ミラー部に光を出射する光源と、
前記光源が出射する光の輝度を、画像情報に応じて変調するように制御する制御部と
を備えることを特徴とする画像表示装置。 The optical scanning element according to any one of claims 1 to 6,
A light source that emits light to the mirror portion;
An image display device comprising: a control unit that controls the luminance of light emitted from the light source so as to be modulated in accordance with image information.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114815222A (en) * 2022-02-25 2022-07-29 上海科技大学 Biaxial micro-reflector based on piezoelectric film

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015040928A (en) * 2013-08-21 2015-03-02 株式会社リコー Optical deflector, image forming apparatus, vehicle, and method of controlling optical deflector
CN114815222A (en) * 2022-02-25 2022-07-29 上海科技大学 Biaxial micro-reflector based on piezoelectric film
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