JP2016218390A - アクチュエーター、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】配線の断線が抑制されたアクチュエーター、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】光スキャナー３は、第２の弾性部３４１に配置された配線４を有し、配線４は、第２の弾性部３４１上に配置される分割片４３１ａと、第２の弾性部３４１上に分割片４３１ａと離間して配置される分割片４３１ｂと、第２の弾性部３４１に不純物をドーピングして形成され、分割片４３１ａと分割片４３１ｂとを導通させる導電部４５と、を有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、アクチュエーター、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイに関するものである。

例えば、特許文献１には、ジンバル型の光スキャナーが開示されている。このような光スキャナーは、反射面を有する第１の質量部と、第１の質量部を第１の軸まわりに揺動可能に支持する第１のばね部と、第１のばね部を支持する枠状の第２の質量部と、第２の質量部を第２の軸まわりに揺動可能に支持する第２のばね部と、第２のばね部を支持するフレームと、を有している。

特開平０７−９２４０９号公報

また、特許文献１の光スキャナーは、第２の質量部に配置された平面コイルを有しており、この平面コイルは、第２のばね部を通る配線によってフレームまで引き出されている。しかしながら、このような構成では、第２のばね部の捩じれ変形によって配線に大きい応力が加わり、配線が断線するおそれがある。

本発明の目的は、配線の断線が抑制されたアクチュエーター、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを提供することにある。

このような目的は、下記の発明により達成される。
本発明のアクチュエーターは、可動部と、
前記可動部を支持し、弾性変形可能な弾性部と、
前記弾性部を支持する支持部と、
配線と、を有し、
前記配線は、前記弾性部上に配置される第１の配線部と、
前記弾性部上に前記第１の配線部と離間して配置される第２の配線部と、
前記弾性部に不純物をドープして形成され、前記第１の配線部と前記第２の配線部とを導通させる導電部と、を有することを特徴とする。
これにより、配線の断線が抑制され、高い信頼性を有するアクチュエーターとなる。

本発明のアクチュエーターでは、前記導電部は、前記弾性部の前記第１の配線部および前記第２の配線部が配置される面に設けられていることが好ましい。
これにより、第１の配線部と第２の配線部とをより容易に接続することができる。

本発明のアクチュエーターでは、前記導電部は、前記可動部と前記弾性部との接続部に設けられていることが好ましい。
このような箇所は、弾性部が捩じれ変形した際に他の部分と比べて大きな応力が発生する部分であるため、この部分に導電部を配置することで、さらに、配線の断線を抑制することができる。

本発明のアクチュエーターでは、前記導電部は、前記弾性部と前記支持部との接続部に設けられていることが好ましい。
このような箇所は、弾性部が捩じれ変形した際に他の部分と比べて大きな応力が発生する部分であるため、この部分に導電部を配置することで、さらに、配線の断線を抑制することができる。

本発明のアクチュエーターでは、前記弾性部は、シリコンで構成されていることが好ましい。
これにより、導電部を容易に形成することができる。

本発明のアクチュエーターでは、前記可動部は、
第１の可動部と、
前記第１の可動部の周囲を囲んで配置された第２の可動部と、
前記第１の可動部と前記第２の可動部とを接続し、かつ、前記第１の可動部を第１の軸まわりに揺動可能に支持する内側弾性部と、を有し、
前記弾性部は、前記第２の可動部を前記第１の軸とは異なる第２の軸まわりに揺動可能に支持することが好ましい。
これにより、第１の可動部が第１の軸および第２の軸の両軸まわりに揺動可能となるため、より利便性の高いアクチュエーターとなる。

本発明のアクチュエーターでは、前記第１の可動部の前記第１の軸まわりの揺動角度を検知する姿勢検知部を有し、
前記配線は、前記姿勢検知部に電気的に接続されていることが好ましい。
これにより、第１の可動部の姿勢を検知することができ、姿勢検知部からの信号をより確実に取り出すことができる。

本発明のアクチュエーターでは、前記姿勢検知部は、前記第２の可動部と前記内側弾性部の接続部に配置され、
前記配線は、前記第２の可動部および前記弾性部に沿って前記支持部へ引き出されていることが好ましい。
これにより、例えば、支持部に端子等を設けることで、姿勢検知部からの信号をより容易に取り出すことができる。

本発明の光スキャナーは、本発明のアクチュエーターと、
前記可動部に設けられた光反射性を有する光反射部と、を有することを特徴とする。
これにより、配線の断線が抑制され、高い信頼性を有する光スキャナーとなる。

本発明の画像表示装置は、本発明の光スキャナーを有することを特徴とする。
これにより、高い信頼性を有する画像表示装置が得られる。

本発明のヘッドマウントディスプレイは、本発明の光スキャナーと、
前記光スキャナーを搭載し、観察者の頭部に装着されるフレームと、を有することを特徴とする。
これにより、高い信頼性を有するヘッドマウントディスプレイが得られる。

本発明の第１実施形態にかかる画像表示装置を示す構成図である。 図１に示す画像表示装置が備える光スキャナーの上面図である。 図２中のＡ−Ａ線断面図である。 光スキャナーが有する姿勢検知部の構成を示す平面図である。 （ａ）が光スキャナーが有する第２の弾性部（弾性部）の平面図であり、（ｂ）が同図（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図である。 光スキャナーが有する配線の形成方法を説明するための断面図である。 光スキャナーが有する配線の形成方法を説明するための断面図である。 光スキャナーが有する配線の形成方法を説明するための断面図である。 光スキャナーが有する配線の形成方法を説明するための断面図である。 本発明の光スキャナーを適用したヘッドアップディスプレイを示す斜視図である。 本発明の光スキャナーを適用したヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。

以下、本発明のアクチュエーター、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかる画像表示装置を示す構成図である。図２は、図１に示す画像表示装置が備える光スキャナーの上面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図である。図４は、光スキャナーが有する姿勢検知部の構成を示す平面図である。図５は、（ａ）が光スキャナーが有する第２の弾性部（弾性部）の平面図であり、（ｂ）が同図（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図である。図６ないし図９は、それぞれ、光スキャナーが有する配線の形成方法を説明するための断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図２中の紙面手前側を「上」とも言い、紙面奥側を「下」とも言う。

図１に示すように、画像表示装置１は、スクリーンや壁面等の対象物１０に描画用レーザーＬＬを二次元的に走査することにより画像（映像）を表示する装置である。

このような画像表示装置１は、描画用レーザー（変調光）ＬＬを生成する変調光生成部２と、変調光生成部２で生成された描画用レーザーＬＬを２次元的に走査する光スキャナー３と、光スキャナー３で走査した描画用レーザー光ＬＬを反射させるミラー１１とを有している。なお、ミラー１１は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。以下、変調光生成部２および光スキャナー３について順に説明する。

なお、本発明のアクチュエーターは、光スキャナー３から後述する光反射部３１１を省略した構成である。そのため、光スキャナー３の説明をもって、本発明のアクチュエーターの説明とする。

≪変調光生成部≫
変調光生成部２は、図１に示すように、波長の異なる複数の光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂと、光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを駆動する駆動回路２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂと、光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから出射された光を平行光化するコリメータレンズ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂと、光合成部２３と、集光レンズ２６と、を有する。

光源２１Ｒは、赤色光を射出するものであり、光源２１Ｇは、緑色光を射出するものであり、光源２１Ｂは、青色光を射出するものである。このような３色の光を用いることにより、フルカラーの画像を表示することができる。なお、光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂとしては、特に限定されないが、例えば、レーザーダイオード、ＬＥＤ等を用いることができる。

駆動回路２２Ｒは、光源２１Ｒを駆動する機能を有し、駆動回路２２Ｇは、光源２１Ｇを駆動する機能を有し、駆動回路２２Ｂは、光源２１Ｂを駆動する機能を有する。これら駆動回路２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂは、図示しない制御部によって独立して駆動が制御されている。このような駆動回路２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂにより駆動された光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから射出された３つの光は、それぞれ、コリメータレンズ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂによって平行光化されて光合成部２３に入射する。

光合成部２３は、複数の光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂからの光を合成する。本実施形態では、光合成部２３は、２つのダイクロイックミラー２３１、２３２を有する。ダイクロイックミラー２３１は、赤色光を透過させるとともに緑色光を反射する機能を有し、ダイクロイックミラー２３２は、赤色光および緑色光を透過させるとともに青色光を反射する機能を有する。このようなダイクロイックミラー２３１、２３２を用いることにより、光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂからの赤色光、緑色光および青色光の３色の光を合成することができる。この際、制御部によって光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂからの光の強度をそれぞれ独立して変調することで、所定の色の描画用レーザーＬＬが生成される。生成された描画用レーザーＬＬは、集光レンズ２６によって所望のＮＡ（開口数）に変更された後、光スキャナー３に導かれる。

以上、変調光生成部２について説明したが、この変調光生成部２の構成としては、描画用レーザーＬＬを生成することができれば、本実施形態の構成に限定されない。

≪光スキャナー≫
光スキャナー３は、変調光生成部２で生成された描画用レーザーＬＬを２次元走査する機能を有する。

光スキャナー３は、図２ないし図５に示すように、第１の可動部３１と、１対の第１の弾性部（内側弾性部）３２１、３２２と、枠状の第２の可動部３３と、１対の第２の弾性部（弾性部）３４１、３４２と、支持部３５と、を有する構造体３０と、第１の可動部３１を２次元的に揺動させる揺動部３６と、第１の可動部３１の姿勢（揺動角度）を検知する姿勢検知部３７を有している。なお、図２では、説明の便宜上、姿勢検知部３７の図示を省略している。

（構造体３０）
第１の可動部３１の上面には、表面が光反射面となっている光反射部３１１が配置されている。このような第１の可動部３１に描画用レーザーＬＬが入射し、入射した描画用レーザーＬＬが光反射部３１１で反射され、光反射部３１１（第１の可動部３１）の姿勢に応じた方向へ走査される。光反射部３１１は、例えば、アルミニウム等の金属材料を第１の可動部３１の上面へ成膜することにより形成することができる。

第２の可動部３３は、枠状をなしており、平面視で、第１の可動部３１を囲んで設けられている。すなわち、第２の可動部３３の内側に第１の可動部３１が位置している。

支持部３５は、枠状をなしており、平面視で、第２の可動部３３を囲んで設けられている。すなわち、支持部３５の内側に第２の可動部３３が位置している。

第１の弾性部（内側弾性部）３２１、３２２は、第１の可動部３１を介して（挟んで）互いに対向して配置されている。また、第１の弾性部３２１、３２２は、それぞれ、第１の軸Ｊ１に沿って延在する長手形状をなす。そして、第１の弾性部３２１、３２２は、それぞれ、一端部が第１の可動部３１に接続され、他端部が第２の可動部３３に接続されている。このような第１の弾性部３２１、３２２は、それぞれ、第１の可動部３１の第１の軸Ｊ１まわりの揺動に伴って捩じれ変形する。すなわち、第１の弾性部３２１、３２２は、第１の可動部３１を第１の軸Ｊ１まわりに揺動可能に支持している。

第２の弾性部（弾性部）３４１、３４２は、第２の可動部３３を介して（挟んで）互いに対向して配置されている。また、第２の弾性部３４１、３４２は、それぞれ、第２の軸Ｊ２に沿って延在する長手形状をなす。そして、第２の弾性部３４１、３４２は、それぞれ、一端部が第２の可動部３３に接続され、他端部が支持部３５に接続されている。このような第２の弾性部３４１、３４２は、それぞれ、第２の可動部３３の第２の軸Ｊ２まわりの揺動に伴って捩じれ変形する。すなわち、第２の弾性部３４１、３４２は、第２の可動部３３を第２の軸Ｊ２まわりに揺動可能に支持している。

ここで、第２の弾性部３４１、３４２の第２の可動部３３側の端部は、厚さが第２の可動部３３側に向けて漸増するテーパー状をなし、同様に、支持部３５側の端部は、厚さが支持部３５側に向けて漸増するテーパー状をなしている。第２の弾性部３４１、３４２の両端部は、第２の弾性部３４１、３４２が捩じれ変形した際に、他の部分（中央部）よりも大きな応力が加わり易い部分である。そこで、前述のように、第２の弾性部３４１、３４２の両端部をテーパー状とすることで、当該部分の機械的強度を高めると共に、当該部分に加わる応力を効果的に分散することができる。そのため、機械的強度が向上し、より破損し難い光スキャナー３となる。

また、第２の弾性部３４１は、２本の軸部３４１ａ、３４１ｂで構成されており、これら軸部３４１ａ、３４１ｂは、第２の軸Ｊ２を介して（挟んで）対向配置されている。同様に、第２の弾性部３４２は、２本の軸部３４２ａ、３４２ｂで構成されており、これら軸部３４２ａ、３４２ｂは、平面視で、第２の軸Ｊ２を介して（挟んで）対向配置されている。

このような構造体３０は、例えば、ＳＯＩ基板［第１のＳｉ層（デバイス層）と、ＳｉＯ_２層（ボックス層）と、第２のＳｉ層（ハンドル層）とがこの順に積層した基板］をエッチングすることで一体的に形成することができる。

（揺動部３６）
このような光スキャナー３では、第１の可動部３１を第１の軸Ｊ１まわりに揺動させると共に、第２の可動部３３を第２の軸Ｊ２まわりに揺動させることで、第１の可動部３１を互いに交差する第１の軸Ｊ１および第２の軸Ｊ２の両軸まわりに揺動させることができる。そのため、光反射部３１１で反射した描画用レーザーＬＬを２次元的に走査することができる。

次に、このような駆動を実現するための揺動部３６を説明する。揺動部３６は、図３に示すように、永久磁石３６１と、永久磁石３６１に作用する電界を発生するコイル３６２と、コイル３６２に接続された電圧印加部３６３と、を有している。

永久磁石３６１は、一端がＳ極、他端がＮ極である棒状をなしており、両端部が第２の可動部３３の下面に配置されている。また、永久磁石３６１は、平面視にて、第１の軸Ｊ１および第２の軸Ｊ２の両軸に対して傾斜して配置されている。このような永久磁石３６１としては、特に限定されず、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石等を好適に用いることができる。

コイル３６２は、永久磁石３６１と対向して配置されている。そして、コイル３６２は、電圧印加部３６３に電気的に接続されており、電圧印加部３６３がコイル３６２に電圧を印加されることで、コイル３６２から磁界が発生し、この磁界が永久磁石３６１に作用する。電圧印加部３６３は、第１の可動部３１を第１の軸Ｊ１周りに回動させるための第１の電圧（例えば１５ｋＨｚ程度の交番電圧）と、第１の可動部３１を第２の軸Ｊ２周りに回動させるための第２の電圧（例えば６０Ｈｚ程度の交番電圧）と、を重畳させた駆動電圧をコイル３６２に印加するように構成されており、これにより、第１の可動部３１を第１の軸Ｊ１および第２の軸Ｊ２の両軸まわりに揺動させることができる。

（姿勢検知部３７）
光反射部３１１で描画用レーザーＬＬを走査して所定の画像を表示するには、光反射部３１１の姿勢（揺動角度）を検知し、この姿勢に合わせて所定の色の描画用レーザーＬＬを変調光生成部２から出射する必要がある。そこで、光スキャナー３は、図４に示すように、第１の可動部３１の姿勢を検知するための姿勢検知部３７を有している。

姿勢検知部３７は、第１の弾性部３２１の捩じれ量から第１の可動部３１の第１の軸Ｊ１まわりの傾き（揺動角度）を検知する第１の姿勢検知部３８と、第２の弾性部３４１の捩じれ量から第１の可動部３１の第２軸まわりの傾き（揺動角度）を検知する第２の姿勢検知部３９と、を有し、これら第１の姿勢検知部３８および第２の姿勢検知部３９の検知結果に基づいて、第１の可動部３１の姿勢を検知するようになっている。

以下、第１の姿勢検知部３８および第２の姿勢検知部３９について説明するが、これらは、配置されている場所が異なること以外は、同様の構成であるため、以下では、第１の姿勢検知部３８について代表して説明し、第２の姿勢検知部３９については、その説明を省略する。

第１の姿勢検知部３８は、図４に示すように、第１の弾性部３２１と第２の可動部３３の接続部に設けられた４つのピエゾ抵抗部３８１、３８２、３８３、３８４を有している。これらピエゾ抵抗部３８１、３８２、３８３、３８４は、第１の弾性部３２１の捩じれ量に応じた応力を受けて抵抗値が変化する。なお、ピエゾ抵抗部３８１、３８２、３８３、３８４は、第１のＳｉ層（デバイス層）にリン、ボロン等のＳｉに対する不純物をドープ（拡散または注入）することで形成されている。これにより、ピエゾ抵抗部３８１、３８２、３８３、３８４を容易に形成することができる。

また、ピエゾ抵抗部３８１には配線４が電気的に接続され、ピエゾ抵抗部３８２には配線５が電気的に接続され、ピエゾ抵抗部３８３には配線６が電気的に接続され、ピエゾ抵抗部３８４には配線７が電気的に接続されている。そして、ピエゾ抵抗部３８１、３８２、３８３、３８４は、配線４、５、６、７等を介して、互いに電気的に接続され、ブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）が構成される。ブリッジ回路からは、ピエゾ抵抗部３８１、３８２、３８３、３８４の抵抗値に応じた信号（電圧）が出力されるため、この出力から第１の弾性部３２１の捩じれ量を検知することができ、さらに、第１の弾性部３２１の捩じれ量から第１の可動部３１の第１の軸Ｊ１まわりの傾き（揺動角度）を検知することができる。

このような第１の姿勢検知部３８では、配線４は、第２の可動部３３および第２の弾性部３４１（軸部３４１ａ）を通って（第２の可動部３３および第２の弾性部３４１に沿って）支持部３５上の端子８１に接続され、配線５は、第２の可動部３３および第２の弾性部３４１（軸部３４１ｂ）を通って（第２の可動部３３および第２の弾性部３４１に沿って）支持部３５上の端子８２に接続され、配線６は、第２の可動部３３および第２の弾性部３４２（軸部３４２ａ）を通って（第２の可動部３３および第２の弾性部３４２に沿って）支持部３５上の端子８４に接続され、配線７は、第２の可動部３３および第２の弾性部３４２（軸部３４２ｂ）を通って（第２の可動部３３および第２の弾性部３４２に沿って）支持部３５上の端子８３に接続されている。このように、配線４、５、６、７を支持部３５へ引き出すことで、第１の姿勢検知部３８からの信号を取り出しやすくなる。

以下、これら配線４、５、６、７の構成（特に、第２の弾性部３４１、３４２上での構成）について説明するが、配線４〜７は、互いに同様の構成であるため、以下では、配線４の構成について代表して説明し、その他の配線５、６、７については、その説明を省略する。

配線４は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、構造体３０上に配置された配線部４１と、第２の弾性部３４１内に配置された導電部４５とを有している。また、配線部４１は、第２の可動部３３上に配置された配線部４２と、第２の弾性部３４１上に配置された配線部４３と、支持部３５上に配置された配線部４４と、を有している。配線部４１は、例えば、構造体３０上にアルミニウムの膜と銅の膜とを積層してなる金属配線で構成され、導電部４５は、第２の弾性部３４１（第１のＳｉ層）にリン、ボロン等の第２の弾性部３４１の母材としてのＳｉに対する不純物をドープ（拡散または注入）することで形成されている。配線部４１および導電部４５をこのような構成とすることで、これらを半導体プロセスで形成することができるため、光スキャナー３の製造が容易となる。なお、構造体３０と配線部４１の間には層間絶縁膜９が介在している。

配線部４３は、第２の弾性部３４１上において、複数の分割片４３１に分割されており、これら分割片４３１が第２の弾性部３４１の延在方向に沿って、互いに離間して配置されている。そして、隣り合う分割片４３１（例えば、図５中の分割片（第１の配線部）４３１ａと分割片（第２の配線部）４３１ｂ）の間に導電部４５が設けられており、隣り合う分割片４３１同士が導電部４５を介して導通されている。特に、導電部４５は、第２の弾性部３４１の上面（配線部４３が配置されている側の面）に設けられているため、分割片４３１同士の接続が容易となる。

このように、金属配線である配線部４３を分割片４３１に分割して配置することで、第２の弾性部３４１が捩じれ変形した際に配線部４３に加わる応力が小さくなる。そのため、配線部４３の剥離や断線が抑制され、信頼性の高い配線４となる。さらには、分割片４３１同士を電気的に接続するのに導電部４５を用いることで、分割片４３１同士の電気的な接続をより容易に行うことができる。また、導電部４５を設けることで、より捩じれ変形に強い第２の弾性部３４１になる可能性がある。これは、シリコンに不純物をドープすることで、導電部４５の部分がアモルファスとなり、シリコンの劈開し易い（割れやすい）面（例えば、（１００）面、（１１０）面、（１１１）面、等）がなくなるためであると推測される。したがって、破壊等がより効果的に抑制され、信頼性の高い光スキャナー３となる可能性がある。

特に、本実施形態では、導電部４５が、第２の弾性部３４１の第２の可動部３３との接続部に配置され、同様に、第２の弾性部３４１の支持部３５との接続部に配置されている。これら接続部は、第２の弾性部３４１が捩じれ変形した際に、他の部分よりも大きな応力が加わり易い部分である。したがって、これら接続部に導電部４５を設けることで（すなわち、配線部４１を設けないことで）、配線部４１の剥離や断線をより効果的に抑制することができる。

ここで、第２の弾性部３４１に配置された導電部４５の長さＬとしては、特に限定されないが、例えば、幅Ｗが１０μｍ〜２０μｍ程度で、厚さＴが３５μｍ〜４５μｍ程度である場合には、０．５μｍ以上、２μｍ以下程度であることが好ましい。導電部４５をこのようなサイズとすることで、上記の効果を発揮しつつ、配線４全体の電気抵抗を抑えることができる。また、第２の弾性部３４１上に配置された導電部４５の数としても、特に限定されないが、例えば、前述したサイズにおいては、長さＬが２μｍ程度であれば、５個以下が好ましく、長さＬが１μｍであれば、１０個以下が好ましく、長さＬが０．５μｍ程度であれば、２０個以下が好ましい。導電部４５の配置数をこのような数とすることで、配線４の電気的抵抗を十分に抑えることができる。

以上、配線４の構成について詳細に説明した。なお、導電部４５に替えて、分割片４３１同士をボンディングワイヤーを介して電気的に接続する方法も考えられる。しかしながら、この方法では、ワイヤーボンディング工程が必要となることから光スキャナー３の製造工程が増えてしまうという問題がある。また、光スキャナー３の駆動中にボンディングワイヤーが振動してしまい、ボンディングワイヤーが剥離したり、前記振動が不要振動となって光スキャナー３の振動特性が悪化したりするおそれもある。このことからも、本実施形態の配線４が特に優れていることが分かる。

以上、光スキャナー３について説明した。本実施形態のようなジンバル型をなす２次元走査型の光スキャナー３によれば、１つの光スキャナーで描画用レーザーＬＬを２次元走査することができるため、例えば、１次元走査型の光スキャナーを２つ組み合わせて描画用レーザーＬＬを２次元走査させる構成と比較して、装置の小型化を図ることができると共に、アライメントの調整も容易となる。

なお、光スキャナー３の構成としては、本実施形態に限定されない。例えば、本実施形態では、第２の弾性部３４１、３４２が２本の軸部で構成されているが、一本の軸部で構成されていてもよい。また、第２の弾性部３４１、３４２の両端にテーパー部を設けなくてもよい。また、揺動部３６について、本実施形態では、第２の可動部３３に永久磁石３６１を配置する所謂「ムービングマグネット」型を採用しているが、反対に、第２の可動部３３にコイル３６２を配置する所謂「ムービングコイル」型を採用してもよい。ここで、「ムービングコイル型」を採用した場合には、コイル３６２の両端を支持部３５まで引き出すために用いる配線に、上述した配線４の構造を適用してもよい。

次に、配線４の形成方法について、図６〜図９に基づいて説明する。
なお、図６〜図９では、説明の便宜上、構造体３０の第２の弾性部３４１およびその周囲を拡大して図示している。

まず、図６（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板３００を準備する。次に、図６（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板３００の第１のＳｉ層（デバイス層）３０１をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで、第２の弾性部３４１を形成する。

次に、図７（ａ）に示すように、第２の弾性部３４１の両端部をテーパー状とするために、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いて、第２の弾性部３４１の上面に凹陥部を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、熱酸化法によって、第２の弾性部３４１の上面をしてシリコン酸化膜９１を成膜し、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いて、導電部４５を形成する領域と重なる部分のシリコン酸化膜９１を除去する。

次に、図８（ａ）に示すように、第２の弾性部３４１の上面側からボロン、リン等の不純物をドープし、導電部４５を形成する。次に、図８（ｂ）に示すように、スパッタリング法、ＣＶＤ法等によって、第２の弾性部３４１上にシリコン窒化膜９２を成膜し、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いて、導電部４５と重なる部分のシリコン窒化膜９２を除去する。これにより、シリコン酸化膜９１およびシリコン窒化膜９２からなる層間絶縁膜９が得られる。

次に、図９（ａ）に示すように、スパッタリング法、ＣＶＤ法等によって、第２の弾性部３４１上に金属膜を成膜し、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いて、金属膜をパターニングすることで、複数の分割片４３１からなる配線部４３を形成する。これにより、配線４が得られる。なお、金属膜は、例えば、アルミニウム膜と銅膜の積層体で構成することができる。

次に、図９（ｂ）に示すように、次に、ＳＯＩ基板３００の第２のＳｉ層（ハンドル層）３０３およびＳｉＯ_２層（ボックス層）３０２をエッチングにより除去することで、第２の弾性部３４１が得られる。

以上、配線４の形成方法について説明した。このような方法によれば、第２の弾性部３４１および配線４を半導体プロセスで形成することができるため、第２の弾性部３４１および配線４の形成が容易となる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の光スキャナーを適用したヘッドアップディスプレイの一例について説明する。

図１０は、本発明の光スキャナーを適用したヘッドアップディスプレイを示す斜視図である。

図１０に示すように、ヘッドアップディスプレイシステム１０００では、画像表示装置１が、自動車のダッシュボードに、ヘッドアップディスプレイ１１００を構成するよう搭載されている。このヘッドアップディスプレイ１１００により、フロントガラス１２００に、例えば、目的地までの案内表示等の所定の画像を表示することができる。なお、ヘッドアップディスプレイシステム１０００は、自動車に限らず、例えば、航空機、船舶等にも適用することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の光スキャナーを適用したヘッドマウントディスプレイの一例について説明する。

図１１は、本発明の光スキャナーを適用したヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。

図１１に示すように、ヘッドマウントディスプレイ２０００は、観察者の頭部に装着されるフレーム２１００と、フレーム２１００に搭載された画像表示装置１とを有している。そして、画像表示装置１により、フレーム２１００の本来レンズである部位に設けられた表示部（光反射層材）２２００に、一方の目で視認される所定の画像を表示する。

表示部２２００は、透明であってもよく、また、不透明であってもよい。表示部２２００が透明な場合は、現実世界からの情報に画像表示装置１からの情報を重ねて使用することができる。また、表示部２２００は、入射した光の少なくとも一部を反射すればよく、例えば、ハーフミラーなどを用いることができる。

なお、ヘッドマウントディスプレイ２０００に、２つ画像表示装置１を設け、両方の目で視認される画像を、２つの表示部２２００に表示するようにしてもよい。

以上、本発明のアクチュエーター、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、前述した実施形態では、２次元走査型の光スキャナーについて説明したが、光スキャナーの構成としては、特に限定されず、例えば、光反射部を有する可動部と、可動部を所定の軸まわりに揺動可能に支持する弾性部と、弾性部を支持する支持部と、を有する１次元走査型の光スキャナーであってもよい。

１……画像表示装置
１０……対象物
１１……ミラー
２……変調光生成部
２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒ……光源
２２Ｂ、２２Ｇ、２２Ｒ……駆動回路
２３……光合成部
２３１、２３２……ダイクロイックミラー
２４Ｂ、２４Ｇ、２４Ｒ……コリメータレンズ
２６……集光レンズ
３……光スキャナー
３０……構造体
３００……ＳＯＩ基板
３０１……第１のＳｉ層
３０２……ＳｉＯ_２層
３０３……第２のＳｉ層
３１……第１の可動部
３１１……光反射部
３２１、３２２……第１の弾性部
３３……第２の可動部
３４１……第２の弾性部
３４１ａ、３４１ｂ……軸部
３４２……第２の弾性部
３４２ａ、３４２ｂ……軸部
３５……支持部
３６……揺動部
３６１……永久磁石
３６２……コイル
３６３……電圧印加部
３７……姿勢検知部
３８……第１の姿勢検知部
３８１、３８２、３８３、３８４……ピエゾ抵抗部
３９……第２の姿勢検知部
４……配線
４１……配線部
４２……配線部
４３……配線部
４３１、４３１ａ、４３１ｂ……分割片
４４……配線部
４５……導電部
５……配線
６……配線
７……配線
８１、８２、８３、８４……端子
９……層間絶縁膜
９１……シリコン酸化膜
９２……シリコン窒化膜
１０００……ヘッドアップディスプレイシステム
１１００……ヘッドアップディスプレイ
１２００……フロントガラス
２０００……ヘッドマウントディスプレイ
２１００……フレーム
２２００……表示部
Ｊ１……第１の軸
Ｊ２……第２の軸
ＬＬ……描画用レーザー

Claims (11)

1. 可動部と、
   前記可動部を支持し、弾性変形可能な弾性部と、
   前記弾性部を支持する支持部と、
   配線と、を有し、
   前記配線は、前記弾性部上に配置される第１の配線部と、
   前記弾性部上に前記第１の配線部と離間して配置される第２の配線部と、
   前記弾性部に不純物をドープして形成され、前記第１の配線部と前記第２の配線部とを導通させる導電部と、を有することを特徴とするアクチュエーター。
2. 前記導電部は、前記弾性部の前記第１の配線部および前記第２の配線部が配置される面に設けられている請求項１に記載のアクチュエーター。
3. 前記導電部は、前記可動部と前記弾性部との接続部に設けられている請求項１または２に記載のアクチュエーター。
4. 前記導電部は、前記弾性部と前記支持部との接続部に設けられている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアクチュエーター。
5. 前記弾性部は、シリコンで構成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアクチュエーター。
6. 前記可動部は、
   第１の可動部と、
   前記第１の可動部の周囲を囲んで配置された第２の可動部と、
   前記第１の可動部と前記第２の可動部とを接続し、かつ、前記第１の可動部を第１の軸まわりに揺動可能に支持する内側弾性部と、を有し、
   前記弾性部は、前記第２の可動部を前記第１の軸とは異なる第２の軸まわりに揺動可能に支持する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のアクチュエーター。
7. 前記第１の可動部の前記第１の軸まわりの揺動角度を検知する姿勢検知部を有し、
   前記配線は、前記姿勢検知部に電気的に接続されている請求項６に記載のアクチュエーター。
8. 前記姿勢検知部は、前記第２の可動部と前記内側弾性部の接続部に配置され、
   前記配線は、前記第２の可動部および前記弾性部に沿って前記支持部へ引き出されている請求項７に記載のアクチュエーター。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載のアクチュエーターと、
   前記可動部に設けられた光反射性を有する光反射部と、を有することを特徴とする光スキャナー。
10. 請求項９に記載の光スキャナーを有することを特徴とする画像表示装置。
11. 請求項９に記載の光スキャナーと、
    前記光スキャナーを搭載し、観察者の頭部に装着されるフレームと、を有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。

Images