JP2018155798A - Inspection method of optical deflector, optical deflector and image projection device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical deflector that can be more efficiently manufactured.SOLUTION: An inspection method of an optical deflector is provided for inspecting an optical deflector. The optical deflector includes a substrate having a first silicon layer and a second silicon layer, a drive part disposed on the substrate and performing resonance driving, and a pattern part for measuring the thickness of the second silicon pattern. The method includes a measurement step of measuring the thickness of the second silicon layer by the pattern part and a determination step of determining whether abnormality in a resonant frequency of the resonance driving is present or not based on the thickness measured in the measurement step.SELECTED DRAWING: Figure 15

Description

本発明は、光偏向器検査方法、光偏向器、および、画像投影装置に関する。   The present invention relates to an optical deflector inspection method, an optical deflector, and an image projection apparatus.

動作周波数が高くても小さな駆動源で効率よく動作させることができる共振現象を利用したMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)スキャナが知られている。特許文献1は、可動部の共振周波数、すなわち、光偏向器の共振周波数を調整するために質量体を配設する技術を提案している。   2. Description of the Related Art A MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) scanner using a resonance phenomenon that can be efficiently operated with a small driving source even when the operating frequency is high is known. Patent Document 1 proposes a technique for disposing a mass body in order to adjust the resonance frequency of the movable part, that is, the resonance frequency of the optical deflector.

しかしながら、従来のMEMSスキャナの共振周波数は製造工程によってばらつき易いという問題があった。デバイスチップを保護するためにデバイスチップがパッケージングされることがあるが、共振周波数を検査するのはパッケージング工程の後になる場合が多い。このため、共振周波数が規格外のデバイスチップが製造された場合、デバイスチップだけでなく、パッケージングのコストも無駄になるという問題があった。   However, there is a problem that the resonance frequency of the conventional MEMS scanner tends to vary depending on the manufacturing process. The device chip may be packaged to protect the device chip, but the resonant frequency is often tested after the packaging process. For this reason, when a device chip whose resonance frequency is not specified is manufactured, there is a problem that not only the device chip but also the packaging cost is wasted.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光偏向器をより効率的に製造可能とすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to make it possible to manufacture an optical deflector more efficiently.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光偏向器を検査する光偏向器検査方法であって、前記光偏向器は、第1のシリコン層と、第2のシリコン層と、を有する基板と、前記基板上に設けられ、共振駆動を行う駆動部と、前記第2のシリコン層の厚さを測定するためのパターン部と、を備え、前記パターン部により前記第2のシリコン層の厚さを測定する測定工程と、前記測定工程で測定した厚さに基づき、前記共振駆動の共振周波数に異常があるか否かを判断する判断工程と、を含む。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides an optical deflector inspection method for inspecting an optical deflector, wherein the optical deflector includes a first silicon layer and a second silicon layer. A substrate having a layer, a drive unit that is provided on the substrate and performs resonance driving, and a pattern unit for measuring the thickness of the second silicon layer. A measurement step of measuring the thickness of the silicon layer, and a determination step of determining whether there is an abnormality in the resonance frequency of the resonance drive based on the thickness measured in the measurement step.

本発明によれば、光偏向器をより効率的に製造可能になるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to produce an optical deflector more efficiently.

光走査システムの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of an optical scanning system. 光走査システムの一例のハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram of an example of an optical scanning system. 駆動装置の一例の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of an example of a drive device. 光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。It is a flowchart of an example of the process which concerns on an optical scanning system. ヘッドアップディスプレイ装置を搭載した自動車の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the motor vehicle carrying a head-up display apparatus. ヘッドアップディスプレイ装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a head-up display apparatus. 光書込装置を搭載した画像形成装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the image forming apparatus carrying an optical writing device. 光書込装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of an optical writing device. レーザレーダ装置を搭載した自動車の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the motor vehicle carrying a laser radar apparatus. レーザレーダ装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a laser radar apparatus. パッケージングされた光偏向器の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the packaged optical deflector. 片持ちタイプの光偏向器に段差パターンを適用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the level | step difference pattern to the cantilever type optical deflector. 図12のP−P’断面図である。It is P-P 'sectional drawing of FIG. 図12のQ−Q’断面図である。It is Q-Q 'sectional drawing of FIG. 段差パターンによる厚み推定の場合の製造工程の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process in the case of thickness estimation by a level | step difference pattern. 片持ちタイプの光偏向器に段差パターンを適用した他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example which applied the level | step difference pattern to the cantilever type optical deflector. 図16のR−R’断面図である。It is R-R 'sectional drawing of FIG. 両持ちタイプの光偏向器に段差パターンを適用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the level | step difference pattern to the double-ended optical deflector. 両持ちタイプの光偏向器に段差パターンを適用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the level | step difference pattern to the double-ended optical deflector. アドレス番号を段差パターンと兼用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which shared the address number with the level | step difference pattern. ダイシングラインに段差パターンを適用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the level | step difference pattern to the dicing line. 片持ちタイプの光偏向器にカンチレバーパターンを適用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the cantilever pattern to the cantilever type optical deflector. 図22のQ−Q’断面図である。It is Q-Q 'sectional drawing of FIG. 厚さと一次曲げモード共振周波数との関係の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the relationship between thickness and a primary bending mode resonance frequency. 長さと一次曲げモード共振周波数との関係の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the relationship between length and a primary bending mode resonance frequency. カンチレバーの1次曲げモード共振周波数の測定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measuring method of the primary bending mode resonance frequency of a cantilever. カンチレバーパターンによる厚み推定の場合の製造工程の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process in the case of thickness estimation by a cantilever pattern. 片持ちタイプの光偏向器にカンチレバーパターンを適用した他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example which applied the cantilever pattern to the cantilever type optical deflector. 図28のP−P’断面図である。It is P-P 'sectional drawing of FIG. 両持ちタイプの光偏向器にカンチレバーパターンを適用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the cantilever pattern to the both-ends-type optical deflector. 両持ちタイプの光偏向器にカンチレバーパターンを適用した他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example which applied the cantilever pattern to the double-ended optical deflector. 保護膜による共振周波数の調整を適用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied adjustment of the resonant frequency by a protective film. 図32のP−P’断面である。It is a P-P 'cross section of FIG. 保護膜厚と共振周波数の関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between a protective film thickness and a resonant frequency. 周波数調整を適用した場合の製造工程の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process at the time of applying frequency adjustment.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光偏向器検査方法、光偏向器、および、画像投影装置の一実施形態を詳細に説明する。   Exemplary embodiments of an optical deflector inspection method, an optical deflector, and an image projection apparatus according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施形態)
第1の実施形態では、パターン部(段差パターン)を用いてシリコン活性層の厚さが測定され、測定された厚さにより、光偏向器の特性値である共振周波数の異常の有無が判断(推定)される。この厚さは、例えばパッケージング工程より前に判断できるため、例えば不良品であるチップでパッケージングを行うなどの製造工程の無駄を未然に防止できる。すなわち、光偏向器をより効率的に製造可能となる。
(First embodiment)
In the first embodiment, the thickness of the silicon active layer is measured using the pattern portion (step pattern), and the presence or absence of abnormality in the resonance frequency, which is the characteristic value of the optical deflector, is determined based on the measured thickness ( Presumed. Since this thickness can be determined before the packaging process, for example, it is possible to prevent the waste of the manufacturing process such as packaging with a defective chip. That is, the optical deflector can be manufactured more efficiently.

[光走査システム]
まず、図1〜図4を参照して、本実施形態に係る駆動装置を適用した光走査システムについて詳細に説明する。
[Optical scanning system]
First, an optical scanning system to which the drive device according to the present embodiment is applied will be described in detail with reference to FIGS.

図1は、本実施形態の光走査システムの一例を示す概略図である。図1に示すように、光走査システム10は、駆動装置11の制御に従って光源装置12から照射された光を光偏向器13の有する反射面14により偏向して被走査面15を光走査するシステムである。光走査システム10は、駆動装置11、光源装置12、および、反射面14を有する光偏向器13により構成される。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an optical scanning system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the optical scanning system 10 optically scans the surface to be scanned 15 by deflecting the light emitted from the light source device 12 according to the control of the driving device 11 by the reflecting surface 14 of the optical deflector 13. It is. The optical scanning system 10 includes a driving device 11, a light source device 12, and an optical deflector 13 having a reflecting surface 14.

駆動装置11は、例えばCPU(Central Processing Unit)およびFPGA(Field-Programmable Gate Array)等を備えた電子回路ユニットである。光偏向器13は、例えば反射面14を有し、反射面14を可動可能なMEMSデバイスである。光源装置12は、例えばレーザを照射するレーザ装置である。なお、被走査面15は、例えばスクリーンである。   The drive device 11 is an electronic circuit unit including, for example, a CPU (Central Processing Unit) and an FPGA (Field-Programmable Gate Array). The optical deflector 13 is a MEMS device that has, for example, a reflective surface 14 and can move the reflective surface 14. The light source device 12 is, for example, a laser device that irradiates a laser. The scanned surface 15 is, for example, a screen.

駆動装置11は、取得した光走査情報に基づいて光源装置12および光偏向器13の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置12および光偏向器13に駆動信号を出力する。   The drive device 11 generates a control command for the light source device 12 and the optical deflector 13 based on the acquired optical scanning information, and outputs a drive signal to the light source device 12 and the optical deflector 13 based on the control command.

光源装置12は、入力された駆動信号に基づいて光源の照射を行う。光偏向器13は、入力された駆動信号に基づいて反射面14を1軸方向または2軸方向の少なくともいずれかに可動させる。   The light source device 12 irradiates the light source based on the input drive signal. The optical deflector 13 moves the reflecting surface 14 in at least one of the uniaxial direction and the biaxial direction based on the input drive signal.

例えば、光走査情報の一例である画像情報(画像データ)に基づいた駆動装置11の制御によって、光偏向器13の反射面14を所定の範囲で2軸方向に往復可動させ、反射面14に入射する光源装置12からの照射光を偏向して光走査することにより、被走査面15に任意の画像を投影することができる。   For example, by controlling the driving device 11 based on image information (image data) that is an example of optical scanning information, the reflecting surface 14 of the optical deflector 13 is reciprocally movable in a biaxial direction within a predetermined range. An arbitrary image can be projected onto the scanned surface 15 by deflecting the incident light from the light source device 12 and performing optical scanning.

なお、光偏向器13の詳細および駆動装置11による制御の詳細については後述する。   Details of the optical deflector 13 and details of control by the driving device 11 will be described later.

次に、図2を参照して、光走査システム10の一例のハードウェア構成について説明する。図2は、光走査システム10の一例のハードウェア構成図である。図2に示すように、光走査システム10は、駆動装置11、光源装置12および光偏向器13を備え、それぞれが電気的に接続されている。   Next, an exemplary hardware configuration of the optical scanning system 10 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a hardware configuration diagram of an example of the optical scanning system 10. As shown in FIG. 2, the optical scanning system 10 includes a driving device 11, a light source device 12, and an optical deflector 13, and each is electrically connected.

[駆動装置]
駆動装置11は、CPU20、RAM21(Random Access Memory)、ROM22(Read Only Memory)、FPGA23、外部I/F(インタフェース)24、光源装置ドライバ25、および、光偏向器ドライバ26を備えている。
[Driver]
The driving device 11 includes a CPU 20, a RAM 21 (Random Access Memory), a ROM 22 (Read Only Memory), an FPGA 23, an external I / F (interface) 24, a light source device driver 25, and an optical deflector driver 26.

CPU20は、ROM22等の記憶装置からプログラムやデータをRAM21上に読み出し、処理を実行して、駆動装置11の全体の制御や機能を実現する演算装置である。   The CPU 20 is an arithmetic device that reads out programs and data from a storage device such as the ROM 22 onto the RAM 21 and executes processing to realize the overall control and functions of the drive device 11.

RAM21は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の記憶装置である。ROM22は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性の記憶装置であり、CPU20が光走査システム10の各機能を制御するために実行する処理用プログラムやデータを記憶している。   The RAM 21 is a volatile storage device that temporarily stores programs and data. The ROM 22 is a nonvolatile storage device that can retain programs and data even when the power is turned off, and stores processing programs and data that the CPU 20 executes to control each function of the optical scanning system 10. Yes.

FPGA23は、CPU20の処理に従って、光源装置ドライバ25および光偏向器ドライバ26に適した制御信号を出力する回路である。   The FPGA 23 is a circuit that outputs control signals suitable for the light source device driver 25 and the optical deflector driver 26 in accordance with the processing of the CPU 20.

外部I/F24は、例えば外部装置やネットワーク等とのインタフェースである。外部装置には、例えば、PC(Personal Computer)等の上位装置、並びに、USBメモリ、SDカード、CD、DVD、HDD、およびSSD等の記憶装置が含まれる。また、ネットワークは、例えば自動車のCAN(Controller Area Network)、LAN(Local Area Network)、および、インターネット等である。外部I/F24は、外部装置との接続または通信を可能にする構成であればよく、外部装置ごとに外部I/F24が用意されてもよい。   The external I / F 24 is an interface with, for example, an external device or a network. The external device includes, for example, a host device such as a PC (Personal Computer) and a storage device such as a USB memory, an SD card, a CD, a DVD, an HDD, and an SSD. The network is, for example, an automobile CAN (Controller Area Network), a LAN (Local Area Network), and the Internet. The external I / F 24 may be configured to enable connection or communication with an external device, and the external I / F 24 may be prepared for each external device.

光源装置ドライバ25は、入力された制御信号に従って光源装置12に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。光偏向器ドライバ26は、入力された制御信号に従って光偏向器13に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。   The light source device driver 25 is an electric circuit that outputs a drive signal such as a drive voltage to the light source device 12 in accordance with the input control signal. The optical deflector driver 26 is an electric circuit that outputs a drive signal such as a drive voltage to the optical deflector 13 in accordance with the input control signal.

駆動装置11において、CPU20は、外部I/F24を介して外部装置やネットワークから光走査情報を取得する。なお、CPU20が光走査情報を取得することができる構成であればよく、駆動装置11内のROM22やFPGA23に光走査情報を格納する構成としてもよいし、駆動装置11内に新たにSSD等の記憶装置を設けて、その記憶装置に光走査情報を格納する構成としてもよい。   In the driving device 11, the CPU 20 acquires optical scanning information from an external device or a network via the external I / F 24. The CPU 20 may be configured so that the optical scanning information can be acquired. The optical scanning information may be stored in the ROM 22 or the FPGA 23 in the driving device 11, or a new SSD or the like may be included in the driving device 11. A storage device may be provided, and the optical scanning information may be stored in the storage device.

ここで、光走査情報とは、被走査面15にどのように光走査させるかを示した情報であり、例えば、光走査により画像を表示する場合は、光走査情報は画像データである。また、例えば、光走査により光書込みを行う場合は、光走査情報は書込み順や書込み箇所を示した書込みデータである。他にも、例えば、光走査により物体認識を行う場合は、光走査情報は物体認識用の光を照射するタイミングと照射範囲を示す照射データである。   Here, the optical scanning information is information indicating how the scanned surface 15 is optically scanned. For example, when an image is displayed by optical scanning, the optical scanning information is image data. For example, when optical writing is performed by optical scanning, the optical scanning information is writing data indicating the writing order and writing location. In addition, for example, when object recognition is performed by optical scanning, the optical scanning information is irradiation data indicating the timing and irradiation range for irradiating light for object recognition.

本実施形態に係る駆動装置11は、CPU20の命令および図2に示したハードウェア構成によって、次に説明する機能構成を実現することができる。   The drive device 11 according to the present embodiment can realize the functional configuration described below by the instruction of the CPU 20 and the hardware configuration shown in FIG.

[駆動装置の機能構成]
次に、図3を参照して、光走査システム10の駆動装置11の機能構成について説明する。図3は、光走査システムの駆動装置の一例の機能ブロック図である。図3に示すように、駆動装置11は、機能として制御部30と駆動信号出力部31とを有する。
[Functional configuration of drive unit]
Next, a functional configuration of the driving device 11 of the optical scanning system 10 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a functional block diagram of an example of a driving device of the optical scanning system. As shown in FIG. 3, the drive device 11 includes a control unit 30 and a drive signal output unit 31 as functions.

制御部30は、例えばCPU20、および、FPGA23等により実現され、外部装置から光走査情報を取得し、光走査情報を制御信号に変換して駆動信号出力部31に出力する。例えば、制御部30は、制御手段を構成し、外部装置等から画像データを光走査情報として取得し、所定の処理により画像データから制御信号を生成して駆動信号出力部31に出力する。   The control unit 30 is realized by, for example, the CPU 20 and the FPGA 23, and acquires optical scanning information from an external device, converts the optical scanning information into a control signal, and outputs the control signal to the drive signal output unit 31. For example, the control unit 30 constitutes a control unit, acquires image data as optical scanning information from an external device or the like, generates a control signal from the image data by a predetermined process, and outputs the control signal to the drive signal output unit 31.

駆動信号出力部31は、印加手段を構成し、光源装置ドライバ25、および、光偏向器ドライバ26等により実現され、入力された制御信号に基づいて光源装置12または光偏向器13に駆動信号を出力する。駆動信号出力部31(印加手段)は、例えば、駆動信号を出力する対象ごとに設けられてもよい。   The drive signal output unit 31 constitutes an application unit and is realized by the light source device driver 25, the optical deflector driver 26, and the like, and outputs a drive signal to the light source device 12 or the optical deflector 13 based on the input control signal. Output. The drive signal output unit 31 (applying unit) may be provided for each target that outputs a drive signal, for example.

駆動信号は、光源装置12または光偏向器13の駆動を制御するための信号である。例えば、光源装置12においては、駆動信号は、光源の照射タイミングおよび照射強度を制御する駆動電圧である。また、例えば、光偏向器13においては、駆動信号は、光偏向器13の有する反射面14を可動させるタイミングおよび可動範囲を制御する駆動電圧である。なお、駆動装置11は、光源装置12および受光装置等の外部装置から光源の照射タイミングおよび受光タイミング等を取得し、これらを光偏向器13の駆動に同期するようにしてもよい。   The drive signal is a signal for controlling driving of the light source device 12 or the optical deflector 13. For example, in the light source device 12, the drive signal is a drive voltage for controlling the irradiation timing and irradiation intensity of the light source. Further, for example, in the optical deflector 13, the drive signal is a drive voltage for controlling the timing and movable range at which the reflecting surface 14 of the optical deflector 13 is movable. The driving device 11 may acquire the irradiation timing and the light receiving timing of the light source from external devices such as the light source device 12 and the light receiving device, and synchronize them with the driving of the optical deflector 13.

[光走査処理]
次に、図4を参照して、光走査システム10が被走査面15を光走査する処理について説明する。図4は、光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。
[Optical scanning processing]
Next, a process in which the optical scanning system 10 optically scans the scanned surface 15 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart of an example of processing according to the optical scanning system.

ステップS11において、制御部30は、外部装置等から光走査情報を取得する。ステップS12において、制御部30は、取得した光走査情報から制御信号を生成し、制御信号を駆動信号出力部31に出力する。ステップS13において、駆動信号出力部31は、入力された制御信号に基づいて駆動信号を光源装置12および光偏向器13に出力する。ステップS14において、光源装置12は、入力された駆動信号に基づいて光照射を行う。また、光偏向器13は、入力された駆動信号に基づいて反射面14の可動を行う。光源装置12および光偏向器13の駆動により、任意の方向に光が偏向され、光走査される。   In step S11, the control unit 30 acquires optical scanning information from an external device or the like. In step S <b> 12, the control unit 30 generates a control signal from the acquired optical scanning information, and outputs the control signal to the drive signal output unit 31. In step S <b> 13, the drive signal output unit 31 outputs a drive signal to the light source device 12 and the optical deflector 13 based on the input control signal. In step S <b> 14, the light source device 12 performs light irradiation based on the input drive signal. The optical deflector 13 moves the reflecting surface 14 based on the input drive signal. By driving the light source device 12 and the optical deflector 13, light is deflected in an arbitrary direction and optically scanned.

なお、光走査システム10では、1つの駆動装置11が光源装置12および光偏向器13を制御する装置および機能を有しているが、光源装置12用の駆動装置および光偏向器13用の駆動装置と、別体に設けてもよい。   In the optical scanning system 10, one drive device 11 has a device and a function for controlling the light source device 12 and the optical deflector 13. However, the drive device for the light source device 12 and the drive for the optical deflector 13 are used. It may be provided separately from the device.

また、光走査システム10では、1つの駆動装置11に光源装置12および光偏向器13の制御部30の機能および駆動信号出力部31の機能を設けているが、これらの機能は別体として存在していてもよい。例えば制御部30を有した駆動装置11とは別に駆動信号出力部31を有した駆動信号出力装置を設ける構成としてもよい。なお、光走査システム10のうち、反射面14を有した光偏向器13と駆動装置11により、光偏向を行う光偏向システムを構成してもよい。   In the optical scanning system 10, the function of the control unit 30 and the function of the drive signal output unit 31 of the light source device 12 and the optical deflector 13 are provided in one drive device 11, but these functions exist separately. You may do it. For example, a drive signal output device having a drive signal output unit 31 may be provided separately from the drive device 11 having the control unit 30. In the optical scanning system 10, an optical deflection system that performs optical deflection may be configured by the optical deflector 13 having the reflecting surface 14 and the driving device 11.

[画像投影装置]
次に、図5および図6を参照して、本実施形態の駆動装置11を適用した画像投影装置について詳細に説明する。図5は、画像投影装置の一例であるヘッドアップディスプレイ装置500を搭載した自動車400の一例を示す概略図である。また、図6はヘッドアップディスプレイ装置500の一例を示す概略図である。
[Image projection device]
Next, with reference to FIG. 5 and FIG. 6, an image projection apparatus to which the drive device 11 of the present embodiment is applied will be described in detail. FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of an automobile 400 equipped with a head-up display device 500 that is an example of an image projection device. FIG. 6 is a schematic view showing an example of the head-up display device 500.

画像投影装置は、光走査により画像を投影する装置であり、例えばヘッドアップディスプレイ装置500である。図5に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置500は、例えば、自動車400のウインドシールド(フロントガラス401等)の付近に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置500から発せられる投射光Lがフロントガラス401で反射され、ユーザーである観察者(運転者402)に向かう。   The image projection device is a device that projects an image by optical scanning, for example, a head-up display device 500. As shown in FIG. 5, the head-up display device 500 is installed, for example, in the vicinity of a windshield (a windshield 401 or the like) of the automobile 400. The projection light L emitted from the head-up display device 500 is reflected by the windshield 401 and travels toward the observer (driver 402) who is the user.

これにより、運転者402は、ヘッドアップディスプレイ装置500によって投影された画像等を虚像として視認することができる。なお、ウインドシールドの内壁面にコンバイナを設置し、コンバイナによって反射する投射光によってユーザーに虚像を視認させる構成にしてもよい。   Accordingly, the driver 402 can visually recognize an image or the like projected by the head-up display device 500 as a virtual image. In addition, you may make it the structure which installs a combiner in the inner wall face of a windshield, and makes a user visually recognize a virtual image with the projection light reflected by a combiner.

図6に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置500では、赤色、緑色、青色のレーザ光源501R、501G、501Bからレーザ光が出射される。出射されたレーザ光は、各レーザ光源に対して設けられるコリメータレンズ502、503、504と、2つのダイクロイックミラー505、506と、光量調整部507と、から構成される入射光学系を経た後、反射面14を有する光偏向器13にて偏向される。   As shown in FIG. 6, in the head-up display device 500, laser light is emitted from red, green, and blue laser light sources 501R, 501G, and 501B. The emitted laser light passes through an incident optical system including collimator lenses 502, 503, and 504 provided for each laser light source, two dichroic mirrors 505 and 506, and a light amount adjustment unit 507. The light is deflected by an optical deflector 13 having a reflecting surface 14.

そして、偏向されたレーザ光は、自由曲面ミラー509と、中間スクリーン510と、投射ミラー511とから構成される投射光学系を経て、スクリーンに投影される。   The deflected laser light is projected onto a screen through a projection optical system including a free-form surface mirror 509, an intermediate screen 510, and a projection mirror 511.

なお、ヘッドアップディスプレイ装置500では、レーザ光源501R、501G、501B、コリメータレンズ502、503、504、ダイクロイックミラー505、506は、光源ユニット530として光学ハウジングによってユニット化されている。   In the head-up display device 500, the laser light sources 501R, 501G, and 501B, the collimator lenses 502, 503, and 504 and the dichroic mirrors 505 and 506 are unitized as an optical housing as a light source unit 530.

ヘッドアップディスプレイ装置500は、中間スクリーン510に表示される中間像を自動車400のフロントガラス401に投射することで、その中間像を運転者402に虚像として視認させる。   The head-up display device 500 projects the intermediate image displayed on the intermediate screen 510 onto the windshield 401 of the automobile 400 so that the driver 402 can visually recognize the intermediate image as a virtual image.

レーザ光源501R、501G、501Bから発せられる各色レーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ502、503、504で略平行光とされ、2つのダイクロイックミラー505、506により合成される。合成されたレーザ光は、光量調整部507で光量が調整された後、反射面14を有する光偏向器13によって二次元走査される。光偏向器13で二次元走査された投射光Lは、自由曲面ミラー509で反射されて歪みを補正された後、中間スクリーン510に集光され、中間像を表示する。中間スクリーン510は、マイクロレンズが二次元配置されたマイクロレンズアレイで構成されており、中間スクリーン510に入射してくる投射光Lをマイクロレンズ単位で拡大する。   The respective color laser beams emitted from the laser light sources 501R, 501G, and 501B are substantially collimated by the collimator lenses 502, 503, and 504, and are combined by the two dichroic mirrors 505 and 506. The combined laser light is two-dimensionally scanned by the optical deflector 13 having the reflecting surface 14 after the light amount is adjusted by the light amount adjusting unit 507. The projection light L that has been two-dimensionally scanned by the optical deflector 13 is reflected by the free-form surface mirror 509, corrected for distortion, and then condensed on the intermediate screen 510 to display an intermediate image. The intermediate screen 510 includes a microlens array in which microlenses are two-dimensionally arranged, and enlarges the projection light L incident on the intermediate screen 510 in units of microlenses.

光偏向器13は、反射面14を2軸方向に往復可動させ、反射面14に入射する投射光Lを二次元走査する。この光偏向器13の駆動制御は、レーザ光源501R、501G、501Bの発光タイミングに同期して行われる。   The optical deflector 13 reciprocally moves the reflecting surface 14 in the biaxial direction, and two-dimensionally scans the projection light L incident on the reflecting surface 14. The drive control of the optical deflector 13 is performed in synchronization with the light emission timings of the laser light sources 501R, 501G, and 501B.

以上、画像投影装置の一例としてのヘッドアップディスプレイ装置500の説明をしたが、画像投影装置は、反射面14を有した光偏向器13により光走査を行うことで画像を投影する装置であればよい。   The head-up display device 500 as an example of the image projection device has been described above. However, the image projection device is any device that projects an image by performing optical scanning with the optical deflector 13 having the reflective surface 14. Good.

例えば、机等に置かれ、表示スクリーン上に画像を投影するプロジェクタや、観測者の頭部等に装着される装着部材に搭載され、装着部材が有する反射透過スクリーンに投影、または眼球をスクリーンとして画像を投影するヘッドマウントディスプレイ装置等にも、同様に適用することができる。   For example, it is mounted on a projector that is placed on a desk or the like and projects an image on a display screen, or a mounting member that is mounted on an observer's head or the like, and is projected on a reflective transmission screen that the mounting member has, or an eyeball as a screen The present invention can be similarly applied to a head-mounted display device that projects an image.

また、画像投影装置は、車両や装着部材だけでなく、例えば、航空機、船舶、移動式ロボット等の移動体、および、その場から移動せずにマニピュレータ等の駆動対象を操作する作業ロボットなどの非移動体に搭載されてもよい。   The image projection apparatus is not only a vehicle or a mounting member, but also, for example, a moving body such as an aircraft, a ship, and a mobile robot, and a work robot that operates a driving target such as a manipulator without moving from the spot. It may be mounted on a non-moving body.

[光書込装置]
次に、図7および図8を参照して、本実施形態の駆動装置11を適用した光書込装置について詳細に説明する。図7は、光書込装置600を組み込んだ画像形成装置の一例である。また、図8は、光書込装置の一例を示す概略図である。
[Optical writing device]
Next, with reference to FIG. 7 and FIG. 8, an optical writing device to which the driving device 11 of this embodiment is applied will be described in detail. FIG. 7 is an example of an image forming apparatus incorporating the optical writing device 600. FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of an optical writing device.

図7に示すように、光書込装置600は、レーザ光によるプリンタ機能を有するレーザプリンタ650等に代表される画像形成装置の構成部材として使用される。画像形成装置において光書込装置600は、1本または複数本のレーザビームで被走査面15である感光体ドラムを光走査することにより、感光体ドラムに光書込を行う。   As shown in FIG. 7, the optical writing device 600 is used as a constituent member of an image forming apparatus represented by a laser printer 650 having a printer function using laser light. In the image forming apparatus, the optical writing device 600 performs optical writing on the photosensitive drum by optically scanning the photosensitive drum which is the surface to be scanned 15 with one or a plurality of laser beams.

図8に示すように、光書込装置600において、レーザ素子などの光源装置12からのレーザ光は、コリメータレンズなどの結像光学系601を経た後、反射面14を有する光偏向器13により1軸方向または2軸方向に偏向される。   As shown in FIG. 8, in the optical writing device 600, the laser light from the light source device 12 such as a laser element passes through an imaging optical system 601 such as a collimator lens, and is then transmitted by the optical deflector 13 having the reflecting surface 14. Deflection is performed in one or two axial directions.

そして、光偏向器13で偏向されたレーザ光は、その後、第1レンズ602aと第2レンズ602b、反射ミラー部602cからなる走査光学系602を経て、被走査面15(例えば感光体ドラムや感光紙)に照射し、光書込みを行う。走査光学系602は、被走査面15にスポット状に光ビームを結像する。   Then, the laser beam deflected by the optical deflector 13 passes through the scanning optical system 602 including the first lens 602a, the second lens 602b, and the reflection mirror unit 602c, and then the scanned surface 15 (for example, a photosensitive drum or a photosensitive drum). (Paper) and write optically. The scanning optical system 602 forms a light beam in a spot shape on the scanned surface 15.

また、光源装置12、および、反射面14を有する光偏向器13は、駆動装置11の制御に基づき駆動する。   The light source device 12 and the optical deflector 13 having the reflecting surface 14 are driven based on the control of the driving device 11.

このように光書込装置600は、レーザ光によるプリンタ機能を有する画像形成装置の構成部材として使用することができる。また、走査光学系を異ならせて1軸方向だけでなく2軸方向に光走査可能にすることで、レーザ光をサーマルメディアに偏向して光走査し、加熱することで印字するレーザラベル装置等の画像形成装置の構成部材として使用することができる。   As described above, the optical writing device 600 can be used as a constituent member of an image forming apparatus having a printer function using laser light. Also, by making the scanning optical system different so that optical scanning is possible not only in one axis direction but also in two axis directions, a laser label device that performs printing by deflecting laser light to a thermal medium, optical scanning, and heating. It can be used as a component of the image forming apparatus.

光書込装置600に適用される反射面14を有した光偏向器13は、ポリゴンミラー等を用いた回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、光書込装置600の省電力化に有利である。また、光偏向器13の振動時における風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、光書込装置600の静粛性の改善に有利である。光書込装置600は回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また光偏向器13の発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、よって画像形成装置の小型化に有利である。   Since the optical deflector 13 having the reflecting surface 14 applied to the optical writing device 600 consumes less power for driving than a rotary polygon mirror using a polygon mirror or the like, power saving of the optical writing device 600 is achieved. It is advantageous to make. Further, since the wind noise during vibration of the optical deflector 13 is smaller than that of the rotary polygon mirror, it is advantageous for improving the quietness of the optical writing device 600. The optical writing device 600 requires much less installation space than the rotary polygon mirror, and the optical deflector 13 generates only a small amount of heat. Therefore, the optical writing device 600 can be easily downsized, and thus the image forming apparatus can be downsized. It is advantageous.

[物体認識装置]
次に、図9および図10を参照して、本実施形態の駆動装置11を適用した物体認識装置について詳細に説明する。図9は、物体認識装置の一例であるレーザレーダ装置を搭載した自動車の概略図である。また、図10はレーザレーダ装置の一例を示す概略図である。物体認識装置は、対象方向の物体を認識する装置であり、例えばレーザレーダ装置である。
[Object recognition device]
Next, with reference to FIG. 9 and FIG. 10, the object recognition apparatus to which the drive device 11 of this embodiment is applied will be described in detail. FIG. 9 is a schematic diagram of an automobile equipped with a laser radar device which is an example of an object recognition device. FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of a laser radar device. The object recognition device is a device that recognizes an object in a target direction, for example, a laser radar device.

図9に示すように、レーザレーダ装置700は、例えば自動車701に搭載され、対象方向を光走査して、対象方向に存在する被対象物702からの反射光を受光することで、被対象物702を認識する。   As shown in FIG. 9, a laser radar device 700 is mounted on, for example, an automobile 701, optically scans the target direction, and receives reflected light from the target object 702 existing in the target direction, thereby receiving the target object. 702 is recognized.

図10に示すように、光源装置12から出射されたレーザ光は、発散光を略平行光とする光学系であるコリメートレンズ703と、平面ミラー704とから構成される入射光学系を経て、反射面14を有する光偏向器13で1軸もしくは2軸方向に走査される。   As shown in FIG. 10, the laser light emitted from the light source device 12 is reflected through an incident optical system including a collimating lens 703 that is an optical system that makes diverging light substantially parallel light, and a plane mirror 704. Scanning is performed in one or two axial directions by an optical deflector 13 having a surface 14.

そしてレーザ光は、投光光学系である投光レンズ705等を経て装置前方の被対象物702に照射される。光源装置12および光偏向器13は、駆動装置11により駆動を制御される。被対象物702で反射された反射光は、光検出器709により光検出される。すなわち、反射光は受光光学系である集光レンズ706等を経て撮像素子707により受光され、撮像素子707は検出信号を信号処理回路708に出力する。信号処理回路708は、入力された検出信号に2値化やノイズ処理等の所定の処理を行い、結果を測距回路710に出力する。   Then, the laser light is irradiated onto the object 702 in front of the apparatus through a light projecting lens 705 that is a light projecting optical system. Driving of the light source device 12 and the optical deflector 13 is controlled by the driving device 11. The reflected light reflected by the object 702 is detected by the photodetector 709. That is, the reflected light is received by the image sensor 707 via the condenser lens 706 that is a light receiving optical system, and the image sensor 707 outputs a detection signal to the signal processing circuit 708. The signal processing circuit 708 performs predetermined processing such as binarization and noise processing on the input detection signal, and outputs the result to the distance measurement circuit 710.

測距回路710は、光源装置12がレーザ光を発光したタイミングと、光検出器709でレーザ光を受光したタイミングとの時間差、または、受光した撮像素子707の画素ごとの位相差によって、被対象物702の有無を認識し、さらに被対象物702との距離情報を算出する。   The distance measuring circuit 710 determines whether the light source device 12 emits a laser beam and the timing at which the photodetector 709 receives the laser beam, or the phase difference of each pixel of the received image sensor 707. The presence or absence of the object 702 is recognized, and further distance information with respect to the object 702 is calculated.

反射面14を有する光偏向器13は多面鏡に比べて破損しづらく、小型であるため、耐久性の高い小型のレーダ装置を提供することができる。   Since the optical deflector 13 having the reflecting surface 14 is less likely to be damaged than a polygonal mirror and is small in size, it is possible to provide a small and highly durable radar device.

このようなレーザレーダ装置700は、例えば車両、航空機、船舶、および、ロボット等に取り付けられ、所定範囲を光走査して障害物の有無や障害物までの距離を認識することができる。   Such a laser radar device 700 is attached to, for example, a vehicle, an aircraft, a ship, a robot, and the like, and can optically scan a predetermined range to recognize the presence or absence of an obstacle and the distance to the obstacle.

物体認識装置の一例としてレーザレーダ装置700を説明したが、物体認識装置は、反射面14を有した光偏向器13を駆動装置11で制御することにより光走査を行い、光検出器709により反射光を受光することで被対象物702を認識する装置であればよく、上述した例に限定されるものではない。   Although the laser radar device 700 has been described as an example of the object recognition device, the object recognition device performs optical scanning by controlling the optical deflector 13 having the reflection surface 14 with the driving device 11 and reflects the light by the photodetector 709. Any device that recognizes the object 702 by receiving light may be used, and is not limited to the above-described example.

例えば、手や顔を光走査して得た距離情報から形状等の物体情報を算出し、記録と参照することで対象物を認識する生体認証装置、対象範囲への光走査により侵入物を認識するセキュリティセンサ、および、光走査により得た距離情報から形状等の物体情報を算出して認識し、3次元データとして出力する3次元スキャナ、の構成部材などにも同様に適用することができる。   For example, a biometric authentication device that recognizes an object by calculating object information such as a shape from distance information obtained by optically scanning a hand or face and referring to the record, and recognizes an intruder by optical scanning of the target range The present invention can be applied in the same manner to a security sensor and a component of a three-dimensional scanner that calculates and recognizes object information such as a shape from distance information obtained by optical scanning and outputs it as three-dimensional data.

[パッケージング]
次に、図11を参照して、本実施形態の駆動装置11により制御される光偏向器13のパッケージングについて説明する。図11は、パッケージングされた光偏向器の一例を示す概略図である。
[Packaging]
Next, with reference to FIG. 11, the packaging of the optical deflector 13 controlled by the driving device 11 of the present embodiment will be described. FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an example of a packaged optical deflector.

図11に示すように、光偏向器13は、パッケージ部材801の内側に配置される取付部材802に取り付けられ、パッケージ部材の一部を透過部材803で覆われて、密閉されることでパッケージングされる。さらに、パッケージ内は窒素等の不活性ガスが密封されている。これにより、光偏向器13の酸化による劣化が抑制され、さらに温度等の環境の変化に対する耐久性が向上する。   As shown in FIG. 11, the optical deflector 13 is attached to an attachment member 802 disposed inside the package member 801, and a part of the package member is covered with a transmission member 803 and sealed to achieve packaging. Is done. Further, an inert gas such as nitrogen is sealed in the package. As a result, deterioration of the optical deflector 13 due to oxidation is suppressed, and durability against changes in the environment such as temperature is improved.

次に、以上に説明した光偏向システム、光走査システム、画像投射装置、光書込装置、および、物体認識装置に使用される光偏向器13の詳細および本実施形態の駆動装置11による制御の詳細について説明する。なお図1〜図11の構成は、後述する第2〜第3の実施形態の光偏向器にも適用できる。   Next, details of the optical deflector 13 used in the optical deflection system, the optical scanning system, the image projection apparatus, the optical writing apparatus, and the object recognition apparatus described above and the control by the driving apparatus 11 of the present embodiment. Details will be described. 1 to 11 can also be applied to optical deflectors of second to third embodiments described later.

[光偏向器の詳細]
まず、図12、図13、図14を参照して、光偏向器13について詳細に説明する。図12は、2軸方向に光偏向可能な片持ちタイプの光偏向器13の平面図である。図13は、図12のP−P’断面図である。図14は図12のQ−Q’断面図である。
[Details of optical deflector]
First, the optical deflector 13 will be described in detail with reference to FIG. 12, FIG. 13, and FIG. FIG. 12 is a plan view of a cantilever type optical deflector 13 capable of deflecting light in two axial directions. 13 is a cross-sectional view taken along the line PP ′ of FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the line QQ ′ of FIG.

図12に示すように、光偏向器13は、ミラー部101と、第1駆動部110a、110bと、支持部材としての可動枠120と、第2駆動部130a、130bと、支持部材としての固定枠140と、電極接続部150と、を有する。ミラー部101は、入射した光を反射する。第1駆動部110a、110bは、ミラー部101に接続され、ミラー部101をY軸に平行な第1軸周りに駆動(共振駆動)する。可動枠120は、ミラー部101および第1駆動部110a、110bを支持する。第2駆動部130a、130bは、可動枠120に接続され、ミラー部101および可動枠120をX軸に平行な第2軸周りに駆動(共振[ノコギリ波]駆動)する。固定枠140は、第2駆動部130a、130bを支持する。電極接続部150は、第1駆動部110a、110b、第2駆動部130a、130bおよび駆動装置11に電気的に接続される。   As shown in FIG. 12, the optical deflector 13 includes a mirror unit 101, first drive units 110a and 110b, a movable frame 120 as a support member, second drive units 130a and 130b, and a fixed support member. It has a frame 140 and an electrode connection part 150. The mirror unit 101 reflects incident light. The first drive units 110a and 110b are connected to the mirror unit 101 and drive (resonance drive) the mirror unit 101 around a first axis parallel to the Y axis. The movable frame 120 supports the mirror unit 101 and the first drive units 110a and 110b. The second drive units 130a and 130b are connected to the movable frame 120, and drive the mirror unit 101 and the movable frame 120 around a second axis parallel to the X axis (resonance [sawtooth wave] drive). The fixed frame 140 supports the second driving units 130a and 130b. The electrode connection unit 150 is electrically connected to the first driving units 110 a and 110 b, the second driving units 130 a and 130 b, and the driving device 11.

光偏向器13は、例えば、1枚のSOI(Silicon On Insulator)基板に対するエッチング処理等により成形される。成形された基板上に反射面14、第1圧電駆動部112a、112b、第2圧電駆動部131a〜131f、132a〜132f、および、電極接続部150等を形成することで、各構成部が一体的に形成されている。なお、各構成部の形成は、SOI基板の成形後に行ってもよいし、SOI基板の成形中に行ってもよい。   The optical deflector 13 is formed, for example, by an etching process or the like on one SOI (Silicon On Insulator) substrate. By forming the reflecting surface 14, the first piezoelectric drive units 112a and 112b, the second piezoelectric drive units 131a to 131f, 132a to 132f, the electrode connection unit 150, and the like on the molded substrate, the respective components are integrated. Is formed. Note that each component may be formed after the SOI substrate is formed or during the formation of the SOI substrate.

SOI基板は、単結晶シリコン(Si)からなる第1のシリコン層の上に酸化シリコン層162が設けられ、その酸化シリコン層162の上にさらに単結晶シリコンからなる第2のシリコン層が設けられている基板である。以降、第1のシリコン層をシリコン支持層161、第2のシリコン層をシリコン活性層163とする。   In the SOI substrate, a silicon oxide layer 162 is provided on a first silicon layer made of single crystal silicon (Si), and a second silicon layer made of single crystal silicon is further provided on the silicon oxide layer 162. It is a substrate. Hereinafter, the first silicon layer is referred to as a silicon support layer 161, and the second silicon layer is referred to as a silicon active layer 163.

シリコン活性層163は、X軸方向またはY軸方向に対してZ軸方向への厚みが小さいため、シリコン活性層163のみで構成された部材は、弾性を有する弾性部としての機能を備える。   Since the silicon active layer 163 has a smaller thickness in the Z-axis direction with respect to the X-axis direction or the Y-axis direction, a member formed only of the silicon active layer 163 has a function as an elastic part having elasticity.

ミラー部101は、例えば、円形状のミラー部基体102と、ミラー部基体102の+Z側の面上に形成された反射面14とから構成される。ミラー部基体102は、例えば、シリコン活性層163から構成される。反射面14は、例えば、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜で構成される。   The mirror unit 101 includes, for example, a circular mirror unit base 102 and a reflective surface 14 formed on the + Z side surface of the mirror unit base 102. The mirror part base | substrate 102 is comprised from the silicon | silicone active layer 163, for example. The reflecting surface 14 is made of a metal thin film containing, for example, aluminum, gold, silver or the like.

また、ミラー部101は、ミラー部基体102の−Z側の面に補強用のリブが形成されていてもよい。リブは、例えば、シリコン支持層161および酸化シリコン層162から構成され、可動によって生じる反射面14の歪みを抑制することができる。   Further, the mirror portion 101 may have reinforcing ribs formed on the surface of the mirror portion base 102 on the −Z side. The rib is composed of, for example, a silicon support layer 161 and a silicon oxide layer 162, and can suppress distortion of the reflecting surface 14 caused by movement.

第1駆動部110a、110bは、2つのトーションバー111a、111bと、第1圧電駆動部112a、112bとを有する。トーションバー111a、111bは、ミラー部基体102に一端が接続し、第1軸方向にそれぞれ延びてミラー部101を可動可能に支持する。第1圧電駆動部112a、112bは、一端がトーションバー111a、111bに接続され、他端が可動枠120の内周部に接続される。   The first drive units 110a and 110b include two torsion bars 111a and 111b and first piezoelectric drive units 112a and 112b. The torsion bars 111a and 111b have one ends connected to the mirror base 102 and extend in the first axial direction to support the mirror 101 movably. The first piezoelectric drive units 112 a and 112 b have one end connected to the torsion bars 111 a and 111 b and the other end connected to the inner peripheral part of the movable frame 120.

図13(P−P’断面図)に示すように、トーションバー111a、111bはシリコン活性層163から構成される。また、第1圧電駆動部112a、112bは、弾性部であるシリコン活性層163の+Z側の面上に下部電極201、圧電部202、上部電極203の順に形成されて構成される。   As shown in FIG. 13 (P-P ′ cross-sectional view), the torsion bars 111 a and 111 b are composed of a silicon active layer 163. The first piezoelectric driving units 112a and 112b are configured by forming a lower electrode 201, a piezoelectric unit 202, and an upper electrode 203 in this order on the surface of the silicon active layer 163 that is an elastic part on the + Z side.

上部電極203および下部電極201は、例えば金(Au)または白金(Pt)等から構成される。圧電部202は、例えば、圧電材料であるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる。   The upper electrode 203 and the lower electrode 201 are made of, for example, gold (Au) or platinum (Pt). The piezoelectric portion 202 is made of, for example, PZT (lead zirconate titanate) that is a piezoelectric material.

図12に戻り、可動枠120は、例えば、シリコン支持層161、酸化シリコン層162、および、シリコン活性層163から構成され、ミラー部101を囲うように形成された矩形形状の支持体である。   Returning to FIG. 12, the movable frame 120 is, for example, a rectangular support formed of a silicon support layer 161, a silicon oxide layer 162, and a silicon active layer 163 so as to surround the mirror unit 101.

第2駆動部130a、130bは、例えば、折り返すように連結された複数の第2圧電駆動部131a〜131f、132a〜132fから構成されている。第2駆動部130a、130bの一端は可動枠120の外周部に接続され、他端は固定枠140の内周部に接続されている。   The second drive units 130a and 130b are constituted by, for example, a plurality of second piezoelectric drive units 131a to 131f and 132a to 132f connected so as to be folded back. One end of each of the second drive units 130 a and 130 b is connected to the outer peripheral part of the movable frame 120, and the other end is connected to the inner peripheral part of the fixed frame 140.

このとき、第2駆動部130aと可動枠120の接続箇所および第2駆動部130bと可動枠120の接続箇所、さらに第2駆動部130aと固定枠140の接続箇所および第2駆動部130bと固定枠140の接続箇所は、反射面14の中心に対して点対称となっている。   At this time, the connection location between the second drive unit 130a and the movable frame 120, the connection location between the second drive unit 130b and the movable frame 120, the connection location between the second drive unit 130a and the fixed frame 140, and the second drive unit 130b are fixed. The connection location of the frame 140 is point-symmetric with respect to the center of the reflection surface 14.

図14(Q−Q’断面図)に示すように、第2駆動部130a、130bは、弾性部であるシリコン活性層163の+Z側の面上に下部電極201、圧電部202、上部電極203の順に形成されて構成される。上部電極203および下部電極201は、例えば金(Au)または白金(Pt)等から構成される。圧電部202は、例えば、圧電材料であるPZTからなる。   As shown in FIG. 14 (QQ ′ cross-sectional view), the second driving units 130a and 130b have a lower electrode 201, a piezoelectric unit 202, and an upper electrode 203 on the surface on the + Z side of the silicon active layer 163 that is an elastic unit. It is formed and configured in this order. The upper electrode 203 and the lower electrode 201 are made of, for example, gold (Au) or platinum (Pt). The piezoelectric unit 202 is made of, for example, PZT that is a piezoelectric material.

図12に戻り、固定枠140は、例えば、シリコン支持層161、酸化シリコン層162、シリコン活性層163から構成され、ミラー部101、第1駆動部110a、110b、可動枠120および第2駆動部130a、130bを囲うように形成された矩形の支持体である。   Returning to FIG. 12, the fixed frame 140 includes, for example, a silicon support layer 161, a silicon oxide layer 162, and a silicon active layer 163. The mirror unit 101, the first driving units 110a and 110b, the movable frame 120, and the second driving unit. It is a rectangular support formed so as to surround 130a and 130b.

図12、および、図12のQ−Q’断面図(図14)に示すように、固定枠140ではシリコン活性層163に穴が形成されており、酸化シリコン層162、および、シリコン支持層161に対して段差パターン1201が形成されている。これによってシリコン活性層163の厚さを正確に測定することが可能である。図12に示す段差パターン1201は一例でありこれに限られるものではない。例えば、側面が第2のシリコン層であり、底面が第1のシリコン層である凹部となるような段差パターンを用いてもよい。   As shown in FIG. 12 and the QQ ′ cross-sectional view of FIG. 12 (FIG. 14), holes are formed in the silicon active layer 163 in the fixed frame 140, and the silicon oxide layer 162 and the silicon support layer 161 are formed. In contrast, a step pattern 1201 is formed. As a result, the thickness of the silicon active layer 163 can be accurately measured. The step pattern 1201 shown in FIG. 12 is an example, and the present invention is not limited to this. For example, a step pattern in which a side surface is a second silicon layer and a bottom surface is a first silicon layer may be used.

電極接続部150は、例えば、固定枠140の+Z側の面上に形成され、第1圧電駆動部112a、112b、第2圧電駆動部131a〜131fの各上部電極203および各下部電極201、並びに、駆動装置11に、アルミニウム(Al)等の電極配線を介して電気的に接続されている。   The electrode connection unit 150 is formed, for example, on the surface of the fixed frame 140 on the + Z side, and the upper electrodes 203 and the lower electrodes 201 of the first piezoelectric driving units 112a and 112b and the second piezoelectric driving units 131a to 131f, and The drive device 11 is electrically connected to the drive device 11 through an electrode wiring such as aluminum (Al).

なお、上部電極203または下部電極201は、それぞれが電極接続部150と直接接続されていてもよいし、電極同士を接続する等により間接的に接続されていてもよい。   Each of the upper electrode 203 or the lower electrode 201 may be directly connected to the electrode connecting portion 150 or may be indirectly connected by connecting the electrodes to each other.

なお、本実施形態では、圧電部202が弾性部であるシリコン活性層163の一面(+Z側の面)のみに形成された場合を一例として説明した。圧電部202は、弾性部の他の面(例えば−Z側の面)に設けても良いし、弾性部の一面および他面の双方に設けても良い。   In the present embodiment, the case where the piezoelectric portion 202 is formed only on one surface (the surface on the + Z side) of the silicon active layer 163 that is an elastic portion has been described as an example. The piezoelectric portion 202 may be provided on the other surface of the elastic portion (for example, the surface on the −Z side), or may be provided on both one surface and the other surface of the elastic portion.

また、ミラー部101を第1軸周りまたは第2軸周りに駆動可能であれば、各構成部の形状は実施形態の形状に限定されない。例えば、トーションバー111a、111bおよび第1圧電駆動部112a、112bが曲率を有した形状を有していてもよい。   In addition, as long as the mirror unit 101 can be driven around the first axis or the second axis, the shape of each component is not limited to the shape of the embodiment. For example, the torsion bars 111a and 111b and the first piezoelectric drive units 112a and 112b may have a curved shape.

さらに、第1駆動部110a、110bの上部電極203の+Z側の面上、可動枠120の+Z側の面上、第2駆動部130a、130bの上部電極203の+Z側の面上、および、固定枠140の+Z側の面上、の少なくともいずれかに酸化シリコン膜からなる絶縁層が形成されていてもよい。   Furthermore, on the + Z side surface of the upper electrode 203 of the first drive units 110a and 110b, on the + Z side surface of the movable frame 120, on the + Z side surface of the upper electrode 203 of the second drive units 130a and 130b, and An insulating layer made of a silicon oxide film may be formed on at least one of the surfaces of the fixed frame 140 on the + Z side.

このとき、絶縁層の上に電極配線を設け、また、上部電極203または下部電極201と電極配線とが接続される接続スポットに、開口部として部分的に絶縁層を除去または絶縁層を形成しないことにより、第1駆動部110a、110b、第2駆動部130a、130bおよび電極配線の設計自由度をあげ、さらに電極同士の接触による短絡を抑制することができる。なお、絶縁層は絶縁性を有する部材であればよく、また、反射防止材としての機能を備えさせてもよい。   At this time, an electrode wiring is provided on the insulating layer, and the insulating layer is not partially removed or formed as an opening at a connection spot where the upper electrode 203 or the lower electrode 201 and the electrode wiring are connected. This increases the degree of freedom in designing the first drive units 110a and 110b, the second drive units 130a and 130b, and the electrode wiring, and can further suppress a short circuit due to contact between the electrodes. The insulating layer may be any member having an insulating property, and may have a function as an antireflection material.

[駆動装置の制御の詳細]
次に、光偏向器13の第1駆動部110a、110bおよび第2駆動部130a、130bを駆動させる駆動装置11の制御の詳細について説明する。
[Details of control of drive unit]
Next, details of control of the driving device 11 that drives the first driving units 110a and 110b and the second driving units 130a and 130b of the optical deflector 13 will be described.

第1駆動部110a、110b、および、第2駆動部130a、130bが有する圧電部202は、分極方向に電圧が印加されると印加電圧の電位に比例した変形が生じ、いわゆる逆圧電効果を発揮する。圧電部202はシリコン活性層163の片側にのみ固着されたユニモルフ構造になっている。圧電部202が伸縮するのに対し、シリコン活性層163は変形しないため、電圧印加によって第1駆動部110a、110b、および、第2駆動部130a、130bに反り変形が生じる。このように逆圧電効果を利用してミラー部101を可動させる。   When the voltage is applied in the polarization direction, the piezoelectric parts 202 included in the first driving parts 110a and 110b and the second driving parts 130a and 130b are deformed in proportion to the potential of the applied voltage, and exhibit a so-called reverse piezoelectric effect. To do. The piezoelectric part 202 has a unimorph structure fixed only to one side of the silicon active layer 163. While the piezoelectric portion 202 expands and contracts, the silicon active layer 163 does not deform, so that warping deformation occurs in the first driving portions 110a and 110b and the second driving portions 130a and 130b due to voltage application. In this way, the mirror unit 101 is moved using the inverse piezoelectric effect.

このとき、ミラー部101の反射面14に入射した光束が偏向される角度を振れ角とよぶ。圧電部202に電圧を印加していないときの振れ角をゼロとし、その角度よりも偏向角度が大きい場合を正の振れ角、小さい場合を負の振れ角とする。   At this time, the angle at which the light beam incident on the reflecting surface 14 of the mirror unit 101 is deflected is called a deflection angle. The deflection angle when no voltage is applied to the piezoelectric portion 202 is zero, and the deflection angle larger than that angle is defined as a positive deflection angle, and the deflection angle is defined as a negative deflection angle.

まず、第1駆動部110a、110bを駆動させる駆動装置11の制御について説明する。第1駆動部110a、110bでは、第1圧電駆動部112a、112bが有する圧電部202に、上部電極203および下部電極201を介して駆動電圧が並列に印加されると、それぞれの圧電部202が変形する。この圧電部202の変形による作用により、第1圧電駆動部112a、112bが屈曲変形する。   First, control of the drive device 11 that drives the first drive units 110a and 110b will be described. In the first driving units 110a and 110b, when a driving voltage is applied in parallel to the piezoelectric units 202 included in the first piezoelectric driving units 112a and 112b via the upper electrode 203 and the lower electrode 201, the respective piezoelectric units 202 are connected. Deform. Due to the action of the deformation of the piezoelectric portion 202, the first piezoelectric driving portions 112a and 112b are bent and deformed.

その結果、2つのトーションバー111a、111bのねじれを介してミラー部101に第1軸周りの駆動力が作用し、ミラー部101が第1軸周りに可動する。第1駆動部110a、110bに印加される駆動電圧は、駆動装置11によって制御される。   As a result, the driving force around the first axis acts on the mirror portion 101 via the twist of the two torsion bars 111a and 111b, and the mirror portion 101 moves around the first axis. The driving voltage applied to the first driving units 110 a and 110 b is controlled by the driving device 11.

そこで、駆動装置11によって、第1駆動部110a、110bが有する第1圧電駆動部112a、112bに所定の正弦波形の駆動電圧を並行して印加することで、ミラー部101を、第1軸周りに所定の正弦波形の駆動電圧の周期で可動させることができる。   Therefore, the drive unit 11 applies the drive voltage having a predetermined sine waveform in parallel to the first piezoelectric drive units 112a and 112b included in the first drive units 110a and 110b, so that the mirror unit 101 is moved around the first axis. Can be moved at a period of a drive voltage having a predetermined sine waveform.

特に、例えば、正弦波形電圧の周波数がトーションバー111a、111bの共振周波数と同程度である約20kHzに設定された場合、トーションバー111a、111bのねじれによる機械的共振が生じるのを利用して、ミラー部101を約20kHzで共振振動させることができる。   In particular, for example, when the frequency of the sinusoidal waveform voltage is set to about 20 kHz, which is about the same as the resonance frequency of the torsion bars 111a and 111b, utilizing the mechanical resonance caused by the torsion of the torsion bars 111a and 111b, The mirror unit 101 can be resonantly oscillated at about 20 kHz.

ここで、シリコン材料を用いてトーションバー111a、111bのねじれの機械的共振を利用する場合、共振峰が急峻であるため、小さな電圧で非常に大きな振幅を得ることが可能である。特に高速かつ大振幅でミラーを振動させるためには共振動作が不可欠となっている。しかし、一方で、シリコン構造における機械的共振は、製造ばらつきが大きいことが大きな課題となっている。   Here, when the mechanical resonance of the torsion bars 111a and 111b is utilized using a silicon material, the resonance peak is steep, so that a very large amplitude can be obtained with a small voltage. In particular, the resonance operation is indispensable for vibrating the mirror at a high speed and a large amplitude. However, on the other hand, mechanical resonance in the silicon structure has a big problem that manufacturing variation is large.

また、図11に示すようなパッケージングされたMEMSである光偏向器13においてはミラーの共振周波数を検査するのは、取り扱いや配線の理由からパッケージング工程の後となることが多く、共振周波数が規格外であることが判明するのはパッケージング後である場合が生じる。この場合、光偏向器13だけでなくパッケージのコストが無駄になる。   Further, in the optical deflector 13 which is a packaged MEMS as shown in FIG. 11, the resonance frequency of the mirror is often inspected after the packaging process for reasons of handling and wiring. It may occur after packaging that is found to be out of specification. In this case, not only the optical deflector 13 but also the package cost is wasted.

本実施形態は、トーションねじりによる共振周波数のばらつきの要因を考え、シリコン活性層163の厚さの寄与率が非常に大きいこと(設計パラメータや工程能力にもよるがある条件では60%以上)からシリコン活性層163の厚さを管理することで、量産時の共振周波数を効率よく管理できることに着眼したものである。   In the present embodiment, the cause of the variation in resonance frequency due to torsion torsion is considered, and the contribution ratio of the thickness of the silicon active layer 163 is very large (60% or more under certain conditions depending on design parameters and process capability). By managing the thickness of the silicon active layer 163, the present inventors have focused on efficiently managing the resonance frequency during mass production.

ここで、光偏向器13の製造工程の例について説明する。図15は、光偏向器13の製造工程の例を示すフローチャートである。製造工程には、製造された光偏向器13を検査する工程(光偏向器検査方法)が含まれる。   Here, an example of a manufacturing process of the optical deflector 13 will be described. FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of a manufacturing process of the optical deflector 13. The manufacturing process includes a process of inspecting the manufactured optical deflector 13 (optical deflector inspection method).

まず、SOI基板が納入される(ステップS101)。SOI基板に対して、下部電極201、圧電部202(PZT)、および、上部電極203など膜が形成される(ステップS102)。次に、圧電部202(PZT)および電極のパタニングが実行される(ステップS103)。例えば、必要な部分の電極、圧電部202(PZT)、および、配線のパターンを残してエッチングが行われる。   First, an SOI substrate is delivered (step S101). A film such as the lower electrode 201, the piezoelectric portion 202 (PZT), and the upper electrode 203 is formed on the SOI substrate (step S102). Next, patterning of the piezoelectric part 202 (PZT) and electrodes is executed (step S103). For example, etching is performed while leaving a necessary portion of the electrode, the piezoelectric portion 202 (PZT), and a wiring pattern.

次に、シリコン活性層163の形状を残してエッチングが行われる(ステップS104)。この工程で段差パターン1201が形成される。次に、電気特性が検査される(ステップS105)。例えば、導通チェック、および、圧電部202(PZT)の電気的特性の検査が行われる。またシリコン活性層163の厚さなど重要な寸法値の検査(測定)が行われる(ステップS106)。   Next, etching is performed leaving the shape of the silicon active layer 163 (step S104). In this step, a step pattern 1201 is formed. Next, the electrical characteristics are inspected (step S105). For example, a continuity check and an inspection of electrical characteristics of the piezoelectric part 202 (PZT) are performed. Further, inspection (measurement) of important dimension values such as the thickness of the silicon active layer 163 is performed (step S106).

次に、SOI基板が反転される(ステップS107)。そしてシリコン支持層161、および、酸化シリコン層162がエッチングされる(ステップS108)。次に、ダイシング(チップ化)が行われ、個々のデバイスチップに小片化される(ステップS109)。   Next, the SOI substrate is inverted (step S107). Then, the silicon support layer 161 and the silicon oxide layer 162 are etched (step S108). Next, dicing (chip formation) is performed, and each device chip is divided into pieces (step S109).

次に、異常があるか否かによりチップの選別が行われる(ステップS110)。例えば、電気特性、および、シリコン活性層163の厚さを含む各種寸法が検査される。例えばシリコン活性層163の厚さが予め定められた範囲内の値であるか否かにより、異常があるか否かが判断される。この工程は、パッケージング工程の前に、シリコン活性層163の厚さに基づき、共振周波数に異常があるか否かを判断(推定)することに相当する。例えばシリコン活性層163の厚さが範囲内でない場合に、共振周波数に異常があると判断(推定)される。   Next, the selection of the chip is performed depending on whether there is an abnormality (step S110). For example, various dimensions including electrical characteristics and the thickness of the silicon active layer 163 are inspected. For example, whether or not there is an abnormality is determined based on whether or not the thickness of the silicon active layer 163 is a value within a predetermined range. This step corresponds to determining (estimating) whether there is an abnormality in the resonance frequency based on the thickness of the silicon active layer 163 before the packaging step. For example, when the thickness of the silicon active layer 163 is not within the range, it is determined (estimated) that the resonance frequency is abnormal.

電気特性および寸法検査で異常値となった場合(ステップS110:Yes)、異常値となったチップが除外される(ステップS111)。異常がない場合(ステップS110:No)、パッケージングが行われる(ステップS112)。   When an abnormal value is obtained in the electrical characteristics and dimensional inspection (step S110: Yes), the chip having the abnormal value is excluded (step S111). If there is no abnormality (step S110: No), packaging is performed (step S112).

次に、デバイス特性(共振周波数、振幅など)に異常があるかが検査される(ステップS113)。異常がある場合(ステップS113:Yes)、異常があるチップが除外される(ステップS114)。異常がない場合(ステップS113:No)、該当チップが出荷される(ステップS115)。   Next, it is inspected whether the device characteristics (resonance frequency, amplitude, etc.) are abnormal (step S113). When there is an abnormality (step S113: Yes), the chip with the abnormality is excluded (step S114). If there is no abnormality (step S113: No), the corresponding chip is shipped (step S115).

このように、本実施形態によれば、シリコン活性層163の厚さをエッチング工程後に検査することが可能となる。これにより、パッケージング工程の前に共振周波数が異常となる可能性が高いチップを除外することができ、無駄なパッケージングコストを防ぐことができる。   Thus, according to the present embodiment, the thickness of the silicon active layer 163 can be inspected after the etching process. As a result, it is possible to exclude chips that have a high possibility that the resonance frequency will be abnormal before the packaging process, and to prevent useless packaging costs.

(変形例1)
さらに高い効果が得られるように、段差パターン1201をトーションバー111a、111bの近傍(例えばトーションバー111a、111bからの距離が予め定められた値以下となる位置)に配置した変形例を図16および図17に示す。図16に示すように、本変形例では、シリコン活性層163による段差パターン1201が、一対のトーションバー111a、111bを挟んだ両側に配置されている。これにより、ミラーの共振周波数に寄与するトーションバー111a、111bの近傍の厚さが測定できるため、より精度の高い判別を行うことができる。
(Modification 1)
In order to obtain a higher effect, a modification example in which the step pattern 1201 is arranged in the vicinity of the torsion bars 111a and 111b (for example, a position where the distance from the torsion bars 111a and 111b is equal to or less than a predetermined value) is shown in FIG. As shown in FIG. As shown in FIG. 16, in this modification, the step pattern 1201 by the silicon active layer 163 is disposed on both sides of the pair of torsion bars 111a and 111b. Thereby, since the thickness in the vicinity of the torsion bars 111a and 111b that contribute to the resonance frequency of the mirror can be measured, it is possible to perform discrimination with higher accuracy.

(変形例2)
上記実施形態および変形例では、光偏向器13は図12に示すように、トーションバー111a、111bから+X方向に向かって第1圧電駆動部112a、112bが延びる片持ちタイプの光偏向器13を用いている。電圧印加された圧電部202により反射面14を可動させる構成であれば、これに限られない。
(Modification 2)
In the above embodiment and the modification, as shown in FIG. 12, the optical deflector 13 includes a cantilever type optical deflector 13 in which the first piezoelectric drive units 112a and 112b extend from the torsion bars 111a and 111b toward the + X direction. Used. The configuration is not limited to this as long as the reflecting surface 14 is movable by the piezoelectric unit 202 to which a voltage is applied.

例えば、図18および図19に示すように、トーションバー211a、211bから+X方向に向かって延びる第1圧電駆動部212a、212bおよび−X方向に向かって延びる第1圧電駆動部212c、212dを有する両持ちタイプの光偏向器13を用いてもよい。   For example, as shown in FIGS. 18 and 19, first torsion bars 211a and 211b have first piezoelectric drive parts 212a and 212b extending in the + X direction and first piezoelectric drive parts 212c and 212d extending in the −X direction. A both-end type optical deflector 13 may be used.

(変形例3)
また、シリコン活性層163の厚さを測定する段差パターンを特別に設ける必要はなく、図20のようにウエハ内の位置を示すアドレス番号(ウエハアドレス番号)などを、シリコン活性層163のエッチングパターンとして設けておくことで、この部分の深さを厚さとして測定してもよい。図20では両持ちタイプの光偏向器13の例を示しているが、片持ちタイプの光偏向器13に対しても同様に適用できる。
(Modification 3)
Further, it is not necessary to provide a step pattern for measuring the thickness of the silicon active layer 163. As shown in FIG. 20, an address number (wafer address number) indicating a position in the wafer is used as an etching pattern for the silicon active layer 163. The depth of this portion may be measured as the thickness. Although FIG. 20 shows an example of a double-sided type optical deflector 13, the present invention can be similarly applied to a cantilevered type optical deflector 13.

(変形例4)
また、最終製品で機能的に不要な形状を残したくない場合、図21のようにチップを小片化するダイシングライン部分に段差パターンを設けておくことでダイシング後には段差パターンをなくすることも可能である。図21では両持ちタイプの光偏向器13の例を示しているが、片持ちタイプの光偏向器13に対しても同様に適用できる。
(Modification 4)
If you do not want to leave a functionally unnecessary shape in the final product, it is possible to eliminate the step pattern after dicing by providing a step pattern in the dicing line part that makes chips smaller as shown in FIG. It is. Although FIG. 21 shows an example of a double-sided type optical deflector 13, the invention can be similarly applied to a cantilevered type optical deflector 13.

以上のように、第1の実施形態では、シリコン活性層(第2のシリコン層)の厚さを測定するためのパターン部(段差パターン)が設けられ、このパターン部によりシリコン活性層の厚さを測定する。シリコン活性層の厚さは、共振周波数のばらつきに対する寄与が大きいため、厚さが異常であるか判断することにより、共振周波数に異常があるか否かを、例えばパッケージング工程より前に判断(推定)できる。これにより例えば不良品であるチップでパッケージングを行うなどの製造工程の無駄を未然に防ぎ、不要なコストの発生を抑制できる。   As described above, in the first embodiment, the pattern portion (step pattern) for measuring the thickness of the silicon active layer (second silicon layer) is provided, and the thickness of the silicon active layer is determined by this pattern portion. Measure. Since the thickness of the silicon active layer greatly contributes to variations in the resonance frequency, it is determined whether the resonance frequency is abnormal by determining whether the thickness is abnormal, for example, before the packaging process ( Estimate). As a result, for example, it is possible to prevent wasteful manufacturing processes such as packaging with a defective chip, and to suppress generation of unnecessary costs.

(第2の実施形態)
第1の実施形態では、基板反転後、シリコン支持層161をエッチングし、酸化シリコン層162のエッチングをすることで、SOI基板全体が完全に抜けたパターンが形成される。ウエハ面内で酸化シリコン層162のエッチングの速度が分布を持つため、面内すべてのエッチングが完了するまでに、先に酸化シリコン層162がなくなった部分はシリコン活性層163の裏面からダメージを受け、厚さが薄くなっていく場合がある。このため、シリコン活性層163の厚さは、図15の工程フローにおける酸化シリコン層162のエッチングの際にも変動する。従って、段差パターンを用いた厚さの測定では、裏面のオーバーエッチングによる厚さ変動が反映されず、その分共振周波数のばらつきに影響する場合がある。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, after the substrate is inverted, the silicon support layer 161 is etched, and the silicon oxide layer 162 is etched to form a pattern in which the entire SOI substrate is completely removed. Since the etching speed of the silicon oxide layer 162 has a distribution within the wafer surface, the portion where the silicon oxide layer 162 disappears before the etching of all the in-plane etching is damaged from the back surface of the silicon active layer 163. The thickness may become thinner. For this reason, the thickness of the silicon active layer 163 also varies during the etching of the silicon oxide layer 162 in the process flow of FIG. Therefore, in the thickness measurement using the step pattern, the thickness variation due to the over-etching on the back surface is not reflected, and the variation in the resonance frequency may be affected accordingly.

第2の実施形態では、工程中の厚さ変動を含めたばらつきに対応可能な例を説明する。第2の実施形態では、シリコン活性層の厚さを測定するためのパターン部として、シリコン活性層により支持されるカンチレバーパターンが形成される。またカンチレバーパターンの共振周波数が測定され、この共振周波数からシリコン活性層の厚さが算出される。そして算出されたシリコン活性層の厚さにより、デバイスチップの特性を検査する前に、光偏向器の特性値である共振周波数の異常の有無が判断(推定)される。   In the second embodiment, an example that can cope with variations including thickness variations during the process will be described. In the second embodiment, a cantilever pattern supported by the silicon active layer is formed as a pattern portion for measuring the thickness of the silicon active layer. Further, the resonance frequency of the cantilever pattern is measured, and the thickness of the silicon active layer is calculated from this resonance frequency. Based on the calculated thickness of the silicon active layer, it is determined (estimated) whether there is an abnormality in the resonance frequency, which is a characteristic value of the optical deflector, before inspecting the characteristics of the device chip.

図22は、片持ちタイプの光偏向器13−2の平面図である。図23は、図22のQ−Q’断面図である。   FIG. 22 is a plan view of a cantilever type optical deflector 13-2. 23 is a cross-sectional view taken along the line Q-Q ′ of FIG.

図22に示すように、固定枠140の一部に、シリコン活性層163のみで形成されたカンチレバー(片持ち梁)パターン2201が形成される。このカンチレバーパターン2201における1次の曲げモードの共振周波数fは以下の(1)式および(2)式のような理論式で得られる。tは厚さ、Lは長さ、wは幅、Eはヤング率、ρは密度、Aは断面積(=w・t)、Iは断面2次モーメント(=w/t)を表す。
f=(1.875/L)/2π√(EI/ρA) ・・・(1)
t=(L/1.875)/(2πf)・√(12ρ/E) ・・・(2)
As shown in FIG. 22, a cantilever (cantilever) pattern 2201 formed of only the silicon active layer 163 is formed on a part of the fixed frame 140. The resonance frequency f of the first-order bending mode in the cantilever pattern 2201 is obtained by a theoretical expression such as the following expressions (1) and (2). t is the thickness, L is the length, w is the width, E is the Young's modulus, ρ is the density, A is the cross-sectional area (= w · t), and I is the cross-sectional second moment (= w / t 3 ).
f = (1.875 / L) 2 / 2π√ (EI / ρA) (1)
t = (L / 1.875) 2 / (2πf) · √ (12ρ / E) (2)

図24は、厚さと一次曲げモード共振周波数との関係の例を示すグラフである。図25は、長さと一次曲げモード共振周波数との関係の例を示すグラフである。グラフ中の数値は、一次曲げモード共振周波数(Hz)を厚さ(μm)で除算した値を表す。   FIG. 24 is a graph showing an example of the relationship between the thickness and the primary bending mode resonance frequency. FIG. 25 is a graph showing an example of the relationship between the length and the primary bending mode resonance frequency. The numerical values in the graph represent values obtained by dividing the primary bending mode resonance frequency (Hz) by the thickness (μm).

寸法値にもよるが、光偏向器13−2の共振周波数は、シリコン活性層163の厚さと長さに依存し、特に厚さによる影響が非常に大きい。(1)式および(2)式により、カンチレバーの1次曲げモード共振周波数から逆算して、シリコン活性層163の厚さを求めることが可能である。   Although depending on the dimension value, the resonance frequency of the optical deflector 13-2 depends on the thickness and length of the silicon active layer 163, and the influence of the thickness is particularly large. The thickness of the silicon active layer 163 can be obtained by calculating backward from the primary bending mode resonance frequency of the cantilever according to the equations (1) and (2).

長さの影響は軽微ではあるが、ウエハ状態での寸法測定を行って式を補正してもよい。カンチレバーの1次曲げモード共振周波数は、ダイシングする前のウエハ状態のままで測定することが可能であり、パッケージング前に不具合チップを除外することができる。   Although the influence of the length is slight, the equation may be corrected by measuring the dimensions in the wafer state. The primary bending mode resonance frequency of the cantilever can be measured as it is in the wafer state before dicing, and defective chips can be excluded before packaging.

図26は、カンチレバーの1次曲げモード共振周波数の測定方法を説明するための図である。カンチレバーパターン2201が形成されたチップを含むウエハ全体が加振テーブル2902に固定され、外部加振により振動が与えられる。周波数スウィープにより、Z方向(矢印2911)の振動が調整される。センサ2901は、1次曲げモード共振周波数に合致した時にカンチレバーの振幅が急増することを検知する。センサ2901は、スキャニングドップラー振動計などを用いるとウエハ面内を一括で測定できる。   FIG. 26 is a diagram for explaining a method of measuring the primary bending mode resonance frequency of the cantilever. The entire wafer including the chip on which the cantilever pattern 2201 is formed is fixed to a vibration table 2902, and vibration is applied by external vibration. The vibration in the Z direction (arrow 2911) is adjusted by the frequency sweep. The sensor 2901 detects that the amplitude of the cantilever suddenly increases when the first bending mode resonance frequency is met. The sensor 2901 can collectively measure the wafer surface by using a scanning Doppler vibrometer or the like.

次に光偏向器13−2の製造工程の例について説明する。図27は、光偏向器13−2の製造工程の例を示すフローチャートである。   Next, an example of a manufacturing process of the optical deflector 13-2 will be described. FIG. 27 is a flowchart illustrating an example of a manufacturing process of the optical deflector 13-2.

ステップS201〜ステップS205、および、ステップS207〜ステップS208は、第1の実施形態の光偏向器13の製造工程を示す図15のステップS101〜ステップS105、および、ステップS107〜ステップS108と同様であるため説明を省略する。   Step S201 to Step S205 and Step S207 to Step S208 are the same as Step S101 to Step S105 and Step S107 to Step S108 of FIG. 15 showing the manufacturing process of the optical deflector 13 of the first embodiment. Therefore, explanation is omitted.

本実施形態の寸法検査では、トーションバー111a、111bの幅およびカンチレバーの長さなど寸法値が検査される(ステップS206)。また本実施形態では、図26に示した方法などにより、カンチレバーの一次曲げモード共振周波数が測定され、(1)式および(2)式などにより、一次曲げモード共振周波数からシリコン活性層163の厚さが算出される(ステップS209)。   In the dimension inspection of this embodiment, dimension values such as the width of the torsion bars 111a and 111b and the length of the cantilever are inspected (step S206). In this embodiment, the primary bending mode resonance frequency of the cantilever is measured by the method shown in FIG. 26, and the thickness of the silicon active layer 163 is calculated from the primary bending mode resonance frequency by the equations (1) and (2). Is calculated (step S209).

ステップS210〜ステップS216は、第1の実施形態の光偏向器13の製造工程を示す図15のステップS109〜ステップS115と同様であるため説明を省略する。   Steps S210 to S216 are the same as steps S109 to S115 of FIG. 15 showing the manufacturing process of the optical deflector 13 of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

(変形例5)
さらに高い効果が得られるように、カンチレバーパターン2201をトーションバー111a、111bの近傍に配置した変形例を図28および図29示す。図28に示すように、本変形例では、シリコン活性層163によるカンチレバーパターン2201が、一対のトーションバー111a、111bに隣接して配置されている。これによってミラー共振周波数に寄与するトーションバー111a、111bの近傍の厚さが求められるため、より精度の高い判別を行うことができる。
(Modification 5)
FIG. 28 and FIG. 29 show modifications in which the cantilever pattern 2201 is arranged in the vicinity of the torsion bars 111a and 111b so that a higher effect can be obtained. As shown in FIG. 28, in this modification, a cantilever pattern 2201 made of a silicon active layer 163 is disposed adjacent to the pair of torsion bars 111a and 111b. As a result, the thickness in the vicinity of the torsion bars 111a and 111b that contribute to the mirror resonance frequency is obtained, so that a more accurate determination can be made.

(変形例6)
上記実施形態および変形例では、光偏向器13−2は図22および図28に示すように、トーションバー111a、111bから+X方向に向かって第1圧電駆動部112a、112bが延びる片持ちタイプの光偏向器を用いている。電圧印加された圧電部202により反射面14を可動させる構成であれば、これに限られない。
(Modification 6)
In the embodiment and the modification, the optical deflector 13-2 is a cantilever type in which the first piezoelectric driving units 112a and 112b extend from the torsion bars 111a and 111b toward the + X direction as shown in FIGS. An optical deflector is used. The configuration is not limited to this as long as the reflecting surface 14 is movable by the piezoelectric unit 202 to which a voltage is applied.

例えば、図30および図31に示すように、トーションバー211a、211bから+X方向に向かって延びる第1圧電駆動部212a、212bおよび−X方向に向かって延びる第1圧電駆動部212c、212dを有する両持ちタイプの光偏向器13−2を用いてもよい。   For example, as shown in FIGS. 30 and 31, the first piezoelectric drive units 212a and 212b extending from the torsion bars 211a and 211b in the + X direction and the first piezoelectric drive units 212c and 212d extending in the −X direction are provided. A dual-support type optical deflector 13-2 may be used.

以上のように、第2の実施形態では、カンチレバーの1次曲げモード共振周波数を測定し、この1次曲げモード共振周波数からシリコン活性層163の厚さを算出する。シリコン活性層163の厚さは、酸化シリコン層162のエッチング工程後にその加工誤差も含めて算出することが可能である。また、パッケージング工程の前に共振周波数が異常なチップを除外することができ、無駄なパッケージングコストの発生を防ぐことができる。   As described above, in the second embodiment, the primary bending mode resonance frequency of the cantilever is measured, and the thickness of the silicon active layer 163 is calculated from the primary bending mode resonance frequency. The thickness of the silicon active layer 163 can be calculated including the processing error after the etching process of the silicon oxide layer 162. In addition, chips having an abnormal resonance frequency can be excluded before the packaging process, and generation of useless packaging costs can be prevented.

(第3の実施形態)
第3の実施形態では、第1の実施形態および第2の実施形態で把握した光偏向器の特性値である共振周波数が仕様範囲外であった場合、トーションバー上の保護膜をエッチングすることで共振周波数を調整可能とする。すなわち本実施形態では、共振周波数特性のばらつきの主要因を製造過程で測定(検査)して、共振周波数を事前に把握し、パッケージングの前に共振周波数を調整することで、損失を回避する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, when the resonance frequency, which is the characteristic value of the optical deflector grasped in the first embodiment and the second embodiment, is out of the specification range, the protective film on the torsion bar is etched. The resonance frequency can be adjusted with. That is, in this embodiment, the main factor of the variation of the resonance frequency characteristic is measured (inspected) during the manufacturing process, the resonance frequency is grasped in advance, and the resonance frequency is adjusted before packaging, thereby avoiding loss. .

以下では、第2の実施形態の変形例5(図28、図29)を元に本実施形態の手法を適用した例を説明する。他の形態(第1の実施形態、第1の実施形態の変形例、第2の実施形態、および、第2の実施形態の他の変形例)に対しても同様の手法を適用できる。   Below, the example which applied the method of this embodiment based on the modification 5 (FIG. 28, FIG. 29) of 2nd Embodiment is demonstrated. The same technique can be applied to other forms (first embodiment, modified example of the first embodiment, second embodiment, and other modified example of the second embodiment).

図32は、保護膜による共振周波数の調整を適用した光偏向器13−3の平面図である。図33は、図32のP−P’断面図である。図33に示すように、デバイスの最上面には酸化シリコン層である保護膜3301が形成されている。保護膜3301は、トーションバー111a、111b上にも積層されており、シリコン活性層163ほどではないが共振周波数に影響を及ぼす。   FIG. 32 is a plan view of the optical deflector 13-3 to which adjustment of the resonance frequency by the protective film is applied. 33 is a cross-sectional view taken along the line P-P ′ in FIG. 32. As shown in FIG. 33, a protective film 3301 that is a silicon oxide layer is formed on the uppermost surface of the device. The protective film 3301 is also laminated on the torsion bars 111a and 111b, and affects the resonance frequency although not as much as the silicon active layer 163.

図34は、保護膜3301の材料をSiO2(silicon dioxide)とした場合の保護膜3301の厚さと、光偏向器13−3の共振周波数(トーションねじり共振)との関係を示す図である。図34に示すように保護膜の厚さが共振周波数に与える影響度は小さいものの、単位膜厚(nm)あたり0.36Hzの変化が見込まれる。このことを利用して、予め厚めに保護膜3301を形成しておき、共振周波数を推定したあと、トーションバー111a、111b上の保護膜3301を追加でエッチングする。保護膜3301は、例えばシリコン活性層163の厚さに応じて調整された厚さを有するようにエッチングされる。エッチングする量は、例えば図34の関係などを元に決定すればよい。これにより、共振周波数を適正な値に補正することが可能となる。   FIG. 34 is a diagram illustrating the relationship between the thickness of the protective film 3301 and the resonance frequency (torsion torsional resonance) of the optical deflector 13-3 when the material of the protective film 3301 is SiO2 (silicon dioxide). As shown in FIG. 34, although the degree of influence of the protective film thickness on the resonance frequency is small, a change of 0.36 Hz per unit film thickness (nm) is expected. Utilizing this fact, the protective film 3301 is formed thick in advance, and after estimating the resonance frequency, the protective film 3301 on the torsion bars 111a and 111b is additionally etched. The protective film 3301 is etched so as to have a thickness adjusted according to the thickness of the silicon active layer 163, for example. The amount of etching may be determined based on, for example, the relationship shown in FIG. As a result, the resonance frequency can be corrected to an appropriate value.

次に光偏向器13−3の製造工程の例について説明する。図35は、光偏向器13−3の製造工程の例を示すフローチャートである。   Next, an example of a manufacturing process of the optical deflector 13-3 will be described. FIG. 35 is a flowchart illustrating an example of a manufacturing process of the optical deflector 13-3.

ステップS301、ステップS303〜ステップS309は、第2の実施形態の光偏向器13−2の製造工程を示す図27のステップS201、ステップS203〜ステップS209と同様であるため説明を省略する。   Step S301 and step S303 to step S309 are the same as step S201 and step S203 to step S209 of FIG. 27 showing the manufacturing process of the optical deflector 13-2 of the second embodiment, so description thereof will be omitted.

本実施形態では、SOI基板に対して、下部電極201、圧電部202(PZT)、および、上部電極203などに加え、保護膜3301が形成される(ステップS302)。また本実施形態では、保護膜3301に対するエッチング処理が追加される(ステップS310)。   In the present embodiment, a protective film 3301 is formed on the SOI substrate in addition to the lower electrode 201, the piezoelectric portion 202 (PZT), the upper electrode 203, and the like (step S302). In the present embodiment, an etching process for the protective film 3301 is added (step S310).

ステップS311は、第2の実施形態のステップS210と同様であるため説明を省略する。   Since step S311 is the same as step S210 of the second embodiment, a description thereof will be omitted.

本実施形態では、カンチレバー検査の後に保護膜3301の追加エッチングを行って共振周波数を調整するため、チップの選別を行う必要がなくなる。すなわち、例えば第2の実施形態のステップS211およびステップS212の処理が不要となる。   In this embodiment, after the cantilever inspection, additional etching of the protective film 3301 is performed to adjust the resonance frequency, so that it is not necessary to perform chip selection. That is, for example, the processing of step S211 and step S212 of the second embodiment is not necessary.

この後のステップS312〜ステップS315は、第2の実施形態の光偏向器13−2の製造工程を示す図27のステップS213〜ステップS216と同様であるため説明を省略する。   Subsequent steps S312 to S315 are the same as steps S213 to S216 of FIG. 27 showing the manufacturing process of the optical deflector 13-2 of the second embodiment, and thus description thereof is omitted.

このように、本実施形態では、共振周波数を正常な特性に調整することにより不良品の発生を回避し、製造工程における損失を防ぐことが可能となる。   As described above, in this embodiment, it is possible to avoid the occurrence of defective products and prevent loss in the manufacturing process by adjusting the resonance frequency to normal characteristics.

10 光走査システム
11 駆動装置
12 光源装置
13、13−2、13−3 光偏向器
14 反射面
20 CPU
21 RAM
22 ROM
23 FPGA
24 外部I/F
25 光源装置ドライバ
26 光偏向器ドライバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical scanning system 11 Drive apparatus 12 Light source device 13, 13-2, 13-3 Optical deflector 14 Reflecting surface 20 CPU
21 RAM
22 ROM
23 FPGA
24 External I / F
25 Light source device driver 26 Optical deflector driver

特開2014−235244号公報JP 2014-235244 A

Claims (7)

光偏向器を検査する光偏向器検査方法であって、
前記光偏向器は、第1のシリコン層と、第2のシリコン層と、を有する基板と、前記基板上に設けられ、共振駆動を行う駆動部と、前記第2のシリコン層の厚さを測定するためのパターン部と、を備え、
前記パターン部により前記第2のシリコン層の厚さを測定する測定工程と、
前記測定工程で測定した厚さに基づき、前記共振駆動の共振周波数に異常があるか否かを判断する判断工程と、
を含む光偏向器検査方法。
An optical deflector inspection method for inspecting an optical deflector,
The optical deflector includes a substrate having a first silicon layer and a second silicon layer, a drive unit provided on the substrate for performing resonance driving, and a thickness of the second silicon layer. A pattern portion for measuring,
A measuring step of measuring the thickness of the second silicon layer by the pattern portion;
A determination step of determining whether there is an abnormality in the resonance frequency of the resonance drive based on the thickness measured in the measurement step;
An optical deflector inspection method including:
第1のシリコン層と、第2のシリコン層と、を有する基板と、
前記基板上に設けられ、共振駆動を行う駆動部と、
前記第2のシリコン層の厚さを測定するためのパターン部と、
を備える光偏向器。
A substrate having a first silicon layer and a second silicon layer;
A drive unit provided on the substrate for performing resonance drive;
A pattern portion for measuring the thickness of the second silicon layer;
An optical deflector comprising:
前記パターン部は、側面が前記第2のシリコン層であり、底面が前記第1のシリコン層である凹部である、
請求項2に記載の光偏向器。
The pattern portion is a concave portion whose side surface is the second silicon layer and whose bottom surface is the first silicon layer.
The optical deflector according to claim 2.
前記パターン部は、前記第2のシリコン層により支持されるカンチレバーである、
請求項2に記載の光偏向器。
The pattern portion is a cantilever supported by the second silicon layer.
The optical deflector according to claim 2.
光反射面を有するミラー部と、
前記ミラー部を支持する支持部材と、をさらに備え、
前記パターン部は、前記支持部材の近傍に形成される、
請求項2に記載の光偏向器。
A mirror portion having a light reflecting surface;
A support member for supporting the mirror part,
The pattern portion is formed in the vicinity of the support member.
The optical deflector according to claim 2.
光反射面を有するミラー部と、
前記ミラー部を支持する支持部材と、
前記第2のシリコン層の厚さに応じて調整された厚さを有する、前記支持部材上に形成された保護膜と、をさらに備える、
請求項2に記載の光偏向器。
A mirror portion having a light reflecting surface;
A support member for supporting the mirror part;
A protective film formed on the support member and having a thickness adjusted according to the thickness of the second silicon layer,
The optical deflector according to claim 2.
請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の光偏向器と、
前記光偏向器に光を照射する光源と、
を備える画像投影装置。
An optical deflector according to any one of claims 2 to 6,
A light source for irradiating the light deflector with light;
An image projection apparatus comprising:
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