JP6566307B2

JP6566307B2 - 回動装置、光走査装置及び画像表示装置

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Publication number: JP6566307B2
Application number: JP2015128721A
Authority: JP
Inventors: 強橋口; 鈴木　修一; 修一鈴木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2035-06-26
Also published as: JP2017015750A

Description

本発明は、回動装置、光走査装置及び画像表示装置に関するものである。

この種の回動装置としては、例えば、光出力手段から出力される光を走査するためのミラー等の光学部材を回動させる光走査装置に用いられるものが知られている。このような光走査装置は、例えば、画像情報に基づく画像走査光を二次元走査する走査手段として、画像表示装置などに用いられる。

特許文献１には、支持部（駆動部）と、その支持部に一端が固定された連結部（捩れ部材）と、その連結部の他端に固定された可動板（可動部）とが、同一のシリコン基板から形成されて一体構造体となっている回動装置が開示されている。この回動装置は、駆動手段により生じる磁界の作用で連結部に所定方向回りの捩れを生じさせ、これにより連結部の長手方向に延びる回動軸の回りで可動部を繰り返し回動させる。この回動装置は、可動部上に形成された光反射部で画像光を反射して走査する画像表示装置の光スキャナ（光走査装置）に用いられている。

前記特許文献１に開示の回動装置は、支持部（駆動部）、連結部（捩れ部材）、可動板（可動部）等となるシリコン基板部分が残るように、シリコン基板上にレジスト膜（マスキング層）を形成してマスキングし、その後、エッチング処理を施すことによってシリコン基板に貫通穴を形成する。このようにして基板の形状形成が行われた後、当該レジスト膜を除去する。このエッチング処理の際、形成される貫通穴の内部側壁には、エッチング処理のダメージで微細な凹凸が形成される。形成される貫通穴の内部側壁の一部は連結部の一側壁を構成するので、連結部の一側壁に微細な凹凸が形成されたままだと、可動部を回動させるために連結部が捩れる時に、連結部に応力集中が発生し、連結部の寿命を縮め、ひいては光スキャナの寿命を縮める結果をもたらす。そのため、特許文献１に開示の回動装置では、形状形成のエッチング処理後に水素アニール処理を施し、連結部の一側壁に形成された微細な凹凸を平滑化させ、これにより連結部の応力集中を抑制して、光スキャナの長寿命化を果たしている。

ところが、特許文献１に開示の回動装置では、形状形成のために基板をエッチング処理する際のマスキング層を当該エッチング処理後に除去する処理工程や、そのエッチング処理のダメージで連結部に形成された微細な凹凸を平滑化するための処理工程などが必要であり、製造工程数が多いという問題があった。

上述した課題を解決するために、本発明は、支持部と、該支持部に一端が固定された捩れ部材と、該捩れ部材の他端に固定された可動部とが、同一基板から形成されており、駆動手段により前記捩れ部材に所定方向回りの捩れを生じさせることで前記可動部を繰り返し回動させる回動装置において、前記捩れ部材及び該捩れ部材の捩れと一緒に変形する変化箇所の少なくとも一方に、前記基板をエッチング処理するときのマスキング層が形成され、前記マスキング層は、シリコン酸化膜の上にチッ化シリコン膜が形成された層であり、前記マスキング層の光反射率は、前記可動部に入射される光の可視光波長領域に含まれる複数のピーク波長についての光反射率が前記基板よりも低くなるように、該複数のピーク波長に対応した複数の極小値を有することを特徴とする。

本発明によれば、製造工程を減らしつつも、回転装置の長寿命化を図ることができるという優れた効果が奏される。

実施形態における自動車用ＨＵＤ装置を搭載した自動車の構成を模式的に表した模式図である。同自動車用ＨＵＤ装置の内部構成を模式的に表した模式図である。同自動車用ＨＵＤ装置によって表示される画像例を示す説明図である。実施形態に係るアクチュエータ駆動デバイスのフレーム基板を示す平面図である。フレーム基板上の副走査用圧電素子に印加される副走査駆動信号を示す波形図である。図４における符号Ａ−Ａ’の断面図である。図４における符号Ｂ−Ｂ’の断面図である。可視光波長帯の反射率について、単結晶Ｓｉと、単結晶ＳｉにＳｉＯ₂薄膜を形成したものとを比較したグラフである。（ａ）は、ＳＯＩ基板の活性層をエッチングする際のマスキング層がフォトレジスト及びシリコン窒化膜（ＳｉＮ）である比較例の層構造を模式的に示す断面図である。（ｂ）は、同比較例におけるエッチング後のトーションバーをＳＥＭで斜め上方から撮影した画像である。（ａ）は、ＳＯＩ基板の活性層をエッチングする際のマスキング層がフォトレジスト、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）及びシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）である実施例の層構造を模式的に示す断面図である。（ｂ）は、同実施例におけるエッチング後のトーションバーをＳＥＭで斜め上方から撮影した画像である。変形例におけるアクチュエータ駆動デバイスのフレーム基板の図４における符号Ａ−Ａ’に対応する断面図である。変形例におけるアクチュエータ駆動デバイスのフレーム基板の図４における符号Ｂ−Ｂ’に対応する断面図である。単結晶Ｓｉ上に厚さ３００ｎｍのシリコン酸化膜を成膜し、その上に厚さ５００ｎｍのシリコン窒化膜を成膜したときの可視光波長帯の反射率を示すグラフである。（ａ）〜（ｄ）は、実施形態におけるアクチュエータ駆動デバイスの製造方法の前段の各工程を示す説明図である。（ａ）〜（ｄ）は、実施形態におけるアクチュエータ駆動デバイスの製造方法の後段の各工程を示す説明図である。

以下、本発明に係る回動装置を、画像表示装置であるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置の光走査装置に適用した一実施形態について説明する。
移動体である自動車に搭載されるＨＵＤ装置の一例であるが、これに限らず、車両、船舶、航空機、移動式ロボットなどの移動体、あるいは、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る画像表示装置の光走査装置としても適用できる。

図１は、本実施形態における自動車用ＨＵＤ装置を搭載した自動車の構成を模式的に表した模式図である。
図２は、本実施形態における自動車用ＨＵＤ装置の内部構成を模式的に表した模式図である。
本実施形態における自動車用ＨＵＤ装置２００は、例えば、自動車３０１のダッシュボード内に設置される。ダッシュボード内の自動車用ＨＵＤ装置２００から発せられる画像光である投射光Ｌがフロントガラス３０２で反射され、ユーザーである観察者（運転者３００）に向かう。これにより、運転者３００は、例えば、図３に示すようなナビゲーション画像を虚像として視認することができる。なお、フロントガラス３０２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ようにしてもよい。

図３に示すナビゲーション画像には、第１表示領域２２０Ａに、自動車３０１の速度（図示の例では「６０ｋｍ／ｈ」という画像）が表示されている。また、第２表示領域２２０Ｂには、カーナビゲーション装置によるナビゲーション画像が表示されている。図示の例では、次の曲がり角で曲がる方向を示す右折指示画像と、次の曲がり角までの距離を示す「あと４６ｍ」という画像が、ナビゲーション画像として表示されている。また、第３表示領域２２０Ｃには、カーナビゲーション装置による地図画像（自車両周囲の地図画像）が表示されている。

自動車用ＨＵＤ装置２００は、赤色、緑色、青色のレーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂと、各レーザー光源に対して設けられるコリメータレンズ２０２，２０３，２０４と、２つのダイクロイックミラー２０５，２０６と、光量調整部２０７と、光走査装置２０８と、自由曲面ミラー２０９と、スクリーン２１０と、投射ミラー２１１とから構成されている。そして、本実施形態における光源装置としての光源ユニット２３０は、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂ、コリメータレンズ２０２，２０３，２０４、ダイクロイックミラー２０５，２０６が、光学ハウジングによってユニット化されている。

本実施形態の自動車用ＨＵＤ装置２００は、スクリーン２１０に表示される中間像を自動車３０１のフロントガラス３０２に投射することで、その中間像を運転者３００に虚像として視認させる。レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂから発せられる各色レーザー光は、それぞれ、コリメータレンズ２０２，２０３，２０４で略平行光とされ、２つのダイクロイックミラー２０５，２０６により合成される。合成されたレーザー光は、光量調整部２０７で光量が調整された後、光走査装置２０８によって二次元走査される。光走査装置２０８で二次元走査された投射光Ｌは、自由曲面ミラー２０９で反射されて歪みを補正された後、スクリーン２１０に集光され、中間像を表示する。スクリーン２１０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、スクリーン２１０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。

光走査装置２０８には、後述するアクチュエータ駆動デバイスでミラーを主走査方向及び副走査方向に往復回動動作させ、ミラーに入射する投射光Ｌを二次元走査（ラスタスキャン）する。このアクチュエータ駆動デバイスの駆動制御は、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの発光タイミングに同期して行われる。

本実施形態においては、自動車用ＨＵＤ装置２００により表示される虚像の周囲の明るさを測定するための照度計が、ダッシュボード等に配置されている。この照度計の測定結果に応じて、制御部は光量調整部２０７を制御する。具体的には、虚像周囲が明るいほど当該光量調整部２０７を透過する投射光の光量が多くなるように制御し、虚像周囲が暗いほど当該光量調整部２０７を透過する投射光の光量が少なくなるように制御する。このような光量調整制御を行うことで、虚像周囲（自車両前方）が明るくても高い輝度の画像を表示して画像の視認性を確保できる。また、虚像周囲（自車両前方）が暗い場合、画像の輝度が高いと画像が眩しくて自車両前方の視認性を落とすことになるが、前記のような光量調整制御を行うことで、虚像周囲（自車両前方）が暗い場合の自車両前方の視認性も確保することができる。

次に、光走査装置２０８を構成するアクチュエータ駆動デバイスの構成及び動作について説明する。
図４は、本実施形態のアクチュエータ駆動デバイスのフレーム基板１０を示す平面図である。
本実施形態におけるアクチュエータ駆動デバイスは、Ｘ方向（主走査方向に対応）及びＹ方向（副走査方向に対応）の二方向に光を走査（スキャン）するＭＥＭＳスキャナである。本実施形態のフレーム基板１０は、外周囲に位置する支持フレーム１１と、この支持フレーム１１内の複数の切込Ｋ１〜Ｋ６によって形成された弾性変形部１２〜１５，１６Ａ，１６Ｂと、可動部枠１８と、トーションバー１９Ａ，１９Ｂと、可動部１７とを有している。本実施形態では、可動部枠１８及びこれに固定された第５弾性変形部１６Ａ，１６Ｂが支持部となり、その第５弾性変形部１６Ａ，１６Ｂに一端がそれぞれ固定されたトーションバー１９Ａ，１９Ｂが捩れ部材となり、これらのトーションバー１９Ａ，１９Ｂの他端に可動部１７が固定されている。

第１弾性変形部１２は、一端が支持フレーム１１に固定され、その他端が第２弾性変形部１３の後部に固定されている。第１弾性変形部１２と第２弾性変形部１３とは切込Ｋ１，Ｋ２によって３回の折返し構造となっている。そして、最後の折返し構造の第２弾性変形部１３の先端部には、可動部枠１８の図中右上角部が固定されている。

同様に、第３弾性変形部１４は、他端が支持フレーム１１に固定され、その一端が第４弾性変形部１５の後部に固定されている。第３弾性変形部１４と第４弾性変形部１５とは切込Ｋ１，Ｋ２によって３回の折返し構造となっている。そして、最後の折返し構造の第４弾性変形部１５の先端部には、可動部枠１８の図中左下角部が固定されている。

可動部枠１８の内部には、切込Ｋ３〜Ｋ６が形成され、図中左右方向に延びる２つの第５弾性変形部１６Ａ，１６Ｂが可動部枠１８の図中左右枠部の間を連結するように形成されている。また、２つの第５弾性変形部１６Ａ，１６Ｂの図中左右方向中央部には、それぞれ、トーションバー１９Ａ，１９Ｂの一端が固定されており、これらのトーションバー１９Ａ，１９Ｂの各他端で可動部１７の図中上下端をそれぞれ保持している。可動部１７の表面には光学部材としてのミラー１７Ｍが形成されている。

弾性変形部１２〜１５の表面には、弾性変形部１２〜１５が弾性変形するための駆動力を付与する第二駆動手段としての副走査用圧電素子２０〜２３が取り付けられている。また、第５弾性変形部１６Ａ，１６Ｂの表面には、第５弾性変形部１６Ａ，１６Ｂが弾性変形するための駆動力を付与する駆動手段としての主走査用圧電素子２４が取り付けられている。

可動部１７は、弾性変形部１２〜１５の弾性変形により、可動部枠１８並びにその内部の第５弾性変形部１６Ａ，１６Ｂ、トーションバー１９Ａ，１９Ｂ及び可動部１７が一体となって、Ｘ方向に平行な回動軸（可動部１７上のミラー１７Ｍの略中心点を通るＸ方向軸）の回りの回転トルクが与えられて往復回動動作する。

詳しくは、第１及び第４副走査用圧電素子２０，２３には、図５中符号Ｖａで示す第一副走査駆動信号が印加され、第２及び第３副走査用圧電素子２１，２２には、図５中符号Ｖｂで示す第二副走査駆動信号が印加される。このような副走査駆動信号Ｖａ，Ｖｂが印加されると、その電圧値に応じて各副走査用圧電素子２０〜２３が伸縮し、この伸縮により各弾性変形部１２〜１５がそれぞれ反り返って、支持フレーム１１に対する可動部１７の傾斜角度が変化する。これにより、可動部１７上のミラー１７Ｍがそのミラー１７Ｍの略中心点を通るＸ方向軸の回りを往復回動動作する。

本実施形態における副走査方向用の駆動信号の周波数は、例えば数十Ｈｚ程度に設定される。一般的な画像あるいは映像を表示する画像表示装置の画像垂直方向への光走査に利用する場合、６０〜７０Ｈｚ程度の周波数に設定される。また、本実施形態における副走査駆動信号はのこぎり波状の駆動信号であるが、これに限られるものではない。

次に、可動部１７上のミラー１７ＭにおけるＹ方向軸回り（主走査方向）の往復回動動作について説明する。
可動部１７は、第５弾性変形部１６Ａ，１６Ｂの弾性変形によりＹ方向に平行な回動軸（可動部１７上のミラー１７Ｍの略中心点を通るＹ方向軸）の回りの回転トルクが与えられて回動動作する。本実施形態においては、上述した副走査方向の回動動作１回に対して、主走査方向への回動動作を複数回（例えば５２５回）行うラスタスキャン動作を行う。そのため、主走査方向への回動動作は可能な限り少ないエネルギーで大きな回動動作を実現することが望まれる。そこで、本実施形態では、主走査方向用の駆動信号としては、第５弾性変形部１６Ａ，１６Ｂの弾性変形に対して共振動作できる共振周波数に設定されている。

主走査駆動信号が印加されると、その電圧値に応じて主走査用圧電素子２４が伸縮し、この伸縮により各第５弾性変形部１６Ａ，１６Ｂが反り返る。これにより、第５弾性変形部１６Ａ，１６Ｂに固定されているトーションバー１９Ａ，１９Ｂにその長手方向回りの捩れが生じ、支持フレーム１１に対する可動部１７の傾斜角度が変化して、可動部１７上のミラー１７ＭがＹ方向軸回り（主走査方向）へ往復回動動作する。

本実施形態において、主走査方向については共振を利用して回動動作を行うため、安定して大きな回動動作が実現しやすいが、これにより、副走査方向については共振を利用して回動動作を行うことが困難となる。そのため、本実施形態において、副走査方向については非共振の回動動作となっている。非共振の回動動作では、一の副走査用圧電素子によって実現できる弾性変形量が少ないため、本実施形態では、上述したとおり、弾性変形部１２〜１５に３回の折り返し機構を設けるとともに、第１及び第４の副走査用圧電素子２０，２３と第２及び第３の副走査用圧電素子２１，２２という２組の圧電素子グループを互いに逆向きに並列動作させることで、可動部１７の大きな回動動作を実現している。

本実施形態は、副走査用圧電素子２０〜２３を、フレーム基板１０の一方の面にのみに形成した例であるが、配線の自由度や圧電素子作成の自由度等を考慮して、他方の面に形成してもよいし、あるいは両面に形成してもよい。また、本実施形態のフレーム基板１０は、詳しくは後述するが、シリコンウエハ（Ｓｉ）を加工したシリコン基板から作成される。また、主走査用圧電素子２４、副走査用圧電素子２０〜２３及びこれらの電極の形成は、半導体プロセスに準じて行うことができ、大量生産によるコストダウンを図ることが容易である。特に、本実施形態では、圧電素子２０〜２４が取り付けされる弾性変形部１２〜１５，１６Ａ，１６Ｂ及び可動部枠１８が、同じ基板であるフレーム基板１０という単一の構造体で構成されており、弾性変形部１２〜１５，１６Ａ，１６Ｂを部分的に変位させる（湾曲させる）駆動力あるいは変位力を付与する駆動手段として、いずれも圧電素子２０〜２４を用いている。よって、これらの圧電素子２０〜２４や電極を一括して形成することが可能となり、製造プロセスを簡単化できる。各圧電素子２０〜２４としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いているが、他の圧電素子材料であってもよい。

図６は、図４における符号Ａ−Ａ’の断面図である。
図７は、図４における符号Ｂ−Ｂ’の断面図である。
本実施形態におけるフレーム基板１０は、単結晶シリコン（Ｓｉ）材料からなるシリコン基板を用いることができる。本実施形態では、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を使用し、トーションバー１９Ａ，１９Ｂなどを構成する層を活性層１０１、活性層１０１に隣接して形成されているＳｉＯ₂層をＢｏｘ層１０２、さらにそのＢｏｘ層１０２に隣接して下に形成されている層を支持層１０３とする。トーションバー１９Ａ，１９Ｂは、図６に示すように、活性層１０１とその上に形成される透明薄膜１１０とから構成される。本実施形態において、透明薄膜１１０はシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）である。また、トーションバー１９Ａ，１９Ｂ以外の可動部枠１８などのフレーム基板部分は、活性層１０１及びその上の透明薄膜１１０に加え、その下のＢｏｘ層１０２及び支持層１０３から構成される。活性層１０１の厚さは例えば４０μｍ、支持層１０３の厚さは例えば６２５μｍとし、主に支持層１０３によってフレーム基板１０の強度を保っている。

本実施形態におけるフレーム基板１０に設けられる圧電素子２４は、図７に示すように、ＳＯＩ基板の活性層１０１上に形成される下部電極１２１、圧電材料１２２、上部電極１２３によって形成される。圧電素子２４の伸縮により変形する第５弾性変形部１６Ａは、ＳＯＩ基板からＢｏｘ層１０２及び支持層１０３が除去され、活性層１０１のみから構成されており、圧電素子２４に印加される印加電圧に対して感度が高く、高速でのミラーの回動が可能になる。

トーションバー１９Ａ，１９Ｂなどの活性層１０１上に形成されている透明薄膜１１０の厚さは、可視光領域の光に対して反射率が下げられるような膜厚に設定されるのが好ましい。図８は、可視光波長帯の反射率について、単結晶Ｓｉと、単結晶ＳｉにＳｉＯ₂薄膜を形成したものとを比較したグラフである。このグラフより、可視光波長帯の反射率は、Ｓｉ単体ではおよそ４０％程度である。これに対し、ＳｉＯ₂薄膜を成膜することで、可視光波長帯の反射率を１０％強程度まで下げることができている。したがって、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂからのレーザー光が入射する可動部１７の近くに配置されるトーションバー１９Ａ，１９Ｂや可動部枠１８などのフレーム基板部分に当該レーザー光の一部が入射してしまっても、本実施形態では、その部分にシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）である透明薄膜１１０が形成されているため、その部分での反射光量を小さく押さえることができる。その結果、トーションバー１９Ａ，１９Ｂや可動部枠１８などのフレーム基板部分で反射したレーザー光が迷光となって表示画像の品質に悪影響を与えるのを抑制することができる。

また、本実施形態において、透明薄膜１１０は、アクチュエータ駆動デバイスの製作時に、シリコン基板に切欠Ｋ１〜Ｋ６を形成するためのエッチング処理時のマスキング層として利用されたものである。シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）からなる透明薄膜１１０は、シリコン基板のエッチング処理において、シリコン（Ｓｉ）に対する選択比（Ｓｉ／ＳｉＯ₂）が高いため、トーションバー１９Ａ，１９Ｂとなるシリコン基板部分へのエッチングダメージを十分に抑制することが可能である。したがって、エッチングダメージによりトーションバー１９Ａ，１９Ｂに生じる微細な凹凸の形成が抑制され、トーションバー１９Ａ，１９Ｂに応力集中が生じにくく、トーションバー１９Ａ，１９Ｂの寿命を延ばすことができる。

図９（ａ）は、ＳＯＩ基板の活性層１０１をエッチングする際のマスキング層がフォトレジスト及びシリコン窒化膜（ＳｉＮ）である比較例の層構造を模式的に示す断面図である。図９（ｂ）は、同比較例におけるエッチング後のトーションバー１９Ａ，１９Ｂを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）で斜め上方から撮影した画像である。
図１０（ａ）は、ＳＯＩ基板の活性層１０１をエッチングする際のマスキング層がフォトレジスト、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）及びシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）である実施例の層構造を模式的に示す断面図である。図１０（ｂ）は、同実施例におけるエッチング後のトーションバー１９Ａ，１９Ｂを走査型電子顕微鏡で斜め上方から撮影した画像である。

図９（ａ）及び（ｂ）に示す比較例では、トーションバー１９Ａ，１９Ｂとなる基板部分をフォトレジストとシリコン窒化膜（ＳｉＮ）からなるマスキング層で被覆し、ＳＩＯ基板の活性層１０１をエッチング処理する。この場合、図９（ｂ）に示すように、トーションバー１９Ａ，１９Ｂの側面上部（エッチング処理で形成された切欠部分の内壁面上部）に微細な縦スジ（凹凸）が形成されているのがわかる。このような微細な縦スジ（凹凸）は、継続的に捩れ応力を受けるトーションバー１９Ａ，１９Ｂに応力集中を生じさせ、トーションバー１９Ａ，１９Ｂの耐久性を低下させ、トーションバー１９Ａ，１９Ｂの寿命を短くするものである。なお、マスキング層がフォトレジストだけである場合も、同様に微細な縦スジ（凹凸）が形成されるので、トーションバー１９Ａ，１９Ｂの寿命を短くする。

一方、図１０（ａ）及び（ｂ）に示す実施例では、トーションバー１９Ａ，１９Ｂとなる基板部分をフォトレジストとシリコン窒化膜（ＳｉＮ）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）とからなるマスキング層で被覆し、ＳＩＯ基板の活性層１０１をエッチング処理する。この場合、図１０（ｂ）に示すように、比較例で生じた微細な縦スジ（凹凸）は形成されていないのがわかる。したがって、継続的に捩れ応力を受けるトーションバー１９Ａ，１９Ｂに応力集中を生じさせず、トーションバー１９Ａ，１９Ｂの耐久性が向上して、トーションバー１９Ａ，１９Ｂの寿命が長くなる。

この理由は、実施例のマスキング層に用いられているシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）のシリコン（Ｓｉ）に対する選択比が、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）のシリコン（Ｓｉ）に対する選択比よりも高いためであると考えられる。詳しくは、比較例では、エッチング処理中にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）の側面がエッチングされてシリコン窒化膜が後退してしまい、シリコン窒化膜がマスキング層として十分に機能せず、その結果、トーションバー１９Ａ，１９Ｂとなるシリコン基板部分が部分的にエッチングされて微細な縦スジが形成されたものと推察される。これに対し、実施例では、エッチング処理中にシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）が後退するほどエッチングされることがなく、シリコン酸化膜がマスキング層として十分に機能した結果、トーションバー１９Ａ，１９Ｂとなるシリコン基板部分がエッチングされず、微細な縦スジが形成されなかったものと推察される。

〔変形例〕
次に、本実施形態におけるトーションバー１９Ａ，１９Ｂ上に形成されて残されるマスキング層の一変形例について説明する。
上述した実施形態のトーションバー１９Ａ，１９Ｂ上に形成されて残されるマスキング層は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）からなる透明薄膜１１０の一層構造であったが、本変形例では、２層構造としたものである。

図１１は、本変形例におけるアクチュエータ駆動デバイスのフレーム基板の図４における符号Ａ−Ａ’に対応する断面図である。
図１２は、本変形例におけるアクチュエータ駆動デバイスのフレーム基板の図４における符号Ｂ−Ｂ’に対応する断面図である。
本変形例におけるマスキング層は、ＳＯＩ基板の活性層１０１に接する下層透明薄膜１１１がシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）であり、その上に積層される上層透明薄膜１１２がシリコン窒化膜（ＳｉＮ）であるものを使用している。下層透明薄膜１１１としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）を使用しているのは、ＳｉＯ₂に対するシリコン（Ｓｉ）のエッチング選択比が高く、かつ、層間の絶縁膜として使用するのに適しているためである。また、上層透明薄膜１１２としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を使用しているのは、ＳｉＮがアクチュエータ駆動デバイスを水分やガスから保護するパッシベーション膜として使用するのに適しているためである。

本変形例によれば、トーションバー１９Ａ，１９Ｂ上に形成されて残されるマスキング層の下層透明薄膜１１１であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）によって、シリコン基板のエッチング処理によるエッチングダメージでトーションバー１９Ａ，１９Ｂの側面に微細な縦スジ（凹凸）が形成されず、トーションバー１９Ａ，１９Ｂの高耐久性、長寿命化を実現する一方、上層透明薄膜１１２であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ）をパッシベーション膜として使用することで、デバイス表面を安定して保護することができる。

トーションバー１９Ａ，１９Ｂ上に形成されて残されるマスキング層の下層透明薄膜１１１及び上層透明薄膜１１２の厚さは、可視光領域の光に対して反射率が下げられるような膜厚に設定されるのが好ましい。図１３は、単結晶Ｓｉ上に下層透明薄膜１１１として厚さ３００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）を成膜し、上層透明薄膜１１２として厚さ５００ｎｍのシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を成膜したときの可視光波長帯の反射率を示すグラフである。本変形例は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のレーザー光を光走査する光走査装置であるため、Ｂ（４５０ｎｍ）、Ｇ（５２０ｎｍ）、Ｒ（６４２ｎｍ）の波長のレーザー光源を使用している場合に最適化している。図１３に示す例の膜厚条件の場合、Ｒ、Ｇ、Ｂのすべての波長での反射率を１０％以下とすることができる。つまり、Ｒ、Ｇ、Ｂの各レーザー光源からの光の反射率を低減して、十分に迷光を抑制することができる。

なお、本変形例では、製造プロセス上の工程数が追加されないように、２層構造のマスキング層を例に挙げたが、３層以上であってもよい。

次に、本実施形態におけるアクチュエータ駆動デバイスの製造方法について説明する。
図１４（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態におけるアクチュエータ駆動デバイスの製造方法の前段の各工程を示す説明図である。
図１５（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態におけるアクチュエータ駆動デバイスの製造方法の後段の各工程を示す説明図である。
なお、ここでは、トーションバー１９Ａ，１９Ｂ上のマスキング層が上述した変形例のようにシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）とシリコン窒化膜（ＳｉＮ）の２層構造である場合を例に挙げる。

本実施形態では、上述したように、基板材料としてＳＯＩウエハ１００を使用し、活性層１０１は厚さ４０μｍ、支持層１０３は厚さ６２５μｍで構成されている。まず、図１４（ａ）に示すように、このＳＯＩウエハ１００の上面上に、各圧電素子２０〜２４を構成する圧電膜を形成する。具体的には、ＳＯＩウエハ１００の面側から順に、下部電極１２１、圧電材料１２２、上部電極１２３の膜が形成される。

次に、図１４（ｂ）に示すように、各圧電素子２０〜２４によって変位を生じさせる基板部分だけに圧電膜１２０が残るようにドライエッチングを用いて圧電膜の形状形成を行う。具体的には、はじめに、各圧電素子２０〜２４によって変位を生じさせる基板部分だけに圧電膜が残るようにレジスト層をパターニングして上部電極１２３をエッチングし、その後、再びレジスト層をパターニングして圧電材料１２２をエッチングし、最後に、もう一度レジスト層をパターニングして下部電極１２１をエッチングする。これにより、ＳＯＩウエハ１００上の弾性変形部１２〜１５，１６Ａ，１６Ｂとなる箇所に、それぞれ、圧電膜１２０が残り、これが各圧電素子２０〜２４を構成する。

次に、図１４（ｃ）に示すように、ＳＯＩウエハ１００の上面側の全体にマスキング層１１１’を形成する。このマスキング層１１１’は、トーションバー１９Ａ，１９ＢとなるＳＯＩウエハ１００上の部分では下層透明薄膜１１１として残され、他の基板部分では絶縁層として残される。このマスキング層１１１’は、例えば、ＳｉＯ₂をプラズマＣＶＤ法により成膜して形成することができる。

次に、図１４（ｄ）に示すように、マスキング層１１１’の上に配線用の導電膜を形成し、パターニングして配線パターン１２４を形成する。配線材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）やＡｌ−Ｃｕ等のアルミニウム合金を使用することができる。このとき、図１４（ｃ）で形成されたマスキング層１１１’は、配線パターン１２４と圧電膜１２０との絶縁層としての役割も担うので、その絶縁に必要な膜厚に設定される。

次に、図１５（ａ）に示すように、ＳＯＩウエハ１００の上面側の全体にマスキング層１１２’を形成する。このマスキング層１１２’は、デバイス全体を外界からのガス、水分などから保護するためのパッシベーション膜として基板全体に残される。また、このマスキング層１１２’は、トーションバー１９Ａ，１９ＢとなるＳＯＩウエハ１００上の部分では、上層透明薄膜１１２として残され、可視光領域では透明である。このマスキング層１１２’は、例えば、ＳｉＮをプラズマＣＶＤ法により成膜して形成することができる。

次に、図１５（ｂ）に示すように、ＳＯＩウエハ１００の活性層１０１の形状形成に合わせて、マスキング層１１１’及びマスキング層１１２’の一部を除去するエッチング処理を行う。このエッチング処理では、例えばドライエッチングを採用することができる。

次に、図１５（ｃ）に示すように、ＳＯＩウエハ１００の活性層１０１の形状形成を行うために、活性層１０１をエッチングするエッチング処理を行う。このとき、マスキング層１１１’及びマスキング層１１２’、特にＳＯＩウエハ１００の活性層１０１に隣接するマスキング層１１１’が活性層１０１のエッチングに対するマスク機能を果たす。そのため、図１５（ｂ）でのエッチング処理によりマスキング層１１１’及びマスキング層１１２’の一部が除去されて露出した活性層１０１の部分だけ、選択的にエッチングして除去することができる。

ＳＯＩウエハ１００の活性層１０１に隣接するマスキング層１１１’は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）であるため、エッチング対象である活性層１０１のＳｉ材料との選択比（Ｓｉ／ＳｉＯ₂）が大きい（少なくともシリコン窒化膜（ＳｉＮ）の選択比（Ｓｉ／ＳｉＮ）よりも大きい。）。よって、トーションバー１９Ａ，１９ＢとなるＳＯＩウエハ１００上の部分を含め、フレーム基板１０を構成するＳＯＩウエハ１００上の部分へのエッチングダメージが十分に抑制できる。これにより、エッチングによって除去される切欠Ｋ１〜Ｋ６の内壁面を構成する部分（フレーム基板１０の各部側面）には、エッチングダメージによる微細な縦スジ（凹凸）が形成されにくく、平滑なものとなる。その結果、本アクチュエータ駆動デバイスの駆動時に捩れ応力が発生するトーションバー１９Ａ，１９Ｂに応力集中が生じにくく、トーションバー１９Ａ，１９Ｂの寿命を延ばすことができ、また動作信頼性も向上する。同様に、本アクチュエータ駆動デバイスの駆動時に変形する各弾性変形部１２〜１５，１６Ａ，１６Ｂでも応力集中が生じにくいので、これらの弾性変形部１２〜１５，１６Ａ，１６Ｂの寿命も延ばすことができ、また動作信頼性も向上する。

次に、図１５（ｄ）に示すように、トーションバー１９Ａ，１９Ｂや弾性変形部１２〜１５，１６Ａ，１６Ｂのように、デバイス駆動において捩れや変形を必要とするＳＯＩウエハ１００上の箇所については、ＳＯＩウエハ１００の下面側から支持層１０３を除去するエッチング処理を行う。逆に、フレーム基板１０の支持フレーム１１、可動部枠１８、可動部１７などは、デバイス駆動時に捩れや変形が生じるのを抑制する必要があるので、これらに対応するＳＯＩウエハ１００上の箇所については支持層１０３が残される。

上述した実施形態（変形例を含む。以下同じ。）において、アクチュエータ駆動デバイスは、一方向から入射してくる入射光を反射するミラー１７Ｍを往復回動動作させて光を走査する光走査装置として利用しているが、これに限らず、例えば、複数方向から入射してくる入射光を反射するミラー１７Ｍを回動動作させて、特定箇所に配置されている受光部へ案内するような受光装置としても利用することが可能である。
更に、本実施形態のアクチュエータ駆動デバイスを適用可能な装置は、光走査装置にも限られない。

また、上述した実施形態におけるアクチュエータ駆動デバイスは、二次元方向に光を走査する光走査装置であるが、当該アクチュエータ駆動デバイスの主走査方向の構成及び動作を一次元方向に光を走査する光走査装置に適用してもよい。
また、上述した実施形態では、主走査方向に可動部１７を回動させる駆動手段、副走査方向に可動部１７を回動させる第二駆動手段が、いずれも同じ駆動方式を採用するものであるが、互いに異なる駆動方式を採用してもよい。また、駆動方式も圧電駆動方式に限らず、例えば、静電力を用いて駆動する静電駆動方式や、電磁力を用いて駆動する電磁駆動方式を採用してもよい。

また、上述した実施形態では、本実施形態のアクチュエータ駆動デバイスを適用した光走査装置が採用される画像形成装置の一例として、ＨＵＤ装置を挙げたが、観測者の頭部に装着して使用されるヘッドマウントディスプレイや、スクリーン上に画像を投射して表示するプロジェクタなどの画像投射装置等にも、同様に適用することができる。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
可動部枠１８や第５弾性変形部１６Ａ，１６Ｂ等の支持部と、該支持部に一端が固定されたトーションバー１９Ａ，１９Ｂ等の捩れ部材と、該捩れ部材の他端に固定された可動部１７とが、ＳＯＩウエハ１００等の同一基板から形成されており、主走査用圧電素子２４等の駆動手段により前記捩れ部材に所定方向（長手方向等）回りの捩れを生じさせることで前記可動部を繰り返し回動させるアクチュエータ駆動デバイス等の回動装置において、前記捩れ部材及び該捩れ部材の捩れと一緒に変形する第５弾性変形部１６Ａ，１６Ｂ等の変化箇所の少なくとも一方に、前記基板をエッチング処理するときのマスキング層１１０，１１１，１１２が形成されていることを特徴とする。
本態様における回転装置を構成する支持部、捩れ部材及び可動部は、基板をエッチング処理して形状形成することにより同一基板から形成される。捩れ部材や捩れ部材の捩れと一緒に変形する変化箇所（以下「捩れ部材等」という。）は、可動部を繰り返し回動させる際に捩れ等の変形を繰り返すため、回転装置を構成する部材の中で最も早期に寿命を迎えやすい。そのため、捩れ部材等の寿命を延ばすことは、回転装置の寿命を延ばすことにつながる。
本態様においては、形状形成のために基板をエッチング処理するときにマスキング層を捩れ部材等に形成し、捩れ部材等が当該エッチング処理によるダメージを受けるのを抑制する。このとき、基板に対する選択比が十分に大きなマスキング層を用いることで、エッチングダメージによる微細な凹凸を平滑化する処理を別途行わなくても、捩れ部材等に生じるエッチングダメージを十分に押さえ、捩れ部材等に生じる応力集中を抑制して捩れ部材等の寿命を延ばすことが可能である。また、本態様においては、このマスキング層を除去せずにそのまま捩れ部材等に残すため、マスキング層を除去する処理が省略できる。したがって、平滑化処理やマスキング層の除去処理の処理工程を省略して製造工程を減らしつつも、基板に対する選択比が十分に大きなマスキング層を用いることで回転装置の長寿命化を図ることができる。

（態様Ｂ）
前記態様Ａにおいて、前記駆動手段は、前記支持部の少なくとも一部分（第５弾性変形部１６Ａ，１６Ｂ等）に設けられる主走査用圧電素子２４等の圧電素子により該一部分を変形させることにより、前記捩れ部材に前記所定方向回りの捩れを生じさせることを特徴とする。
これによれば、圧電駆動方式の採用により、静電駆動方式や電磁駆動方式などの他の駆動方式と比べて、小型化等の観点で有利となる。

（態様Ｃ）
前記態様Ａ又はＢにおいて、前記基板は、シリコン材料を基材としたＳＯＩウエハ１００等の基板であることを特徴とする。
これによれば、基板の作成を半導体プロセスに準じて行うことができ、大量生産によるコストダウンを図ることが容易となる。

（態様Ｄ）
前記態様Ｃにおいて、前記マスキング層は、シリコン酸化膜を含む層であることを特徴とする。
これによれば、シリコン酸化膜はシリコン（Ｓｉ）に対する選択比（Ｓｉ／ＳｉＯ₂）が高いため、捩れ部材等となるシリコン材料部分へのエッチングダメージを十分に抑制でき、エッチングダメージによる微細な凹凸を平滑化する処理を別途行わなくても、捩れ部材等に生じる応力集中を抑制して捩れ部材等の寿命を延ばすことができる。

（態様Ｅ）
前記態様Ｄにおいて、前記マスキング層は、前記シリコン酸化膜の上にチッ化シリコン膜が形成された層であることを特徴とする。
これによれば、チッ化シリコン膜を水分やガスから保護するパッシベーション膜として好適に利用することができる。

（態様Ｆ）
前記態様Ａ〜Ｅのいずれかの態様において、前記可動部は、光反射面をもった光学部材を有することを特徴とする。
これによれば、本態様に係る回転装置を光走査装置の走査手段として利用することができる。
また、一般に、光走査装置では、可動部上の光反射面へ入射すべき入射光の一部が種々の原因によって可動部から外れて捩れ部材等に入射する場合がある。この場合、捩れ部材等での反射光の光量が多いと、これが迷光となって種々の不具合を引き起こす。本態様においては、捩れ部材等に残るマスキング層が、捩れ部材等で反射する反射光の光量を少なくするための反射抑制層として利用できる。特に、このマスキング層は、基板のエッチング処理時に多少エッチングされることから、その表面が適度に粗面化され、特別な処理を別途施すことなく、良好な反射抑制層となる。よって、製造工程を増やすことなく、良好な反射抑制層を得て、迷光による種々の不具合を抑制することができる。

（態様Ｇ）
前記態様Ｆにおいて、前記マスキング層は、前記基板よりも可視光波長領域の光反射率が低いことを特徴とする。
これによれば、可視光による迷光を抑制できることから、画像を表示する画像表示装置の迷光による画質劣化が抑制される結果、画像表示装置の光走査装置として好適に利用できる。

（態様Ｈ）
光出力手段から出力される光を走査する走査手段を有する光走査装置において、前記走査手段は、前記態様Ｆ又はＧに係る回動装置を用いることを特徴とする。
これによれば、製造工程を減らしつつも光走査装置の長寿命化を図ることができる。しかも、可視光による迷光も抑制可能となることから、画像表示装置の光走査装置として好適に利用できる。

（態様Ｉ）
画像情報に基づく画像走査光を出力する画像走査光出力手段と、前記画像走査光出力手段から出力される画像走査光を二次元走査する走査手段とを有する画像表示装置において、前記走査手段として、前記態様Ｆ又はＧに係る回動装置を用い、前記駆動手段によって前記可動部を所定の回動軸回りで繰り返し回動させることにより画像水平方向及び画像垂直方向のうちの一方の方向に画像走査光を走査するとともに、第二駆動手段によって前記所定の回動軸に対して略直交する第二回動軸回りで前記可動部を回動させることにより画像水平方向及び画像垂直方向のうちの他方の方向に画像走査光を走査することを特徴とする。
これによれば、製造工程が少なく長寿命な光走査装置を用いた画像形成装置を提供できる。しかも、可視光による迷光も抑制可能となることから、迷光による画質劣化が抑制される。

（態様Ｊ）
支持部と、該支持部に一端が固定された捩れ部材と、該捩れ部材の他端に固定された可動部とが、同一基板から形成されており、駆動手段により前記捩れ部材に所定方向回りの捩れを生じさせることで前記可動部を繰り返し回動させる回動装置の製造方法において、前記捩れ部材及び該捩れ部材の捩れと一緒に変形する変化箇所の少なくとも一方にマスキング層を形成するマスキング工程と、前記マスキング工程の後に前記基板をエッチング処理するエッチング工程とを有することを特徴とする。
これによれば、平滑化処理やマスキング層の除去処理の処理工程を省略して製造工程を減らしつつも、基板に対する選択比が十分に大きなマスキング層を用いることで回転装置の長寿命化を図ることができる。

１０フレーム基板
１１支持フレーム
１２〜１５，１６Ａ，１６Ｂ弾性変形部
１７可動部
１７Ｍミラー
１８可動部枠
１９Ａ，１９Ｂトーションバー
２０〜２４圧電素子
１００ＳＯＩウエハ
１０１活性層
１０２ＢＯＸ層
１０３支持層
１１０透明薄膜（マスキング層）
１１１下層透明薄膜（マスキング層）
１１２上層透明薄膜（マスキング層）
１２０圧電膜
１２１下部電極
１２２圧電材料
１２３上部電極
１２４配線パターン
２００自動車用ＨＵＤ装置
２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂレーザー光源
２０８光走査装置
２０９自由曲面ミラー
２１０スクリーン
２１１投射ミラー
２１２受光センサ
２３０光源ユニット
３００運転者
３０１自動車
３０２フロントガラス

特開２０１２−１９４４００号公報

Claims

支持部と、該支持部に一端が固定された捩れ部材と、該捩れ部材の他端に固定された可動部とが、同一基板から形成されており、駆動手段により前記捩れ部材に所定方向回りの捩れを生じさせることで前記可動部を繰り返し回動させる回動装置において、
前記捩れ部材及び該捩れ部材の捩れと一緒に変形する変化箇所の少なくとも一方に、前記基板をエッチング処理するときのマスキング層が形成され、
前記マスキング層は、シリコン酸化膜の上にチッ化シリコン膜が形成された層であり、
前記マスキング層の光反射率は、前記可動部に入射される光の可視光波長領域に含まれる複数のピーク波長についての光反射率が前記基板よりも低くなるように、該複数のピーク波長に対応した複数の極小値を有することを特徴とする回動装置。
請求項１に記載の回動装置において、
前記駆動手段は、前記支持部の少なくとも一部分に設けられる圧電素子により該一部分を変形させることにより、前記捩れ部材に前記所定方向回りの捩れを生じさせることを特徴とする回動装置。
請求項１又は２に記載の回動装置において、
前記基板は、シリコン材料を基材とした基板であることを特徴とする回動装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回動装置において、
前記可動部は、光反射面をもった光学部材を有することを特徴とする回動装置。
光出力手段から出力される光を走査する走査手段を有する光走査装置において、
前記走査手段は、請求項４に記載の回動装置を用いることを特徴とする光走査装置。
画像情報に基づく画像走査光を出力する画像走査光出力手段と、
前記画像走査光出力手段から出力される画像走査光を二次元走査する走査手段とを有する画像表示装置において、
前記走査手段として、請求項４に記載の回動装置を用い、
前記駆動手段によって前記可動部を所定の回動軸回りで繰り返し回動させることにより画像水平方向及び画像垂直方向のうちの一方の方向に画像走査光を走査するとともに、第二駆動手段によって前記所定の回動軸に対して略直交する第二回動軸回りで前記可動部を回動させることにより画像水平方向及び画像垂直方向のうちの他方の方向に画像走査光を走査することを特徴とする画像表示装置。