KR20150022646A - 광 주사 장치 및 광 주사 유닛 - Google Patents

광 주사 장치 및 광 주사 유닛 Download PDF

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KR20150022646A KR20140067481A KR20140067481A KR20150022646A KR 20150022646 A KR20150022646 A KR 20150022646A KR 20140067481 A KR20140067481 A KR 20140067481A KR 20140067481 A KR20140067481 A KR 20140067481A KR 20150022646 A KR20150022646 A KR 20150022646A
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유키 마루야마
미사토 아베
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미쓰미덴기가부시기가이샤
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Abstract

[과제] 반사율의 입사각도 의존성을 고려한 막 구성의 다층막이 형성된 미러를 갖는 광 주사 장치를 제공한다.
[해결 수단] 본 광 주사 장치는 미러를 요동시켜, 입사하는 가시광선을 주사하는 광 주사 장치로서, 상기 미러는 기판 위에 형성된 금속막과, 상기 금속막 위에 적층된 반사증가막을 갖는다.

Description

광 주사 장치 및 광 주사 유닛{OPTICAL SCANNING APPARATUS AND OPTICAL SCANNING UNIT}
본 발명은 미러를 갖는 광 주사 장치 및 광 주사 유닛에 관한 것이다.
종래, 400∼700nm의 가시광 영역 레이저를 광원으로 하는 프로젝터 등에 사용되는 부동 미러에서는, 석영이나 유리의 기재 위에 금속막을 형성하고, 그 위에 저굴절률막과 고굴절률막으로 이루어지는 유전 다층막을 형성하여 고반사율을 달성했다. 예를 들면, 기판 위에, 금속막과, 저굴절률막과 고굴절률막을 번갈아 금속막 위에 적층한 유전 다층막으로 구성되는 9층 이상의 다층막을 갖는 미러가 예시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본 특개 2006-220903호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그런데, 상기와 같은 부동 미러에서는, 입사광의 미러에서의 입사각도가 항상 일정하기 때문에, 반사율의 입사각도 의존성을 고려한 막 구성의 검토는 행해지지 않았다.
한편, 광 주사 장치에 사용되는 미러는 광원과의 위치관계에 따라 여러 입사각도로 사용되고(예를 들면, 0°∼50° 정도), 또한 미러 자체가 요동하기 때문에(예를 들면, ±10° 정도), 입사각도가 변동한 경우에도, 소정값 이상의 고반사율을 확보할 수 있는 것과 같은 막 구성으로 할 필요가 있다.
또한, 부동 미러에는 비교적 두꺼운 기판(수mm 정도)을 사용할 수 있기 때문에, 기판 위에 형성하는 막의 총 두께가 두꺼워도 기판 자체가 변형될 우려가 없다. 그 때문에 적층하는 막의 수를 늘려 총 두께가 두꺼워져도 큰 폐해는 없어, 적층하는 막의 수를 줄여 총 두께를 얇게 하는 검토도 행해지지 않았다.
한편, 광 주사 장치에 사용되는 미러는 요동하기 때문에, 비교적 얇은 기판(수10μ∼수100㎛ 정도)을 사용할 필요가 있다. 비교적 얇은 기판을 사용한 경우, 기판 위에 적층하는 막의 수를 늘려 총 두께가 두꺼워지면, 기판 자체가 변형될 우려가 생기기 때문에, 적층하는 막의 수를 줄여 총 두께를 얇게 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기의 점을 감안하여 이루어진 것으로, 반사율의 입사각도 의존성을 고려한 막 구성의 다층막이 형성된 미러를 갖는 광 주사 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 광 주사 장치(200)는 미러(110)를 요동시켜, 입사하는 가시광선을 주사하는 광 주사 장치(200)로서, 상기 미러(110)는 기판(111) 위에 형성된 금속막(112)과, 상기 금속막(112) 위에 적층된 반사증가막(113 및 114)을 갖는 것을 요건으로 한다.
또한, 상기 괄호 내의 참조부호는 이해를 쉽게 하기 위해서 붙인 것으로, 일례에 지나지 않으며, 도시된 태양에 한정되는 것은 아니다.
개시된 기술에 의하면, 반사율의 입사각도 의존성을 고려한 막 구성의 다층막이 형성된 미러를 갖는 광 주사 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 광 주사 장치를 예시하는 도면이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 광 주사 유닛을 예시하는 도면이다.
도 3은 미러의 층 구성을 예시하는 단면도이다.
도 4는 실시예 1에 따른 다층막의 반사율의 입사각도 의존성(P편광 입사)을 예시하는 도면이다.
도 5는 비교예에 따른 금속막의 반사율의 입사각도 의존성(P편광 입사)을 예시하는 도면이다.
도 6은 실시예 1에 따른 다층막의 반사율의 입사각도 의존성(S편광 입사)을 예시하는 도면이다.
도 7은 비교예에 따른 금속막의 반사율의 입사각도 의존성(S편광 입사)을 예시하는 도면이다.
도 8은 실시예 1 및 비교예의 평균 반사율의 입사각도 의존성(P편광 입사)을 비교하는 도면이다.
도 9는 실시예 1 및 비교예의 평균 반사율의 입사각도 의존성(S편광 입사)을 비교하는 도면이다.
도 10은 입사각도가 5°인 경우에 있어서의, 실시예 2에 따른 다층막의 반사율의 고굴절률막의 막 두께 의존성(P편광 입사)을 예시하는 도면이다.
도 11은 입사각도가 50°인 경우에 있어서의, 실시예 2에 따른 다층막의 반사율의 고굴절률막의 막 두께 의존성(P편광 입사)을 예시하는 도면이다.
도 12는 도 10으로부터 소정의 파장의 데이터를 발췌하여 출력한 도면이다.
도 13은 도 11로부터 소정의 파장의 데이터를 발췌하여 출력한 도면이다.
도 14는 입사각도가 5°인 경우에 있어서의, 실시예 2에 따른 다층막의 반사율의 고굴절률막의 막 두께 의존성(S편광 입사)을 예시하는 도면이다.
도 15는 입사각도가 50°인 경우에 있어서의, 실시예 2에 따른 다층막의 반사율의 고굴절률막의 막 두께 의존성(S편광 입사)을 예시하는 도면이다.
도 16은 도 14로부터 소정의 파장의 데이터를 발췌하여 출력한 도면이다.
도 17은 도 15로부터 소정의 파장의 데이터를 발췌하여 출력한 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다. 각 도면에서, 동일 구성 부분에는 동일한 부호를 붙여, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 광 주사(光走査) 장치를 예시하는 도면이다. 본 실시형태에 따른 광 주사 장치(200)는 레이저 등의 광원으로부터 조사되는 광을 주사시키는 광 주사 장치이며, 예를 들면, 압전소자에 의해 미러를 구동시키는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 미러 등이다.
구체적으로는, 광 주사 장치(200)는 미러(110)와, 미러 지지부(120)와, 트위스트빔(130A, 130B)과, 연결빔(140A, 140B)과, 제 1 구동빔(150A, 150B)과, 가동 프레임(160)과, 제 2 구동빔(170A, 170B)과, 고정 프레임(180)을 갖는다. 또한, 제 1 구동빔(150A, 150B)은 각각 구동원(151A, 151B)을 갖는다. 제 2 구동빔(170A, 170B)은 각각 구동원(171A, 171B)을 갖는다. 제 1 구동빔(150A, 150B), 제 2 구동빔(170A, 170B)은 미러(110)를 상하 또는 좌우로 요동(搖動)시켜 레이저광을 주사하는 액추에이터로서 기능한다.
미러 지지부(120)에는 미러(110)의 원주를 따르도록 슬릿(122)이 형성되어 있다. 슬릿(122)에 의해, 미러 지지부(120)를 경량화하면서 트위스트빔(130A, 130B)에 의한 비틀림을 미러(110)에 전달할 수 있다.
광 주사 장치(200)에 있어서, 미러 지지부(120)의 표면에 미러(110)가 지지되고, 미러 지지부(120)는 양측에 있는 트위스트빔(130A, 130B)의 단부에 연결되어 있다. 트위스트빔(130A, 130B)은 요동축을 구성하고, 축 방향으로 뻗어 미러 지지부(120)를 축 방향 양측으로부터 지지하고 있다. 트위스트빔(130A, 130B)이 비틀림으로써, 미러 지지부(120)에 지지된 미러(110)가 요동하여, 미러(110)에 조사된 광의 반사광을 주사시키는 동작을 행한다. 트위스트빔(130A, 130B)은 각각이 연결빔(140A, 140B)에 연결 지지되고, 제 1 구동빔(150A, 150B)에 연결되어 있다.
제 1 구동빔(150A, 150B), 연결빔(140A, 140B), 트위스트빔(130A, 130B), 미러 지지부(120) 및 미러(110)는 가동 프레임(160)에 둘러싸여 있다. 제 1 구동빔(150A, 150B)은 가동 프레임(160)에 각각의 일방측이 지지되어 있다. 제 1 구동빔(150A)의 타방측은 내주측으로 뻗어 연결빔(140A, 140B)과 연결되어 있다. 제 1 구동빔(150B)의 타방측도 마찬가지로, 내주측으로 뻗어 연결빔(140A, 140B)과 연결되어 있다.
제 1 구동빔(150A, 150B)은, 트위스트빔(130A, 130B)과 직교하는 방향으로, 미러(110) 및 미러 지지부(120)를 사이에 끼도록, 쌍을 이루어 설치되어 있다. 제 1 구동빔(150A, 150B)의 표면에는 구동원(151A, 151B)이 각각 형성되어 있다. 구동원(151A, 151B)은 제 1 구동빔(150A, 150B)의 표면 상의 압전소자의 박막의 상면에 형성된 상부 전극과, 압전소자의 하면에 형성된 하부 전극에 의해 구성된다. 구동원(151A, 151B)에서는 상부 전극과 하부 전극에 인가하는 구동 전압의 극성에 따라 신장하거나 축소하거나 한다.
이 때문에, 제 1 구동빔(150A)과 제 1 구동빔(150B)에서 상이한 위상의 구동 전압을 번갈아 인가하면, 미러(110)의 좌측과 우측에서 제 1 구동빔(150A)과 제 1 구동빔(150B)이 상하 반대측으로 번갈아 진동하고, 트위스트빔(130A, 130B)을 요동축 또는 회전축으로 하여, 미러(110)를 축 주위를 요동시킬 수 있다. 미러(110)를 트위스트빔(130A, 130B)의 축 주위로 요동하는 방향을, 이후, 수평 방향으로 부른다. 예를 들면, 제 1 구동빔(150A, 150B)에 의한 수평 구동에는, 공진 진동이 사용되어, 고속으로 미러(110)를 요동 구동할 수 있다.
또한, 가동 프레임(160)의 외부에는, 제 2 구동빔(170A, 170B)의 일단이 연결되어 있다. 제 2 구동빔(170A, 170B)은 가동 프레임(160)을 좌우 양측에서 끼우도록, 쌍을 이루어 설치되어 있다. 제 2 구동빔(170A)은 제 1 구동빔(150A)과 평행하게 뻗어 있는 빔이 인접하는 빔과 단부에서 연결되고, 전체적으로 지그재그 형상을 갖는다. 그리고, 제 2 구동빔(170A)의 타단은 고정 프레임(180)의 내측에 연결되어 있다. 제 2 구동빔(170B)도 마찬가지로, 제 1 구동빔(150B)과 평행하게 뻗어 있는 빔이 인접하는 빔과 단부에서 연결되고, 전체적으로 지그재그 형상을 갖는다. 그리고 제 2 구동빔(170B)의 타단은 고정 프레임(180)의 내측에 연결되어 있다.
제 2 구동빔(170A, 170B)의 표면에는 각각 곡선부를 포함하지 않는 직사각형 단위마다 구동원(171A, 171B)이 형성되어 있다. 구동원(171A)은 제 2 구동빔(170A)의 표면 위의 압전소자의 박막의 상면에 형성된 상부 전극과, 압전소자의 하면에 형성된 하부 전극에 의해 구성된다. 구동원(171B)은 제 2 구동빔(170B)의 표면 위의 압전소자의 박막의 상면에 형성된 상부 전극과, 압전소자의 하면에 형성된 하부 전극으로 구성된다.
제 2 구동빔(170A, 170B)에서는 직사각형 단위마다 인접해 있는 구동원(171A, 171B)끼리에서, 다른 극성의 구동 전압을 인가함으로써, 인접하는 직사각형 빔을 상하 반대 방향으로 젖혀지게 하여, 각 직사각형 빔의 상하 움직임의 축적을 가동 프레임(160)에 전달한다. 제 2 구동빔(170A, 170B)은, 이 동작에 의해, 평행 방향과 직교하는 방향인 수직 방향으로 미러(110)를 요동시킨다. 예를 들면, 제 2 구동빔(170A, 170B)에 의한 수직 구동에는 비공진 진동을 사용할 수 있다.
예를 들면, 구동원(171B)을 좌측에서 가동 프레임(160)을 향하여 나열되는 구동원을 구동원(171DL, 171CL, 171BL, 171AL)이 포함되는 것으로 하고, 우측의 구동원(171A)을 가동 프레임(160)으로부터 우측을 향하여 나열되는 구동원(171AR, 171BR, 171CR, 171DR)이 포함되는 것으로 한 경우, 구동원(171Ax)과 구동원(171Cx)(4개)을 동일파형, 구동원(171Bx), 구동원(171Dx)(4개)을 전자와 위상이 상이한 동일파형으로 구동함으로써 수직 방향으로 요동할 수 있다.
구동원(151A)의 상부 전극 및 하부 전극에 구동 전압을 인가하는 구동 배선은 고정 프레임(180)에 설치된 단자군(TA)에 포함되는 소정의 단자와 접속되어 있다. 또한, 구동원(151B)의 상부 전극 및 하부 전극에 구동 전압을 인가하는 구동 배선은 고정 프레임(180)에 설치된 단자군(TA)에 포함되는 소정의 단자와 접속되어 있다. 또한 구동원(171A)의 상부 전극 및 하부 전극에 구동 전압을 인가하는 구동 배선은 고정 프레임(180)에 설치된 단자군(TA)에 포함되는 소정의 단자와 접속되어 있다. 또한, 구동원(171B)의 상부 전극 및 하부 전극에 구동 전압을 인가하는 구동 배선은 고정 프레임(180)에 설치된 단자군(TB)에 포함되는 소정의 단자와 접속되어 있다.
또한, 광 주사 장치(200)는, 구동원(151A, 151B)에 구동 전압이 인가되어 미러가 수평 방향으로 요동하고 있는 상태에 있어서의 미러(110)의 수평 방향의 경사 상태를 검출하는 압전센서(191, 192)를 갖는다. 압전센서(191, 192)는 연결빔(140B)에 설치되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 압전센서(192)는 연결빔(140A, 140B)의 중량의 균형을 잡기 위한 더미 센서이다.
또한, 광 주사 장치(200)는 구동원(171A, 171B)에 구동 전압이 인가되어 미러가 수직 방향으로 요동하고 있는 상태에 있어서의 미러(110)의 수직 방향의 경사 상태를 검출하는 압전센서(195, 196)를 갖는다. 압전센서(195)는 제 2 구동빔(170A)이 갖는 직사각형 빔 중 하나에 설치되어 있고, 압전센서(196)는 제 2 구동빔(170B)이 갖는 직사각형 빔 중 하나에 설치되어 있다.
압전센서(191)는, 미러(110)의 수평방향의 경사 상태에 따라, 트위스트빔(130B)으로부터 전달되는 연결빔(140B)의 변위에 대응하는 전류값을 출력한다. 압전센서(195)는, 미러(110)의 수직 방향의 경사 상태에 따라, 제 2 구동빔(170A) 중 압전센서(195)가 설치된 직사각형 빔의 변위에 대응하는 전류값을 출력한다. 압전센서(196)는, 미러(110)의 수직방향의 경사 상태에 따라, 제 2 구동빔(170B) 중 압전센서(196)가 설치된 직사각형 빔의 변위에 대응하는 전류값을 출력한다.
본 실시형태에서는, 압전센서(191)의 출력을 사용하여 미러(110)의 수평방향의 경사 상태를 검출한다. 또한, 본 실시형태에서는, 압전센서(195, 196)를 사용하여 미러(110)의 수직 방향의 경사 상태를 검출한다. 또한, 본 실시형태에서는, 각 압전센서로부터 출력되는 전류값으로부터 미러(110)의 경사 상태의 검출을 행하는 경사 검출부가 광 주사 장치(200)의 외부에 설치되어 있어도 된다. 또한, 본 실시형태에서는, 경사 검출부의 검출결과에 기초하여 구동원(151A, 151B), 구동원(171A, 171B)에 공급하는 구동 전압을 제어하는 구동 제어부가 광 주사 장치(200)의 외부에 설치되어 있어도 된다.
압전센서(191, 195, 및 196)는 압전소자의 박막의 상면에 형성된 상부 전극과, 압전소자의 하면에 형성된 하부 전극에 의해 구성된다. 본 실시형태에서는 각 압전센서의 출력은 상부 전극과 하부 전극에 접속된 센서 배선의 전류값으로 된다.
압전센서(191)의 상부 전극 및 하부 전극으로부터 인출된 센서 배선은 고정 프레임(180)에 설치된 단자군(TB)에 포함되는 소정의 단자와 접속되어 있다. 또한, 압전센서(195)의 상부 전극 및 하부 전극으로부터 인출된 배선은 고정 프레임(180)에 설치된 단자군(TA)에 포함되는 소정의 단자와 접속되어 있다. 또한, 압전센서(196)의 상부 전극 및 하부 전극으로부터 인출된 센서 배선은 고정 프레임(180)에 설치된 단자군(TB)에 포함되는 소정의 단자와 접속되어 있다.
도 2는 본 실시형태에 따른 광 주사 유닛을 예시하는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 광 주사 유닛(100)은, 광 주사 장치(200)와, 전압 생성 회로(300)와, 프론트 엔드 IC(Integrated Circuit)(400)와, LD(Laser Diode)(440)와, 미러 드라이버 IC(500)를 갖는다. 전압 생성 회로(300), 프론트 엔드 IC(400), LD(440) 및 미러 드라이버 IC(500)는 광 주사 장치(200)를 제어하는 광 주사 제어 장치이다.
전압 생성 회로(300)는 광 주사 유닛(100)의 각 부에 전원을 공급한다. 프론트 엔드 IC(400)는 입력된 비디오 신호에 소정의 신호 처리를 시행하고, LD(440)에 공급한다. 프론트 엔드 IC(400)는, 미러(110)의 요동을 제어하는 제어 신호를, 미러 드라이버 IC(500)를 통하여, 광 주사 장치(200)에 공급한다. 프론트 엔드 IC(400)는 비디오 신호 처리부(410)와, LD 드라이버(420)와, 미러 제어부(430)를 갖는다.
비디오 신호 처리부(410)는 입력된 비디오 신호에 포함되는 동기 신호와, 휘도 신호 및 색도 신호를 분리하는 처리를 행한다. 비디오 신호 처리부(410)는 휘도 신호 및 색도 신호를 LD 드라이버(420)에 공급하고, 동기 신호를 미러 제어부(430)에 공급한다. LD 드라이버(420)는 비디오 신호 처리부(410)로부터 출력된 신호에 기초하여, LD(440)를 제어한다.
미러 제어부(430)에는, 광 주사 장치(200)의 압전센서(191)의 출력(S1)과, 압전센서(195 및 196)의 각각의 출력(S2)이 미러 드라이버 IC(500)를 경유하여 입력된다. 미러 제어부(430)는 미러 드라이버 IC(500)로부터 입력되는 출력(S1 및 S2)과, 동기 신호에 기초하여 미러(110)의 요동을 제어한다. 보다 구체적으로는 미러 제어부(430)는, 미러 드라이버 IC(500)를 통하여, 광 주사 장치(200)의 구동원(151A, B, 171A, B)의 구동 전압(이하, 구동 신호)을 출력한다.
여기에서, 광 주사 장치(200)를 구성하는 미러(110)의 층 구성에 대하여 설명한다. 도 3은 미러의 층 구성을 예시하는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 미러(110)는 기판(111)과, 다층막(119)을 갖는다. 다층막(119)은 금속막(112)과, 저굴절률막(113)과, 고굴절률막(114)과, 보호막(115)을 갖는다. 단, 보호막(115)은 반드시 설치하지 않아도 된다.
기판(111)은 금속막(112) 등을 형성하기 위한 기체가 되는 부분으로, 예를 들면, 실리콘(Si)에 의해 형성되어 있다. 기판(111)의 두께는, 예를 들면, 수 10∼수 100㎛ 정도로 할 수 있다.
금속막(112)은, 예를 들면, 스퍼터법 등에 의해, 기판(111)의 상면에 형성되어 있다. 금속막(112)으로서는, 미러(110)가 반사하는 가시광 영역(파장 400nm 이상 700nm 이하의 영역, 이후 동일)에서의 반사율이 높은 금속을 선택하는 것이 바람직하다. 금속막(112)의 재료로서는, 예를 들면, 순은(Ag)이나 은 합금 등을 사용할 수 있다. 금속막(112)의 두께는, 예를 들면, 200nm 정도로 할 수 있다.
저굴절률막(113)은, 예를 들면, ALD법(원자층 퇴적법) 등에 의해, 금속막(112)의 상면에 적층되어 있다. 저굴절률막(113)은 고굴절률막(114)과의 쌍에 의해 적층 유전체막을 구성하고, 이 적층 유전체막은 가시광 영역 중의 저파장 영역(파장 550nm보다도 저파장측의 영역, 이후 동일)의 반사율을 높이는 반사증가막으로서 기능한다. 그 때문에 저굴절률막(113)으로서는 고굴절률막(114)과의 굴절률차가 큰 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
저굴절률막(113)의 재료로서는, 예를 들면, 알루미나(Al2O3), 이산화규소(SiO2), 불화마그네슘(MgF) 등을 사용할 수 있다. 또한, 알루미나(Al2O3)의 굴절률은 1.7 정도, 이산화규소(SiO2)의 굴절률은 1.4 정도, 불화 마그네슘(MgF)의 굴절률은 1.4 정도이다. 저굴절률막(113)의 두께는 광학 막 두께로, 예를 들면, 0.51×λ/4(λ=550nm) 정도로 할 수 있다.
고굴절률막(114)은, 예를 들면, ALD법(원자층 퇴적법) 등에 의해, 저굴절률막(113)의 상면에 적층되어 있다. 고굴절률막(114)은 저굴절률막(113)과의 쌍에 의해 적층 유전체막을 구성하고, 이 적층 유전체막은 가시광 영역 중의 저파장 영역의 반사율을 높이는 반사증가막으로서 기능한다. 그 때문에 고굴절률막(114)으로서는 저굴절률막(113)과의 굴절률차가 큰 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
고굴절률막(114)의 재료로서는, 예를 들면, 산화티타늄(TiO2), 산화탄탈룸Ta2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 산화하프늄(HfO2), 산화이트륨(Y2O3) 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들 굴절률은 모두 2.0∼2.4 정도이다. 고굴절률막(114)의 두께는 광학 막 두께로, 예를 들면, 0.82×λ/4(λ=550nm) 정도로 할 수 있다.
보호막(115)은, 예를 들면, ALD법(원자층 퇴적법) 등에 의해, 고굴절률막(114)의 상면에 적층되어 있다. 보호막(115)은 고굴절률막(114)의 굴절률이 온도, 습도 변화 등에 따라 변동하는 것을 방지하는 기능을 갖는다. 따라서, 이러한 문제가 염려되지 않는 경우에는, 설치하지 않아도 상관없다.
보호막(115)의 재료로서는, 예를 들면, 알루미나(Al2O3), 이산화규소(SiO2) 등을 사용할 수 있다. 보호막(115)의 두께는 광학 막 두께로, 예를 들면, 0.25×λ/4(λ=550nm) 정도로 할 수 있다.
이와 같이, 기판(111) 위에, 가시광 영역에서의 반사율이 높은 금속막(112)을 형성하고, 또한 반사증가막으로서 기능하는 저굴절률막(113) 및 고굴절률막(114)을 적층함으로써, 가시광 영역 중의 저파장 영역의 반사율을 높일 수 있음과 아울러, 가시광 영역의 반사율의 입사각도 의존성을 저감할 수 있다.
단, 입사광은 P편광인 경우와 S편광인 경우가 있기 때문에, P편광 입사 및 S편광 입사의 각 경우에 있어서, 가시광 영역 중의 저파장 영역의 반사율을 높일 수 있음과 아울러, 가시광 영역의 반사율의 입사각도 의존성을 저감하는 것이 바람직하다.
또한, 다층막(119)을 금속막(112), 고굴절률막(114), 저굴절률막(113), 보호막(115)이 차례로 적층된 구성으로 해도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 저굴절률막(113)과 고굴절률막(114)이 적층되는 순서를 반대로 해도 된다. 단, 고굴절률막(114)의 재료인 산화티타늄(TiO2) 등은 금속막(112)과의 밀착성이 그다지 좋지 않다. 한편, 저굴절률막(113)인 알루미나(Al2O3) 등은 금속막(112)과의 밀착성이 양호하다. 따라서, 금속막(112)과의 밀착성의 관점에서 보면, 금속막(112), 저굴절률막(113), 고굴절률막(114), 보호막(115)이 차례로 적층된 구성으로 하는 편이 바람직하다.
[실시예 1]
도 3에 나타내는 다층막(119)을 제작하고, P편광 입사 및 S편광 입사의 각 경우에 있어서, 반사율 및 반사율의 입사각도 의존성을 평가했다. 입사각도는 5°, 30°, 50°의 3종류로 했다.
여기에서, 입사각도란, 미러(110)가 초기 상태(요동되고 있지 않은 상태)에 있을 때의, 다층막(119)의 최표면의 법선 방향에 대하여 레이저광이 입사하는 각도이다. 즉, 레이저광이 다층막(119)의 최표면(最表面)의 법선 방향으로부터 입사되는 경우에는, 입사각도=0°이다. 또한, 미러(110)가 요동(예를 들면, ±10° 정도)함으로써, 입사각도는 변동한다.
실시예 1에서 제작한 다층막(119)의 층 구성은 이하와 같다. 기판(111)의 재료로서는 실리콘(Si)을 사용했다. 금속막(112)으로서는, 스퍼터법에 의해, 두께 약 200nm의 순은(Ag)의 막을 형성했다. 저굴절률막(113)으로서는, ALD법(원자층 퇴적법)에 의해, 광학 막 두께 약 0.51×λ/4(λ=550nm)=약 40nm의 알루미나(Al2O3)의 막을 형성했다. 고굴절률막(114)으로서는, ALD법(원자층 퇴적법)에 의해, 광학 막 두께 약 0.82×λ/4(λ=550nm)=약 47nm의 산화티타늄(TiO2)의 막을 형성했다. 보호막(115)으로서는 ALD법(원자층 퇴적법)에 의해 광학 막 두께 약 0.25×λ/4(λ=550nm)=약 20nm의 알루미나(Al2O3)의 막을 형성했다.
또한, 비교예로서 실리콘 기판 위에 금속막만을 형성한 샘플을 제작하고, 동일한 평가를 행했다. 금속막으로서는, 스퍼터법에 의해, 두께 약 200nm의 순은(Ag)의 막을 형성했다. 비교예에 따른 금속막(순은막)은 실리콘 기판 위에 형성된 단일 층으로, 그 위에는 아무것도 형성되어 있지 않다.
이하, 도 4∼도 9를 참조하면서, 평가 결과에 대하여 설명한다. 도 4는 실시예 1에 따른 다층막의 반사율의 입사각도 의존성(P편광 입사)을 예시하는 도면이다. 도 5는 비교예에 따른 금속막의 반사율의 입사각도 의존성(P편광 입사)을 예시하는 도면이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 어느 입사각도에 대해서도, 실시예 1에 따른 다층막(119)은 비교예에 따른 금속막에 비해 P편광 입사에서의 가시광 영역 중의 저파장 영역의 반사율이 향상된 것을 알 수 있다. 또한, 특히 가시광 영역 중의 저파장 영역에서, P편광 입사에서의 입사각도 의존성이 개선된 것을 알 수 있다.
도 6은 실시예 1에 따른 다층막의 반사율의 입사각도 의존성(S편광 입사)을 예시하는 도면이다. 도 7은 비교예에 따른 금속막의 반사율의 입사각도 의존성(S편광 입사)을 예시하는 도면이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 어느 입사각도에 대해서도, 실시예 1에 따른 다층막(119)은 비교예에 따른 금속막에 비교하여, S편광 입사에서의 가시광 영역 중의 저파장 영역의 반사율이 향상된 것을 알 수 있다. 또한, 특히 가시광 영역 중의 고파장 영역(파장 550nm보다도 고파장측의 영역, 이후 동일)에서, S편광 입사에 있어서의 입사각도 의존성이 개선된 것을 알 수 있다.
도 8은 실시예 1 및 비교예의 평균 반사율의 입사각도 의존성(P편광 입사)을 비교하는 도면이다. 도 9는 실시예 1 및 비교예의 평균 반사율의 입사각도 의존성(S편광 입사)을 비교하는 도면이다. 또한, 평균 반사율이란 가시광 영역 전체에 있어서 각 파장에서의 반사율을 평균한 것이다. 도 8로부터, 어느 입사각도에 대해서도, 실시예 1에 따른 다층막(119)은 비교예에 따른 금속막에 비해, P편광 입사에 있어서의 가시광 영역의 평균 반사율이 향상된 것을 알 수 있다. 또한, 도 9로부터, 어느 입사각도에 대해서도, 실시예 1에 따른 다층막(119)은 비교예에 따른 금속막에 비해, S편광 입사에 있어서의 가시광 영역의 평균 반사율이 향상된 것을 알 수 있다.
이와 같이, 실시예 1에 따른 다층막(119)은 비교예에 따른 금속막에 비해, P편광 입사 및 S편광 입사에 있어서, 어느 입사각도에 대해서도, 가시광 영역의 평균 반사율이 향상되지만, 특히, 가시광 영역 중의 저파장 영역의 반사율이 향상된다. 또한, 특히 가시광 영역 중의 저파장 영역에서 P편광 입사에서의 입사각도 의존성이 개선되고, 가시광 영역 중의 고파장 영역에서 S편광 입사에서의 입사각도 의존성이 개선된다.
[실시예 2]
실시예 2에서는, 고굴절률막(114)의 재료로서 산화티타늄(TiO2)을 사용하는 경우에 있어서, 산화티타늄(TiO2)의 바람직한 막 두께에 대하여 검토했다. 실시예 2에서는, 실시예 1과 마찬가지로 다층막(119)을 제작했다. 단, 산화티타늄(TiO2)으로 이루어지는 고굴절률막(114)의 광학 막 두께를 각각 약 17nm, 약 27nm, 약 37nm, 약 47nm, 약 57nm로 한 5종류의 샘플을 제작했다. 그리고, P편광 입사 및 S편광 입사의 각 경우에 있어서, 반사율의 고굴절률막의 막 두께 의존성을 평가했다. 입사각도는 5°, 50°의 2종류로 했다.
이하, 도 10∼도 17을 참조하면서, 평가 결과에 대하여 설명한다. 도 10은 입사각도가 5°인 경우에 있어서의 실시예 2에 따른 다층막의 반사율의 고굴절률막의 막 두께 의존성(P편광 입사)을 예시하는 도면이다. 도 11은 입사각도가 50°인 경우에 있어서의, 실시예 2에 따른 다층막의 반사율의 고굴절률막의 막 두께 의존성(P편광 입사)을 예시하는 도면이다. 도 12 및 도 13은 도 10 및 도 11로부터 소정의 파장의 데이터를 발췌하여 출력한 도면이다. 또한, 소정의 파장은 레이저 프로젝션에서 통상 사용되는 450nm(B), 520nm(G), 638nm(R)의 3파장으로 했다.
도 10∼도 13으로부터, 어느 입사각도에 대해서도, 고굴절률막(114)의 막 두께가 얇아지면 P편광 입사에 있어서의 특정 파장 영역의 반사율이 저하되는 경향이 있고, 고굴절률막(114)의 막 두께가 두꺼워지면 P편광 입사에 있어서의 고반사 영역(예를 들면, 반사율이 90% 이상의 영역)이 장파장측으로 시프트 하는 경향이 있는 것을 알 수 있었다.
도 14는, 입사각도가 5°인 경우에 있어서의, 실시예 2에 따른 다층막의 반사율의 고굴절률막의 막 두께 의존성(S편광 입사)을 예시하는 도면이다. 도 15는, 입사각도가 50°인 경우에 있어서의, 실시예 2에 따른 다층막의 반사율의 고굴절률막의 막 두께 의존성(S편광 입사)을 예시하는 도면이다. 도 16 및 도 17은 도 14 및 도 15로부터 도 12 및 도 13과 동일한 파장의 데이터를 발췌하여 출력한 도면이다.
도 14∼도 17로부터, 어느 입사각도에 대해서도, 고굴절률막(114)의 막 두께가 얇아지면 S편광 입사에서의 특정 파장 영역의 반사율이 저하되는 경향이 있고, 고굴절률막(114)의 막 두께가 두꺼워지면 S편광 입사에서의 고반사 영역(예를 들면, 반사율이 90% 이상의 영역)이 장파장측으로 시프트 하는 경향이 있는 것을 알았다.
특히 450nm(B), 520nm(G), 638nm(R)의 3파장에 주목하여 도 10∼도 17의 데이터를 종합적으로 판단하면, 고굴절률막(114)의 막 두께가 47nm 이상 57nm 이하의 범위이면, P편광 입사 및 S편광 입사의 어느 경우에도, 소정의 입사각도 범위에서 고반사율을 확보할 수 있어 바람직하다.
이와 같이, 기판(111) 위에, 가시광 영역에서의 반사율이 높은 금속막(112)을 형성하고, 또한 반사증가막으로서 기능하는 저굴절률막(113) 및 고굴절률막(114)을 적층함으로써, P편광 입사 및 S편광 입사의 어느 경우에도, 가시광 영역 중의 저파장 영역의 반사율을 높일 수 있음과 아울러, 가시광 영역의 반사율의 입사각도 의존성을 저감할 수 있다. 또한, 반사율이 향상한 결과, 입사하는 레이저광의 광량을 낮추는 것이 가능하게 되어, LD 드라이버 등에서 소비되는 전력을 저감할 수 있다.
또한, 다층막(119)은 적은 막 구성으로 고반사율을 실현할 수 있기 때문에, 다층막(119)의 총 두께를 종래보다 더 얇게 할 수 있다. 이것에 의해, 기판(111) 자체가 변형될 우려를 저감할 수 있다. 단, 기판(111) 자체가 변형되지 않는 범위에서, 저굴절률막(113) 및 고굴절률막(114)의 쌍을 복수쌍 적층해도 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예에 대해서 상설했지만, 본 발명은, 상기한 실시형태 및 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 상기한 실시형태 및 실시예에 여러 변형 및 치환을 더할 수 있다.
100 … 광 주사 유닛 110 … 미러
111 … 기판 112 … 금속막
113 … 저굴절률막 114 … 고굴절률막
115 … 보호막 119 … 다층막
200 … 광 주사 장치 300 … 전압 생성 회로
400 … 프론트 엔드 IC 440 … LD
500 … 미러 드라이버 IC

Claims (10)

  1. 미러를 요동(搖動)시켜, 입사하는 가시광선을 주사하는 광 주사 장치로서,
    상기 미러는,
    기판 위에 형성된 금속막과,
    상기 금속막 위에 적층된 반사증가막을 갖는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 반사증가막은 상기 금속막 위에 적층된 저굴절률막과, 상기 저굴절률막 위에 적층된 고굴절률막을 갖는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  3. 원하는 범위의 파장과 또한 원하는 범위의 입사각도로 입사하는 레이저광을 반사하는 미러와, 상기 미러를 상하 또는 좌우로 요동시켜 상기 레이저광을 주사하는 액추에이터를 갖는 광 주사 장치로서,
    상기 미러는,
    기판 위에 형성된 금속막과, 상기 금속막 위에 적층된 반사증가막을 갖고,
    상기 반사증가막은, 상기 금속막 위에 적층된 저굴절률막과, 상기 저굴절률막 위에 적층된 고굴절률막으로 이루어지는 적층 유전체막인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서, 상기 금속막의 재료는 은인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  5. 제2 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저굴절률막의 재료는 알루미나이며, 상기 고굴절률막의 재료는 산화티타늄인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  6. 제2 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고굴절률막 위에 보호막을 적층한 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 보호막의 재료는 알루미나인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사증가막은 400nm 이상 700nm 이하의 파장을 갖는 레이저광이 입사되는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사증가막은 0<θ<50°의 각도로 광이 입사되고,
    θ는 광이 상기 반사증가막의 최표면(最表面)의 법선방향으로부터 입사하는 각도를 0°로 한 경우의 입사각도인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 광 주사 장치를 구비하고,
    상기 미러의 상하 또는 좌우의 요동을 제어하는 미러 제어부와,
    상기 미러 제어부로부터의 제어 신호에 의해 액추에이터를 구동하는 드라이버를 갖는 것을 특징으로 하는 광 주사 유닛.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107422474B (zh) 2017-08-14 2020-12-01 京东方科技集团股份有限公司 一种光束扩展结构及光学显示模组
IT201800001111A1 (it) * 2018-01-16 2019-07-16 St Microelectronics Srl Struttura micromeccanica di specchio con migliorate caratteristiche meccaniche e di riflettivita' e relativo procedimento di fabbricazione
JP7070445B2 (ja) * 2019-01-15 2022-05-18 株式会社デンソー 光走査装置
JP7177351B2 (ja) * 2019-02-25 2022-11-24 ミツミ電機株式会社 光走査装置及びその制御方法
JP2020154053A (ja) * 2019-03-18 2020-09-24 株式会社リコー 光偏向素子及びその製造方法、光偏向システム、光走査システム

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3206957B2 (ja) * 1992-04-03 2001-09-10 旭光学工業株式会社 表面反射鏡
KR100439700B1 (ko) * 2002-07-16 2004-07-12 한국과학기술원 전자기력으로 구동되는 미소거울 구동기 및 그 제조방법
JP2006010930A (ja) * 2003-06-27 2006-01-12 Asahi Glass Co Ltd 高反射鏡
JP4785389B2 (ja) 2005-02-10 2011-10-05 キヤノン株式会社 反射ミラー、露光装置及びデバイス製造方法
CN100363778C (zh) * 2005-04-21 2008-01-23 精工爱普生株式会社 光扫描装置及图像显示装置
EP1918740A4 (en) * 2005-07-29 2010-04-28 Asahi Glass Co Ltd LAMINATED BODY FOR A REFLECTION FILM
WO2009069009A1 (en) * 2007-11-26 2009-06-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Optical detection of particles in a magnetic biosensor using a waveguide
JP5394663B2 (ja) * 2008-06-20 2014-01-22 キヤノン電子株式会社 光走査用マイクロミラーデバイス、光走査装置、画像形成装置、表示装置および入力装置
JP2011242522A (ja) * 2010-05-17 2011-12-01 Ricoh Co Ltd マイクロミラー装置
JP2013152449A (ja) * 2011-12-27 2013-08-08 Canon Electronics Inc 振動素子および光走査装置ならびにこれを用いた画像形成装置および画像投影装置

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