(57)【要約】【課題】  圧電膜の剥離の発生を抑制して耐久性に優れるＭＥＭＳ光スキャナの提供。【解決手段】  基板（５）の表面に形成され、光を反射する反射部（５１）と、反射部（５１）を支持しつつ、基板（５）の表面に設置した圧電膜（５５）により反射部（５１）を駆動する駆動部（５３）と、駆動部（５３）の一部を固定する基部（５４）と、を備えるＭＥＭＳ光スキャナ（１）である。駆動部（５３）は、支持部（５４）に固定される固定部（５３１）と、支持部（５４）から離間しつつ固定部（５３１）から反射部（５１）に向かって延びる可動部（５３２）と、を有し、圧電膜（５５）は、固定部（５３１）と可動部（５３２）との間に対応する箇所に、カット部（５７）を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成され、光を反射する反射部と、
前記反射部を支持しつつ、前記基板の表面に設置した圧電膜により前記反射部を駆動する駆動部と、
前記駆動部の一部を固定する基部と、を備えるＭＥＭＳ光スキャナであって、
前記駆動部は、
前記支持部に固定される固定部と、
前記支持部から離間しつつ前記固定部から反射部に向かって延びる可動部と、を有し、
前記圧電膜は、前記固定部と前記可動部との間に対応する箇所に、カット部を有することを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳ光スキャナ。
【請求項２】
前記カット部は、円弧状に切除して形成されることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳ光スキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＥＭＳ光スキャナに関する。
【背景技術】
【０００２】
光を走査して映像を表示する画像表示装置において、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）光スキャナが利用されている。ＭＥＭＳ光スキャナは、ミラーと、このミラーを駆動させる駆動部とを有している。ＭＥＭＳ光スキャナは、画像を表示するための光をミラーに反射させながらミラーを駆動させることで光を走査（スキャン）することができる。この駆動部には、小型化や量産化の観点から、圧電膜を用いることがある。
【０００３】
例えば、特許文献１では、ミラーをその両端で２本ずつ計４本のメインアームにより支持し、各メインアームを圧電膜の設置されたサブアームの一端にそれぞれ連結し、さらに各サブアームの他端をベース部に固定したＭＥＭＳ光スキャナが開示されている。このようなＭＥＭＳ光スキャナでは、駆動信号を圧電膜に印加して、圧電膜を伸縮させることで、ミラーをサブアーム及びメインアームを介して駆動させる。このような構成により、高い機械的強度を保持するとともに、偏向角度を大きく取ってミラーを駆動させることができる。
【０００４】
一方、２枚の圧電膜により、サブアームを２本ずつ計４本可動させて、ミラーを駆動させるＭＥＭＳ光スキャナが提案されている。詳細には、ミラーをその両端で２本ずつ計４本のメインアームにより支持し、ミラーの両端を支持する計２本のメインアームの一端を、ミラーを包囲するように屈曲するサブアームの両端にそれぞれ連結し、各サブアームの中央近傍にある固定部をベース部に固定している。このようなＭＥＭＳ光スキャナでは、圧電膜に駆動信号を印加すると、圧電膜が伸縮し、サブアームの端部近傍にある可動部が伸縮運動して、メインアームを介してミラーを駆動させる。このような構成により、簡単な構造でありながらも、ＭＥＭＳ光スキャナの大型化を抑制しつつ、サブアームの動きを容易に同期でき得て、しかもミラーを安定して回転振動させることができ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１６３８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このようなＭＥＭＳ光スキャナでは、ミラーを駆動させると、サブアームの可動部と支持部とがねじれて、圧電膜がシリコン基板から剥離してしまうことがあった。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、圧電膜の剥離の発生を抑制して耐久性に優れるＭＥＭＳ光スキャナを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明は、
基板の表面に形成され、光を反射する反射部と、
前記反射部を複数箇所で支持しつつ、前記基板の表面に設置した圧電膜により前記反射部を駆動する駆動部と、
前記駆動部の一部を固定する基部と、を備えるＭＥＭＳ光スキャナであって、
前記駆動部は、
前記支持部に固定される固定部と、
前記支持部から離間しつつ前記固定部から反射部に向かって延びる可動部と、を有し、
前記固定部と前記可動部との間には、カット部を有するＭＥＭＳ光スキャナを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、圧電膜の剥離の発生を抑制して耐久性に優れるＭＥＭＳ光スキャナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、ＭＥＭＳ光スキャナの全体斜視図である。
【図２】図２は、ＭＥＭＳ光スキャナの分解斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、基板の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、基板の断面図である。
【図４】図４は、光スキャナ素子の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施の形態）
以下、図１〜４を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、ＭＥＭＳ光スキャナの全体斜視図を示す。図２は、ＭＥＭＳ光スキャナの分解斜視図を示す。図３Ａは、基板の斜視図を示す。図３Ｂは、基板の断面図を示す。図４は、光スキャナ素子の斜視図を示す。
【００１２】
図１に示すように、ＭＥＭＳ光スキャナ１は、筐体２と、基板３と、ワイヤ４と、光スキャナ素子５とを含む。ＭＥＭＳ光スキャナ１は、光を２軸方向にそれぞれ走査して、画像を表示するために用いられる。
【００１３】
図２に示すように、筐体２は、基板取付部２１を正面２２に有する略直方体である。正面２２には、開口した保持部２３を有する。保持部２３には、動力用コイル２５を備えるコイル保持体２４を嵌め合せるなどして保持することができる。基板取付部２１には基板３をボルト９を用いて締結するなどの固定手段により固定することができる。また、筐体２は、必要に応じて、ＭＥＭＳ光スキャナ１を機能させるための基板や配線などを備える。
【００１４】
図３Ａを併せて参照すると、基板３は、枠部３１と、光スキャナ素子支持部３２と、軸部３３とを有する。基板３は、所定の応力をかけると、柔軟に曲げたわめることのできる板状体である。基板３は、後述するミラー５１、メインアーム５２、サブアーム５３、及び、フレーム５４を構成するシリコン基板と比較して耐衝撃性を有する板である。基板３は、必要に応じて、ＭＥＭＳ光スキャナ１を機能させるための配線を備える。基板３として、例えば、フレキシブルプリント基板を用いることができる。
【００１５】
枠部３１は、ボルト９を締結して筐体２に取り付けられる略枠状体である。光スキャナ素子支持部３２は、枠部３１から離間して囲まれる略平板状体である。軸部３３は、枠部３１からＶ軸方向に沿って延びて光スキャナ素子支持部３２を支持する略帯状体である。ここで、Ｖ軸は水平方向に沿う軸である。なお、光スキャナ素子支持部３２には、後述する光スキャナ素子５のミラー５１の動作を検出するための検出用コイルを設置してもよい。
【００１６】
図３Ａ及び図３Ｂを併せて参照すると、低反射膜３４は筐体２の正面視において、光スキャナ素子５に対応するように光スキャナ素子支持部３２に設置されている。低反射膜３４は、例えば、黒色皮膜である。黒色皮膜は、黒色以外の有色皮膜と比較して、光を吸収して、低い反射率を有する。低反射膜３４は、さらに、より低い反射率を有する皮膜、例えば、光沢の無い黒色皮膜であると好ましい。また、黒色皮膜は、例えば、感光性樹脂を用いて形成してもよい。黒色皮膜として感光性樹脂を用いると、迷光をより確実に防止できるとともに、ウェハプロセスにおいて一括して形成でき、生産性を向上させる。また、黒色皮膜は、例えば、絶縁性及び耐候性を有する樹脂を用いてもよい。黒色皮膜として絶縁性及び耐候性を有する樹脂を用いると、迷光をより確実に防止できるとともに、パッシベーションとしても機能させることができ、ＭＥＭＳ光スキャナ１の動作をより確実に安定化させる。
【００１７】
再び図１及び図２を併せて参照すると、ワイヤ４は、枠部３１と光スキャナ素子支持部３２とを支持するように軸部３３に並びつつＶ軸（図３）方向に沿って基板３に固定される線状体である。詳細には、ワイヤ４は、その両端を基板３に半田付けして、半田付け部４１を形成して固定される。ワイヤ４の基板３への固定は、基板３の剛性を高め得て、基板３の共振周波数を高め得る。ワイヤ４は、例えば、動力用コイル２５により発生させた磁界と、ワイヤ４に連結した磁石とのローレンツ力により、光スキャナ素子支持部３２をＶ軸を中心として回転振動させることができる。
【００１８】
ここで、ワイヤ４は、ヤング率１３０ＧＰａを少なくとも有する線状体を用いると好ましい。このような線状体として、例えば、ベリリウム銅合金からなる直径７５〜８５μｍの線状体を用いてもよい。さらに、ワイヤ４の設置方法として、例えば、複数本のワイヤ４を、３５０〜４００μｍの間隔を空けつつ、基板３から８０〜１２０μｍ離間して設置する設置方法であるとより好ましい。また、ワイヤ４に電流を流して上記した検出用コイルの給電を行ってもよい。ワイヤ４はダンピング剤を塗布してもよい。また、ワイヤ４のかわりに、線ばね又は板バネを用いてもよい。これらの好ましい構成及び設置方法をとることで、ワイヤ４の基板３への固定による、基板３の見かけ上の共振周波数をさらに高め得る。
【００１９】
図４に示すように、光スキャナ素子５は、ミラー５１と、４本のメインアーム５２と、２本のサブアーム５３と、フレーム５４と、を含む。
【００２０】
ミラー５１は、光を反射する反射面を有する略円盤状体である。メインアーム５２は、ミラー５１の両端を２本ずつ計４本で支持している。
【００２１】
サブアーム５３は、例えば、コの字状の板状体である。サブアーム５３は、中央部５３１と、中央部５３１の両端から延びる２つの自由端部５３２とを有する。２本のサブアーム５３はいずれも、ミラー５１を包囲するように、その自由端部５３２の両端にそれぞれメインアーム５２の他端を連結して支持している。
【００２２】
フレーム５４は、枠状の板状体である。フレーム５４は、フレーム５４の対向する内壁と２本のサブアーム５３の中央部５３１とをそれぞれ連結して、２本のサブアーム５３を包囲するように固定している。すなわち、フレーム５４は、サブアーム５３の一部である中央部５３１を固定する基部として機能する。また、支持アーム５０がフレーム５４の四隅近傍にそれぞれ設置される。光スキャナ素子５は支持アーム５０を介して基板３の光スキャナ素子支持部３２（図１参照）に固定される。
【００２３】
なお、ミラー５１、メインアーム５２、サブアーム５３、及び、フレーム５４は、例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェハなどのシリコン材料を用いて、一体の基板として形成することができる。例えば、スリット５６を形成して、サブアーム５３とフレーム５４とを離間するように形成してもよい。つまり、光スキャナ素子５は、一体の基板から形成される基板である。ＭＥＭＳ光スキャナ１では、光スキャナ素子５を第１の基板とすると、基板３を第２の基板とする。
【００２４】
圧電膜５５はサブアーム５３の主面の上に形成されている。圧電膜５５は、中央部５３１と自由端部５３２との間に対応する箇所に、カット部５７を有する。なお、カット部５７は、円弧状に切除して形成してもよい。圧電膜５５は、図示しない基板３の配線に電気的に接続されており、この配線を介して駆動信号を印加されると、伸縮することができる。
【００２５】
ここで、サブアーム５３において中央部５３１はフレーム５４に固定されているとともに、自由端部５３２はスリット５６によりフレーム５４から離間している。圧電膜５５が伸縮運動すると、中央部５３１は固定部として固定されたまま、自由端部５３２は可動部として矢印方向、すなわち、自由端部５３２の長手方向に沿って伸縮運動させることができる。つまり、サブアーム５３は、固定部としての中央部５３１、及び、可動部としての自由端部５３２を有する駆動部として機能する。自由端部５３２の伸縮運動により、メインアーム５２を介してミラー５１をＨ軸を中心として回転させることができる。
【００２６】
ここで、圧電膜５５の伸縮運動により、サブアーム５３の中央部５３１と自由端部５３２とはねじれるように曲がり、圧電膜５５とサブアーム５３とを剥離させる応力がかかる。カット部５７の形成により、中央部５３１と自由端部５３２とのねじれにより圧電膜５５にかかる応力を弱め得る。これにより、圧電膜５５がサブアーム５３から剥離することを抑制する。
【００２７】
このような構成によれば、ミラー５１に向かって画像を表示するための光を照射しつつ、Ｈ軸及びＶ軸を中心としてミラー５１を回転駆動させると、光を縦横方向にそれぞれ走査することができる。すなわち、光を２軸方向に走査して、画像を表示部に表示することができる。ＭＥＭＳ光スキャナ１は、カット部５７を有するので、ミラー５１を大きな角度で偏向するように回転駆動させても、ねじりによる応力を弱め得て、圧電膜５５の剥離を抑制することができる。
【００２８】
また、ＭＥＭＳ光スキャナ１は、シリコン基板と比較して耐衝撃性を有する基板３を有している。ＭＥＭＳ光スキャナ１は、ワイヤ４の基板３への固定により、ランプ波駆動を行うことのできるように基板３の見かけ上の共振周波数を高め、ミラーをこの共振周波数に一致させて回転させることができる。つまり、ＭＥＭＳ光スキャナ１は、耐衝撃性を確保しつつ、ミラーを効率良く回転運動させることができる。つまり、ＭＥＭＳ光スキャナ１は、光を安定して走査できる。
【００２９】
また、ＭＥＭＳ光スキャナ１は、基板３の表面を少なくとも低反射膜３４で被覆し、基板３に当たる光を吸収でき、基板３から反射する光による迷光をより確実に防止できる。これにより、ＭＥＭＳ光スキャナ１は、光を安定して走査でき、高画質の画像を表示することができる。
【００３０】
なお、メインアーム５２、サブアーム５３、フレーム５４、及び、圧電膜５５は、低反射膜３４により被覆されるとより好ましい。低反射膜３４がメインアーム５２、サブアーム５３、フレーム５４、及び、圧電膜５５に当たる光を吸収し、メインアーム５２、サブアーム５３、フレーム５４、及び、圧電膜５５から反射する光による迷光をより確実に防止できる。これにより、ＭＥＭＳ光スキャナ１は、安定して走査でき、高画質の画像を表示することができる。また、メインアーム５２、サブアーム５３、フレーム５４、圧電膜５５と、低反射膜３４との密着性を高めるように、低反射膜３４の成分を調整してもよい。
【００３１】
また、低反射膜３４として黒色皮膜を用いたが、ＭＥＭＳ光スキャナとして必要とされる性能を満たすように迷光を十分に抑制できるのであれば、黒色以外の有色の皮膜を用いてもよい。
【００３２】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１    ＭＥＭＳ光スキャナ、    ５    光スキャナ素子、    ５１    ミラー、    
５３    サブアーム（駆動部）、５３１    中央部（固定部）、
５３２    自由端部（可動部）、    ５４    フレーム（基部）、    ５５    圧電膜、    
５７    カット部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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