(57)【要約】【課題】アクチュエータとの接着性を向上させることが可能な構成を備えた振動素子の提供。【解決手段】振動部１９ａを振動可能に支持した基板３１に設けられ振動部１９ａを振動させる駆動層３０を有し、駆動層３０が、基板３１側に接着される接着層３２を有する振動素子３００において、基板３１と駆動層３０との間に位置している中間層３３を有し、中間層３３は、基板３１に対しては表面活性化接合が可能な材質を用い、接着層３２に対しては基板３１側のそれよりも表面粗さが粗くされることでアンカー効果が得やすい材質が用いられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部を振動可能に支持した基板に設けられ前記振動部を振動させる駆動層を有し、
前記駆動層が、前記基板側に接着される接着層を有する振動素子において、
前記基板と前記駆動層との間に位置し、その一方の面が前記基板の一方の面と接合するともに、その他方の面が前記接着層の一方の面と接合している中間層を有する振動素子。
【請求項２】
前記駆動層が、前記接着層の他方の面側に位置する圧電層と、前記圧電層と前記接着層との間に位置し前記圧電層を駆動するための電極層とを有することを特徴とする請求項１記載の振動素子。
【請求項３】
前記接着層が導電性を有し、前記駆動層が、前記接着層と隣接する圧電層を有することを特徴とする請求項１記載の振動素子。
【請求項４】
前記中間層の前記他方の面の表面粗さが、前記基板の一方の面の表面粗さより粗いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項５】
前記中間層が金属膜を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項６】
前記金属膜が、互いに異なる複数の種類の金属層によって構成されていることを特徴とする請求項５記載の振動素子。
【請求項７】
前記中間層の、前記接着層側の面をなす前記金属層と、前記基板側の面をなす前記金属層との組み合わせが、Ａｕ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒ、Ｐｔ／Ｃｒ、Ｐｔ／ＩｒＯ2、Ｐｔ／Ｔａのいずれかであることを特徴とする請求項６記載の振動素子。
【請求項８】
前記金属膜は、成膜後に加熱処理されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項９】
前記中間層を、真空蒸着法、スパッタ法、ゾルゲル法、スクリーン印刷等の成膜法によって形成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項１０】
前記基板の表面が酸化膜で覆われていることを特徴とする１〜９のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の振動素子を有し、前記振動部が反射面を搖動させることで光束を反射させて走査を行う光走査装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の光走査装置を備え、前記光走査装置により、画像信号に応じた光束を走査することで画像を形成する画像形成装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の光走査装置、又は、請求項１２記載の画像形成装置を備え、前記光走査装置により、画像信号に応じた光束を走査することで画像を形成し、前記画像を投影表示する光走査型画像表示装置である画像表示装置。
【請求項１４】
前記画像を眼の網膜上に投影表示する網膜走査型画像表示装置であることを特徴とする請求項１３記載の画像表示装置。
【請求項１５】
観察者の頭部に搭載する頭部搭載型画像表示装置であることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の画像表示装置。
【請求項１６】
振動部を振動可能に支持した基板に設けられ前記振動部を振動させる駆動層を有し、
前記駆動層が、前記基板側に接着される接着層を有する振動素子の製造方法において、
その一方の面が前記基板の一方の面と接合するように中間層を形成する中間層形成工程と、
その一方の面が前記中間層の他方の面と接合するように接着層を形成する接着層形成工程とを有し、
前記基板と前記駆動層との間に前記中間層を形成する振動素子の製造方法。
【請求項１７】
前記接着層の他方の面側に圧電素子を形成する圧電素子形成工程を有することを特徴とする請求項１６記載の振動素子の製造方法。
【請求項１８】
前記接着層の他方の面に圧電層を形成し、前記接着層と前記圧電層とを有する圧電素子を形成する圧電素子形成工程を有することを特徴とする請求項１６記載の振動素子の製造方法。
【請求項１９】
前記中間層の前記他方の面の表面粗さを、前記基板の一方の面の表面粗さより粗くする中間層表面加工工程を有することを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の振動素子の製造方法。
【請求項２０】
前記中間層が金属膜を含み、前記中間層表面加工工程を、前記金属膜の成膜後の加熱処理によって行なうことを特徴とする請求項１９記載の振動素子の製造方法。
【請求項２１】
前記中間層形成工程が、互いに異なる複数の種類の金属層を積層する金属層積層工程を含むことを特徴とする請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の振動素子の製造方法。
【請求項２２】
前記中間層形成工程が、真空蒸着法、スパッタ法、ゾルゲル法、スクリーン印刷等の成膜法を含むことを特徴とする請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の振動素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばレーザ光の走査等に用いる振動素子、特に圧電素子等のアクチュエータにより振動する振動素子、この振動素子の製造方法、かかる振動素子を備えた光走査装置、かかる光走査装置を備えた画像形成装置、かかる光走査装置や画像形成装置を備えた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光による走査を行う際に用いられるミラーを振動させるための構成として、マイクロマシニング技術を応用して形成したミラーの回転支持部に対して対向電極を設け、電極間への通電により誘起される静電気力により回転支持部を回転振動させる構成がある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
一方、ミラーの回転支持部を回転振動させる駆動部には、上記特許文献１にも開示されているように、電磁力や圧電素子を用いる場合もある。
【０００４】
図６（Ａ）は、圧電素子を用いたミラーの振動構成を説明するための平面図であり、同図においてミラー１００は、両端をねじり梁１０１により回転可能に支持されており、ねじり梁１０１は、軸方向端部が２股状に分岐されてその各分岐部には圧電素子１０２が配置されている。
【０００５】
この構成においては、圧電素子１０２への通電切換によりねじり梁１０１に往復回転を生起させてミラー１００を振動させるようになっている。
【０００６】
図６（Ｂ）は、圧電素子１０２をミラー振動用のアクチュエータとした場合の振動素子１０３の断面図であり、同図において振動素子１０３は、基台として用いられるシリコン基板１０４の上面に接着層１０５を介して圧電素子であるピエゾ素子１０６を一体接合された構成を有している。
【０００７】
ピエゾ素子１０６は、圧電層１０６Ａを挟んで両側に電極１０６Ｂを有する３層構造とされたデバイスであり、予めバルクからの切り出しにより製品とされたものをシリコン基板１０４に形成された接着層１０５を介して貼り付けられることにより使用できるようになっている。
【０００８】
このような走査デバイスは、前述した光走査装置や画像表示装置における走査光学系に組み込まれることが知られている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−３４７７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述した圧電素子１０２をシリコン基板１０４に貼り付けてミラー振動用アクチュエータとした場合には、圧電素子１０２がシリコン基板１０４から剥がれやすくなる虞がある。
【００１０】
つまり、圧電素子１０２を貼り付けるために用いられる接着層１０５は、被接着面との界面において誘起される分子間力や機械的結合であるアンカー効果によって安定した接合状態を維持することになるが、この現象が接触面の性状によって確保できない場合がある。
【００１１】
特に、シリコン基板１０４は、表面が鏡面仕上げされていることから、表面での機械的結合によって得られるアンカー効果を期待できずに分子間力のみでの接合が行われてしまう場合がある。このため、接着層１０５とシリコン基板１０４との間の接合力が十分得られていないと、経時的な振動が原因して接着状態を維持できなくなりシリコン基板１０４から圧電素子１０２が剥がれてしまう結果を招くことがある。
【００１２】
本発明は、上記従来の振動素子を用いた場合の不具合に鑑み、アクチュエータとの接着性を向上させることが可能な構成を備えた振動素子およびこれの製造方法および振動素子を用いた光走査装置、画像形成装置および画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以上のような目的を達成するための請求項１記載の発明は、振動部を振動可能に支持した基板に設けられ前記振動部を振動させる駆動層を有し、前記駆動層が、前記基板側に接着される接着層を有する振動素子において、前記基板と前記駆動層との間に位置し、その一方の面が前記基板の一方の面と接合するともに、その他方の面が前記接着層の一方の面と接合している中間層を有することを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、前記駆動層が、前記接着層の他方の面側に位置する圧電層と、前記圧電層と前記接着層との間に位置し前記圧電層を駆動するための電極層とを有することを特徴としている。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記接着層が導電性を有し、前記駆動層が、前記接着層と隣接する圧電層を有することを特徴としている。
【００１６】
請求項４記載の発明は、前記中間層の前記他方の面の表面粗さが、前記基板の一方の面の表面粗さより粗いことを特徴としている。
【００１７】
請求項５記載の発明は、前記中間層が金属膜を含むことを特徴としている。
【００１８】
請求項６記載の発明は、前記金属膜が、互いに異なる複数の種類の金属層によって構成されていることを特徴としている。
【００１９】
請求項７記載の発明は、前記中間層の、前記接着層側の面をなす前記金属層と、前記基板側の面をなす前記金属層との組み合わせが、Ａｕ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒ、Ｐｔ／Ｃｒ、Ｐｔ／ＩｒＯ2、Ｐｔ／Ｔａのいずれかであることを特徴としている。
【００２０】
請求項８記載の発明は、前記金属膜は、成膜後に加熱処理されていることを特徴としている。
【００２１】
請求項９記載の発明は、前記中間層を、真空蒸着法、スパッタ法、ゾルゲル法、スクリーン印刷等の成膜法によって形成したことを特徴としている。
【００２２】
請求項１０記載の発明は、前記基板の表面が酸化膜で覆われていることを特徴としている。
【００２３】
請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の振動素子を有し、前記振動部が反射面を搖動させることで光束を反射させて走査を行う光走査装置であることを特徴としている。
【００２４】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の光走査装置を備え、前記光走査装置により、画像信号に応じた光束を走査することで画像を形成する画像形成装置であることを特徴としている。
【００２５】
請求項１３記載の発明は、請求項１１記載の光走査装置、又は、請求項１２記載の画像形成装置を備え、前記光走査装置により、画像信号に応じた光束を走査することで画像を形成し、前記画像を投影表示する光走査型画像表示装置であることを特徴としている。
【００２６】
請求項１４記載の発明は、前記画像を眼の網膜上に投影表示する網膜走査型画像表示装置であることを特徴としている。
【００２７】
請求項１５記載の発明は、観察者の頭部に搭載する頭部搭載型画像表示装置であることを特徴としている。
【００２８】
請求項１６記載の発明は、振動部を振動可能に支持した基板に設けられ前記振動部を振動させる駆動層を有し、前記駆動層が、前記基板側に接着される接着層を有する振動素子の製造方法において、その一方の面が前記基板の一方の面と接合するように中間層を形成する中間層形成工程と、その一方の面が前記中間層の他方の面と接合するように接着層を形成する接着層形成工程とを有し、前記基板と前記駆動層との間に前記中間層を形成する振動素子の製造方法であることを特徴としている。
【００２９】
請求項１７記載の発明は、前記接着層の他方の面側に圧電素子を形成する圧電素子形成工程を有することを特徴としている。
【００３０】
請求項１８記載の発明は、前記接着層の他方の面に圧電層を形成し、前記接着層と前記圧電層とを有する圧電素子を形成する圧電素子形成工程を有することを特徴としている。
【００３１】
請求項１９記載の発明は、前記中間層の前記他方の面の表面粗さを、前記基板の一方の面の表面粗さより粗くする中間層表面加工工程を有することを特徴としている。
【００３２】
請求項２０記載の発明は、前記中間層が金属膜を含み、前記中間層表面加工工程を、前記金属膜の成膜後の加熱処理によって行なうことを特徴としている。
【００３３】
請求項２１記載の発明は、前記中間層形成工程が、互いに異なる複数の種類の金属層を積層する金属層積層工程を含むことを特徴としている。
【００３４】
請求項２２記載の発明は、前記中間層形成工程が、真空蒸着法、スパッタ法、ゾルゲル法、スクリーン印刷等の成膜法を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、基板に対して直接接着層を接触させることにより発生する接着層の剥離を防止することが可能となる。これにより、接着層の剥離強度を向上させて経時的な劣化を抑えて信頼性を高めた振動素子を得ることが可能となる。
【００３６】
特に、請求項１記載の発明においては、基板と接着層との間に中間層を設けることにより、接着層が基板に直接接触する場合と違って中間層を介して接着層が剥離するのを防止することができる。これにより、駆動層の接着性を向上させて経時劣化に強く振動素子としての経時的な信頼性を向上させることが可能となる。
【００３７】
請求項２記載の発明によれば、接着層によって圧電素子が基板に一体化され、圧電素子により振動部が駆動されるので、仮に接着層が基板との接着親和性が悪い関係にあっても中間層によって接着親和性を改善された状態を得ることができる。これにより、接着層の剥がれが防止された状態で圧電素子による駆動部の経時劣化を防止することが可能となる。
【００３８】
請求項３記載の発明によれば、接着層が導電性を有し、この接着層に隣接させて圧電層を配置しているので、圧電素子を用いたアクチュエータの電極を接着層で兼用させることができ、アクチュエータの薄層化による小型化が可能となる。
【００３９】
請求項４記載の発明によれば、接着層と接合される関係にある中間層の他方面の表面粗さが基板の一方の面の表面粗さよりも粗くしているので、接着層との機械的結合であるアンカー効果を得やすくすることができ、接着層の剥離程度を低くして接着信頼性を高めることが可能となる。
【００４０】
請求項５乃至７記載の発明によれば、中間層に金属層を有し、特に請求項６記載の発明においては、複数の異なる金属層を用いることにより、また請求項７記載の発明においては、基板との接合性を高めることができる金属層と接着層との接合性を高めることができる金属層とを設けることで接着層と基板との間の接着強度が低下するのを防止することが可能となる。
【００４１】
請求項８記載の発明によれば、中間層に用いられる金属層が成膜によって得られた後、加熱処理されるようになっているので、加熱により中間層の表面性状をこれに対向する界面との間での接合強度が得やすい状態とすることができる。これにより、接着装置と基板との間の接着強度を高めることが可能となる。
【００４２】
請求項９記載の発明によれば、中間層を特殊な方法ではなく既存の成膜処理により得ることができるので、基板と接着層との剥離強度を高める際のコスト上昇を防止することが可能となる。
【００４３】
請求項１０記載の発明によれば、基板の表面が酸化膜で覆われた構成であるので、基板表面面の経時劣化が生じにくくなり、中間層と基盤との界面がより化学的に安定する。また、既存の半導体成膜処理と同じ行程を用いることができ、これによりコスト上昇を招くことなくアクチュエータと基板との間の接着強度を確保することが可能となる。
【００４４】
請求項１１記載の発明によれば、上述の各効果を奏する振動素子を有し、基板に接着される振動素子のアクチュエータにおける剥離強度を高めることができるので、経時劣化に強く経時的に光走査の精度を維持することができ、経時的な信頼性を向上させることが可能となる光走査装置を得ることが可能となる。
【００４５】
請求項１２記載の発明によれば、上述の効果を奏する光走査装置を備え、経時的に光束の走査精度を維持することができ、経時的に精度良く画像形成を行なうことが可能な画像形成装置を得ることが可能となる。
【００４６】
請求項１３ないし１５記載の発明によれば、上述の効果を奏する、光走査装置又は画像形成装置を備え、経時的に精度良く画像表示を行なうことが可能な画像形成装置を得ることが可能となる。
【００４７】
請求項１６記載の発明によれば、基板と接着層との間に中間層を設けることにより、接着層が基板に直接接触する場合と違って中間層を介して接着層が剥離するのを防止することができる。これにより、駆動層の接着性を向上させて経時劣化に強く経時的な信頼性を向上させることができる振動素子を得ることが可能となる。
【００４８】
請求項１７記載の発明によれば、接着層によって圧電素子が基板に一体化され、圧電素子により振動部が駆動されるので、仮に接着層が基板との接着親和性が悪い関係にあっても中間層によって接着親和性を改善された状態を得ることができる。これにより、接着層の剥がれが防止された状態で圧電素子による駆動部の経時劣化を防止した振動素子を得ることが可能となる。
【００４９】
請求項１８記載の発明によれば、接着層が導電性を有し、この接着層に隣接させて圧電層を配置しているので、圧電素子を用いたアクチュエータの電極を接着層で兼用させることができ、薄層化されて小型化されたアクチュエータを有する振動素子を得ることが可能となる。
【００５０】
請求項１９記載の発明によれば、接着層と接合される関係にある中間層の他方面の表面粗さが基板の一方の面の表面粗さよりも粗くしているので、接着層との機械的結合であるアンカー効果が得やすくされ、接着層の剥離程度を低くして接着信頼性を高めることが可能となる。
【００５１】
請求項２０記載の発明によれば、中間層に金属層を有し、その金属層を加熱処理することにより表面性状を接合強度が高まる状態に設定することができ、これにより、基板とアクチュエータである圧電素子との経時的な接着強度の低下を防止できる振動素子を得ることが可能となる。
【００５２】
請求項２１記載の発明によれば、中間層として複数の異なる金属層を形成することにより選択された金属層と基板あるいは接着層との接合強度を最適化して剥離強度を高めた振動素子を得ることが可能となる。
【００５３】
請求項２２記載の発明によれば、中間層を特殊な方法ではなく既存の成膜処理により得ることができるので、基板と接着層との剥離強度を高める際のコスト上昇を防止した振動素子を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下に、本発明に好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
［画像表示装置の構成］
以下、本発明に係る画像表示装置の一実施の形態について図面を用いて説明する。まず、本発明に係る画像表示装置の一例である網膜走査型画像表示装置としての網膜走査型ディスプレイ１の構成について図１を用いて説明する。
【００５５】
図１に示すように、網膜走査型ディスプレイ１には、光源ユニット部２が設けられている。光源ユニット部２には、外部からの映像信号が入力されると、それに基づいて映像を合成するための要素となる各信号を発生する映像信号供給回路３が設けられ、この映像信号供給回路３から映像信号４、水平同期信号５、及び、垂直同期信号６が出力される。
【００５６】
光源ユニット部２には、映像信号供給回路３から映像信号４として伝達される赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各映像信号をもとにそれぞれ強度変調されたレーザ光を出射するように、光源としてのＲレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１を、それぞれ駆動するためのＲレーザドライバ１０，Ｇレーザドライバ９，Ｂレーザドライバ８が設けられている。
【００５７】
また、光源ユニット部２には、各レーザより出射されたレーザ光をコリメートするように設けられたコリメート光学系１４と、それぞれコリメートされたレーザ光を合波するダイクロイックミラー１５と、合波されたレーザ光を光ファイバ１７に導くファイバ結合光学系１６とが設けられている。ここで、各光源に半導体レーザを使用した場合は直接強度変調する構成であり、固体レーザを使用する場合は音響光学効果を利用した強度変調器を含んだ構成となる。
【００５８】
なお、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１として、レーザダイオード等の半導体レーザや固体レーザを利用してもよい。また、本実施形態における光源ユニット部２は、光源としてのＲレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１から出射される光束を画像信号に応じて強度変調する変調手段の一例に相当する。
【００５９】
また、網膜走査型ディスプレイ１は、光源ユニット部２から伝搬され、出射されたレーザ光を受ける光学系１８と、光学系１８によって導かれたレーザ光を、ガルバノミラー１９ａを利用して水平方向に走査する第１の走査系としての水平走査系１９と、水平走査系１９によって走査されたレーザ光を第２の走査系としての垂直走査系２１に導く第１リレー光学系２０と、水平走査系１９に走査され、第１リレー光学系２０を介して入射されたレーザ光を、ガルバノミラー２１ａを利用して垂直方向に走査する垂直走査系２１と、垂直走査系２１に走査されたレーザ光を観察者の瞳孔２４に導く第２リレー光学系２２とを有している。
【００６０】
第１リレー光学系２０は、凸レンズ４１、４２を有しており、第２リレー光学系２２は、凸レンズ５１、５２を有している。凸レンズ４１と凸レンズ４２とは互いに同じ光学的パワーを備えている。凸レンズ５１と凸レンズ５２とは互いに同じ光学的パワーを備えている。
【００６１】
第１リレー光学系２０は、水平走査系１９のガルバノミラー１９ａと、垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａとが共役となるように、また、第２リレー光学系２２は、ガルバノミラー２１ａと、観察者の瞳孔２４とが共役となるように、各々設けられている。
【００６２】
水平走査系１９は、表示すべき画像の１フレームごとに、レーザビームを水平方向に走査する水平走査（１次走査の一例）を行う光学系である。また、水平走査系１９は、水平走査するガルバノミラー１９ａと、そのガルバノミラー１９ａの駆動制御を行う水平走査制御回路１９ｃとを備えている。
【００６３】
これに対し、垂直走査系２１は、水平走査系１９にて水平走査されたレーザビームを垂直方向に垂直走査する垂直走査（２次走査の一例）を行う光学系である。また、垂直走査系２１は、レーザビームを垂直方向に走査するガルバノミラー２１ａと、そのガルバノミラー２１ａの駆動制御を行う垂直走査制御回路２１ｃとを備えている。
【００６４】
よって、水平走査系１９と垂直走査系２１とは互いに交差する方向に走査を行うようになっている。
【００６５】
また、水平走査系１９，垂直走査系２１は、各々映像信号供給回路３に接続され、映像信号供給回路３より出力される水平同期信号５，垂直同期信号６にそれぞれ同期してレーザ光を走査するように構成されている。
【００６６】
本実施形態における水平走査系１９及び垂直走査系２１などは、入射した光束を、１次方向及びその１次方向に略垂直な２次方向に走査させる光走査装置の一例である。
【００６７】
次に、本発明の一実施形態の網膜走査型ディスプレイ１が、外部からの映像信号を受けてから、観察者の網膜上に映像を投影するまでの過程について図１を用いて説明する。
【００６８】
図１に示すように、本実施形態の網膜走査型ディスプレイ１では、光源ユニット部２に設けられた映像信号供給回路３が外部からの映像信号の供給を受けると、映像信号供給回路３は、赤，緑，青の各色のレーザ光出力を制御するためのＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号からなる映像信号４と、水平同期信号５と、垂直同期信号６とを出力する。Ｒレーザドライバ１０，Ｇレーザドライバ９，Ｂレーザドライバ８は各々入力されたＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号に基づいてＲレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１に対してそれぞれの駆動信号を出力する。この駆動信号に基づいて、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１はそれぞれ強度変調されたレーザ光を発生し、各々をコリメート光学系１４に出力する。また、映像信号供給回路３は、後述するガルバノミラー１９ａの駆動状態を示すＢＤ信号（図示せず）に応じて、レーザ光を発生し、各々をコリメート光学系１４に出力するタイミングを制御する。つまり、このような網膜走査型ディスプレイ１（映像信号供給回路３）は、ガルバノミラー１９ａなどに光束を出射させるタイミングを制御することとなる。発生されるレーザ光は、このコリメート光学系１４によってそれぞれが平行光にコリメートされ、さらに、ダイクロイックミラー１５に入射して１つの光束となるよう合波された後、ファイバ結合光学系１６によって光ファイバ１７に入射されるよう導かれる。
【００６９】
光ファイバ１７によって伝搬されたレーザ光は、光ファイバ１７から光学系１８によって導かれて水平走査系１９に出射される。この出射されたレーザ光は、水平走査系１９のガルバノミラー１９ａの反射面である偏向面１９ｂに入射される。ガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂに入射したレーザ光は水平同期信号５に同期して水平方向に走査されて第１リレー光学系２０を介し、垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａの反射面である偏向面２１ｂに入射する。第１リレー光学系２０ではガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂとガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂとが共役の関係となるように調整されている。ガルバノミラー２１ａは、ガルバノミラー１９ａが水平同期信号５に同期すると同様に垂直同期信号６に同期して、その偏向面２１ｂが入射光の水平方向出射角が変化するように往復振動をしており、このガルバノミラー２１ａによってレーザ光は垂直方向に走査される。水平走査系１９及び垂直走査系２１によって水平方向及び垂直方向に、すなわち２次元に走査されたレーザ光は、ガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂと、観察者の瞳孔２４とが共役の関係となるように設けられた第２リレー光学系２２により観察者の瞳孔２４へ入射され、網膜上に投影される。観察者はこのように２次元走査されて網膜上に投影されたレーザ光による画像を認識することができる。尚、水平走査系１９のガルバノミラー１９ａと、垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａとは、名称を同じように説明したが、光を走査するようにその反射面（偏向面）が角度変化（搖動、回転など）させられるものであればよく、本実施形態では、その詳細な構成を後で説明するが、駆動層として圧電層が用いられる圧電駆動方式が用いられてガルバノミラー１９ａ、２１Ａの振れ角（揺動角）を規定する構成が用いられている。しかし、ガルバノミラー１９ａ，２１ａによる走査のための角度変化（搖動、回転など）を誘起する駆動方式としては、これに限らず、共振タイプ、非共振タイプあるいは電磁駆動や静電駆動なども含まれる。
【００７０】
網膜走査型ディスプレイ１は、観察者の頭部に搭載する、ヘッドマウントディスプレイとも言われる頭部搭載型画像表示装置であって、例えば、めがね形状、ゴーグル形状、ヘルメット形状等の図示しない筐体に搭載され、観察者の頭部に装着されるようになっている。
［各種の光学系の構成］
上述したように、光ファイバ１７から出射されたビームを、２次元に走査しながら観察者の瞳孔２４へ導く各種の光学系の構成について説明する。
【００７１】
ガルバノミラー１９ａは、垂直方向に延びる軸を中心に回動駆動することによって、光学系１８から入射したビーム光を、偏向面１９ｂで反射させることによって、水平方向に走査して出射し、第１リレー光学系２０に導くこととなる。
【００７２】
ガルバノミラー２１ａは、水平方向に延びる軸を中心に回動駆動することによって、第１リレー光学系から入射したビーム光を、偏向面２１ｂで反射させることによって、垂直方向に走査して出射し、第２リレー光学系２２に導くこととなる。
【００７３】
次に本実施形態におけるガルバノミラー１９ａ，２１ａの駆動構造について説明する。本実施形態では、水平走査系１９、垂直走査系２１をそれぞれガルバノミラー１９ａ、２１ａを備えた光走査装置とする。なお、網膜走査型ディスプレイ１は、この光走査装置により、画像信号に応じたビームを２次元方向に走査することで画像を形成する画像形成装置を備えており、前記画像を眼の網膜上に投影し、画像を表示するものである。
【００７４】
本実施形態に用いられるガルバノミラー１９ａ，２１ａは、マイクロマシニング技術を応用した振動素子と一体化されて用いられる。
【００７５】
図２は、図１に示したガルバノミラー１９ａ，２１ａを振動させるための振動素子の構成を示す図である。なお、以下の説明においては、便宜上、図１において符号１９ａで示したガルバノミラーを対象として説明するが、符号２１ａで示したガルバノミラーも同様な構成であることを前置きしておく。
【００７６】
図２（Ａ）は振動素子３００の偏向面１９ｂ側を示している。図２（Ｂ）は（Ａ）中、符号（Ｂ）で示す方向の模式的な矢視断面図である。図２（Ｃ）は図２（Ｂ）の一部拡大図であり、図２（Ｄ）は図２（Ｃ）に示す中間層３３の拡大平面図である。
【００７７】
振動素子３００は、図６に示した構成と同様に、中央部に振動部としてのガルバノミラー１９ａと、ガルバノミラー１９ａを振動可能にしたシリコン基板３１とを備え、ガルバノミラー１９ａは、その両端がねじり梁１９ｄと一体化されることによりこのねじり梁１９ｄを中心として回転可能に支持されることにより振動することができる。
【００７８】
ねじり梁１９ｄは、長手方向端部が２股状に分岐され、その分岐部には偏向面１９ｂ側と同じ側の表面に、（Ｂ）において詳細を示すが、振動素子３００の駆動層として用いられるアクチュエータである圧電素子３０が配置されている。
【００７９】
圧電素子３０は、台座３４を有するシリコン基板３１に対して接着層３２を介して接着されるが、本実施形態では、シリコン基板３１と接着層３２との間に中間層３３が設けられる。
【００８０】
中間層３３は、一方の面がシリコン基板３１の一方の面に接合され、他方の面が接着層３２に接合される関係を有しており、シリコン基板３１および接着層３２にそれぞれ接触して接合される複数の異なる金属層３３Ａ、３３Ｂで構成されている。
【００８１】
中間層３３は、図２（Ｃ）に示すように、シリコン基板３１の一方の面に接合される側にはチタン（Ｔｉ）を用いた金属層３３Ａが、そして接着層３２に接合される側に金（Ａｕ）を用いた金属層３３Ｂが重ねられて蒸着された構成とされている。
【００８２】
金属層に用いられる材質の選択基準として、シリコン基板３１側に位置する金属層３３Ａにおいては加熱により表面の活性化によって表面での結晶化が進行しやすくなることにより原子間での化学結合力が強められる機能を有していること、そして、接着層３２側に位置する金属層３３Ｂにおいては加熱により表面粗さがシリコン基板３１側に位置する金属層３３Ａよりも粗くなりやすいことによりアンカー効果による結合が行いやすい機能を有していることが条件として設定されている。
【００８３】
このような金属層の構成においては、接着層３２側に位置する金属層３３Ｂがその表面を粗くされることにより分子間力に加えて機械的結合であるアンカー効果による接合が行われることとなり、接着層３２を直接シリコン基板３１に接触させる場合と違って接触強度が高められることになる。
【００８４】
この結果、シリコン基板３１に対する接着層３２の剥離強度が向上することになる。
【００８５】
ただし、シリコン基板３１と接合される側の金属層３３Ａは、基板の素材であるシリコンとの反応が生じるだけで接合強度の向上にさほど影響がない材料は除かれることが重要であり、例えば、銅等がこの材料に該当する。
【００８６】
金属層同士の接合は、加熱による分子間結合により行われることになる。
【００８７】
中間層３３に用いられる金属層３３Ａ、３３Ｂに用いられる材料の組み合わせとしては、上述したＡｕ／Ｔｉ（右項がシリコン基板３１側に位置する材料）の他に、Ａｕ／Ｃｒ、Ｐｔ／Ｃｒ、Ｐｔ／ＩｒＯ2、Ｐｔ／Ｔａ等が挙げられる。
【００８８】
一方、接着層３２を介してシリコン基板３１に接合される圧電素子３０は、駆動層となる圧電層３０Ａを挟んで両側に電極層３０Ｂを配置したピエゾ素子が用いられている。
【００８９】
なお、圧電素子３０を接着するために用いられる接着層３２は、圧電素子３０に一対の電極を用いる場合を示した図２の構成の場合のように、絶縁材料を用いるだけでなく、導電性材料を用いることもでき、導電性材料を用いた場合には、圧電素子３０の一方の電極を兼用することが可能となる。これにより、接着層３２に導電性材料を用いた場合には、圧電素子３０の薄層化が可能となり、アクチュエータの小型化ができることになる。
【００９０】
そして、このような絶縁性あるいは導電性の接着材料としては、エポキシ樹脂を用いた接着剤を使用する。
【００９１】
圧電素子３０は、図示しないが、電極に接続された電源端子において選択される給電態位に応じて電歪現象を生起させることでねじれ梁１９ｄを回転振動することができる。
【００９２】
本実施形態に用いられる振動素子３００は、図３に示す手順により制作される。また、図４は、図３に示した手順が実行されている過程を示すアクチュエータの模式図である。なお、図４に示す処理は、接着層３２に絶縁層を用いた場合が前提となっている。
【００９３】
図３および図４において、アクチュエータの基材となるシリコン基板３１は、既存の半導体形成処理と同様に、酸化膜３１ａの成膜（図３（Ｓ１）、図４（Ａ））、レジスト３５の塗布（図３（Ｓ２））、露光現像処理によるパターニング（図３（Ｓ３）、図４（Ｂ））、酸化膜パターニング（図３（Ｓ４）、図４（Ｃ））、レジスト３５の除去（図４（Ｄ））、シリコンエッチング（図３（Ｓ５）、図４（Ｅ））、酸化膜除去（図３（Ｓ６）、図４（Ｆ））が行なわれる。このように、エッチング処理によりアクチュエータとして必要な部分であるガルバノミラー１９ａに相当する部分およびねじれ梁１９ｄなどが形成される。
【００９４】
次いで、中間層３３を形成するにあたって基層としての酸化膜３１ｂの形成（図４（Ｇ））が行なわれ、酸化膜３１ｂに対して中間層３３が設けられる（図３（Ｓ７）、図４（Ｈ））。このように、シリコン基板３１は一般的なシリコン基板と同様に酸化膜３１ｂによって覆われており、コスト上昇を招くことなくアクチュエータとの間の接着強度が確保される。
【００９５】
かかる中間層３３を設ける中間層形成工程に関し、本実施形態では、中間層３３が複数の金属層３３Ａ、３３Ｂで構成されているのでこれら金属層を重層するために、真空蒸着法、スパッタリング法、ゾルゲル法あるいはスクリーン印刷によるパターニングによって金属層が重層されて形成される。中間工形成工程は、金属層３３Ａ、３３Ｂを積層する金属層積層工程（図３（Ｓ７’））を含むものである。
【００９６】
中間層３３は、上記の方法により形成されると、中間層加工工程として加熱処理が行われ（図３（Ｓ８））、接合強度を高める表面性状とされる。つまり、Ａｕ／Ｔｉによる中間層３３が形成される場合には、例えば１２５〜３５０℃の範囲で加熱処理する。
【００９７】
図２（Ｄ）では、加熱温度と接合面での密着性との関係を示しており、加熱温度が高い方が、結晶化が進み、粗度が向上することで、上述した表面性状を得やすくなり、これによって密着性が高められることを示している。
【００９８】
ただし、成膜に適した粗度の条件があるため、過度に高温とすることは避ける。適温は金属の種類によって異なる。Ａｕ／Ｔｉの場合には、３５０℃であり、また、Ｐｔ／Ｔｉの場合には、６００℃である。
【００９９】
接着層３２に接触する面を有した金属層３３Ｂは、表面粗さがシリコン基板３１側に位置する金属層３３Ａ及びシリコン基板３１の表面よりも粗くされてアンカー効果による結合が行いやすい状態とされる。
【０１００】
このようにして形成された中間層３３に対して接着層３２を形成し（図３（Ｓ９））接着層形成工程）、予め形成されている圧電素子３０を接着層３２によりシリコン基板３１側に接合する圧電素子形成工程を行い（図３（Ｓ１０）、図４（Ｉ））、シリコン基板３１に台座３４を接着することによってアクチュエータを構成する（図３（Ｓ１１）、図４（Ｊ））。
【０１０１】
一方、図５は、接着層３２に導電性材料を用いた場合の処理を示しており、この場合には、図４（Ｈ）に示した中間層形成に次いで、圧電素子形成工程として、図５（Ｉ）に示すように、金属層３３Ｂに接合されている接着層３２に対して圧電層３０Ａが直接接合される点が図４に示した手順と異なる。接着層３２が導電性層であることから、圧電素子３０における電極の一方が省略されることになり、圧電素子３０の薄層化、低コスト化が可能となる。
【０１０２】
なお、以上のように、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１０３】
上述した実施形態においては、ビームを先に水平走査系１９によって水平方向に走査し、その後に、垂直走査系２１によって垂直方向に走査する構成であったが、これに限らず、ビームを先に垂直走査系によって垂直方向に走査し、その後に、水平走査系によって水平方向に走査する構成であってもよい。
【０１０４】
さらに上述した実施形態においては、上述したような振動素子、光走査装置を備え、画像信号に応じて変調された光束を、振動素子、光走査装置によって１次方向及び２次方向に走査することで、画像を形成する画像形成装置を備え、前記画像を眼の網膜上に投影し、画像を表示する網膜走査型ディスプレイ（網膜走査型の画像表示装置の一例）について説明したが、これに限らず、例えば、眼の網膜に画像を直接的に投影しなくても、上述したような振動素子、光走査装置を備え、画像信号に応じて変調された光束を、その振動素子、光走査装置によって１次方向及び２次方向に走査することで画像を形成する画像形成装置を備え、かかる画像をスクリーン上などに投影表示する光走査型の画像表示装置、ディスプレイ等（画像表示装置の一例）に本発明を採用してもよい。
【０１０５】
また本発明を適用した振動素子、光走査装置は、レーザプリンタ等の画像形成装置内でレーザビームを走査する振動素子、光走査装置にも応用できる。
【０１０６】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本実施形態における画像表示装置としての網膜走査型の画像表示装置を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態における振動素子の構成を説明するための図であり、（Ａ）は、平面図、（Ｂ）は（Ａ）中、符号（Ｂ）で示す方向の矢視断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の一部の拡大側断面図、（Ｄ）は（Ｃ）の一部の拡大平面図である。
【図３】本実施形態における振動素子の作成手順を説明するためのフローチャートである。
【図４】図３に示した作成手順で実施される振動素子の形成行程を説明するための図である。
【図５】図４に示した形成行程の一部変形例を説明するための図である。
【図６】振動素子の従来例を説明するための図であ、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）中、符号（Ｂ）で示す方向の矢視断面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１    画像表示装置
１９、２１    光走査装置
１９ａ、２１ａ    振動部、ガルバノミラー
１９ｂ、２１ｂ    反射面
１９ｄ、２１ｄ    ねじり梁
３０    駆動層、圧電素子
３０Ａ    圧電層
３０Ｂ    電極層
３１    基板、シリコン基板
３１ｂ    酸化膜
３２    接着層
３３    中間層
３３Ａ、３３Ｂ    金属膜、金属層
３００    振動素子
Ｓ７    中間層形成工程
Ｓ７’    金属層積層工程
Ｓ８    中間層表面加工工程
Ｓ９    接着層形成工程
Ｓ１０    圧電素子形成工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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