(57)【要約】【課題】製造工程が簡便で、製造コストを小さくでき、解像度の低下を抑制する光走査素子を提供する。【解決手段】アーム部１３ａ，１３ｂは、光を反射する平板状のミラー部１１と同じ水平位置に設けられ、梁部１２ａ，１２ｂを支持し、駆動されることによりミラー部１１を第１の方向に揺動させる。フレーム部１５は、ミラー部１１と異なる水平位置に設けられたそれぞれ一対のワイヤ固定部１７ａ〜１７ｆを有し、アーム部１１を支持する。サスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｆは、ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｆにおいて、フレーム部１５が第１の方向と直交する第２の方向の揺動可能なように、フレーム部１５を支持する。圧電膜１４ａ〜１４ｄは、アーム部１３ａ，１３ｂに設けられ、変位することによりアーム部１３ａ，１３ｂを駆動して、ミラー部１１を第１の方向に揺動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する平板状のミラー部と、
前記ミラー部と同じ水平位置に設けられ、前記ミラー部が第１の方向の揺動可能なように、前記ミラー部を支持する梁部と、
前記ミラー部と同じ水平位置に設けられ、前記梁部を支持し、駆動されることにより前記ミラー部を前記第１の方向に揺動させるアーム部と、
前記ミラー部と異なる水平位置に設けられたそれぞれ一対のワイヤ固定部を有し、前記アーム部を支持するフレーム部と、
前記ワイヤ固定部において、前記フレーム部が前記第１の方向と直交する第２の方向の揺動可能なように、前記フレーム部を支持するサスペンションワイヤと、
前記アーム部に設けられ、変位することにより前記アーム部を駆動して、前記ミラー部を前記第１の方向に揺動させる圧電膜と
を備えることを特徴とする光走査素子。
【請求項２】
前記ワイヤ固定部は、前記フレーム部表面を開口する溝部であることを特徴とする請求項１に記載の光走査素子。
【請求項３】
前記ワイヤ固定部は、前記ミラー部に対する垂直方向において、前記ミラー部の両側に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査素子。
【請求項４】
前記フレーム部の第２の方向の揺動の回転軸は、前記ミラー部を通ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光走査素子。
【請求項５】
前記ワイヤ固定部は、ダイシングソーにより形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光走査素子。
【請求項６】
前記圧電膜は、前記サスペンションワイヤを介して給電されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光走査素子。
【請求項７】
前記フレーム部に設けられたコイルを更に備え、
前記コイルは、前記サスペンションワイヤを介して給電されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光走査素子。
【請求項８】
前記フレーム部は、前記サスペンションワイヤを介して接地電位に接続されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光走査素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光走査素子と、
前記ミラー部に光を出射する光源と、
前記光源が出射する光の輝度を、画像情報に応じて変調するように制御する制御部と
を備えることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを反射して走査を行う光走査素子及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造技術を発展させた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術により、小型に製造され、ミラー部において光ビームを反射して二次元的に走査する光走査素子（マイクロスキャナ）が知られている。光走査素子は、画像の情報により輝度調整された光ビームを反射し、画像をスクリーンに投射する画像表示装置等に用いられる。このような画像表示装置は、１軸方向の走査を行う２つの光走査素子、或いは２軸方向の走査を行う１つの光走査素子により、水平方向及び垂直方向の走査を行う。一般に、光走査素子による走査は、数ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ程度の高速駆動と、６０Ｈｚ程度の低速駆動とを組み合わせる場合が多い。
【０００３】
ミラー部を懸架する低速駆動のための軸部として、シリコン（特許文献１参照）、樹脂（特許文献２参照）等が用いられる。また、光走査素子の駆動方式として、圧電膜の圧電効果を利用した圧電駆動方式（特許文献１参照）、コイルと磁石との間のローレンツ力を利用したムービングコイル（ＭＣ）方式や、ムービングマグネット（ＭＭ）方式等の電磁駆動方式（特許文献２参照）、電極間の静電気力を利用した静電駆動方式等がある。光走査素子は、要求により選択された種々の方法により、低速駆動、高速駆動の走査を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２３１６５号公報
【特許文献２】特開２００６−２７６６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、低速駆動用の軸部にシリコンを用いる場合、シリコンの剛性が、ヤング率１３０ＧＰａと高いことから、引用文献１のように軸部の長さを長くする必要があり、素子の面積が大きくなってしまう。引用文献２のように樹脂を用いる場合は、電力供給のため、樹脂層の上に配線層を設ける必要があり、剛性の異なる材料が重なり合うことから、駆動時にヒステリシスやウォブルが発生するなど、走査の精度が低下し、解像度の低下を招いてしまう。
【０００６】
その他、低速駆動用の軸部として、サスペンションワイヤを用いることができるが、フォトリソグラフィ、エッチングによりワイヤ固定部を形成する際、他所と異なる深さの溝部を形成する工程が必要になり、製造工程が複雑となる問題がある。また、ダイシングソーによりワイヤ固定部を形成する場合、ミラー部等の他の構造物が障害となり困難である。更に、サスペンションワイヤによる駆動の場合、反射面と回転軸にずれが生じて光を反射するミラー部の有効表面積が小さくなり、解像度が低下することがある。
【０００７】
上記問題点を鑑み、本発明は、製造工程が簡便で、製造コストが小さく、解像度の低下を抑制する光走査素子及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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、光を反射する平板状のミラー部（１１）と、ミラー部（１１）と同じ水平位置に設けられ、ミラー部（１１）が第１の方向の揺動可能なように、ミラー部（１１）を支持する梁部（１２ａ，１２ｂ）と、ミラー部（１１）と同じ水平位置に設けられ、梁部（１２ａ，１２ｂ）を支持し、駆動されることによりミラー部（１１）を第１の方向に揺動させるアーム部（１３ａ，１３ｂ）と、ミラー部（１１）と異なる水平位置に設けられたそれぞれ一対のワイヤ固定部（１７ａ〜１７ｆ）を有し、アーム部（１３ａ，１３ｂ）を支持するフレーム部（１５）と、ワイヤ固定部（１７ａ〜１７ｆ）において、フレーム部（１５）が第１の方向と直交する第２の方向の揺動可能なように、フレーム部（１５）を支持するサスペンションワイヤ（１８ａ〜１８ｆ）と、アーム部（１３ａ，１３ｂ）に設けられ、変位することによりアーム部（１３ａ，１３ｂ）を駆動して、ミラー部（１１）を第１の方向に揺動させる圧電膜（１４ａ〜１４ｄ）とを備える光走査素子であることを要旨とする。
【０００９】
また、本発明の第１の態様に係る光走査素子においては、ワイヤ固定部（１７ａ〜１７ｆ）は、フレーム部（１５）表面を開口する溝部とすることができる。
【００１０】
また、本発明の第１の態様に係る光走査素子においては、ワイヤ固定部（１７ａ〜１７ｆ）は、ミラー部（１１）に対する垂直方向において、ミラー部（１１）の両側に位置することができる。
【００１１】
また、本発明の第１の態様に係る光走査素子においては、フレーム部（１５）の第２の方向の揺動の回転軸は、ミラー部（１１）を通ることができる。
【００１２】
また、本発明の第１の態様に係る光走査素子においては、ワイヤ固定部（１７ａ〜１７ｆ）は、ダイシングソーにより形成されることができる。
【００１３】
また、本発明の第１の態様に係る光走査素子においては、圧電膜（１４ａ〜１４ｄ）は、サスペンションワイヤ（１８ａ〜１８ｆ）を介して給電されることができる。
【００１４】
また、本発明の第１の態様に係る光走査素子においては、フレーム部（１５）に設けられたコイル（６１）を更に備え、コイル（６１）は、サスペンションワイヤ（１８ａ〜１８ｆ）を介して給電されることができる。
【００１５】
また、本発明の第１の態様に係る光走査素子においては、フレーム部（１５）は、サスペンションワイヤ（１８ａ〜１８ｆ）を介して接地電位に接続されることができる。
【００１６】
本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様に係る光走査素子（１）と、前記ミラー部（１１）に光を出射する光源（５５）と、前記光源（５５）が出射する光の輝度を、画像情報に応じて変調するように制御する制御部（５０）とを備える画像表示装置であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、製造工程が簡便で、製造コストを小さくでき、解像度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査素子の基本的な構成を説明する模式的な斜視図である。（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ方向から見た模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光走査素子の基本的な構成を説明する、模式的な上面図である。
【図３】（ａ）は、従来の光走査素子を説明する模式的な側面図である。（ｂ）は、図３（ａ）に示す光走査素子の動作を説明する模式的な側面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る光走査素子を説明する模式的な側面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な断面図である。
【図１２】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な断面図である。（ｂ）は、図１２（ａ）のＢ−Ｂ方向から見た模式的な斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な斜視図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な斜視図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な斜視図である。
【図１９】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な斜視図である。（ｂ）は、図１９（ａ）のＣ−Ｃ方向から見た模式的な断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な斜視図である。
【図２１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査素子の製造方法を説明する模式的な斜視図である。（ｂ）は、図２１（ａ）のＤ−Ｄ方向から見た模式的な断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態に係る光走査素子を備える画像表示装置の基本的な構成を説明する模式的な図である。
【図２３】（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る光走査素子を説明する模式的な斜視図である。（ｂ）は、図２３（ａ）のＥ−Ｅ方向から見た模式的な断面図である。
【図２４】本発明の他の実施の形態に係る光走査素子を説明する模式的な斜視図である。
【図２５】本発明の他の実施の形態に係る光走査素子を説明する模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法の関係、各層の厚みの比率等は、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２０】
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための素子や装置を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでなく、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００２１】
（光走査素子）
本発明の実施の形態に係る光走査素子１は、図１（ａ）に示すように、光を反射する平板状のミラー部１１と、ミラー部１１と同じ水平位置に設けられ、ミラー部１１がＸ軸方向の揺動可能なように、ミラー部１１を支持する一対の梁部１２ａ，１２ｂと、ミラー部１１と同じ水平位置に設けられ、梁部１２ａ，１２ｂを支持し、駆動されることによりミラー部１１をＸ軸方向に揺動させる一対のアーム部１３ａ，１３ｂと、ミラー部１１と異なる水平位置に複数設けられたそれぞれ一対のワイヤ固定部１７ａ〜１７ｆを有し、アーム部１３ａ，１３ｂを支持するフレーム部１５と、ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｆにおいて、フレーム部１５がＸ軸方向と直交するＹ軸方向の揺動可能なように、フレーム部１５をそれぞれ支持するサスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｆと、アーム部１３ａ，１３ｂの上面にそれぞれ設けられ、変位することによりアーム部１３ａ，１３ｂをそれぞれ駆動して、ミラー部１１をＸ軸方向に揺動させる圧電膜１４ａ〜１４ｄとを備える。
【００２２】
フレーム部１５は、例えば、概略として矩形平板状であり、上面から下面に貫通する矩形の窓部を有する枠型形状である。ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄは、それぞれフレーム部１５の上面のＹ軸方向に平行な２辺から、窓部に達するまでＸ軸方向にそれぞれ対向して延伸する、フレーム部１５の上面において開口する溝部である。同様に、ワイヤ固定部１７ｅ，１７ｆは、それぞれフレーム部１５の下面のＹ軸方向に平行な２辺から、窓部に達するまでＸ軸方向に対向して延伸する、フレーム部１５の下面において開口する溝部である。ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｆの深さは、サスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｆの線径に相当し、例えば、それぞれ約８０〜１２０μｍ程度とすることができる。フレーム部１５の厚さは、素子に要求される強度等を考慮して決定されれば良く、例えば、約５００μｍ以上とすることができる。
【００２３】
２本のアーム部１３ａ，１３ｂは、フレーム部１５のＹ軸方向と平行な２辺からそれぞれＸ軸方向に対向して延伸する平面視帯状の部位であり、フレーム部１５の窓部内に位置する。ミラー部１１は、アーム部１３ａ，１３ｂのそれぞれ中央部からＹ軸方向に対向して延伸する一対の梁部１２ａ，１２ｂを介して、それぞれアーム部１３ａ，１３ｂに連結、支持される。アーム部１３ａ，１３ｂ、梁部１２ａ，１２ｂ、ミラー部１１の厚さは、例えば、約４０〜６０μｍ程度とすることができる。
【００２４】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、アーム部１３ａ，１３ｂ、梁部１２ａ，１２ｂ、ミラー部１１は、ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄより低く、ワイヤ固定部１７ｅ，１７ｆより高い水平位置に位置している。
【００２５】
図１において図示を省略しているが、フレーム部１５、アーム部１３ａ，１３ｂの上面をなす上部には、それぞれ圧電膜１４ａ〜１４ｄと絶縁するシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等の絶縁膜が形成されている。
【００２６】
例えば、圧電膜１４ａ〜１４ｄは、それぞれ平面視アーム部１３ａ，１３ｂに沿う帯状である。圧電膜１４ａ，１４ｂは、アーム部１３ａ，１３ｂの、それぞれ梁部１２ａ，１２ｂとの接合部より一方側（図１（ａ）における左上側）の上面に設けられる。圧電膜１４ｃ，１４ｄは、アーム部１３ａ，１３ｂの、それぞれ梁部１２ａ，１２ｂとの接合部より他方側（図１（ｂ）における右下側）の上面に設けられる。
【００２７】
図示を省略しているが、圧電膜１４ａ〜１４ｄは、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電セラミック、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３）等、高い圧電特性を示す圧電体膜と、圧電体膜の上面に形成された上部電極膜と、圧電体膜の下面に形成された下部電極膜とをそれぞれ備える。
【００２８】
圧電膜１４ａ〜１４ｄの圧電体膜は、その他、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ビスマスゲルマニウムオキサイド（Ｂｉ12ＧｅＯ20）、ランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）等を使用可能である。
【００２９】
図示を省略しているが、圧電膜１４ａ〜１４ｄの上部電極膜は、圧電体膜の上面に密着する密着層と、密着層の上面に設けられる上部電極層とから構成される。上部電極膜の密着層は、例えば、厚さが約０．０２μｍ程度であり、チタン（Ｔｉ）等からなる。上部電極膜の上部電極層は、例えば、厚さが約０．３μｍ程度であり、例えば白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等からなる。
【００３０】
圧電膜１４ａ〜１４ｄの下部電極膜は、圧電膜１４ａ〜１４ｄを、フレーム部１５、アーム部１３ａ，１３ｂそれぞれに対して垂直方向（上下方向）に変位するように優先的に配向する配向層と、配向層の下面に設けられ、配向層の配向性を助長する下部電極層とから構成される。下部電極膜の配向層は、例えば、厚さが約０．１μｍ程度であり、白金（Ｐｔ）等からなる。下部電極膜の下部電極層は、例えば、厚さが約０．０２μｍ程度であり、チタン（Ｔｉ）等からなる。
【００３１】
圧電膜１４ａ〜１４ｄは、上部電極膜及び下部電極膜を介してそれぞれ所定の駆動信号が印加されると、圧電体膜の結晶格子が上下方向に引き延ばされると共に、上下方向と直交する方向に圧縮される。この応力により、圧電膜１４ａ〜１４ｄは、上下方向に撓み、変位する。
【００３２】
圧電膜１４ａ，１４ｂは、例えば正弦波電圧が印加されることにより、アーム部１３ａ，１３ｂの対応する領域に、上下方向に反りを生じさせる。ミラー部１１は、圧電膜１４ａ〜１４ｄにより、梁部１２ａ，１２ｂを互いに結ぶ直線と平行な方向（Ｙ軸方向）を回転軸としてＸ軸方向に揺動し、入射されたビーム光を反射してＸ軸方向の走査をする。
【００３３】
圧電膜１４ｃ，１４ｄは、アーム部１３ａ，１３ｂの駆動によって上下方向に変位されて電圧を発生する。圧電膜１４ｃ，１４ｄに発生した電圧を検出することにより、圧電膜１４ａ，１４ｂに印加する駆動信号をフィードバック制御できる。
【００３４】
例えば、圧電膜１４ａ〜１４ｄから、それぞれワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄまでの間には、圧電膜１４ａ〜１４ｄとサスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｄとをそれぞれ電気的に接続するための配線パターン１６ａ〜１６ｄが形成されている。
【００３５】
サスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｆ（以下、総称する場合において単に「サスペンションワイヤ１８」という。）は、導体からなり、圧電膜１４ａ〜１４ｄ等と外部とを電気的に接続する配線として用いることができる。例えば、サスペンションワイヤ１８は、ミラー部１１、梁部１２ａ，１２ｂ、アーム部１３ａ，１３ｂ及びフレーム部１５を、接地電位と接続する配線として用いることができる。サスペンションワイヤ１８の材料、線径等は、Ｙ軸方向の走査周波数によって決定されればよい。
【００３６】
サスペンションワイヤ１８は、例えば、図２に示すように、フレーム部１５がＹ軸方向の揺動可能なように、外側フレーム部１９に支持される。外側フレーム部１９は、概略として矩形平板状であり、上面から下面に貫通する窓部を有する枠型形状であり、フレーム部１５は、外側フレーム部１９の窓部内に位置する。
【００３７】
それぞれ一対のサスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｆは、外側フレーム部１９のＹ軸方向と平行な２辺のそれぞれ中央部に固定され、Ｘ軸方向にそれぞれ対向して延伸するように配置されている。フレーム部１５は、サスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｆを介して、外側フレーム部１９に支持される。
【００３８】
外側フレーム部１９の上面の、Ｘ軸方向に平行な２辺のそれぞれ中央部には、磁石６２が１つずつ配置されている。２つの磁石６２は、相反する極をフレーム部１５に向けて、外側フレーム部１９の上面に対向配置される。
【００３９】
例えば、フレーム部１５は、上面を周回するように設けられたコイル６１に通電することにより生じる磁界と、外側フレーム部１９に設けられた２つの磁石６２による磁界との相互作用によって、サスペンションワイヤ１８と平行な方向（Ｘ軸方向）を回転軸としてＹ軸方向に揺動し、入射された光をミラー部１１が反射してＹ軸方向の走査をする。コイル６１への通電は、サスペンションワイヤ１８を介して行われて良い。
【００４０】
光走査素子１は、図２に示すように、外側フレーム部１９にサスペンションワイヤ１８を介してＹ軸方向の揺動可能に支持されることによって、２軸方向の走査が可能な光走査素子１Ａを構成する。
【００４１】
なお、光走査素子１ＡのＹ軸方向の駆動のアクチュエータを、コイル６１と磁石６２を用いたムービングコイル（ＭＣ）式の電磁アクチュエータとして説明したが、ムービングマグネット（ＭＭ）式の電磁アクチュエータや、電極間の静電気力を用いた静電アクチュエータ、圧電膜の圧電効果を用いた圧電アクチュエータ等の他の方式のアクチュエータであっても良い。
【００４２】
従来の光走査素子において、例えば、図３（ａ）に示すように、片側３本、計６本のサスペンションワイヤ１８ｐによって、ミラー部１１ｐを支持するフレーム部１５ｐを、Ｙ軸方向の揺動可能に支持する場合、Ｙ軸方向の駆動時の、Ｘ軸方向に沿う回転軸Ｏは、図３（ｂ）に示すように、ミラー部１１ｐを通らない。よって、ミラー部１１ｐは、横ぶれｃを有して揺動し、ミラー部１１ｐの有効表面積が減少し、解像度の低下に繋がることがあった。
【００４３】
本発明の実施の形態に係る光走査素子１は、図４に示すように、Ｙ軸方向の駆動時の、Ｘ軸方向に沿う回転軸Ｏが、ミラー部１１を中心部を通るようにサスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｆが設けられている。よって、本発明の実施の形態に係る光走査素子１は、Ｙ軸方向の駆動時においても、ミラー部１１が横ぶれを起こさずに揺動し、Ｙ軸方向の走査において、解像度の低下を抑制できる。
【００４４】
ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｆ、サスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｆ、及びそれぞれの配線パターン１６は、Ｙ軸方向の駆動時の、Ｘ軸方向に沿う回転軸Ｏが、ミラー部１１の中心部を通るように設けられる限り、フレーム部１５の両側にそれぞれ更に複数設けられる構成としても良い。
【００４５】
本発明の実施の形態に係る光走査素子１によれば、ミラー部１１、梁部１２ａ，１２ｂ、アーム部１３ａ，１３ｂが、両面側にキャビティ部３２，３４を有するようにフレーム部１５の窓部内に形成され、また、ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｆが、ミラー部１１、梁部１２ａ，１２ｂ、アーム部１３ａ，１３ｂに対する垂直方向において両側に設けられているので、製造工程が簡便で、製造コストを小さくできる。
【００４６】
また、本発明の実施の形態に係る光走査素子１によれば、フレーム部１５が、ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｆにおいて、サスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｆに支持され、Ｙ軸方向の駆動時に、Ｘ方向に沿う回転軸がミラー部１１の中心部を通るので、解像度の低下を抑制できる。
【００４７】
（光走査素子の製造方法）
図５〜図１５を参照して、本発明の実施の形態に係る光走査素子１の製造方法を説明する。なお、以下に述べる光走査素子１の製造方法は、一例であり、これ以外の種々の方法により光走査素子１を製造可能であることは勿論である。
【００４８】
先ず、図５に示すように、第１シリコン層２２、第１絶縁層２３、第２シリコン層２４、第２絶縁層２５、第３シリコン層２６からなる３層構造のＳＯＩ基板の上面、下面に、それぞれ絶縁層２１，２７を形成する。絶縁層２１，２７は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等からなり、熱酸化法等により形成可能である。第２シリコン層２４の厚さは、ミラー部１１、梁部１２ａ，１２ｂ、アーム部１３ａ，１３ｂの厚さに対応している。また、第１シリコン層２２、第３シリコン層２６の厚さは、ワイヤ固定部１７の深さ以上であることが必要なので、サスペンションワイヤ１８の線径、走査周波数、各部の強度等を考慮して、ＳＯＩ基板の各層の厚さを決定すれば良い。
【００４９】
次に、図６に示すように、ＳＯＩ基板の下面に、フォトリソグラフィ法によりパターン形成された、キャビティ部を形成するためのフォトレジスト膜３１をマスクし、絶縁層２７をエッチングしてパターン形成する。絶縁層２７をパターン形成した後、フォトレジスト膜３１を除去する。
【００５０】
次に、図７に示すように、パターン形成された絶縁層２７をマスクとし、第２絶縁層２５に達するまで第３シリコン層２６をドライエッチングした後、第３シリコン層２６の露出部分及びマスクとして使用した絶縁層２７をエッチング除去し、キャビティ部３２を形成する。
【００５１】
次に、図８に示すように、ＳＯＩ基板の上面に、フォトリソグラフィ法によりパターン形成された、キャビティ部を形成するためのフォトレジスト膜３３をマスクし、絶縁層２１をエッチングしてパターン形成する。絶縁層２１をパターン形成した後、フォトレジスト膜３３を除去する。
【００５２】
次に、図９に示すように、パターン形成された絶縁層２１をマスクとし、第１絶縁層２３に達するまで第１シリコン層２２をドライエッチングし、キャビティ部３４を形成する。また、このとき、フレーム部１５が形成される。
【００５３】
次に、図１０に示すように、絶縁層２１の上面、キャビティ部３４において露出した第１シリコン層２２及び第１絶縁層２３に、圧電膜１４ａ〜１４ｄとなる準備圧電膜３５を形成する。準備圧電膜３５は、例えば、圧電膜１４ａ〜１４ｄの、下部電極膜となる下部電極層、配向層、圧電体膜となる圧電材料、上部電極膜となる密着層、上部電極層を順に積層されてなる。
【００５４】
次に、図１１に示すように、プラズマエッチング法、イオンミリング法等により準備圧電膜３５をパターン形成して、圧電膜１４ａ〜１４ｄを形成する。なお、このとき、圧電膜１４ａ〜１４ｄからＳＯＩ基板上面の絶縁層２１までそれぞれ配線するための電極パターン（図１２（ａ）参照）を形成する。
【００５５】
次に、図１２に示すように、ダイシングソーを用いて、サスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｄを固定するための溝部となるワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄを形成する。ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄの形成に用いるダイシングソーのブレード厚は、ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄそれぞれの幅と対応させて選択すればよい。また、ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄは、ダイシングソーのブレードを横方向にずらすことにより形成されても良い。
【００５６】
ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄは、ミラー部１１、梁部１２ａ，１２ｂ、アーム部１３ａ，１３ｂと共にエッチングにより形成されることも可能である。しかし、ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄの深さを考慮すると、ミラー部１１、梁部１２ａ，１２ｂ、アーム部１３ａ，１３ｂを形成するために第１絶縁層２３及び第２シリコン層２４を貫通させた後もエッチング工程が必要となる。Ｘ軸方向の走査周波数の制御のため、梁部１２ａ，１２ｂの形状は、高精度に形成される必要があるが、ミラー部１１、梁部１２ａ，１２ｂ、アーム部１３ａ，１３ｂは、露出された状態で長時間プラズマに晒されることで高温になり、エッチングガスとの反応性が高まり、形状の管理が困難となる。また、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程とを２回に分けて行うと、工程時間、材料費等、コストの増大を招いてしまう。
【００５７】
本発明の実施の形態においては、ミラー部１１、梁部１２ａ，１２ｂ、アーム部１３ａ，１３ｂそれぞれの上面、下面が、それぞれフレーム部１５の上面、下面に形成されるワイヤ固定部１７ａ〜１７ｆよりも内側の水平レベルとなるように形成されているので、ダイシングソーによるワイヤ固定部１７ａ〜１７ｆの形成が可能となる。なお、本発明の実施の形態に係る光走査装置の製造方法の説明において、ワイヤ固定部１７ｅ，１７ｆ、電極パターン１６ｅ，１６ｆ及びサスペンションワイヤ１８ｅ，１８ｆについて説明を省略しているが、それぞれ、ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄ、電極パターン１６ａ〜１６ｄ及びサスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｄと同様に形成される。ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｆは、サスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｆによるＹ軸方向の駆動時、Ｘ軸方向に平行な回転軸Ｏが、ミラー部１１の中心部を通過するように設計、形成される。
【００５８】
次に、図１３に示すように、ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄの溝部内からフレーム部１５の上面にかけて、それぞれワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄと圧電膜１４ａ〜１４ｄと電気的に接続するための電極パターン１６ａ〜１６ｄを形成する。
【００５９】
次に、図１４に示すように、フォトリソグラフィ法によりパターン形成された、ミラー部１１、梁部１２ａ，１２ｂ、アーム部１３ａ，１３ｂを形成するためのフォトレジスト膜をマスクし、第１絶縁層２３及び第２シリコン層２４を貫通エッチングする。
【００６０】
最後に、フレーム部１５をダイシングして切り出した後、図１５に示すように、ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄにサスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｄを固定し、本発明の実施の形態に係る光走査素子１が完成する。なお、サスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｄは、例えば、ハンダ、導電性ペースト等によりワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄに固定される。ハンダを用いる場合、サスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｄが高温になり、伸縮を生じる可能性があることから、導電性ペーストを用いることが好ましい。
【００６１】
また、光走査素子１両面側のキャビティ部３２，３４を形成する方法を、ドライエッチングとして説明したが、ウェットエッチングによりキャビティ部３２，３４を形成しても良い。すなわち、図１６に示すように、フォトリソグラフィ法によりパターン形成された、キャビティ部３２，３４をそれぞれ形成するためのフォトレジスト膜３１，３３をＳＯＩ基板の両面側にマスクし、絶縁層２１，２７をエッチングしてパターン形成する。ウェットエッチングは、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等を用いた異方性ウェットエッチングを採用可能である。
【００６２】
キャビティ部３２，３４は、図１７に示すように、第１シリコン層２２、第３シリコン層２６の＜１００＞面に沿ったエッチングにより形成される。よって、図１６に示すフォトレジスト膜３１，３３は、エッチング深さが深くなるにつれてパターンが小さくなることを考慮してパターン形成されている。ウェットエッチングは、それぞれ第１絶縁層２３、第２絶縁層２５に達するまで行われる。
【００６３】
キャビティ部３２，３４の深さは、ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｆの深さより深く、例えば数百μｍとなる。プラズマエッチングを行う場合、シリコンのエッチングレートは必ずしも大きくなく、更に、エッチング装置は枚葉式であることが一般的であり、製造工程が長時間となってしまう。
【００６４】
本発明の実施の形態に係る光走査素子１は、両面側にキャビティ部３２，３４を有するので、キャビティ部３２，３４を形成するためのフォトリソグラフィ工程、ウェットエッチング工程を、両面同時に行うことができる。よって、従来の光走査素子に比して、ウェットエッチング工程の時間を削減することができる。
【００６５】
また、図７に示す工程において、ＳＯＩ基板の第１シリコン層２２の代わりに、図１８、図１９に示すように、予めフレーム部１５の上層部となる上層フレーム部１５１を形成し、図７に示す、キャビティ部３２が形成された、第１絶縁層２３、第２シリコン層２４、第２絶縁層２５、第３シリコン層２６からなるＳＯＩ基板である下層フレーム部１５０と張り合わせるようにしても良い。
【００６６】
また、図１２に示す工程において、図２０、図２１に示すように、予めダイシングソーによりワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄが形成された上層フレーム部１５２を、下層フレーム部１５０と張り合わせるようにしても良い。本発明の実施の形態に係る光走査素子１は上記の他、種々の方法により形成可能である。
【００６７】
（画像表示装置）
以下、本発明の実施の形態に係る光走査素子１を用いて、スクリーンに画像を表示できる画像表示装置５について説明する。画像表示装置５は、図２２に示すように、画像Ｑの情報である画像情報を示す画像信号に応じて輝度が変調され、光源５５から出射されたレーザ光Ｌを、光走査素子１が反射してスクリーンＰを走査し、スクリーンＰ上に画像Ｑを表示する。
【００６８】
画像表示装置５の制御部５０は、画像信号に応じて、赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光を、それぞれレーザ光Ｌとして出射可能な光源５５に駆動信号を送信する。光源５５は、制御部５０から入力した駆動信号を入力し、駆動信号に応じてそれぞれ変調されたレーザ光Ｌを出射する。光源５５出射したレーザ光Ｌは、図示を省略したダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム、ミラー、レンズ等の光学素子を介して、光走査素子１のミラー部１１に入射する。
【００６９】
制御部５０は、圧電膜１４ａ〜１４ｄ、Ｙ軸駆動用のアクチュエータに駆動信号を印加して、ミラー部１１がＸ軸方向（水平方向）及びＹ軸（垂直方向）の２軸方向の走査を行うように、ミラー部１１を駆動する。
【００７０】
例えば、圧電膜１４ａ，１４ｂは、制御部５０から所定の駆動信号を印加され、アーム部１３ａ，１３ｂを駆動する。圧電膜１４ｃ，１４ｄは、アーム部１３ａ，１３ｂの駆動による応力歪みが生じ、この応力歪みに生じた電圧を発生する。
【００７１】
圧電膜１４ｃ，１４ｄにそれぞれ生じた電圧は、制御部５０によりそれぞれ検出され、その検出信号に応じて、圧電膜１４ｃ，１４ｄにそれぞれ生じた電圧の、それぞれ１８０°反転した逆位相となるような駆動信号を圧電膜１４ａ，１４ｂにそれぞれ出力する。制御部５０は、このようなフィードバック制御を行うことにより、光走査素子１のＸ軸方向の駆動を共振周波数で行うことができる。
【００７２】
光走査素子１Ａの駆動用、検出用の配線は、サスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｆを介して行われることができる。Ｙ軸方向駆動時の、駆動用、検出用信号の他、フレーム部１５等の接地も同様に、サスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｆを介して行われて良い。サスペンションワイヤ１８の本数、ワイヤ固定部１７の数は、サスペンションワイヤ１８の線径、剛性、ミラー部１１の走査周波数等を考慮して適宜変更することができる。
【００７３】
駆動されたミラー部において、レーザ光Ｌが反射し、スクリーンＰが走査されることにより、スクリーンＰに画像Ｑが表示される。
【００７４】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００７５】
既に述べた実施の形態においては、ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄ及びサスペンションワイヤ１８ａ〜１８ｄは、図２３に示すように、予め下面にダイシングソーによりワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄを形成した上層フレーム部１５３を、下層フレーム部１５０と張り合わせるようにしても良い。
【００７６】
また、図２０、図２１に示す上層フレーム部１５２の代わりに、図２４に示すように、上面にワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄが形成された凸部４１ａ，４１ｃを、図１９の下層フレーム部１５０においてミラー部１１、梁部１２ａ，１２ｂ、アーム部１３ａ，１３ｂが形成された下層フレーム部１５Ａの上面に張り付けるようにしても良い。
【００７７】
また、図２５に示すように、下面にワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄが形成された凸部４２ａ，４２ｃを、ミラー部１１、梁部１２ａ，１２ｂ、アーム部１３ａ，１３ｂが形成された下層フレーム部１５Ｂと張り付けるようにしても良い。いずれの場合も、ワイヤ固定部１７ａ〜１７ｄの水平位置は、ミラー部１１、梁部１２ａ，１２ｂ、アーム部１３ａ，１３ｂの水平位置より高く形成される。
【００７８】
上記の他、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００７９】
１…光走査素子
５…画像表示装置
１１…ミラー部
１２ａ，１２ｂ…梁部
１３ａ，１３ｂ…アーム部
１４ａ〜１４ｄ…圧電膜
１５…フレーム部
１６ａ〜１６ｆ…配線パターン
１７ａ〜１７ｆ…ワイヤ固定部
１８ａ〜１８ｆ…サスペンションワイヤ
１９…外側フレーム部
２１，２７…絶縁層
２２…第１シリコン層
２３…第１絶縁層
２４…第２シリコン層
２５…第２絶縁層
２６…第３シリコン層
３１，３３…フォトレジスト膜
３２，３４…キャビティ部
３５…準備圧電膜
４１ａ，４１ｃ，４２ａ，４２ｃ…凸部
５０…制御部
５５…光源
６１…コイル
６２…磁石
１５１，１５２，１５３…上層フレーム部
１５０，１５Ａ，１５Ｂ…下層フレーム部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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