(57)【要約】【課題】消費電力、製造コスト、面積が小さく、光ビームを大きな角度に２軸方向に走査可能な光走査素子を提供する。【解決手段】アーム部２３は、ミラー部２１がＸ軸方向の揺動可能なように、ミラー部２１を支持する。上層可動フレーム部２５は、アーム部２３を支持する。下層可動フレーム部３５は、上面に複数の凸部３２を有し、上面と上層可動フレーム部２５の下面との間に間隙を有するように、複数の凸部３２により上層可動フレーム部２５の下面に接合される。固定フレーム部（２０，３０）上層可動フレーム部２５及び前記下層可動フレーム部３５が、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向の揺動可能なように、上層可動フレーム部２５を支持する。【選択図】図１
2012159718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射するミラー部と、
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アーム部と、
前記アーム部を支持する上層可動フレーム部と、
上面に複数の凸部を有し、上面と前記上層可動フレーム部の下面との間に間隙を有するように、前記複数の凸部により前記上層可動フレーム部の下面に接合された下層可動フレーム部と、
前記上層可動フレーム部及び前記下層可動フレーム部が、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、前記上層可動フレーム部を支持する固定フレーム部と、
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上層圧電膜と、
前記下層可動フレーム部に設けられ、変位することにより前記上層可動フレーム部及び前記下層可動フレーム部を駆動して、前記ミラー部を前記第２の方向に揺動させる下層圧電膜と
を備えることを特徴とする光走査素子。
【請求項２】
前記上層圧電膜と前記下層圧電膜とが、平面視、重畳する領域を含むようにそれぞれ設けられてい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】
前記上層可動フレーム部及び前記下層可動フレーム部が、平面視、枠型形状であり、平面視、互いに同一の寸法であ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】
前記複数の凸部は、前記下層可動フレーム部の４辺のそれぞれ中点近傍に位置することを特徴とする請求項３に記載の光走査素子。
【請求項５】
前記下層可動フレーム部が、平面視、互い違いにコの字型に屈曲したパターンを有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６】
前記下層圧電膜が、前記下層可動フレームの下面に形成されてい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】
請求項１〜６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２軸方向の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、光ビームを反射して光を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。
【０００３】
光走査素子の駆動方式として、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（特許文献１参照）や、ムービングマグネット（ＭＭ）方式（特許文献２参照）等の電磁駆動方式、圧電膜の圧電効果を利用した圧電駆動方式（特許文献３参照）、電極間の静電気力を利用した静電駆動方式（非特許文献１参照）等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１０００５号公報
【特許文献２】特開２００９−２５８６４５号公報
【特許文献３】特開２００５−１４８４５９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】河野清彦 他、「静電２軸ＭＥＭＳ光スキャナの絶縁構造」、パナソニック電工技報、Ｖｏｌ．５６  Ｎｏ．３、２００８年９月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電磁駆動方式では、光走査素子に設けられたコイルに通電することにより、光ビームを反射するミラー部を駆動するが、ＭＥＭＳ技術により微小に形成された光走査素子において、更なる小型化を図る場合にコイルの巻数が制限されてしまう。よって、より大きな角度に光ビームを走査するための駆動力を確保しようとすると、コイルの巻数の制限のため、電流値を上げる必要があり、消費電力が大きくなるという問題がある。特に携帯型のシステムを想定した場合にはバッテリー駆動が必須であり、連続稼働時間が限られてしまうことになる。
【０００７】
また、圧電駆動方式では、より大きな角度に光ビームを走査するために、圧電膜の面積を大きくして駆動力を確保する必要がある。特に１つの光走査素子で２軸方向の走査を行う場合、ミラー部を駆動可能に支持するフレーム自体を駆動させるための、第２のフレームが必要となり、光走査素子の面積が大きくなってしまい、光走査素子が大型化してしまう。１軸方向の走査を行う光走査素子を２つ用いて２軸方向に光ビームを走査する方法も一般的に行われているが、光軸を正確に合わせる必要があるなど、光学系が複雑になり、装置の大型化と装置の価格アップを招いてしまうという問題がある。
【０００８】
また、静電駆動方式では、光走査素子の駆動力となる櫛歯状の電極間の静電気力が小さいという問題がある。
【０００９】
上記問題点を鑑み、本発明は、消費電力、製造コスト、面積が小さく、光ビームを大きな角度に２軸方向に走査可能な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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、光を反射するミラー部（２１）と、前記ミラー部（２１）が第１の方向の揺動可能なように、前記ミラー部（２１）を支持するアーム部（２３）と、前記アーム部（２３）を支持する上層可動フレーム部（２５）と、上面に複数の凸部（３２）を有し、上面と前記上層可動フレーム部（２５）の下面との間に間隙を有するように、前記複数の凸部（３２）により前記上層可動フレーム部（２５）の下面に接合された下層可動フレーム部（３５）と、前記上層可動フレーム部（２５）及び前記下層可動フレーム部（３５）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、前記上層可動フレーム部（２５）を支持する固定フレーム部（２０，３０）と、前記アーム部（２３）に設けられ、変位することにより前記アーム部（２３）を駆動して、前記ミラー部（２１）を前記第１の方向に揺動させる上層圧電膜（２４）と、前記下層可動フレーム部（３５）に設けられ、変位することにより前記上層可動フレーム部（２５）及び前記下層可動フレーム（３５）部を駆動して、前記ミラー部（２１）を前記第２の方向に揺動させる下層圧電膜（３３）とを備える光走査素子であることを要旨とする。
【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、前記上層圧電膜（２４）と前記下層圧電膜（３３）とが、平面視、重畳する領域を含むようにそれぞれ設けられている。
【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、前記上層可動フレーム部（２５）及び前記下層可動フレーム部（３５）が、平面視、枠型形状であり、平面視、互いに同一の寸法とすることができる。
【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、前記複数の凸部（３２）は、前記下層可動フレーム部（３５）の４辺のそれぞれ中点近傍に位置することができる。
【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、前記下層可動フレーム部（３５１）が、平面視、互い違いにコの字型に屈曲したパターンを有することができる。
【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、前記下層圧電膜（３３）が、前記下層可動フレーム部（３５）の下面に形成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（２１）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、他の駆動方式に比して消費電力が小さな圧電駆動方式であり、電磁駆動方式のように製造工程が複雑になることなく、静電駆動方式のように駆動力が不足することなく、同時に素子の面積を小さくすることが可能となる。
【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上面図である。（ｂ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ方向から見た断面図である。（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る光走査素子の下層部の基本的な構成を説明する模式的な上面図である。
【図２】（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、模式的な上面図である。（ｂ）は、図２（ａ）のII−II方向から見た断面図である。
【図３】（ｃ）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、模式的な上面図である。（ｄ）は、図３（ｃ）のIII−III方向から見た断面図である。
【図４】（ｅ）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、模式的な上面図である。（ｆ）は、図４（ｅ）のIV−IV方向から見た断面図である。
【図５】（ｇ）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、模式的な上面図である。（ｈ）は、図５（ｇ）のＶ−Ｖ方向から見た断面図である。
【図６】（ｉ）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、模式的な上面図である。（ｊ）は、図６（ｉ）のVI−VI方向から見た断面図である。
【図７】（ｋ）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、模式的な上面図である。（ｌ）は、図７（ｋ）のVII−VII方向から見た断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係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９】本発明の実施の形態に係る画像表示装置の基本的な構成を説明する模式的なブロック図である。
【図１０】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上面図である。
【図１１】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断面図であるである。
【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に示すように、光を反射するミラー部２１と、ミラー部２１がＸ軸方向の揺動可能なように、ミラー部２１を支持する一対のアーム部２３ａ，２３ｂと、アーム部２３ａ，２３ｂを支持する上層可動フレーム部２５と、上面に複数の凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆを有し、上面と上層可動フレーム部２５の下面との間に所定の間隙を有するように、凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆにより上層可動フレーム部２５の下面に接合された下層可動フレーム部３５と、上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５が、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向の揺動可能なように、上層可動フレーム部２５を支持する固定フレーム部（２０，３０）と、アーム部２３ａ，２３ｂの上面に設けられ、変位することによりアーム部２３ａ，２３ｂを駆動して、ミラー部２１をＸ軸方向に揺動させる上層圧電膜２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄと、下層可動フレーム部３５の上面に設けられ、変位することにより上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５を駆動して、ミラー部２１をＹ軸方向に揺動させる下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄとを備える。
【００２２】
上層可動フレーム部２５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２８を有する枠型形状である。２本のアーム部２３ａ，２３ｂは、上層可動フレーム部２５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、窓部２８内に位置する。
【００２３】
ミラー部２１は、アーム部２３ａ，２３ｂ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２２ａ，２２ｂを介して、それぞれアーム部２３ａ，２３ｂに連結、支持される。
【００２４】
上層可動フレーム部２５、アーム部２３ａ，２３ｂ、梁部２２ａ，２２ｂ、ミラー部２１の厚さは、例えば、約２０〜６０μｍ程度とすることができる。例えば、要求される仕様により、ミラー部２１の厚さを約５０μｍ程度、梁部２２ａ，２２ｂの厚さを約２０〜３０μｍ程度としても良い。
【００２５】
例えば、上層圧電膜２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ（以下、総称する場合において単に「上層圧電膜２４」という。）は、それぞれ平面視帯状である。上層圧電膜２４ａ，２４ｂは、アーム部２３ａ，２３ｂの、それぞれ梁部２２ａ，２２ｂとの接合部より一方側（図１（ａ）における上側）の上面から、上層可動フレーム部２５の一方側の上面にかけて設けられる。上層圧電膜２４ｃ，２４ｄは、アーム部２３ａ，２３ｂの、それぞれ梁部２２ａ，２２ｂとの接合部より他方側（図１（ａ）における下側）の上面から、上層可動フレーム部２５の他方側の上面にかけて設けられる。
【００２６】
固定フレーム部（２０，３０）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矩形の窓部（２９，３９）を有する枠型形状である。上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５は、固定フレーム部（２０，３０）の窓部（２９，３９）内に位置する。
【００２７】
上層可動フレーム部２５は、固定フレーム部（２０，３０）のＹ軸方向と平行な２辺のそれぞれ中央部からＸ軸方向に対向して延伸する一対の梁部２６ｅ，２６ｆを介して、固定フレーム部（２０，３０）に連結、支持される。上層可動フレーム部２５は、例えば、２層構造の固定フレーム部（２０，３０）の上層部である上層固定フレーム部２０に連結、支持される。
【００２８】
下層可動フレーム部３５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３８を有する枠型形状である。本発明の実施の形態において、下層可動フレーム部３５の４辺の寸法は、それぞれ上層可動フレーム部２５の４辺の寸法と同一であり、上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５は、平面視同一の寸法となっている。
【００２９】
下層可動フレーム部３５の厚さは、例えば、揺動のための反り安さや、強度を考慮して決定されれば良く、例えば、約３０〜６０μｍ程度とすることができる。
【００３０】
下層可動フレーム部３５の上面に設けられた凸部３２ａ，３２ｂは、下層可動フレーム部３５のＸ軸方向に平行な２辺のそれぞれ中点近傍に位置し、凸部３２ｅ，３２ｆは、下層可動フレーム部３５のＹ軸方向に平行な２辺のそれぞれ中点近傍に位置する。
【００３１】
４つの凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆの高さは、上層可動フレーム部２５の下面と下層可動フレーム部３５の上面との間の距離（ギャップ）に相当し、例えば、約１〜１０μｍ程度とすることができる。
【００３２】
上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５は、下層可動フレーム部３５に設けられた下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ（以下、総称する場合において単に「下層圧電膜３３」という。）により、梁部２６ｅ，２６ｆを互いに結ぶ直線と平行な方向（Ｘ軸方向）を回転軸としてＹ軸方向に揺動する。
【００３３】
例えば、下層圧電膜３３は、下層可動フレーム部３５の上面の、凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆが設けられていない、４つの角部をそれぞれ含む４つの領域に、それぞれ平面視Ｌ字型に設けられる。下層圧電膜３３ａ，３３ｃは、下層可動フレーム部３５の凸部３２ｅ，３２ｆよりも一方側（図１（ｃ）における左側）に位置し、下層圧電膜３３ｂ，３３ｄは他方側（図１（ｃ）における右側）に位置する。
【００３４】
上層圧電膜２４と下層圧電膜３３とは、平面視、互いに重畳する領域を含むようにそれぞれ設けられているので、駆動力を低下させることなく、素子の面積を削減することができる。
【００３５】
ミラー部２１、梁部２２ａ，２２ｂ、アーム部２３ａ，２３ｂ、上層可動フレーム部２５、及び上層固定フレーム部２０は、それぞれシリコン（Ｓｉ）等からなる同一の上層基板２からＭＥＭＳ技術により形成可能である。同様に、凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆを有する下層可動フレーム部３５、及び固定フレーム部（２０，３０）の下層部である下層固定フレーム部３０は、それぞれＳｉ等からなる同一の下層基板３から形成可能である。
【００３６】
上層可動フレーム部２５、アーム部２３ａ，２３ｂ、下層可動フレーム部３５の上面をなす上部には、それぞれ上層圧電膜２４、下層圧電膜３３（以下、総称する場合において単に「圧電膜２４，３３」という。）と絶縁するシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等の絶縁膜（図示省略）が形成されている。
【００３７】
図示を省略しているが、圧電膜２４，３３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材料膜と、圧電材料膜の上面に形成された上側電極膜と、圧電材料膜の下面に形成された下側電極膜とをそれぞれ備える。
【００３８】
圧電膜２４，３３の圧電材料膜は、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。
【００３９】
圧電膜２４，３３の上側電極膜は、圧電材料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。上側電極膜の密着層は、例えばチタン（Ｔｉ）等からなる。上側電極膜の上部電極層は、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。
【００４０】
圧電膜２４，３３の下側電極膜は、圧電膜２４，３３を、上層可動フレーム部２５、アーム部２３ａ，２３ｂ、下層可動フレーム部３５それぞれの上面に対して垂直方向（上下方向）に変位するように優先的に配向する配向層と、上層可動フレーム部２５、アーム部２３ａ，２３ｂ、下層可動フレーム部３５の上面と密着し、配向膜の配向性を助長する密着層とから構成される。圧電膜２４，３３の下側電極膜の配向層は、例えば白金（Ｐｔ）等からなる。圧電膜２４，３３の下側電極膜の密着層は、例えばチタン（Ｔｉ）等からなる。
【００４１】
圧電膜２４，３３の上側電極膜及び下側電極膜は、圧電膜２４，３３にそれぞれ駆動信号を印加することにより圧電膜２４，３３をそれぞれ変位させる。圧電膜２４，３３は、それぞれ所定の駆動信号が印加されると、圧電膜２４，３３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２４，３３は、上下方向に撓み、変位する。
【００４２】
上層圧電膜２４ａ，２４ｂと、上層圧電膜２４ｃ，２４ｄとは、例えば、互いに逆位相となる正弦波電圧が印加されることにより、アーム部２３ａ，２３ｂの対応する領域に、交互に反りを生じさせる。ミラー部２１は、上層圧電膜２４により、梁部２２ａ，２２ｂ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。
【００４３】
下層圧電膜３３ａ，３３ｃと、下層圧電膜３３ｂ，３３ｄとは、例えば、互いに逆位相となる正弦波電圧が印加されることにより、下層可動フレーム部３５の対応する領域に、交互に反りを生じさせる。上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５は、下層圧電膜３３により、梁部２６ｅ，２６ｆを互いに結びＸ軸方向と平行な直線を回転軸としてＹ軸方向に揺動し、ミラー部２１が入射されたビーム光を反射してＹ軸方向の走査をする。
【００４４】
本発明の実施の形態に係る光走査素子１は、他の駆動方式に比して消費電力が小さな圧電駆動方式であり、電磁駆動方式のように製造工程が複雑になることなく、静電駆動方式のように駆動力が不足することなく、同時に素子の面積を小さくすることができる。
【００４５】
本発明の実施の形態に係る光走査素子１は、上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部の４辺の寸法が平面視同一となっていることにより、面積を小さくすることができる。
【００４６】
（光走査素子の製造方法）
図２〜図７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。
【００４７】
先ず、図２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、４つの凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆを有する下層可動フレーム部３５を形成するためのフォトレジスト膜をマスクにして、シリコン（Ｓｉ）等からなる下層基板３をドライエッチングする。エッチング深さは、上層可動フレーム部２５と下層可動フレーム部３５との間のギャップに相当し、例えば、約１〜１０μｍ程度とすることができる。マスクを除去、洗浄した後、再度、フォトリソグラフィ法によりパターン形成された、後工程において窓部３８、窓部３９となる窓部予定領域３８ｐ、窓部予定領域３９ｐを形成するためのフォトレジスト膜をマスクにして、下層基板３にドライエッチングを行う。エッチング深さは、凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆを含む下層可動フレーム部３５の高さに相当し、例えば、約３０〜６０μｍ程度とすることができる。
【００４８】
次に、図３に示すように、下層基板３の、下層可動フレーム部３５の上面となる領域に、下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを形成する。下層可動フレーム部３５の上面は、予め、下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄと絶縁するための絶縁層（図示省略）が設けられている。絶縁層は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなり、化学気相成長（ＣＶＤ）法、スパッタ法、熱酸化法等により形成される。下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは、それぞれ、密着層、配向層が順に積層されて下側電極膜が成膜され、続いて、圧電材料膜、上側電極膜が順に成膜された後に、フォトリソグラフィ法によりパターン形成されたフォトレジスト膜をマスクにエッチングされることにより形成される。
【００４９】
次に、図４に示すように、エッチングによりパターン形成された下層基板３の上面に、Ｓｉ等からなる上層基板２を張り合わせて接合する。上層基板２の厚さは、上層可動フレーム部２５の厚さに相当し、例えば、約２０〜６０μｍ程度とすることができる。上層基板２は、予定の厚さよりも厚い基板を張り合わせた後、研磨、エッチング等により厚さを調節するようにしても良く、後工程において、上層固定フレーム部２０、梁部２６ｅ，２６ｆ、上層可動フレーム部２５、アーム部２３ａ，２３ｂ、梁部２２ａ，２２ｂ、ミラー部２１となる領域の厚さをそれぞれ調節するようにしても良い。
【００５０】
なお、図示を省略しているが、上層基板２の、凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆそれぞれに対応する領域に、上面から下面へ導通する貫通電極を設けても良い。下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの各電極膜から凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆまで、配線をそれぞれ引き出して、上層基板２と凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆとの位置合わせを行うことにより、下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの各電極膜は、貫通電極を介して上層基板２の上面に配線を引き出すことができる。
【００５１】
次に、図５に示すように、上層基板２の上面の、アーム部２３ａ，２３ｂとなる領域に、上層圧電膜２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを形成する。上層基板２の上面は、予め、上層圧電膜２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄと絶縁するための絶縁層（図示省略）が設けられている。絶縁層は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなり、化学気相成長（ＣＶＤ）法、スパッタ法、熱酸化法等により形成される。上層圧電膜２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは、それぞれ、密着層、配向層が順に積層されて下側電極膜が成膜され、続いて、圧電材料膜、上側電極膜が順に成膜された後に、フォトリソグラフィ法によりパターン形成されたフォトレジスト膜をマスクにエッチングされることにより形成される。
【００５２】
次に、図６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、上層固定フレーム部２０、梁部２６ｅ，２６ｆ、上層可動フレーム部２５、アーム部２３ａ，２３ｂ、梁部２２ａ，２２ｂ、ミラー部２１を形成するためのフォトレジスト膜をマスクにして、上層基板２をエッチングする。このエッチングにより、上層固定フレーム部２０の窓部２９、上層可動フレーム部２５の窓部２８が形成される。
【００５３】
次に、図７に示すように、下層基板３の下面からエッチングすることにより、下層可動フレーム部３５の下方に位置する空洞部であるキャビティ３７を形成する。エッチング深さは、窓部予定領域３８ｐ、窓部予定領域３９ｐに達するまでとし、例えば数百μｍである。キャビティ３７が形成されることにより、窓部予定領域３８ｐ、窓部予定領域３９ｐは貫通し、それぞれ窓部３８、窓部３９となる。エッチング方法は、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や、誘導結合型プラズマエッチング等のドライエッチングを採用可能である。
【００５４】
異方性ウェットエッチングを行う場合、Ｓｉ結晶の＜１００＞面に沿って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、予めパターンを大きくとる必要がある。また、通常のフォトレジスト膜は、ＴＭＡＨ、ＫＯＨに対する耐性が弱いため、基板両面側をシリコン酸化膜等で被膜して、下層基板３の下面にフォトリソグラフィ法によりパターン形成した後にウェットエッチング行う方法や、ＴＭＡＨ、ＫＯＨに対する耐性が強い感光性樹脂を塗布、被膜して、下層基板３の下面にフォトリソグラフィ法によりパターン形成した後にウェットエッチング行う方法を採用可能である。下層基板３の下面に感光性樹脂を塗布する場合、基板の上面側を保護するために同様の感光性樹脂膜を上面側被膜する方法や、エッチング溶液に触れないように基板の上面側を保護する保護装置を用いる方法を採用可能である。
【００５５】
ドライエッチングを行う場合、下層基板３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フォトレジスト膜をマスクして、下層基板３の下面をエッチングすれば良い。
【００５６】
以上のように、凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆにより下層可動フレーム部３５が接合された上層可動フレーム部２５が、２つの梁部２６ｅ，２６ｆを介して、固定フレーム部（２０，３０）に連結、支持された光走査素子１が完成する。
【００５７】
（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８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。
【００５８】
図９に示すように、画像表示装置５の制御部５０は、画像信号５２を入力し、画像信号に含まれる色情報に応じて、光源ドライバ回路５４を介して、光源５５を駆動する。光源ドライバ回路５４は、Ｒ光源ドライバ回路５４Ｒと、Ｇ光源ドライバ回路５４Ｇと、Ｂ光源ドライバ回路５４Ｂとから構成され、それぞれを制御する制御信号を、制御部５０からそれぞれ入力する。光源５５は、赤色レーザ光を出射するＲ光源５５Ｒと、緑色レーザ光を出射するＧ光源５５Ｇと、青色レーザ光を出射するＢ光源５５Ｂとから構成される。Ｒ光源５５Ｒ、Ｇ光源５５Ｇ、Ｂ光源５５Ｂは、Ｒ光源ドライバ回路５４Ｒ、Ｇ光源ドライバ回路５４Ｇ、Ｂ光源ドライバ回路５４Ｂがそれぞれ制御部５０から入力した制御信号に応じてそれぞれ出力する駆動信号を、それぞれ入力し、駆動信号に応じてそれぞれ変調されたレーザ光を出射する。
【００５９】
Ｒ光源５５Ｒ、Ｇ光源５５Ｇ、Ｂ光源５５Ｂがそれぞれ出射したレーザ光は、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム等の光学素子５６を介して、ミラー５７において反射し、レンズ５８を通過して光走査素子１のミラー部２１に入射する。
【００６０】
制御部５０は、圧電膜２４，３３にスキャン同期信号５３を印加して、ミラー部２１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２１を駆動する。
【００６１】
例えば、アーム部２３ａ，２３ｂのそれぞれ一端側に設けられた上層圧電膜２４ａ，２４ｂは、制御部５０からＸ軸スキャン同期信号５３Ｘを印加され、アーム部２３ａ，２３ｂを駆動する。アーム部２３ａ，２３ｂのそれぞれ他端側に設けられた上層圧電膜２４ｃ，２４ｄは、アーム部２３ａ，２３ｂ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。
【００６２】
同様に、下層可動フレーム部３５の、平面視、梁部２６ｅ，２６ｆを結ぶ直線を隔てて一端側に設けられた下層圧電膜３３ａ，３３ｃは、制御部５０からＹ軸スキャン同期信号５３Ｙを印加され、下層可動フレーム部３５を駆動する。下層可動フレーム部３５の他端側に設けられた下層圧電膜３３ｂ，３３ｄは、下層可動フレーム部３５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。
【００６３】
上層圧電膜２４ｃ，２４ｄ、下層圧電膜３３ｂ，３３ｄにそれぞれ生じた電圧は、駆動検出部６によりそれぞれ検出され、圧電膜駆動信号５１として制御部５０に入力される。制御部５０は、圧電膜駆動信号５１に応じて、上層圧電膜２４ｃ，２４ｄ、下層圧電膜３３ｂ，３３ｄ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Ｘ軸スキャン同期信号５３Ｘ及びＹ軸スキャン同期信号５３Ｙをそれぞれ出力する。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を、常に２軸方向それぞれの共振周波数で駆動することができる。
【００６４】
（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。
【００６５】
既に述べた実施の形態において、上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５を平面視同一寸法として説明したが、例示であり、上層可動フレーム部２５及び下層可動フレーム部３５が、互いに異なる寸法であっても良い。例えば、下層可動フレーム部３５１の平面パターンは、図１０に示すように、Ｙ軸方向に蛇行するような、互い違いにコの字型に屈曲したパターンとしても良い。この場合、下層圧電膜は、例えば下層可動フレーム部３５１の上面の、それぞれＸ軸方向に延伸する領域に設けることができる。下層可動フレーム部３５１も、下層可動フレーム部３５と同様に、上面に設けられた４つの凸部により、上層可動フレーム部に接合されている。下層可動フレーム部３５１は、下層可動フレーム部３５に比べて、４つの凸部それぞれの間のフレーム部の距離が長くなっている。ミラー部２１の２軸方向の動作を妨げない領域であれば、下層可動フレーム部のパターンは自由に決定することができる。
【００６６】
また、既に述べた実施の形態において、下層可動フレーム部３５の上面に下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを設けたが、図１１に示すように、下層可動フレーム部３５の下面に設けるようにしても良い。この場合の下層圧電膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの平面パターンは、図１に示すパターンと同様である。
【００６７】
また、既に述べた実施の形態において、上層及び下層可動フレーム部としたのは説明上の便宜であり、例えば、下層可動フレーム部の下面に複数の凸部を設け、下層可動フレーム部の下面と上層可動フレーム部の上面との間に所定の間隙を有するように、複数の凸部により上層可動フレーム部の上面に接合するようにしても良い。
【００６８】
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】
【００６９】
１…光走査素子
２…上層基板
３…下層基板
５…画像表示装置
６…駆動検出部
２０…上層固定フレーム部
２１…ミラー部
２２ａ，２２ｂ，２６ｅ，２６ｆ…梁部
２３ａ，２３ｂ…アーム部
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ…上層圧電膜
２５…上層可動フレーム部
２８，２９…窓部
３０…下層固定フレーム部
３２ａ，３２ｂ，３２ｅ，３２ｆ…凸部
３３，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ…下層圧電膜
３５，３５１…下層可動フレーム部
３７…キャビティ
３８，３９…窓部
３８ｐ，３９ｐ…窓部予定領域
５０…制御部
５１…圧電膜駆動信号
５２…画像信号
５３…スキャン同期信号
５４…光源ドライバ回路
５６…光学素子
５５…光源
５７…ミラー
５８…レンズ
【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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