(57)【要約】【課題】ミラーの慣性モーメントをできるだけ減らしつつ、ミラーの剛性を維持して動撓みを抑制できる光偏向器及びその製造方法を提供する。【解決手段】本実施形態に係る光偏向器は、所定の軸に沿って回動可能に構成された、反射面を備えるミラー２と、ミラー２の反射面の裏面に形成された磁石配置用の窪み１４と、ミラー２の窪み１４に固定された磁石２２と、を有する。磁石２２は、磁石２２の側面に形成された接着剤２３によりミラー２に接合されていることが好ましい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸に沿って回動可能に構成された、反射面を備えるミラーと、
前記ミラーの前記反射面の裏面に形成された磁石配置用の窪みと、
前記ミラーの前記窪みに固定された磁石と、
を有する光偏向器。
【請求項２】
前記磁石は、前記磁石の側面に形成された接着剤により前記ミラーに接合されている、
請求項１記載の光偏向器。
【請求項３】
基板のミラーとなる部位の裏面に磁石配置用の窪みを形成する工程と、
前記基板の前記窪みに磁石を固定する工程と、
を有する光偏向器の製造方法。
【請求項４】
基板の両面に所定のパターンをもつマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記基板を両面からエッチングすることにより、前記基板をミラー形状に加工する工程と、をさらに有し、
前記基板をミラー形状に加工する工程と同時に、前記磁石配置用の窪みを形成する、
請求項３記載の光偏向器の製造方法。
【請求項５】
前記基板の前記窪みに磁石を固定する工程は、
前記基板の前記窪みに磁石を載置する工程と、
前記磁石の外縁における前記基板の裏面上に接着剤を塗布して、前記基板の裏面と前記磁石の側面とを接合する工程と、
を有する請求項３記載の光偏向器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いた光偏向器及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ技術を用いたマイクロアクチュエータの開発が盛んである。例えば、一対の弾性支持部（トーションバー）でねじり回転可能に支持されたミラーを備えた光偏向器は、簡便な構成で画像表示装置を形成することが可能なデバイスとして開発が進んでいる。
【０００３】
このようなミラーを駆動する方法としては、静電引力を利用した方式、電磁力を利用した方式、圧電素子を利用した方式が主に挙げられる。
【０００４】
このうち、電磁力を利用した光偏向器では、ミラーの反射面の裏面側に、ミラーを回動させる駆動力を与えるための磁石が接合される（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１６９５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ミラーの高速動作時の歪み（動撓み）を抑制するためには、ミラーの剛性が高いことが好ましい。ミラーの剛性を高くするにはミラーを厚くすればよいが、この場合には、駆動トルクが上昇することが懸念される。したがって、駆動トルクの上昇を抑えるために慣性モーメントをできるだけ減らしつつ、ミラーの剛性を維持して動撓みを抑制する構造が求められている。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、ミラーの慣性モーメントをできるだけ減らしつつ、ミラーの剛性を維持して動撓みを抑制できる光偏向器及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明の光偏向器は、所定の軸に沿って回動可能に構成された、反射面を備えるミラーと、ミラーの反射面の裏面に形成された磁石配置用の窪みと、ミラーの窪みに固定された磁石と、を有する。
【０００８】
上記構成では、磁石は磁石配置用の窪みに固定されていることから、窪みがない場合に比べて、ミラーの重心が回動の中心軸に近づくことになる。このように、ミラーの重心を回動の中心軸に近づけることにより、ミラーの慣性モーメントが減少する。また、窪みが形成された箇所には磁石が配置されていることから、この磁石により窪みの部位が補強され、全体としてミラーの剛性は維持される。
【０００９】
磁石は、磁石の側面に形成された接着剤によりミラーに接合されていることが好ましい。このように、磁石とミラーの間には接着剤を設けないことにより、接着剤に起因する磁石の傾きや位置ずれが防止される。また、磁石とミラーの間の全面に接着剤を塗布する場合と比較して、硬化する際に生じる応力が低減され、ミラーの撓みが抑制される。
【００１０】
さらに、上記の目的を達成するため、本発明の光偏向器の製造方法は、基板のミラーとなる部位の裏面に磁石配置用の窪みを形成する工程と、基板の窪みに磁石を固定する工程と、を有する。
【００１１】
上記構成では、磁石配置用の窪みは磁石の固定のためのアライメントマークとしても機能するため、正確な磁石の固定が可能となる。また、磁石は磁石配置用の窪みに固定されていることから、窪みがない場合に比べて、ミラーの重心が回動の中心軸に近づくことになる。このように、ミラーの重心を回動の中心軸に近づけることにより、ミラーの慣性モーメントが減少する。また、窪みが形成された箇所には磁石が配置されていることから、この磁石により窪みの部位が補強され、全体としてミラーの剛性は維持される。
【００１２】
好ましくは、基板の両面に所定のパターンをもつマスクを形成する工程と、マスクを用いて基板を両面からエッチングすることにより、基板をミラー形状に加工する工程と、をさらに有し、基板をミラー形状に加工する工程と同時に、磁石配置用の窪みを形成する。これにより、窪みを設けない場合に比べて、工程を増加させずに、磁石配置用の窪みが形成される。
【００１３】
好ましくは、基板の窪みに磁石を固定する工程は、基板の窪みに磁石を載置する工程と、磁石の外縁における基板の裏面上に接着剤を塗布して、基板の裏面と磁石の側面とを接合する工程と、を有する。このように、磁石とミラーの間には接着剤を設けないことにより、接着剤に起因する磁石の傾きや位置ずれが防止される。また、磁石とミラーの間の全面に接着剤を塗布する場合と比較して、硬化する際に生じる応力が低減され、ミラーの撓みが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る光偏向器の構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【００１５】
光偏向器１は、可動板１１と、支持枠１２と、可動板１１を支持枠１２に対してねじり回転可能に支持する一対の弾性支持部１３とを有する。可動板１１、支持枠１２、及び弾性支持部１３は、例えば、シリコン基板をエッチング加工することにより一体形成される。可動板１１の表面には、反射膜２１が形成されている。これにより、可動板１１及び反射膜２１からなるミラー２が構成される。
【００１６】
また、可動板１１の裏面には、磁石２２が接合されている。磁石２２は、可動板１１を平面視したときに、可動板１１の回転中心軸である軸線Ｘに直交する方向に磁化されている。すなわち、磁石２２は、軸線Ｘを介して対向する互いに極性の異なる一対の磁極を有している。支持枠１２は、ホルダ５０に接合されており、ホルダ５０上には、可動板１１を駆動させるためのコイル５１が配置されている。
【００１７】
上記の振動ミラー１では、周期的に変化する電流（交流）がコイル５１に供給される。これにより、コイル５１は上方（可動板１１側）に向く磁界と、下方に向く磁界とを交互に発生させる。これにより、コイル５１に対し磁石２２の一対の磁極のうち一方の磁極が接近し他方の磁極が離間するようにして、弾性支持部１３を捩れ変形させながら、可動板１１がＸ軸回りに回動させられる。
【００１８】
図３は、可動板１１の裏面図である。また、図４は、可動板１１および磁石２２の接合の様子を示す断面図である。
【００１９】
図３に示すように、多角形又は円形に近い平面外形をもつ可動板１１の中心に、磁石２２が配置されている。そして、図４に示すように、可動板１１の裏面には、磁石配置用の窪み１４が形成されており、この窪み１４に磁石２２が固定されている。窪み１４の深さに限定はないが、少なくとも窪み１４の部位における可動板１１と磁石２２の合計厚さが、窪み１４以外の部位における可動板１１の厚さと同等以上であればよい。これにより、窪み１４の部位の剛性が、他の部位に比べて低くなることが防止される。
【００２０】
可動板１１への磁石２２の固定方法に限定はないが、好ましくは、磁石２２の側面に接着剤２３が塗布されており、これにより、可動板１１の裏面と磁石２２の側面とが接合されている。接着剤２３は、熱硬化性接着剤、紫外線硬化性接着剤等の各種の接着剤を使用することができる。例えば、接着剤２３は、磁石２２の側面に部分的に複数箇所に塗布しても、磁石２２の全ての側面を覆う枠状に塗布してもよい。
【００２１】
次に、上記の本実施形態に係る光偏向器１の製造方法について、図５〜図２０を参照して説明する。
【００２２】
図５に示すように、例えば、シリコンからなる基板１０を用意する。そして、図６に示すように、熱酸化により、基板１０の両面に酸化シリコンからなるマスク３１,３２を形成する。
【００２３】
次に、図７に示すように、基板１０の表面側のマスク３１上にレジスト４１を形成する。レジストは、ポジ型であってもネガ型であってもよい。そして、続いて、図８に示すように、基板１０の裏面側のマスク３２上にレジスト４２を形成する。
【００２４】
次に、図９に示すように、基板１０の裏面側のレジスト４２を露光及び現像して、レジスト４２に所定の開口パターンＰ２，Ｐ２’を形成する。開口パターンＰ２は、可動板１１、支持枠１２、弾性支持部１３以外の領域を開口するパターンである。開口パターンＰ２’は、窪み１４を開口するパターンである。
【００２５】
次に、図１０に示すように、レジスト４２をマスクとして裏面側のマスク３２をエッチングする。これにより、レジスト４２の開口パターンＰ２，Ｐ２’が、マスク３２に転写される。マスク３２のエッチングには、例えばバッファードフッ酸（ＢＨＦ）が用いられる。
【００２６】
次に、図１１に示すように、基板両面のレジスト４１，４２を除去する。レジスト４１，４２の除去には、硫酸洗浄又はアッシングが用いられる。
【００２７】
次に、図１２に示すように、基板１０の裏面側に再度、レジスト４３を形成する。さらに、図１３に示すように、基板１０の表面側に再度、レジスト４４を形成する。
【００２８】
次に、図１４に示すように、基板１０の表面側のレジスト４４を露光及び現像して、レジスト４４に所定の開口パターンＰ１を形成する。開口パターンＰ１は、可動板１１、支持枠１２、弾性支持部１３以外の領域を開口するパターンである。レジスト４４は、窪み１４に対応する領域を覆っている。
【００２９】
次に、図１５に示すように、レジスト４４をマスクとして表面側のマスク３１をエッチングする。これにより、レジスト４４の開口パターンＰ１が、マスク３１に転写される。マスク３１のエッチングには、例えばバッファードフッ酸（ＢＨＦ）が用いられる。
【００３０】
次に、図１６に示すように、基板両面のレジスト４３，４４を除去する。レジスト４３，４４の除去には、硫酸洗浄又はアッシングが用いられる。
【００３１】
次に、図１７に示すように、マスク３１，３２を用いて、基板１０をエッチングする。これにより、開口パターンＰ１、Ｐ２の領域においては、基板１０は両面からエッチングされて、基板１０に貫通孔が形成され、可動板１１、支持枠１２、弾性支持部１３のパターンが形成される。また、開口パターンＰ２’の領域においては、基板１０は裏面のみからエッチングされて、貫通孔ではなく窪み１４が形成される。基板１０のエッチングには、ドライエッチング又はウェットエッチングのいずれも適用可能であるが、例えば、ＫＯＨを用いたウェットエッチングを用いる。Ｓｉの面方位（１００）ウェハからなる基板１０に、ＫＯＨなどのウェットエッチングを施した場合には、窪み１４の側面にはＳｉの（１１１）面が現れることから、窪み１４の側面はテーパー形状となる。窪み１４の側面がテーパー形状となることで、窪み１４への磁石２２の配置、及び窪み１４への接着剤２３の収容が可能となる。
【００３２】
次に、図１８に示すように、マスク３１，３２を除去した後、さらに、基板１０の表面に金属膜を成膜しパターニングすることにより、可動板１１上に反射膜２１を形成する。金属膜の成膜方法としては、真空蒸着、スパッタリング、電気メッキ、無電解メッキ、金属箔の接合等が挙げられる。なお、マスク３１及びマスク３２を除去せずに、残しておいてもよい。
【００３３】
次に、図１９に示すように、可動板１１の窪み１４に磁石２２を載置する。続いて、図２０に示すように、磁石２２の外縁における窪み１４内に接着剤２３を塗布し、接着剤２３を硬化させることにより、磁石２２の側面と可動板１１の裏面とを接合させる。
【００３４】
以降の工程としては、このようにして一枚の基板を用いて作製された可動板１１、支持枠１２、弾性支持部１３を含む構造体を、ホルダ５０に取り付けることにより、光偏向器１が製造される。
【００３５】
上記の本実施形態に係る光偏向器１及びその製造方法では、磁石２２は磁石配置用の窪み１４に固定されていることから、窪み１４がない場合に比べて、ミラー２の重心が回動の中心軸に近づくことになる。回動の中心軸は、弾性支持部１３により規定される。このように、ミラーの重心を回動の中心軸に近づけることにより、ミラーの慣性モーメントが減少する。慣性モーメントを減少できることにより、駆動トルクの増加が抑制される。また、窪みが形成された箇所には磁石が配置されていることから、この磁石により窪みの部位が補強され、全体としてミラーの剛性は維持される。ミラーの剛性が高く維持されることにより、動撓みが抑制される。さらに、磁石配置用の窪みは磁石の固定のためのアライメントマークとしても機能するため、磁石の配置精度が向上する。
【００３６】
さらに、本実施形態では、接着剤２３により可動板１１の裏面と磁石２２の側面とが接合される。このように、磁石２２と可動板１１の間に接着剤２３を設けないことにより、接着剤２３に起因する磁石の傾きや位置ずれが防止される。また、磁石２２と可動板１１の間の全面に接着剤を塗布する場合と比較して、硬化する際に生じる応力が低減され、可動板１１の撓みが抑制される。
【００３７】
さらに、本実施形態に係る光偏向器の製造方法では、窪み１４を設けない場合に比べて、工程を追加することなく、可動板１１の裏面に窪み１４を設けることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
本実施形態に係る光偏向器１の応用例として、投射型の表示装置を説明する。図２１は、投射型の表示装置の概略構成を示す図である。図２１に示す光走査装置は、水平走査ミラーとして図１に示す光偏向器１を用いている。
【００３９】
図２１に示す光走査装置は、光偏向器１の他に、レーザ光源１０１と、ダイクロイックミラー１０２と、フォトダイオード１０３と、垂直ミラー１０４とを備える。
【００４０】
レーザ光源１０１は、赤色レーザ光を出射する赤色レーザ光源１０１Ｒと、青色レーザ光を出射する青色レーザ光源１０１Ｂと、緑色レーザ光を出射する緑色レーザ光源１０１Ｇとを有する。ただし、２色以下又は４色以上のレーザ光源を用いてもよい。
【００４１】
ダイクロイックミラー１０２は、赤色レーザ光源１０１Ｒからの赤色レーザ光を反射するダイクロイックミラー１０２Ｒと、青色レーザ光を反射し赤色レーザ光を透過させるダイクロイックミラー１０２Ｂと、緑色レーザ光を反射し青色レーザ光及び赤色レーザ光を透過させるダイクロイックミラー１０２Ｇとを有する。この３種のダイクロイックミラー１０２により、赤色レーザ光、青色レーザ光、及び緑色レーザ光の合成光が振動ミラー１に入射する。
【００４２】
フォトダイオード１０３は、各ダイクロイックミラー１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂに反射されずに透過した赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光の光量を検出する。
【００４３】
光偏向器１は、ダイクロイックミラー１０２から送られたレーザ光を水平方向（軸線Ｘの垂直方向）に走査する。光偏向器１は、上述したように、ＭＥＭＳにより形成された、共振型ミラーである。
【００４４】
垂直ミラー１０４は、光偏向器１により反射されたレーザ光を垂直方向に走査する。垂直ミラー１０４は、例えば、ガルバノミラーにより構成される。ガルバノミラーとはミラーに軸を付け、電気振動に応じてミラーの回転角を変えられるようにした偏向器である。光偏向器１によるレーザ光の水平走査、及び垂直ミラー１０４によるレーザ光の垂直走査により画像が表示される。
【００４５】
本実施形態に係る光走査装置は、上記のレーザ光源１０１、振動ミラー１、垂直ミラー１０４の駆動制御系として、さらに、レーザ光源１０１を駆動するレーザ駆動手段１１０と、光偏向器１を駆動する水平ミラー駆動手段１１１と、垂直ミラー１０４を駆動する垂直ミラー駆動手段１１２と、全体の動作の制御を担う制御手段１１３と、記憶手段１１４とを有する。
【００４６】
制御手段１１３は、パーソナルコンピュータや携帯電話等の各種の映像ソース１１５から送られた画像情報に基づいて、これらの画像を表示すべく、レーザ駆動手段１１０、水平ミラー駆動手段１１１、垂直ミラー駆動手段１１２の動作を制御する。
【００４７】
記憶手段１１４は、例えば、各種のプログラムを収納するＲＯＭと、変数等を収納するＲＡＭと、不揮発性メモリとにより構成される。
【００４８】
本実施形態に係る光偏向器１を表示装置に適用することにより、表示性能の良好な表示装置を実現できる。
【００４９】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、可動板１１は円形以外の多角形でもよい。また、本実施形態では、１次元１自由度で駆動するタイプの可動板１１を例示したが、２次元に駆動するタイプの可動板１１であってもよく、また、１次元２自由度で駆動するタイプの可動板１１であってもよい。２次元に駆動するタイプの振動ミラーを用いた場合には、垂直ミラー１０４は不要である。磁石２２の側面ではなく、磁石２２の底面に接着剤２３を塗布してもよい。
また、光偏向器１は、表示装置以外にもレーザプリンタ等に適用可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１実施形態に係る光偏向器の平面図である。
【図２】図１のII-II線の断面図である。
【図３】可動板の裏面図である。
【図４】可動板及び磁石２２の接合付近における断面図である。
【図５】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図６】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図７】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図８】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図９】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１０】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１１】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１２】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１３】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１４】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１５】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１６】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１７】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１８】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１９】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図２０】第１実施形態に係る光偏向器の製造方法を示す工程断面図である。
【図２１】第２実施形態に係る、光偏向器を用いた表示装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…光偏向器、２…ミラー、１０…基板、１１…可動板、１２…支持枠、１３…弾性支持部、１４…窪み、５０…ホルダ、２１…反射膜、２２…磁石、２３…接着剤、３１，３２…マスク、４１，４２，４３，４４…レジスト、５０…ホルダ、５１…コイル、１００…表示装置、１０１…レーザ光源、１０１Ｒ…赤色レーザ光源、１０１Ｇ…緑色レーザ光源、１０１Ｂ…青色レーザ光源、１０２，１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂ…ダイクロイックミラー、１０３，１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂ…フォトダイオード、１０４…垂直ミラー、１１０…レーザ駆動手段、１１１…水平ミラー駆動手段、１１２…垂直ミラー駆動手段、１１３…制御手段、１１４…記憶手段、１１５…映像ソース、Ｐ１、Ｐ２…開口パターン
【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】
2009217193.tif 000018
【図１７】
2009217193.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2009217193.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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