(57)【要約】【課題】圧電部材への変形が繰り返し生じるときにも剥離、クラックの進行を抑制して故障を低減する光偏向器の提供。【解決手段】反射面１４を有するミラー部１０１と、複数の弾性部１３０ａ、１３０ｂが蛇行状に連続して形成され、ミラー部１０１を支持する支持部１２０と、弾性部に個別に設けられた複数の圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆと、圧電駆動部を少なくとも部分的に覆う絶縁膜１５３と、絶縁膜１５３に設けられた開口部１５４を介して少なくとも２つの圧電駆動部を接続する接続部１５１と、を有し、圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆは、下部電極２０１と、圧電部２０２と、上部電極２０３と、が積層されており、接続部１５１は、圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆの上部電極２０３および圧電部２０２とに当接する光偏向器１３。【選択図】図１０
2018022004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を有するミラー部と、
複数の弾性部が蛇行状に連続して形成され、ミラー部を支持する支持部と、
前記弾性部に個別に設けられた複数の圧電駆動部と、
前記圧電駆動部を少なくとも部分的に覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜に設けられた開口部を介して少なくとも２つの圧電駆動部を接続する接続部と、を有し、
前記圧電駆動部は、下部電極と、圧電部と、上部電極と、が積層されており、
前記接続部は、前記圧電駆動部の前記上部電極および前記圧電膜とに当接する光偏向器。
【請求項２】
請求項１に記載の光偏向器において、
前記開口部は、前記圧電駆動部の両端にそれぞれ形成され、
前記接続部は、前記蛇行状に形成された前記弾性部の折り返し部分に、隣り合う前記圧電部を接続するように配置されたことを特徴とする光偏向器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光偏向器において、
前記接続部は、２層以上の配線部材が積層して形成されていることを特徴とする光偏向器。
【請求項４】
請求項３に記載の光偏向器において、
前記配線部材のうち、最も下層に形成された配線部材は、バリア層であることを特徴とする光偏向器。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の光偏向器において、
前記ミラー部は、所定の第１軸を中心として回動するとともに、前記第１軸に直交する第２軸を中心として回動可能に支持されることを特徴とする光偏向器。
【請求項６】
請求項５に記載の光偏向器において、
前記ミラー部に一端が接続され、前記第１軸の方向に延びる支持梁と、
前記支持梁の他端に接続され、前記第２軸の方向に延びた弾性部と、
を有することを特徴とする光偏向器。
【請求項７】
請求項５または６に記載の光偏向器と、
前記ミラー部に向けて複数の異なる波長の光を照射する光源と、
前記光の光路を１つに合成する光路合成手段と、
前記合成された前記光を前記光偏向器に照射して前記反射面で反射させることで走査し、投影面に画像を描画す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、光偏向器及び画像表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ビームを偏向、走査するための手段として、半導体製造技術を応用して基板上に反射面を設けた可動部や弾性梁部を一体形成した小型の光偏向器が開発されている。
このような光偏向器においては、圧電材料を電極で挟持して電圧を印加し、圧電材料の伸縮によって可動部を回転させる構成が知られている。
【０００３】
かかる構成の光偏向器においては、走査角を大きく、高速に振動させることが求められている。しかしながら、走査角が向上すると、特に振れ幅の大きい圧電材料の端部において、圧電部材が繰り返し高速で変形することによって電極と配線部材との間で剥離が進行しやすいという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、圧電部材への変形が繰り返し生じるときにも剥離、クラックの進行を抑制して故障を低減する光偏向器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本発明における光偏向器は、反射面を有するミラー部と、複数の弾性部が蛇行状に連続して形成され、ミラー部を支持する支持部と、前記弾性部に個別に設けられた複数の圧電部と、前記圧電部を少なくとも部分的に覆う絶縁膜と、前記絶縁膜に設けられた開口部を介して少なくとも２つの圧電部を接続する接続部と、を有し、前記圧電部は、下部電極と、圧電膜と、上部電極と、が積層されており、前記接続部は、前記圧電部の前記上部電極および前記圧電膜とに当接する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の光偏向器によれば、圧電部材への変形が繰り返し生じるときにも剥離、クラックの進行を抑制して故障の発生を低減する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】光走査システムの一例の概略図である。
【図２】光走査システムの一例のハードウェア構成図である。
【図３】駆動装置の一例の機能ブロック図である。
【図４】光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。
【図５】ヘッドアップディスプレイ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。
【図６】ヘッドアップディスプレイ装置の一例の概略図である。
【図７】光書込装置を搭載した画像形成装置の一例の概略図である。
【図８】光書込装置の一例の概略図である。
【図９】レーザレーダ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。
【図１０】レーザレーダ装置の一例の概略図である。
【図１１】パッケージングされた光偏向器の一例の概略図である。
【図１２】光偏向器の一例を＋Ｚ方向から見たときの平面図である。
【図１３】図１２に示す光偏向器のＰ−Ｐ’断面図である。
【図１４】図１２に示す光偏向器のＱ−Ｑ’断面図である。
【図１５】本発明の実施形態にかかる圧電駆動部の構成の一例を示す図である。
【図１６】図１５に示した圧電駆動部の構成の一例を示す断面図である。
【図１７】光偏向器の第２駆動部の変形を模式的に表した模式図である。
【図１８】（ａ）は、光偏向器の圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧Ａの波形の一例を示すグラフ図であり、（ｂ）は、光偏向器の圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧Ｂの波形の一例を示すグラフ図であり、（ｃ）は、（ａ）の駆動電圧の波形と（ｂ）の駆動電圧の波形を重ね合わせた一例を示すグラフ図である。
【図１９】図１５に示した圧電駆動部の製造方法の一例を示す図である。
【図２０】圧電駆動部の構成の変形例を示す図である。
【図２１】圧電駆動部の構成の他の変形例を示す図である。
【図２２】光偏向器の変形例を示す図である。
【図２３】光偏向器の他の変形例を示す図である。
【図２４】従来の圧電駆動部の構成の一例を示す図である。
【図２５】図２４で示した従来例のＲ−Ｒ’断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
［光走査システム］
まず、図１〜図４を参照して、本発明の実施形態に係る駆動装置を適用した光走査システムについて詳細に説明する。
図１に、光走査システムの一例の概略図を示す。図１に示すように、光走査システム１０は、駆動装置１１の制御に従って光源装置１２から照射された光を光偏向器１３の有する反射面１４により偏向して被走査面１５を光走査するシステムである。
光走査システム１０は、駆動装置１１，光源装置１２、反射面１４を有する光偏向器１３により構成される。
【０００９】
駆動装置１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）およびＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等を備えた電子回路ユニットである。光偏向器１３は、例えば反射面１４を有し、反射面１４を可動可能なＭＥＭＳ（Micro Electromechanical Systems）デバイスである。光源装置１２は、例えばレーザを照射するレーザ装置である。なお、被走査面１５は、例えばスクリーンである。
駆動装置１１は、取得した光走査情報に基づいて光源装置１２および光偏向器１３の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置１２および光偏向器１３に駆動信号を出力する。
【００１０】
光源装置１２は、入力された駆動信号に基づいて光源の照射を行う。光偏向器１３は、入力された駆動信号に基づいて反射面１４を１軸方向または２軸方向の少なくともいずれかに可動させる。
これにより、例えば、光走査情報の一例である画像情報に基づいた駆動装置１１の制御によって、光偏向器１３の反射面１４を所定の範囲で２軸方向に往復可動させ、反射面１４に入射する光源装置１２からの照射光を偏向して光走査することにより、被走査面１５に任意の画像を投影することができる。
なお、光偏向器の詳細および本実施形態の駆動装置による制御の詳細については後述する。
次に、図２を参照して、光走査システム１０の一例のハードウェア構成について説明する。
図２は、光走査システム１０の一例のハードウェア構成図である。
図２に示すように、光走査システム１０は、駆動装置１１、光源装置１２および光偏向器１３を備え、それぞれが電気的に接続されている。
【００１１】
［駆動装置］
このうち、駆動装置１１は、ＣＰＵ２０、ＲＡＭ２１（Random Access Memory）、ＲＯＭ２２（Read Only Memory）、ＦＰＧＡ２３、外部Ｉ／Ｆ２４、光源装置ドライバ２５、光偏向器ドライバ２６を備えている。
【００１２】
ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２２等の記憶装置からプログラムやデータをＲＡＭ２１上に読み出し、処理を実行して、駆動装置１１の全体の制御や機能を実現する演算装置である。
ＲＡＭ２１は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の記憶装置である。
ＲＯＭ２２は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性の記憶装置であり、ＣＰＵ２０が光走査システム１０の各機能を制御するために実行する処理用プログラムやデータを記憶している。
ＦＰＧＡ２３は、ＣＰＵ２０の処理に従って、光源装置ドライバ２５および光偏向器ドライバ２６に適した制御信号を出力する回路である。
外部Ｉ／Ｆ２４は、例えば外部装置やネットワーク等とのインタフェースである。外部装置には、例えば、ＰＣ（Personal Computer）等の上位装置、ＵＳＢメモリ、ＳＤカード、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等の記憶装置が含まれる。また、ネットワークは、例えば自動車のＣＡＮ(Controller Area Network)やＬＡＮ（Local Area Network）、インターネット等である。外部Ｉ／Ｆ２４は、外部装置との接続または通信を可能にする構成であればよく、外部装置ごとに外部Ｉ／Ｆ２４が用意されてもよい。
【００１３】
光源装置トライバは、入力された制御信号に従って光源装置１２に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。
光偏向器ドライバ２６は、入力された制御信号に従って光偏向器１３に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。
駆動装置１１において、ＣＰＵ２０は、外部Ｉ／Ｆ２４を介して外部装置やネットワークから光走査情報を取得する。なお、ＣＰＵ２０が光走査情報を取得することができる構成であればよく、駆動装置１１内のＲＯＭ２２やＦＰＧＡ２３に光走査情報を格納する構成としてもよいし、駆動装置１１内に新たにＳＳＤ等の記憶装置を設けて、その記憶装置に光走査情報を格納する構成としてもよい。
ここで、光走査情報とは、被走査面１５にどのように光走査させるかを示した情報であり、例えば、光走査により画像を表示する場合は、光走査情報は画像データである。また、例えば、光走査により光書込みを行う場合は、光走査情報は書込み順や書込み箇所を示した書込みデータである。他にも、例えば、光走査により物体認識を行う場合は、光走査情報は物体認識用の光を照射するタイミングと照射範囲を示す照射データである。
本実施形態に係る駆動装置１１は、ＣＰＵ２０の命令および図２に示したハードウェア構成によって、次に説明する機能構成を実現することができる。
【００１４】
［駆動装置の機能構成］
次に、図３を参照して、光走査システム１０の駆動装置１１の機能構成について説明する。図３は、光走査システムの駆動装置の一例の機能ブロック図である。
図３に示すように、駆動装置１１は、機能として制御部３０と駆動信号出力部３１とを有する。
制御部３０は、例えばＣＰＵ２０、ＦＰＧＡ２３等により実現され、外部装置から光走査情報を取得し、光走査情報を制御信号に変換して駆動信号出力部３１に出力する。例えば、制御部３０は、制御手段を構成し、外部装置等から画像データを光走査情報として取得し、所定の処理により画像データから制御信号を生成して駆動信号出力部３１に出力する。
駆動信号出力部３１は、印加手段を構成し、光源装置ドライバ２５、光偏向器ドライバ２６等により実現され、入力された制御信号に基づいて光源装置１２または光偏向器１３に駆動信号を出力する。駆動信号出力部３１（印加手段）は、例えば、駆動信号を出力する対象ごとに設けられてもよい。
駆動信号は、光源装置１２または光偏向器１３の駆動を制御するための信号である。例えば、光源装置１２においては、光源の照射タイミングおよび照射強度を制御する駆動電圧である。また、例えば、光偏向器１３においては、光偏向器１３の有する反射面１４を可動させるタイミングおよび可動範囲を制御する駆動電圧である。なお、駆動装置は、光源装置１２や受光装置等の外部装置から光源の照射タイミングや受光タイミングを取得し、これらを光偏向器１３の駆動に同期するようにしてもよい。
【００１５】
［光走査処理］
次に、図４を参照して、光走査システム１０が被走査面１５を光走査する処理について説明する。図４は、光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。
ステップＳ１１において、制御部３０は、外部装置等から光走査情報を取得する。
ステップＳ１２において、制御部３０は、取得した光走査情報から制御信号を生成し、制御信号を駆動信号出力部３１に出力する。
ステップＳ１３において、駆動信号出力部３１は、入力された制御信号に基づいて駆動信号を光源装置１２および光偏向器１３に出力する。
ステップＳ１４において、光源装置１２は、入力された駆動信号に基づいて光照射を行う。また、光偏向器１３は、入力された駆動信号に基づいて反射面１４の可動を行う。光源装置１２および光偏向器１３の駆動により、任意の方向に光が偏向され、光走査される。
なお、上記光走査システム１０では、１つの駆動装置１１が光源装置１２および光偏向器１３を制御する装置および機能を有しているが、光源装置用の駆動装置および光偏向器用の駆動装置と、別体に設けてもよい。
また、上記光走査システム１０では、一つの駆動装置１１に光源装置１２および光偏向器１３の制御部３０の機能および駆動信号出力部３１の機能を設けているが、これらの機能は別体として存在していてもよく、例えば制御部３０を有した駆動装置１１とは別に駆動信号出力部３１を有した駆動信号出力装置を設ける構成としてもよい。なお、上記光走査システム１０のうち、反射面１４を有した光偏向器１３と駆動装置１１により、光偏向を行う光偏向システムを構成してもよい。
【００１６】
［画像投影装置］
次に、図５及び図６を参照して、本実施形態の駆動装置を適用した画像投影装置について詳細に説明する。
図５は、画像投影装置の一例であるヘッドアップディスプレイ装置５００を搭載した自動車４００の実施形態に係る概略図である。また、図６はヘッドアップディスプレイ装置５００の一例の概略図である。
画像投影装置は、光走査により画像を投影する装置であり、例えばヘッドアップディスプレイ装置である。
図５に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置５００は、例えば、自動車４００のウインドシールド（フロントガラス４０１等）の付近に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置５００から発せられる投射光Ｌがフロントガラス４０１で反射され、ユーザーである観察者（運転者４０２）に向かう。
これにより、運転者４０２は、ヘッドアップディスプレイ装置５００によって投影された画像等を虚像として視認することができる。なお、ウインドシールドの内壁面にコンバイナを設置し、コンバイナによって反射する投射光によってユーザーに虚像を視認させる構成にしてもよい。
【００１７】
図６に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置５００は、赤色、緑色、青色のレーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂからレーザ光が出射される。出射されたレーザ光は、各レーザ光源に対して設けられるコリメータレンズ５０２，５０３，５０４と、２つのダイクロイックミラー５０５，５０６と、光量調整部５０７と、から構成される入射光学系を経た後、反射面１４を有する光偏向器１３にて偏向される。
そして、偏向されたレーザ光は、自由曲面ミラー５０９と、中間スクリーン５１０と、投射ミラー５１１とから構成される投射光学系を経て、スクリーンに投影される。
なお、上記ヘッドアップディスプレイ装置５００では、レーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂ、コリメータレンズ５０２，５０３，５０４、ダイクロイックミラー５０５，５０６は、光源ユニット５３０として光学ハウジングによってユニット化されている。
上記ヘッドアップディスプレイ装置５００は、中間スクリーン５１０に表示される中間像を自動車４００のフロントガラス４０１に投射することで、その中間像を運転者４０２に虚像として視認させる。
レーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂから発せられる各色レーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ５０２，５０３，５０４で略平行光とされ、２つのダイクロイックミラー５０５，５０６により合成される。合成されたレーザ光は、光量調整部５０７で光量が調整された後、反射面１４を有する光偏向器１３によって二次元走査される。光偏向器１３で二次元走査された投射光Ｌは、自由曲面ミラー５０９で反射されて歪みを補正された後、中間スクリーン５１０に集光され、中間像を表示する。中間スクリーン５１０は、マイクロレンズが二次元配置されたマイクロレンズアレイで構成されており、中間スクリーン５１０に入射してくる投射光Ｌをマイクロレンズ単位で拡大する。
光偏向器１３は、反射面１４を２軸方向に往復可動させ、反射面１４に入射する投射光Ｌを二次元走査する。この光偏向器１３の駆動制御は、レーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂの発光タイミングに同期して行われる。
以上、画像投影装置の一例としてのヘッドアップディスプレイ装置５００の説明をしたが、画像投影装置は、反射面１４を有した光偏向器１３により光走査を行うことで画像を投影する装置であればよい。
例えば、机等に置かれ、表示スクリーン上に画像を投影するプロジェクタや、観測者の頭部等に装着される装着部材に搭載され、装着部材が有する反射透過スクリーンに投影、または眼球をスクリーンとして画像を投影するヘッドマウントディスプレイ装置等にも、同様に適用することができる。
また、画像投影装置は、車両や装着部材だけでなく、例えば、航空機、船舶、移動式ロボット等の移動体、あるいは、その場から移動せずにマニピュレータ等の駆動対象を操作する作業ロボットなどの非移動体に搭載されてもよい。
【００１８】
［光書込装置］
次に、図７及び図８を参照して、本実施形態の駆動装置１１を適用した光書込装置について詳細に説明する。
図７は、光書込装置６００を組み込んだ画像形成装置の一例である。また、図８は、光書込装置の一例の概略図である。
図７に示すように、上記光書込装置６００は、レーザ光によるプリンタ機能を有するレーザプリンタ６５０等に代表される画像形成装置の構成部材として使用される。画像形成装置において光書込装置６００は、１本または複数本のレーザビームで被走査面１５である感光体ドラムを光走査することにより、感光体ドラムに光書込を行う。
図８に示すように、光書込装置６００において、レーザ素子などの光源装置１２からのレーザ光は、コリメータレンズなどの結像光学系６０１を経た後、反射面１４を有する光偏向器１３により１軸方向または２軸方向に偏向される。
そして、光偏向器１３で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ６０２ａと第二レンズ６０２ｂ、反射ミラー部６０２ｃからなる走査光学系６０２を経て、被走査面１５（例えば感光体ドラムや感光紙）に照射し、光書込みを行う。走査光学系６０２は、被走査面１５にスポット状に光ビームを結像する。
また、光源装置１２および反射面１４を有する光偏向器１３は、駆動装置１１の制御に基づき駆動する。
このように上記光書込装置６００は、レーザ光によるプリンタ機能を有する画像形成装置の構成部材として使用することができる。
また、走査光学系を異ならせて１軸方向だけでなく２軸方向に光走査可能にすることで、レーザ光をサーマルメディアに偏向して光走査し、加熱することで印字するレーザラベル装置等の画像形成装置の構成部材として使用することができる。
上記光書込装置に適用される反射面１４を有した光偏向器１３は、ポリゴンミラー等を用いた回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、光書込装置の省電力化に有利である。
また、光偏向器１３の振動時における風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、光書込装置の静粛性の改善に有利である。光書込装置は回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また光偏向器１３の発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、よって画像形成装置の小型化に有利である
【００１９】
［物体認識装置］
次に、図９及び図１０を参照して、上記本実施形態の駆動装置を適用した物体認識装置について詳細に説明する。
図９は、物体認識装置の一例であるレーザレーダ装置を搭載した自動車の概略図である。また、図１０はレーザレーダ装置の一例の概略図である。
物体認識装置は、対象方向の物体を認識する装置であり、例えばレーザレーダ装置である。
図９に示すように、レーザレーダ装置７００は、例えば自動車７０１に搭載され、対象方向を光走査して、対象方向に存在する被対象物７０２からの反射光を受光することで、被対象物７０２を認識する。
図１０に示すように、光源装置１２から出射されたレーザ光は、発散光を略平行光とする光学系であるコリメートレンズ７０３と、平面ミラー７０４とから構成される入射光学系を経て、反射面１４を有する光偏向器１３で１軸もしくは２軸方向に走査される。
そして、投光光学系である投光レンズ７０５等を経て装置前方の被対象物７０２に照射される。光源装置１２および光偏向器１３は、駆動装置１１により駆動を制御される。被対象物７０２で反射された反射光は、光検出器７０９により光検出される。
すなわち、反射光は受光光学系である集光レンズ７０６等を経て撮像素子７０７により受光され、撮像素子７０７は検出信号を信号処理回路７０８に出力する。信号処理回路７０８は、入力された検出信号に２値化やノイズ処理等の所定の処理を行い、結果を測距回路７１０に出力する。
測距回路７１０は、光源装置１２がレーザ光を発光したタイミングと、光検出器７０９でレーザ光を受光したタイミングとの時間差、または受光した撮像素子７０７の画素ごとの位相差によって、被対象物７０２の有無を認識し、さらに被対象物７０２との距離情報を算出する。
反射面１４を有する光偏向器１３は多面鏡に比べて破損しづらく、小型であるため、耐久性の高い小型のレーダ装置を提供することができる。
このようなレーダレーダ装置は、例えば車両、航空機、船舶、ロボット等に取り付けられ、所定範囲を光走査して障害物の有無や障害物までの距離を認識することができる。
上記物体認識装置では、一例としてのレーザレーダ装置７００の説明をしたが、物体認識装置は、反射面１４を有した光偏向器１３を駆動装置１１で制御することにより光走査を行い、光検出器により反射光を受光することで被対象物７０２を認識する装置であればよく、上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、手や顔を光走査して得た距離情報から形状等の物体情報を算出し、記録と参照することで対象物を認識する生体認証や、対象範囲への光走査により侵入物を認識するセキュリティセンサ、光走査により得た距離情報から形状等の物体情報を算出して認識し、３次元データとして出力する３次元スキャナの構成部材などにも同様に適用することができる。
【００２０】
［パッケージング］
次に、図１１を参照して、本実施形態の駆動装置により制御される光偏向器のパッケージングについて説明する。
図１１は、パッケージングされた光偏向器の一例の概略図である。
図１１に示すように、光偏向器１３は、パッケージ部材８０１の内側に配置される取付部材８０２に取り付けられ、パッケージ部材の一部を透過部材８０３で覆われて、密閉されることでパッケージングされる。
さらに、パッケージ内は窒素等の不活性ガスが密封されている。これにより、光偏向器１３の酸化による劣化が抑制され、さらに温度等の環境の変化に対する耐久性が向上する。
次に、以上に説明した光偏向システム、光走査システム、画像投射装置、光書込装置、物体認識装置に使用される光偏向器の詳細および本実施形態の駆動装置による制御の詳細について説明する。
【００２１】
［光偏向器の詳細］
まず、図１２〜図１４を参照して、光偏向器について詳細に説明する。
図１２は、２軸方向に光偏向可能な別タイプの光偏向器の平面図である。図１３は、図１２のＰ−Ｐ’断面図である。図１４は図１２のＱ−Ｑ’断面図である。図１２に示すように、光偏向器１３は、入射した光束Ｌを反射するミラー部１０１と、ミラー部１０１に接続され、ミラー部１０１をＹ軸に平行な第１軸O１周りに駆動する第１駆動部１１０ａ、１１０ｂと、を有している。
光偏向器１３はまた、ミラー部１０１および第１駆動部１１０ａ、１１０ｂを支持する第１支持部１２０を有している。
光偏向器１３はまた、第１支持部１２０に接続され、ミラー部１０１および第１支持部１２０をＸ軸に平行な第２軸Ｏ２周りに駆動する第２駆動部１３０ａ、１３０ｂと、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂを支持する枠体部たる第２支持部１４０と、を有している。
なお、本実施形態における第１駆動部１１０ａ、１１０ｂと、ミラー部１０１と、第１支持部１２０とは、第２軸Ｏ２を中心に回転する可動部を構成している。また、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂは、かかる可動部を第２支持部１４０に対して支持する。
光偏向器１３は、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂおよび第２駆動部１３０ａ、１３０ｂおよび駆動装置に電気的に接続される電極接続部１５０と、電極接続部１５０から第１駆動部１１０ａ、１１０ｂまで延びた通電路たる電極配線１５１と、を有している。
【００２２】
光偏向器１３は、例えば、１枚のＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板をエッチング処理等により成形し、成形した基板上に反射面１４や第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂ、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆ、電極接続部１５０等を形成することで、各構成部が一体的に形成されている。
なお、上記の各構成部の形成は、ＳＯＩ基板の成形後に行ってもよいし、ＳＯＩ基板の成形中に行ってもよい。
【００２３】
ＳＯＩ基板は、図１３、図１４に示すように、例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる第１のシリコン層たるシリコン支持層１６１と、シリコン支持層１６１の上部に形成された酸化シリコン層１６２と、酸化シリコン層１６２の上に形成された第２のシリコン層たるシリコン活性層１６３と、を有するシリコン基板である。
【００２４】
シリコン活性層１６３は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に対してＺ軸方向への厚みが小さいため、シリコン活性層１６３のみで構成された部材は、弾性を有する弾性部としての機能を備える。
【００２５】
なお、ＳＯＩ基板は、必ず平面状である必要はなく、曲率等を有していてもよい。また、エッチング処理等により一体的に成形でき、部分的に弾性を持たせることができる基板であれば光偏向器１３の形成に用いられる部材はＳＯＩ基板に限られない。
【００２６】
ミラー部１０１は、例えば、円形状のミラー部基体１０２と、ミラー部基体の＋Ｚ側の面上に形成された反射面１４とから構成される。ミラー部基体１０２は、例えば、シリコン活性層１６３から構成される。
反射面１４は、例えば、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜で構成される。また、ミラー部１０１は、ミラー部基体１０２の−Ｚ側の面にミラー部補強用のリブが形成されていてもよい。
リブは、例えば、シリコン支持層１６１および酸化シリコン層１６２から構成され、可動によって生じる反射面１４の歪みを抑制することができる。
【００２７】
第１駆動部１１０ａ、１１０ｂは、ミラー部基体１０２に一端が接続し、第１軸方向にそれぞれ延びてミラー部１０１を可動可能に支持する２つのトーションバー１１１ａ、１１１ｂと、一端がトーションバーに接続され、他端が第１支持部の内周部に接続される第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂと、から構成される。
【００２８】
図１３に示すように、トーションバー１１１ａ、１１１ｂはシリコン活性層１６３から構成される。また、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂは、弾性部であるシリコン活性層１６３の＋Ｚ側の面上に下部電極２０１と、圧電部２０２と、上部電極２０３とが順に積層して形成される。
上部電極２０３および下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等を用いて構成される。
圧電部２０２は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いた圧電膜で構成される。
以降の説明では、特に必要のある場合には下部電極２０１と、圧電部２０２と、上部電極２０３とをまとまりとして圧電駆動部との文言を用いる。
【００２９】
第１支持部１２０は、例えば、シリコン支持層１６１、酸化シリコン層１６２、シリコン活性層１６３から構成され、ミラー部１０１を囲うように形成された矩形形状の支持体である。
【００３０】
第２駆動部１３０ａ、１３０ｂは、例えば、折り返すように連結された複数の第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆから構成されており、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂの一端は第１支持部１２０の外周部に接続され、他端は第２支持部１４０の内周部に接続されている。
このとき、第２駆動部１３０ａと第１支持部１２０の接続箇所および第２駆動部１３０ｂと第１支持部１２０の接続箇所、さらに第２駆動部１３０ａと第２支持部１４０の接続箇所および第２駆動部１３０ｂと第２支持部１４０の接続箇所は、反射面１４の中心に対して点対称となっている。
【００３１】
図１４に示すように、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂは、弾性部であるシリコン活性層１６３の＋Ｚ側の面上に下部電極２０１、圧電部２０２、上部電極２０３の順に形成されて構成される。上部電極２０３および下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等を用いて構成される。圧電部２０２は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いた圧電体である。
【００３２】
第２支持部１４０は、例えば、シリコン支持層１６１、酸化シリコン層１６２、シリコン活性層１６３から構成され、ミラー部１０１、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂ、第１支持部１２０および第２駆動部１３０ａ、１３０ｂを囲うように形成された矩形の支持体である。
【００３３】
電極接続部１５０は、例えば、第２支持部１４０の＋Ｚ側の面上に形成され、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂ、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆの各上部電極２０３および各下部電極２０１，および駆動装置１１にアルミニウム（Ａｌ）等を用いて構成された電極配線１５１を介して電気的に接続されている。
なお、上部電極２０３または下部電極２０１は、それぞれが電極接続部１５０と直接接続されていてもよいし、電極同士を接続して間接的に接続されていてもよい。
【００３４】
また本実施形態では、圧電部２０２が弾性部であるシリコン活性層１６３の一面（＋Ｚ側の面）のみに形成された場合を一例として説明したが、弾性部の他の面（例えば−Ｚ側の面）に設けても良いし、弾性部の一面および他面の双方に設けても良い。
【００３５】
また、ミラー部１０１を第１軸周りまたは第２軸周りに駆動可能であれば、各構成部の形状は実施形態の形状に限定されない。例えば、トーションバー１１１ａ、１１１ｂや第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが曲率を有した形状を有していてもよい。
【００３６】
図１４に示すように、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂと、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆとはいずれも、当該第２圧電駆動部の表面の少なくとも一部を覆うように、絶縁膜たる絶縁層１５３を有している。
絶縁層１５３は、上部電極２０３と、下部電極２０１との間の絶縁を保つように形成された保護膜たる層関絶縁層であり、例えばＳｉＯ２等を用いて構成される。
絶縁層１５３には、図１５に示して後述するように電極配線１５１を接続するための開口部１５４が形成されている。
【００３７】
本実施形態では、電極配線１５１は、図１５に示すように、隣り合う２つの第２圧電駆動部１３１ａと第２圧電駆動部１３１ｂとを接続する接続部としての機能を有している。
なお以降の説明では例として特に第２圧電駆動部１３１ａと第２圧電駆動部１３１ｂとを接続する場合について述べるが、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ及び第２圧電駆動部１３２ａ〜１３２ｆについて同様の構成を有している。
【００３８】
電極配線１５１は、絶縁層１５３に形成された開口部１５４を介して上部電極２０３に電圧を印加する接続部であり、最も−Ｚ側の層に後述するパッシベーション膜としての機能を有するバリア層を備えている。本実施形態では、電極配線１５１は、バリア層となるＳｉＯ２の上層にＡｌやＡｌ合金などの導電層が積層された積層構造である。本実施形態のように、上部電極２０３の側面２０３ｂと当接することとすれば、このように電極配線１５１の最下層を絶縁性のバリア層としても良いため、基板全体の保護性が向上する。
開口部１５４は、絶縁層１５３にエッチングなどの手法を用いて開けられた開口である。なお、かかる開口部１５４を設けるために、下部電極２０１は、圧電部２０２よりも大きく、圧電部２０２は上部電極２０３よりも大きくなるように、それぞれの幅と長さとが調整されることが望ましい。
開口部１５４は、＋Ｚ方向側から見たときに上部電極２０３と、圧電部２０２とが重なった部分と、重なっていない部分と、を含む位置に形成されている。言い換えると開口部１５４は、上部電極２０３の＋Ｚ方向側の一部と、圧電部２０２の＋Ｚ方向側の一部とを覆うように、上部電極２０３のＸ方向の端部に形成されている。
【００３９】
電極配線１５１は、端部が上部電極２０３と圧電部２０２とに当接して、隣り合う２つの第２圧電駆動部１３１ａ、１３１ｂの上部電極２０３と圧電部２０２とを接続している。さらにいうと、図１６に示すように、電極配線１５１は、上部電極２０３の上面２０３ａと、側面２０３ｂとに当接するとともに、圧電部２０２の上面２０２ａにも当接するように配置されている。  
【００４０】
［駆動装置の制御の詳細］
次に、光偏向器の第１駆動部１１０ａ、１１０ｂおよび第２駆動部１３０ａ、１３０ｂを駆動させる駆動装置１１の制御の詳細について説明する。
【００４１】
第１駆動部１１０ａ、１１０ｂ、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂが有する第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆは、分極方向に正または負の電圧が印加されると印加電圧の電位に比例した変形（例えば、伸縮）が生じ、いわゆる逆圧電効果を発揮する。第１駆動部１１０ａ，１１０ｂ，第２駆動部１３０ａ、１３０ｂは、上記の逆圧電効果を利用してミラー部１０１を可動させる。
【００４２】
このとき、ミラー部１０１の反射面１４に入射した光束が偏向される角度を振れ角とよぶ。圧電部に電圧を印加していないときの振れ角をゼロとし、その角度よりも偏向角度が大きい場合を正の振れ角、小さい場合を負の振れ角とする。
【００４３】
まず、第１駆動部を駆動させる駆動装置の制御について説明する。
第１駆動部１１０ａ、１１０ｂでは、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが有する圧電部２０２に、上部電極２０３および下部電極２０１を介して駆動電圧が並列に印加されると、それぞれの圧電部２０２が変形する。この圧電部２０２の変形による作用により、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが屈曲変形する。
その結果、２つのトーションバー１１１ａ、１１１ｂのねじれを介してミラー部１０１に第１軸Ｏ１周りの駆動力が作用し、ミラー部１０１が第１軸Ｏ１周りに可動する。第１駆動部１１０ａ、１１０ｂに印加される駆動電圧は、駆動装置１１によって制御される。
【００４４】
そこで、駆動装置１１によって、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂが有する第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂに所定の正弦波形の駆動電圧を並行して印加することで、ミラー部１０１を、第１軸周りに所定の正弦波形の駆動電圧の周期で可動させることができる。
【００４５】
特に、例えば、正弦波形電圧の周波数がトーションバー１１１ａ、１１１ｂの共振周波数と同程度である約２０ｋＨｚに設定された場合、トーションバー１１１ａ、１１１ｂのねじれによる機械的共振が生じるのを利用して、ミラー部１０１を約２０ｋＨｚで共振振動させることができる。
【００４６】
次に、図１７〜図２１を参照して、第２駆動部を駆動させる駆動装置の制御について説明する。
【００４７】
図１７は、光偏向器の第２駆動部１３０ｂの駆動を模式的に表した模式図である。斜線で表されている領域がミラー部１０１等である。
【００４８】
第２駆動部１３０ａが有する複数の第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆのうち、最もミラー部に距離が近い第２圧電駆動部（１３１ａ）から数えて偶数番目の第２圧電駆動部、すなわち第２圧電駆動部１３１ｂ、１３１ｄ、１３１ｆを圧電駆動部群Ａとする。
また、さらに第２駆動部１３０ｂが有する複数の第２圧電駆動部１３２ａ〜１３２ｆのうち、最もミラー部に距離が近い第２圧電駆動部（１３２ａ）から数えて奇数番目の第２圧電駆動部、すなわち第２圧電駆動部１３２ａ、１３２ｃ、１３２ｅを同様に圧電駆動部群Ａとする。圧電駆動部群Ａは、駆動電圧が並行に印加されると、図１５（ａ）に示すように、圧電駆動部群Ａが同一方向に屈曲変形し、正の振れ角となるようにミラー部１０１が第２軸Ｏ２周りに可動する。
【００４９】
また、第２駆動部１３０ａが有する複数の第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆのうち、最もミラー部に距離が近い第２圧電駆動部（１３１ａ）から数えて奇数番目の第２圧電駆動部、すなわち第２圧電駆動部１３１ａ、１３１ｃ、１３１ｅを圧電駆動部群Ｂとする。
また、さらに第２駆動部１３０ｂが有する複数の第２圧電駆動部１３２ａ〜１３２ｆのうち、最もミラー部に距離が近い第２圧電駆動部（１３２ａ）から数えて偶数番目の第２圧電駆動部、すなわち、１３２ｂ、１３２ｄ、１３２ｆを同様に圧電駆動部群Ｂとする。圧電駆動部群Ｂは、駆動電圧が並行に印加されると、図１５（ｂ）に示すように、圧電駆動部群Ｂが同一方向に屈曲変形し、負の振れ角となるようにミラー部１０１が第２軸Ｏ２周りに可動する。
【００５０】
図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、第２駆動部１３０ａまたは１３０ｂでは、圧電駆動部群Ａが有する複数の圧電部２０２または圧電駆動部群Ｂが有する複数の圧電部２０２を屈曲変形させることにより、屈曲変形による可動量を累積させ、ミラー部１０１の第２軸周りの振れ角を大きくすることができる。
【００５１】
例えば、図１２に示すように、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂが、第１支持部の中心点に対して第１支持部に点対称で接続されている。そのため、圧電駆動部群Ａに駆動電圧を印加すると、第２駆動部１３０ａでは第１支持部と第２駆動部１３０ａの接続部に＋Ｚ方向に動かす駆動力が生じ、第２駆動部１３０ｂでは第１支持部と第２駆動部１３０ｂの接続部に−Ｚ方向に動かす駆動力が生じ、可動量が累積されてミラー部１０１の第２軸Ｏ２周りの振れ角度を大きくすることができる。
【００５２】
また、電圧が印加されていない、または、電圧印加による圧電駆動部群Ａによるミラー部１０１の可動量と電圧印加による圧電駆動群Ｂによるミラー部１０１の可動量が釣り合っている時は、振れ角はゼロとなる。
【００５３】
図１７（ａ）〜図１７（ｂ）を連続的に繰り返すように第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆに駆動電圧を印加することにより、ミラー部１０１を第２軸Ｏ２周りに駆動させることができる。
【００５４】
［駆動電圧］
第２駆動部１３０ａ、１３０ｂに印加される駆動電圧は、駆動装置１１によって制御される。
図１６を参照して、圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧（以下、駆動電圧Ａ）、圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧（以下、駆動電圧Ｂ）について説明する。また、駆動電圧Ａ（第１駆動電圧）を印加する印加手段を第１印加手段、駆動電圧Ｂ（第２駆動電圧）を印加する印加手段を第２印加手段とする。
【００５５】
図１８（ａ）は、光偏向器の圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧Ａの波形の一例である。図１８（ｂ）は、光偏向器の圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧Ｂの波形の一例である。図１８（ｃ）は、駆動電圧Ａの波形と駆動電圧Ｂの波形を重ね合わせた図である。
【００５６】
図１８（ａ）に示すように、圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧Ａの波形は、例えば、ノコギリ波状の波形であり、周波数は、例えば６０ＨＺである。
また、駆動電圧Ａの波形は、電圧値が極小値から次の極大値まで増加していく立ち上がり期間の時間幅をＴｒＡ、電圧値が極大値から次の極小値まで減少していく立ち下がり期間の時間幅をＴｆＡとしたとき、例えば、ＴｒＡ：ＴｆＡ＝９：１となる比率があらかじめ設定されている。このとき、一周期に対するＴｒＡの比率を駆動電圧Ａのシンメトリという。
【００５７】
図１８（ｂ）に示すように、圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧Ｂの波形は、例えば、ノコギリ波状の波形であり、周波数は、例えば６０ＨＺである。
また、駆動電圧Ｂの波形は、電圧値が極小値から次の極大値まで増加していく立ち上がり期間の時間幅をＴｒＢ、電圧値が極大値から次の極小値まで減少していく立ち下がり期間の時間幅をＴｆＢとしたとき、例えば、ＴｆＢ：ＴｒＢ＝９：１となる比率があらかじめ設定されている。このとき、一周期に対するＴｆＢの比率を駆動電圧Ｂのシンメトリという。
また、図１８（ｃ）に示すように、例えば、駆動電圧Ａの波形の周期ＴＡと駆動電圧Ｂの波形の周期ＴＢは、同一となるように設定されている。
【００５８】
なお、上記の駆動電圧Ａおよび駆動電圧Ｂのノコギリ波状の波形は、例えば、正弦波の重ね合わせによって生成される。
また、本実施形態では、駆動電圧Ａ、Ｂとしてノコギリ波状の波形の駆動電圧を用いているが、これに限らず、ノコギリ波状の波形の頂点を丸くした波形の駆動電圧や、ノコギリ波状の波形の直線領域を曲線とした波形の駆動電圧など、光偏向器のデバイス特性に応じて波形を変えることも可能である。この場合、シンメトリは、一周期に対する立ち上がり時間の比率、または一周期に対する立ち下がり時間の比率となる。このとき、立ち上がり時間、立ち下がり時間のどちらを基準にするかは、任意に設定してもよい。
【００５９】
次に、かかる駆動部の製造方法について説明する。
なお、以降の説明においても、圧電駆動部のうち特に第２圧電駆動部１３１ａについて説明するが、かかる構成に限定されるものではなく、光偏向器１３において圧電材料を用いた部分については同様の構成を有している。
図１９（ａ）に示すように、基板材料としてシリコン支持層１６１と、酸化シリコン層１６２と、シリコン活性層１６３と、が積層されたＳＯＩ基板上に、下部電極材料１９０４と、圧電材料１９０５と、上部電極材料１９０６と、を層状に形成する。
次に図１９（ｂ）に示すように、ドライエッチングによって上部電極材料１９０６のパターニングと、圧電材料１９０５のパターニングと、下部電極材料１９０４のパターニングとを行い、圧電駆動部１３１ａの圧電部材の形状を形成する。
さらに、図１９（ｃ）のように、全面に絶縁材料１９０８としてＳｉＯ２をＣＶＤ法により形成する。
絶縁材料１９０８が成膜されると、図１９（ｄ）に示すように、コンタクトホールとして絶縁材料１９０８に開口部１５４をドライエッチングによって形成する。このとき開口部１５４は、上部電極材料１９０６と圧電材料１９０５とがＺ方向からみて重複して形成された部分と、圧電材料１９０５が形成されて上部電極材料１９０６が存在しない部分と、を含むように形成されている。
【００６０】
絶縁材料１９０８上に配線部材１９１０を用いて配線パターンを形成する（図１９（ｅ））。このとき、開口部１５４の内部に配線部材１９１０が充填されることにより、配線部材１９１０が上部電極材料１９０６と圧電材料１９０５との両方に当接した態様で配線パターンが形成される。
配線部材１９１０によって配線パターンが形成された後、図１９（ｆ）に示すように基板全体にパッシベーション膜１９１１を形成する。パッシベーション膜としては例えばＳｉＮをＣＶＤ法により成膜することで形成する。
かかるパッシベーション膜１９１１は、外界からのガス、水分などからパターニングされた基板を保護するための保護膜としての機能を有している。
【００６１】
シリコン活性層１６３に形成したい構造、具体的には図１２に示したような構造に合わせて、図１９（ｇ）に示すようにドライエッチングによってパッシベーション膜１９１１、絶縁材料１９０８を加工する。さらに、図１９（ｈ）に示すように、第２圧電駆動部１３１ａが形成される部分のシリコン支持層１６１を−Ｚ方向側からエッチングによって除去して、圧電部材による梁状部分の反りなどが生じやすいように加工する。
このように、シリコン活性層１６３がエッチングにより除去されている領域においてシリコン支持層１６１の加工を行うと、シリコン支持層１６１が除去されて所謂抜き部分が形成される。同様に、シリコン活性層１６３が残された部分においてシリコン支持層１６１の加工を行うことで、シリコン活性層１６３が残って第２圧電駆動部１３１ａが電圧印加によって伸縮するときの変形が容易に行える。
【００６２】
かかる製造方法によれば、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆへの繰り返しの電圧印加に対する開口部１５４の変形を抑制できるから、長時間動作した場合にも開口部１５４における剥離が生じにくく、信頼性・耐久性に優れた光偏向器が提供可能である。
【００６３】
さて、従来の光偏向器では、図２４、図２５に示すように、第２圧電駆動部に相当する梁状部材１７００は、シリコン活性層１７０１上に下部電極１７０２と、圧電膜１７０３と、上部電極１７０４とが積層して形成されている。
梁状部材１７００は、上部電極１７０３を覆うように形成された絶縁膜１７０７と、絶縁膜１７０７の一部に開けられた開口たるコンタクトホール１７０５と、コンタクトホール１７０５を介して上部電極１７０４と当接する配線１７０６と、を有している。
【００６４】
梁状部材１７００においては、図２５にＲ−Ｒ’断面図として示すように、コンタクトホール１７０５が上部電極１７０４上に設けられている。また、配線１７０６は上部電極１７０４とのみ当接する態様で保持されている。
【００６５】
さて、梁状部材１７００が上下動するときには上部電極１７０４と下部電極１７０２との間に挟まれた圧電膜１７０３が伸縮することによって上下動が生じている。すなわち、コンタクトホール１７０５が形成された部位においても梁状部材１７００は圧電膜１７０３の伸縮変形に伴って上下方向へ振動する。
このような変形が繰り返し行われることによって、コンタクトホール１７０５の付近には、繰り返し応力が生じて、配線１７０６と上部電極１７０４との間の剥離やクラックなどの故障が生じるおそれがあった。特に、図２４に示すように、従来の光偏向器においては、コンタクトホール１７０５を囲う周囲全てで圧電膜が伸縮するため、配線１７０６と上部電極１７０４との間の剥離やクラックが生じやすかった。
このような剥離やクラックを生じにくくさせるためには、コンタクトホール１７０５の周囲で圧電膜の伸縮を低減させる、または、上部電極１７０４と配線１７０６との間の密着力を向上させることが望ましい。こうした密着力は一般に、接触面積と、接触面の粗さによって大きく変動することが知られている。
【００６６】
そこで、本実施形態では、反射面１４を有するミラー部１０１と、複数の弾性部１３０ａ、１３０ｂが蛇行状に連続して形成され、ミラー部１０１を支持する支持部１２０と、弾性部１３０ａ、１３０ｂに個別に設けられた複数の第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆと、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆを少なくとも部分的に覆う絶縁膜１５３と、絶縁膜１５３に設けられた開口部１５４を介して少なくとも２つの第２圧電駆動部１３１ａ、１３１ｂを接続する接続部と、を有している。
また第２圧電駆動部１３１ａ、１３１ｂは、下部電極２０１と、圧電部２０２と、上部電極２０３と、が積層されており、電極配線１５１は、第２圧電駆動部１３１ａの上部電極２０３および圧電部２０２に当接する。
【００６７】
かかる構成について、更に詳しく説明する。図１５、１６に示すように、本実施形態では、電極配線１５１が圧電部２０２と上部電極２０３とに当接するように、開口部１５４が形成されている。したがって、電極配線１５１は、上部電極２０３の上面２０３ａと、側面２０３ｂと、圧電部２０２の上面２０２ａと、に当接する。
すでに述べたように、圧電部２０２の変形は、上部電極２０３と下部電極２０１との間に電圧が印加されて生じる。しかしながら、本実施形態では、開口部１５４が上部電極２０３の両端部に設けられている。さらに言うと、開口部１５４は、上部電極２０３の±Ｘ方向の端部に重複するように、形成されている。
このように、開口部１５４が上部電極２０３が形成されない部分にも形成されることとすれば、図１９の拡大図において一点破線で示す部分には、上部電極２０３がないので圧電部２０２の変形が生じない。すなわちコンタクトホールたる開口部１５４の周囲で圧電膜の伸縮を低減することができる。
かかる構成により、上部電極２０３と電極配線１５１との間の剥離やクラックの進行を抑制して、故障の発生が低減される。
【００６８】
上記効果に加えてさらに、かかる構成により電極配線１５１と上部電極２０３との接触面積が向上するとともに、粗い上部電極２０３の側面と当接するから、密着力が向上して第２圧電駆動部１３１ａの変形が繰り返し生じるときにも剥離、クラックの進行を抑制して故障の発生をより低減する。
また、電極配線１５１が上部電極２０３の側面２０３ｂと圧電部２０２の上面２０２ａとに囲繞された態様で固定されるから、剥離方向に働く力が分散してより密着力が向上する。
【００６９】
また本実施形態では、電極配線１５１は、蛇行状に形成された第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆの折り返し部分に、隣り合う第２圧電駆動部１３１ａ、１３１ｂを接続するように配置されている。
かかる構成により、第２圧電駆動部１３１ａ、１３１ｂの変形が生じにくい折り返し部１３３に電極配線１５１が配置されるから、第２圧電駆動部１３１ａ、１３１ｂの変形による剥離やクラックの進行を抑制して、故障の発生が低減される。
【００７０】
本実施形態の変形例として、開口部１５４の位置関係について述べる。
なお、以降の変形例においては、第１の実施形態と同様の構成については同一の付番をして説明は適宜省略する。
本変形例では、開口部１５４は、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆのＹ方向の端部に配置されている。また、図２０に示すように、第２圧電駆動部１３１ａ、１３１ｂの変形が生じにくい折り返し部１３３に電極配線１５１が配置されている。
さらに折り返し部１３３の幅Ｗ１と、折り返し部１３３の＋Ｙ方向側の端部から開口部１５４の−Ｙ方向側までの幅Ｗ２とは、Ｗ２＜２Ｗ１／３、の関係を満たす。
折り返し部１３３においては、＋Ｙ方向あるいは−Ｙ方向の何れかの外側にあった方が、第２圧電駆動部の変位の影響が小さくなる。したがって、開口部１５４の位置は、＋Ｙ方向あるいは−Ｙ方向の何れかの外側にあった方がより好ましい。
【００７１】
さらに本実施形態の他の変形例として、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、開口部１５４が矩形の上部電極２０３の４つの辺のうち、少なくとも互いに直交する２辺を含んで当接するように形成されている構成でも良い。言い換えると、上部電極２０３の４隅のうち１つを覆うように形成される構成であっても良い。
かかる構成によれば、上部電極２０３と電極配線１５１との間における密着性に最も寄与する、上部電極２０３の側面２０３ｂとの接触面積を向上させることができるから、第２圧電駆動部１３１ａ、１３１ｂの変形による剥離やクラックの進行を抑制して、故障の発生が低減される。
【００７２】
さらに、開口部１５４の形状を、互いに直交する矩形が合成された態様の所謂Ｌ字形状としても良い。かかる構成により、開口部１５４の面積を抑えながらも、上部電極２０３の側面２０３ｂとの間の接触面積を拡大でき、剥離やクラックの進行がさらに抑制される。
【００７３】
以上、本発明の実施形態およびその変形例について説明したが、上述した実施形態およびその変形例は本発明の一適用例を示したものである。本発明は、上述した実施形態およびその変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で様々な変形や変更を加えて具体化することができる。
例えば、上記実施形態およびその変形例では、駆動装置１１は圧電部に常に正の電圧値を有する波形の駆動電圧を印加しているが、圧電部に駆動電圧が印加されて圧電部の変形が生じる構成であれば、これに限られない。例として、駆動装置１１は、圧電部に常に負の電圧値を有する波形の駆動電圧を印加してもよいし、正の電圧値と負の電圧値を交互に印加してもよい。
また、コンタクトホールの形状は、電極配線が上部電極及び圧電部に当接できるような形状であれば、どのような形であっても良い。
上記実施形態およびその変形例では、光偏向器１３は図１２に示すように、トーションバー１１１ａ、１１１ｂから＋Ｘ方向に向かって第一圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが延びる片持ちタイプの光偏向器を用いているが、電圧印加された圧電部により反射面１４を可動させる構成であれば、これに限られない。
例えば、図２２に示すように、トーションバー２１１ａ、２１１ｂから＋Ｘ方向に向かって延びる第一圧電駆動部２１２ａ、２１２ｂおよび−X方向に向かって延びる第一圧電駆動部２１２ｃ、２１２ｄを有するタイプの光偏向器を用いてもよい。また、１軸方向のみに反射面を可動させる場合は、図２３に示すように、可動部２２０に反射面１４を設ける構成としてもよい。このとき、反射面１４は可動部２２０全面に設けてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０…光走査システム、１１…駆動装置、１２…光源装置、１３…光偏向器、１４…反射面、１５…被走査面、３０…制御部（制御手段の一例）、３１…駆動信号出力部（印加手段の一例）、１０１…ミラー部、１０２…ミラー基体、１１０ａ、１００ｂ…第１駆動部ａ、ｂ、１１１ａ、ｂ…トーションバーａ，ｂ、１１２ａ、１１２ｂ…第１圧電駆動部、１２０…第１支持部、１３０ａ、１３０ｂ…弾性部（第２駆動部）、１３１ａ〜１３１ｆ…圧電駆動部（第２圧電駆動部ａ）、１３２ａ〜１３２ｆ…圧電駆動部（第２圧電駆動部ｂ）、１４０…第２支持部、１５０…電極接続部、１５１…接続部（電極配線）、１６１…シリコン支持層、１６２…酸化シリコン層、１６３…シリコン活性層、２０１…下部電極、２０２…圧電部、２０３…上部電極、４００…自動車、５００…ヘッドアップディスプレイ装置（画像投射装置）、６００…光書込装置、６５０…レーザプリンタ（画像形成装置）、７００…レーザレーダ装置（物体認識装置）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７５】
【特許文献１】特開２０１５−０５５８２９号公報
【特許文献２】特許第５５９８５７８号公報
【特許文献３】特許第５３１６２０３号公報
【特許文献４】特許第４９２６５９６号公報
【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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