(57)【要約】【課題】被駆動部と圧電センサとの距離が近づいても圧電センサに対する応力集中を緩和することが可能な光走査装置を提供すること。【解決手段】本光走査装置は、所定の軸に沿ってミラーの両側に配置され、前記ミラーを前記軸の回りに揺動させる一対の捻れ梁と、各々の前記捻れ梁に連結する一対の連結梁と、前記連結梁上に形成され、前記ミラーの前記軸の周りの揺動により生じる前記連結梁の変位を検出する圧電センサと、を有し、前記圧電センサは、下部電極と、前記下部電極上に積層された圧電薄膜と、前記圧電薄膜上に積層された上部電極と、を備え、前記圧電薄膜の底面と側面とは傾斜角θをなし、前記傾斜角θが０°＜θ≦５０°である。【選択図】図１３
2019105809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸に沿ってミラーの両側に配置され、前記ミラーを前記軸の回りに揺動させる一対の捻れ梁と、
各々の前記捻れ梁に連結する一対の連結梁と、
前記連結梁上に形成され、前記ミラーの前記軸の周りの揺動により生じる前記連結梁の変位を検出する圧電センサと、を有し、
前記圧電センサは、
下部電極と、
前記下部電極上に積層された圧電薄膜と、
前記圧電薄膜上に積層された上部電極と、を備え、
前記圧電薄膜の底面と側面とは傾斜角θをなし、
前記傾斜角θが０°＜θ≦５０°である光走査装置。
【請求項２】
所定の軸に沿ってミラーの両側に配置され、前記ミラーを前記軸の回りに揺動させる一対の捻れ梁と、
各々の前記捻れ梁に連結する一対の連結梁と、
前記連結梁上に形成され、前記ミラーの前記軸の周りの揺動により生じる前記連結梁の変位を検出する圧電センサと、を有し、
前記圧電センサは、
下部電極と、
前記下部電極上に積層された圧電薄膜と、
前記圧電薄膜上に積層された上部電極と、を備え、
前記圧電薄膜の底面と側面とは傾斜角θをなし、
前記軸と各々の前記圧電センサとの距離Ｌと前記傾斜角θが、θ＞５０°のとき、Ｌ≧８θ−３１０、を満足する光走査装置。
【請求項３】
前記圧電センサは、前記下部電極と前記上部電極との間に、中間電極を挟んで積層された複数の圧電薄膜を備え、
前記複数の圧電薄膜の各々の傾斜角θが０°＜θ≦５０°である請求項１に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記圧電センサは、前記下部電極と前記上部電極との間に、中間電極を挟んで積層された複数の圧電薄膜を備え、
前記複数の圧電薄膜の各々の距離Ｌ及び傾斜角θが、θ＞５０°のとき、Ｌ≧８θ−３１０、を満足する請求項２に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記ミラーを支持するミラー支持部を有し、
前記捻れ梁は前記ミラー支持部を前記軸の両側から支持し、
前記連結梁は、各々の前記捻れ梁の前記ミラー支持部とは反対側の端部と連結し前記軸と垂直方向に延在する部分を有する請求項１乃至４の何れか一項に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記連結梁の前記軸と垂直方向に延在する部分に、前記圧電センサが1つずつ配置されている請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記圧電薄膜の平面形状は、４隅がＲ形状とされた略矩形状であり、
前記４隅のうち、前記軸に近い側の２隅のＲ形状の曲率半径は、前記軸から遠い側の２隅のＲ形状の曲率半径よりも大きい請求項１乃至６の何れか一項に記載の光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を噴射する液体噴射装置等において、駆動源として圧電素子が用いられる場合がある。又、ミラー部を回転させて光を走査する光走査装置において、ミラー部を駆動する駆動源として圧電素子を用い、更に、ミラー部の振角を検出する圧電センサとして、駆動源と同一構造の圧電素子が用いられる場合がある。
【０００３】
駆動源や圧電センサとして用いる圧電素子は、例えば、金属等からなる下部電極上にＰＺＴ等からなる圧電薄膜を積層し、更に圧電薄膜上に金属等からなる上部電極を積層した構造を有している。
【０００４】
このような圧電素子において、圧電薄膜への応力集中を緩和し、圧電薄膜の耐久性を向上する等の目的で、圧電薄膜の側面を傾斜面にすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０００３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、被駆動部の振角を検出する圧電センサからＳ／Ｎの高い出力を得るためには、駆動源で駆動される被駆動部と圧電センサとは、ある程度近くに配置することが好ましい。しかしながら、被駆動部と圧電センサとを近づけるほど、駆動源の駆動により生じる応力が、圧電センサを構成する圧電薄膜へ集中しやすくなり、圧電センサが破損するおそれが高くなる。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、被駆動部と圧電センサとの距離が近づいても圧電センサに対する応力集中を緩和することが可能な光走査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】
本光走査装置（１０００）は、所定の軸（Ｈ）に沿ってミラー（１１０）の両側に配置され、前記ミラー（１１０）を前記軸（Ｈ）の回りに揺動させる一対の捻れ梁（１３０Ａ、１３０Ｂ）と、各々の前記捻れ梁（１３０Ａ、１３０Ｂ）に連結する一対の連結梁（１４０Ａ、１４０Ｂ）と、前記連結梁（１４０Ａ、１４０Ｂ）上に形成され、前記ミラー（１１０）の前記軸（Ｈ）の周りの揺動により生じる前記連結梁（１４０Ａ、１４０Ｂ）の変位を検出する圧電センサ（１９２）と、を有し、前記圧電センサ（１９２）は、下部電極（１９２ａ）と、前記下部電極（１９２ａ）上に積層された圧電薄膜（１９２ｂ）と、前記圧電薄膜（１９２ｂ）上に積層された上部電極（１９２ｅ）と、を備え、前記圧電薄膜（１９２ｂ）の底面と側面とは傾斜角θをなし、前記傾斜角θが０°＜θ≦５０°であることを要件とする。
【０００９】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１０】
開示の技術によれば、被駆動部と圧電センサとの距離が近づいても圧電センサに対する応力集中を緩和することが可能な光走査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態に係る光走査装置の一例を示す斜視図（その１）である。
【図２】第１の実施の形態に係る光走査装置の一例を示す斜視図（その２）である。
【図３】第１の実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の斜視図である。
【図４】第１の実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す下面側の斜視図である。
【図５】第１の実施の形態に係る光走査装置の光走査部の他の例を示す上面側の斜視図である。
【図６】第１の実施の形態に係る光走査装置の光走査部の他の例を示す下面側の斜視図である。
【図７】圧電センサについて説明する図である。
【図８】圧電薄膜の側面を傾斜面にする方法について説明する図である。
【図９】ミラー１１０を水平方向に揺動したときに生じる応力のシミュレーション結果の一例である。
【図１０】傾斜角と応力との関係のシミュレーション結果の一例である。
【図１１】距離と応力との関係のシミュレーションの内容について説明する図である。
【図１２】距離と応力との関係のシミュレーションの結果について説明する図（その１）である。
【図１３】距離と応力との関係のシミュレーションの結果について説明する図（その２）である。
【図１４】圧電薄膜の形状変更について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１３】
〈第１の実施の形態〉
まず、第１の実施の形態に係る光走査装置について説明する。図１及び図２は、第１の実施の形態に係る光走査装置の一例を示す斜視図であり、図１はパッケージカバーを取り外した状態の光走査装置を示し、図２はパッケージカバーを取り付けた状態の光走査装置を示している。
【００１４】
図１及び図２に示すように、光走査装置１０００は、光走査部１００と、光走査部１００を搭載するセラミックパッケージ２００と、セラミックパッケージ２００上に配されて光走査部１００を覆うパッケージカバー３００とを有する。光走査装置１０００は、セラミックパッケージ２００の下側に、基板や制御回路等を備えてもよい。
【００１５】
光走査装置１０００において、パッケージカバー３００の略中央部には光反射面を有するミラー１１０の近傍を露出する開口部３００Ａが設けられている。開口部３００Ａは、ミラー１１０へのレーザ入射光Ｌｉ及びミラー１１０からのレーザ出射光Ｌｏ（走査光）を遮らない形状とされている。
【００１６】
なお、開口部３００Ａにおいて、レーザ入射光Ｌｉが通る側は、レーザ出射光Ｌｏが通る側よりも小さく開口されている。すなわち、レーザ入射光Ｌｉ側が略半円形状に狭く開口しているのに対し、レーザ出射光Ｌｏ側は略矩形状に広く開口している。これは、レーザ入射光Ｌｉは一定の方向から入射するのでその方向のみを開口すればよいのに対し、レーザ出射光Ｌｏは２次元に走査されるため、２次元に走査されるレーザ出射光Ｌｏを遮らないように、走査される全範囲を開口する必要があるためである。
【００１７】
次に、光走査装置１０００の光走査部１００について説明する。図３は、第１の実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の斜視図である。
【００１８】
図３に示すように、光走査部１００は、ミラー１１０を揺動させて光源から照射されるレーザ入射光を走査する部分である。光走査部１００は、例えば圧電素子によりミラー１１０を駆動させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等である。
【００１９】
光走査部１００は、光反射面を有するミラー１１０と、ミラー１１０を外側から支持する可動枠１６０と、可動枠１６０を両側から支持する一対の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂとを有する。
【００２０】
可動枠接続部Ａ１１は、可動枠１６０と第２の駆動梁１７０Ａとが接続される部分である。又、固定枠接続部Ａ１２は、固定枠１８０と第２の駆動梁１７０Ａとが接続される部分である。可動枠接続部Ａ１１は、ミラー１１０の光反射面の中心Ｃを通る軸（以下「垂直回転軸Ｖ」ともいう。）に対して、固定枠接続部Ａ１２が配置させる側とは、略反対側に配置されている。
【００２１】
又、可動枠接続部Ａ１３は、可動枠１６０と第２の駆動梁１７０Ｂとが接続される部分である。又、固定枠接続部Ａ１４は、固定枠１８０と第２の駆動梁１７０Ｂとが接続される部分である。可動枠接続部Ａ１３は、垂直回転軸Ｖに対して、固定枠接続部Ａ１４が配置される側とは、略反対側に配置されている。
【００２２】
又、可動枠接続部Ａ１１、Ａ１３は、その端部が垂直回転軸Ｖを含むようにして、垂直回転軸Ｖに対して固定枠接続部Ａ１２、Ａ１４が配置される側とは反対側に配置されていてもよい。又、第２の駆動梁１７０Ａと第２の駆動梁１７０Ｂとは、ミラー１１０の光反射面の中心Ｃを通り垂直回転軸Ｖに垂直な直線（以下「水平回転軸Ｈ」という。）を対称軸とする線対称の配置関係になっている。以下、詳細に説明する。
【００２３】
光走査部１００は、ミラー１１０と、ミラー支持部１２０と、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂと、可動枠１６０と、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂと、固定枠１８０とを有する。又、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、それぞれ駆動源１５１Ａ、１５１Ｂを有する。又、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、それぞれ駆動源１７１Ａ、１７１Ｂを有する。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、ミラー１１０を上下又は左右に揺動してレーザ光を走査するアクチュエータとして機能する。
【００２４】
ミラー支持部１２０には、ミラー１１０の円周に沿うようにスリット１２２が形成されている。スリット１２２により、ミラー支持部１２０を軽量化しつつ捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂによる捻れをミラー１１０へ伝達することができる。
【００２５】
光走査部１００において、ミラー支持部１２０の上面にミラー１１０が支持され、ミラー支持部１２０は、両側にある捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの端部に連結されている。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは、揺動軸を構成し、軸方向に延在してミラー支持部１２０を軸方向両側から支持している。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂが捻れることにより、ミラー支持部１２０に支持されたミラー１１０が揺動し、ミラー１１０に照射された光の反射光を走査させる動作を行う。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂのミラー支持部１２０とは反対側の端部は、それぞれが連結梁１４０Ａ、１４０Ｂに連結支持され、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂに連結されている。
【００２６】
第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂ、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂ、ミラー支持部１２０及びミラー１１０は、可動枠１６０によって外側から支持されている。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、可動枠１６０にそれぞれの一方の側が支持されている。第１の駆動梁１５０Ａの他方の側は内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。第１の駆動梁１５０Ｂの他方の側も同様に、内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。
【００２７】
第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと直交する方向に、ミラー１１０及びミラー支持部１２０を挟むように、対をなして設けられている。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの上面には、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂがそれぞれ形成されている。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの上面の圧電素子の薄膜（以下「圧電薄膜」ともいう。）の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、上部電極と下部電極に印加する駆動電圧の極性に応じて伸長したり縮小したりする。
【００２８】
このため、第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂとで異なる位相の駆動電圧を交互に印加すれば、ミラー１１０の左側と右側で第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂとが上下反対側に交互に振動する。これにより、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂを揺動軸又は回転軸として、ミラー１１０を軸周りに揺動させることができる。ミラー１１０が捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの軸周りに揺動する方向を、以後、水平方向と呼ぶ。例えば第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂによる水平駆動には、共振振動が用いられ、高速にミラー１１０を揺動駆動することができる。
【００２９】
又、可動枠１６０の外部には、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの一端が、それぞれ連結梁１７２Ａ、１７２Ｂを介して可動枠接続部Ａ１１、Ａ１３において連結されている。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、可動枠１６０を左右両側から挟むように、対をなして設けられている。そして、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、可動枠１６０を両側から支持すると共に、垂直回転軸Ｖ周りに揺動させる。
【００３０】
第２の駆動梁１７０Ａは、第１の駆動梁１５０Ａと平行に延在する複数個（例えば偶数個）の矩形梁の各々が、隣接する矩形梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。そして、第２の駆動梁１７０Ａの他端は、固定枠接続部Ａ１２において固定枠１８０の内側に連結されている。
【００３１】
第２の駆動梁１７０Ｂも同様に、第１の駆動梁１５０Ｂと平行に延在する複数個（例えば偶数個）の矩形梁の各々が、隣接する矩形梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。そして、第２の駆動梁１７０Ｂの他端は、固定枠接続部Ａ１４において固定枠１８０の内側に連結されている。
【００３２】
このように、光走査部１００では、可動枠１６０と第２の駆動梁１７０Ａとが接続される可動枠接続部Ａ１１は、垂直回転軸Ｖに対して、固定枠１８０と第２の駆動梁１７０Ａとが接続される固定枠接続部Ａ１２が配置される側とは、略反対側に配置されている。
【００３３】
又、光走査部１００では、可動枠１６０と第２の駆動梁１７０Ｂとが接続される可動枠接続部Ａ１３は、垂直回転軸Ｖに対して、固定枠１８０と第２の駆動梁１７０Ｂとが接続される固定枠接続部Ａ１４が配置される側とは、略反対側に配置されている。
【００３４】
又、可動枠接続部Ａ１１、Ａ１３は、その端部が垂直回転軸Ｖを含むようにして、垂直回転軸Ｖに対して固定枠接続部Ａ１２、Ａ１４が配置される側とは反対側に配置されていてもよい。更に、第２の駆動梁１７０Ａと第２の駆動梁１７０Ｂとは、水平回転軸Ｈを対称軸とする線対称の配置関係になっている。
【００３５】
第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位である垂直梁ごとに駆動源１７１Ａ、１７１Ｂが形成されている。駆動源１７１Ａは、第２の駆動梁１７０Ａの上面の圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。駆動源１７１Ｂは、第２の駆動梁１７０Ｂの上面の圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。
【００３６】
第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、垂直梁ごとに隣接している駆動源１７１Ａ、１７１Ｂ同士で、異なる極性の駆動電圧を印加することにより、隣接する垂直梁を上下反対方向に反らせ、各垂直梁の上下動の蓄積を可動枠１６０に伝達する。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、この動作により、平行方向と直交する方向である垂直方向にミラー１１０を揺動させる。例えば第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂによる垂直駆動には、非共振振動を用いることができる。
【００３７】
例えば、駆動源１７１Ａを、可動枠１６０側から右側に向かって並ぶ駆動源１７１Ａ１、１７１Ａ２、１７１Ａ３、１７１Ａ４、１７１Ａ５及び１７１Ａ６を含むものとする。又、駆動源１７１Ｂを、可動枠１６０側から左側に向かって並ぶ駆動源１７１Ｂ１、１７１Ｂ２、１７１Ｂ３、１７１Ｂ４、１７１Ｂ５及び１７１Ｂ６を含むものとする。この場合、駆動源１７１Ａ１、１７１Ｂ１、１７１Ａ３、１７１Ｂ３、１７１Ａ５、１７１Ｂ５を同波形、駆動源１７１Ａ２、１７１Ｂ２、１７１Ａ４、１７１Ｂ４、１７１Ａ６及び１７１Ｂ６を前者と位相の異なる同波形で駆動することで垂直方向へ揺動できる。
【００３８】
駆動源１５１Ａの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ａに含まれる所定の端子と接続されている。又、駆動源１５１Ｂの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。又、駆動源１７１Ａの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ａに含まれる所定の端子と接続されている。又、駆動源１７１Ｂの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。
【００３９】
又、光走査部１００は、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂに駆動電圧が印加されてミラー１１０が水平方向に揺動している状態におけるミラー１１０の水平方向の傾き具合（水平方向の振角）を検出する水平振角センサとして圧電センサ１９２を有する。圧電センサ１９２は連結梁１４０Ｂに設けられている。圧電センサ１９２は、例えば、連結梁１４０Ｂの水平回転軸Ｈと垂直方向に延在する部分に配置することができる。
【００４０】
連結梁１４０Ａ上に圧電素子１９１及び１９３、連結梁１４０Ｂの上に圧電素子１９４を更に有する。これは、連結梁１４０Ａと連結梁１４０Ｂとの重量バランスを均一にするために圧電センサ１９２と同様な構成で形成されており、水平回転軸Ｈと垂直回転軸Ｖの各々に線対称な位置に設けられている。なお、圧電素子１９１、１９３、及び１９４に配線を形成することで圧電センサ１９２と同様に水平方向の振角を検出する水平振角センサとして使用してもよい。
【００４１】
又、光走査部１００は、駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに駆動電圧が印加されてミラー１１０が垂直方向に揺動している状態におけるミラー１１０の垂直方向の傾き具合（垂直方向の振角）を検出する垂直振角センサとして圧電センサ１９５、１９６を有する。圧電センサ１９５は第２の駆動梁１７０Ａの有する垂直梁の一つに設けられており、圧電センサ１９６は第２の駆動梁１７０Ｂの有する垂直梁の一つに設けられている。
【００４２】
圧電センサ１９２は、ミラー１１０の水平方向の傾き具合に伴い、捻れ梁１３０Ｂから伝達される連結梁１４０Ｂの変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１９５は、ミラー１１０の垂直方向の傾き具合に伴い、第２の駆動梁１７０Ａのうち圧電センサ１９５が設けられた垂直梁の変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１９６は、ミラー１１０の垂直方向の傾き具合に伴い、第２の駆動梁１７０Ｂのうち圧電センサ１９６が設けられた垂直梁の変位に対応する電流値を出力する。
【００４３】
第１の実施の形態では、圧電センサ１９２の出力を用いてミラー１１０の水平方向の傾き具合を検出し、圧電センサ１９５、１９６の出力を用いてミラー１１０の垂直方向の傾き具合を検出する。なお、各圧電センサから出力される電流値からミラー１１０の傾き具合の検出を行う傾き検出部が光走査部１００の外部に設けられていてもよい。又、傾き検出部の検出結果に基づき駆動源１５１Ａ、１５１Ｂ、駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに供給する駆動電圧を制御する駆動制御部が光走査部１００の外部に設けられていてもよい。
【００４４】
圧電センサ１９２、１９５、１９６は、圧電薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。第１の実施の形態では、各圧電センサの出力は、上部電極と下部電極とに接続されたセンサ配線の電流値となる。
【００４５】
圧電センサ１９２の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。又、圧電センサ１９５の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ａに含まれる所定の端子と接続されている。又、圧電センサ１９６の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。
【００４６】
図４は、第１の実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す下面側の斜視図である。
【００４７】
図４に示すように、ミラー支持部１２０の下面には、リブ１２５が設けられている。リブ１２５を設けることで、駆動しているときにミラー１１０に歪みが発生することを抑制し、ミラー１１０を平坦に保つことができる。リブ１２５は、ミラー１１０の形状とほぼ外形が一致するように形成される。これにより、ミラー１１０を全体に亘って平坦にすることができる。又、ミラー支持部１２０に形成されたスリット１２２により、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂから伝達される応力をミラー支持部１２０内で分散させ、リブ１２５にまで応力が伝達することを防ぐことができる。
【００４８】
第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの下面において、連結梁１７２Ａ、１７２Ｂとの連結部分には、リブ１７５Ａ、１７５Ｂが設けられている。リブ１７５Ａ、１７５Ｂを設けることで、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂと連結梁１７２Ａ、１７２Ｂとを連結する部分を補強し、剛性を高めて変形を防止することができる。
【００４９】
又、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの下面において、隣接する駆動梁同士を連結する部分には、リブ１７６Ａ、１７６Ｂが設けられている。リブ１７６Ａ、１７６Ｂを設けることで、隣接する駆動梁同士を連結する部分を補強し、剛性を高めて変形を防止することができる。
【００５０】
図５は、第１の実施の形態に係る光走査装置の光走査部の他の例を示す上面側の斜視図である。図６は、第１の実施の形態に係る光走査装置の光走査部の他の例を示す下面側の斜視図である。
【００５１】
光走査部１００は、例えば支持層、埋め込み（ＢＯＸ：Buried Oxide）層及び活性層を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いて形成することができる。その場合、図５及び図６に示すように、連結梁１７２Ａ、１７２Ｂと可動枠１６０とが活性層及びＢＯＸ層によって接続されていてもよい。なお、図５においては、連結梁１７２Ａと可動枠１６０とが活性層及びＢＯＸ層によって接続されている部分を破線領域Ｂ１１で示し、連結梁１７２Ｂと可動枠１６０とが活性層及びＢＯＸ層によって接続されている部分を破線領域Ｂ１３で示している。又、連結梁１７２Ａ、１７２Ｂと可動枠１６０とが活性層のみによって接続されていてもよい。
【００５２】
図７は、圧電センサについて説明する図であり、図７（ａ）は部分平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００５３】
図７に示すように、圧電センサ１９２は、シリコン基板２１０上に形成されており、下部電極１９２ａ、圧電薄膜１９２ｂ、中間電極１９２ｃ、圧電薄膜１９２ｄ、及び上部電極１９２ｅが順次積層された構造とすることができる。圧電センサ１９２の上部電極１９２ｅは、配線１９７と電気的に接続され、上部電極１９２ｅ及び配線１９７の一部は、絶縁膜１９８に被覆されている。
【００５４】
但し、圧電センサ１９２の構造は図７の例には限定されない。例えば、圧電センサ１９２において、圧電薄膜は最低１層で良く、この場合、圧電薄膜の上下に下部電極及び上部電極が形成された３層構造となり、中間電極は不要となる。又、３層以上の圧電薄膜を設けてもよく、この場合、下部電極上に圧電薄膜及び中間電極が必要な数だけ交互に積層され、最後に最上層の中間電極上に圧電薄膜及び上部電極が順次積層される。
【００５５】
圧電薄膜１９２ｂ及び１９２ｄの材料としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）等を用いることができる。下部電極１９２ａ及び上部電極１９２ｅの材料としては、例えば、Ｐｔ（白金）等を用いることができる。
【００５６】
圧電センサ１９５、及び１９６は、圧電センサ１９２と同様の積層構造とすることができる。又、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂ、１７１Ａ、及び１７１Ｂは、圧電センサ１９２と同様の積層構造とすることができる。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂ、１７１Ａ、及び１７１Ｂにおいて、圧電薄膜をｎ層とすることにより、ミラー１１０を同じ振角にするための電圧を、１層の場合の１／ｎとすることができる。
【００５７】
圧電薄膜１９２ｂの側面は傾斜面とされており、圧電薄膜１９２ｂの側面の底面に対する傾斜角θ１は、例えば、５０度以下程度とすることができる。同様に、圧電薄膜１９２ｄの側面は傾斜面とされており、圧電薄膜１９２ｄの側面の底面に対する傾斜角θ２は、例えば、５０度以下程度とすることができる。傾斜角θ１と傾斜角θ２とは、同一の角度であっても構わない。
【００５８】
なお、本願において、圧電薄膜の側面の底面に対する傾斜角とは、圧電薄膜の下地に形成された電極を底辺、圧電薄膜が傾きを持ち始めた点（電極と反対側）と圧電薄膜が電極と接する点とを結んだ線を斜辺としたときに、底辺と斜辺とで形成される角度である。ここで、圧電薄膜の下地に形成された電極とは、例えば、図７に示す下部電極１９２ａや中間電極１９２ｃである。
【００５９】
図８は、圧電薄膜の側面を傾斜面にする方法について説明する図である。圧電薄膜の側面を傾斜面にする場合には、まず、図８（ａ）〜図８（ｄ）の矢印上側に示すように、シリコン基板２１０上の全面に下部電極１９２ａ（ここでは図示を省略）を介して圧電薄膜１９２ｂ（ここでは一例としてＰＺＴ膜とする）を形成し、更に、圧電薄膜１９２ｂ（ＰＺＴ膜）上の全面にレジスト５００となるレジスト材料を形成する。そして、レジスト材料を加熱（ベーク）後、露光及び現像して所定形状のレジスト５００とする。
【００６０】
図８（ａ）〜図８（ｄ）では、圧電薄膜１９２ｂを被覆するレジスト５００の側面の傾斜角が異なっている。具体的には、図８（ａ）から図８（ｄ）に行くに従って、レジスト５００の側面の傾斜角が小さくなっている。レジスト５００の側面の傾斜角は、レジスト材料や加熱温度、露光量等を変更することで制御が可能である。
【００６１】
次に、図８（ａ）〜図８（ｄ）の矢印下側に示すように、例えば、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置等のドライエッチング装置を用いて、レジスト５００から露出するＰＺＴ膜をドライエッチングする。このとき、ＰＺＴ膜とレジスト５００とのエッチングレートの選択性により、側面が傾斜面のＰＺＴ膜（圧電薄膜１９２ｂ）を形成できる。例えば、ＰＺＴ膜とレジスト５００の選択比が１：３となるドライエッチング装置を使用することができる。
【００６２】
但し、ＰＺＴ膜とレジスト５００とのエッチングレートの選択性は、ドライエッチングに使用するガスにより調整することも可能である。例えば、ドライエッチングにＳＦ６（六フッ化硫黄）とＣ４Ｆ８（オクタフルオロシクロブタン）との混合ガスを使用する場合、ＳＦ６とＣ４Ｆ８との混合比を変えることで、ＰＺＴ膜とレジスト５００とのエッチングレートの選択性を調整することができる。
【００６３】
或いは、ドライエッチング装置のパラメータである「真空度」や「Ｂｉａｓパワー」等を変えることで、ＰＺＴ膜とレジスト５００とのエッチングレートの選択性を調整してもよい。又、以上の方法を適宜組み合わせて、ＰＺＴ膜とレジスト５００とのエッチングレートの選択性を調整してもよい。
【００６４】
図９は、ミラー１１０を水平方向に揺動したときに生じる応力のシミュレーション結果の一例を示している。図９に示すように、ミラー１１０を水平方向に揺動すると、捻れ梁１３０Ｂに応力が集中する。ミラー１１０を介して捻れ梁１３０Ｂの反対側に位置する捻れ梁１３０Ａについても同様である。なお、図９において、矢印Ａで示す色の濃い部分が応力が集中している部分である。
【００６５】
このように、ミラー１１０を水平方向に揺動する際に、水平方向の振角を大きくしていくと、捻れ梁１３０Ａ及び１３０Ｂに応力が集中する。そのため、水平方向の振角を更に大きくしていくと、本来であれば、捻れ梁１３０Ａ及び１３０Ｂが最初に破壊するはずである。
【００６６】
しかし、水平方向の振角を大きくしていくと、捻れ梁１３０Ａ及び１３０Ｂが破壊する前に連結梁１４０Ｂの圧電センサ１９２の近傍が破壊する場合があることを、発明者らは見出した。
【００６７】
そして、発明者らが原因を検討したところ、圧電センサを構成する圧電薄膜の傾斜面（側面）の傾斜角が大きいと、圧電薄膜の傾斜面に応力が集中し、捻れ梁１３０Ａ及び１３０Ｂが破壊する前に、圧電薄膜の傾斜面の近傍が破壊することを突き止めた。例えば、圧電センサ１９２が図７（ｂ）に示す構造であれば、傾斜角θ１及びθ２が大きいと圧電センサ１９２の近傍が破壊する。
【００６８】
図１０は、傾斜角と応力との関係のシミュレーション結果の一例を示している。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、図７（ｂ）において傾斜角θ１＝θ２＝６０度とした場合の例であり、図１０（ａ）は断面、図１０（ｂ）はシミュレーション結果を示している。又、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）は、図７（ｂ）において傾斜角θ１＝θ２＝３０度とした場合の例であり、図１０（ｃ）は断面、図１０（ｄ）はシミュレーション結果を示している。
【００６９】
傾斜角θ１＝θ２＝６０度とした場合は、図１０（ｂ）に示すように、破線Ｂで囲んだ傾斜面の端部において応力集中が発生している（ドットの密度が高いほど応力が集中していることを示す）。これに対して、傾斜角θ１＝θ２＝３０度とした場合は、図１０（ｄ）に示すように、応力集中が発生していない。このように、傾斜角θ１及びθ２が大きいと圧電センサの近傍に応力が集中し、捻れ梁よりも先に破壊に至る場合がある。
【００７０】
次に、圧電センサを構成する圧電薄膜の傾斜角の好適な値について検討する。圧電薄膜の傾斜面の傾斜角の好適な値は、水平回転軸Ｈから圧電センサまでの距離に依存する。
【００７１】
すなわち、水平回転軸Ｈから圧電センサまでの距離が長くなるほど、ミラー１１０を水平方向に揺動する際の応力が圧電センサに生じ難くなるため、傾斜角は大きくても構わない。言い換えれば、水平回転軸Ｈから圧電センサまでの距離が短くなるほど、ミラー１１０を水平方向に揺動する際の応力が圧電センサに集中しやすくなるため、傾斜角を小さくして圧電センサに加わる応力を緩和する必要がある。
【００７２】
ところで、水平回転軸Ｈから圧電センサまでの距離が長くなると、ミラー１１０の揺動と圧電センサの出力との間に位相差が生じるため好ましくなく、水平回転軸Ｈから圧電センサまでの距離はなるべく短くしたい。
【００７３】
そこで、水平回転軸Ｈから圧電センサまでの距離と好適な傾斜角との関係をシミュレーションにより求め、水平回転軸Ｈから圧電センサまでの距離に応じた好適な傾斜角を有する圧電センサを実現できるようにする。
【００７４】
図１１は、距離と応力との関係のシミュレーションの内容について説明する図である。図１１に示す水平回転軸Ｈから圧電センサ１９２の端部までの距離Ｌと、圧電センサ１９２の端部に生じる応力との関係を、圧電センサ１９２を構成する圧電薄膜の傾斜角θをパラメータとして、シミュレーションにより求めた。
【００７５】
図１２及び図１３は、距離と応力との関係のシミュレーションの結果について説明する図である。図１２の縦軸に示す圧電センサ端部の応力は、圧電センサ端部のシリコン基板が破壊する限界応力にて正規化されている。又、図１２の網掛け部分は、限界応力を超えない範囲（すなわち、圧電センサ端部のシリコン基板が破壊しない範囲）を示している。なお、図１２及び図１３は圧電センサ端部のシリコン基板の限界応力によって正規化しているとしたが、圧電センサ端部以外の圧電センサ部分が破壊してしまう場合、又は圧電センサ部分とシリコン基板の両方が破壊してしまう場合を想定しても同様の範囲となる。
【００７６】
図１２に示すように、各々の傾斜角θにおいて、所定の距離Ｌで圧電センサ端部の応力は最大となり、それ以降は距離Ｌが大きくなるにつれて圧電センサ端部の応力は低下していく。又、傾斜角θが小さいほど圧電センサ端部の応力は小さくなる。
【００７７】
図１３は、図１２の結果に基づいて傾斜角θと距離Ｌとの関係を図示したものであり、網掛け部分は限界応力を超えない範囲を示している。図１２及び図１３に示すように、傾斜角θが０°＜θ≦５０°であれば、距離Ｌにかかわらず圧電センサ端部の応力は限界応力に達しない。又、θ＞５０の場合には、Ｌ≧８θ−３１０を満たす範囲であれば、圧電センサ端部の応力は限界応力に達しない。なお、図１３において、θ＞５０°における網掛けの下端の傾斜部分がＬ＝８θ−３１０である。
【００７８】
このように、傾斜角θを０°＜θ≦５０°とすることにより、距離Ｌにかかわらず圧電センサ端部のシリコン基板の破壊を防止することができる。又、傾斜角θ＞５０°とする場合には、距離ＬをＬ≧８θ−３１０を満たす範囲内とすることにより、圧電センサ端部のシリコン基板の破壊を防止することができる。
【００７９】
なお、以上は圧電センサ１９２についてのシミュレーション結果を示したが、圧電素子１９１、１９３、及び１９４を構成する圧電薄膜に配線を形成して圧電センサとして使用した場合についても同様の結果を導くことができる。
【００８０】
〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、圧電薄膜の平面形状を変える例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００８１】
図１４は、圧電薄膜の形状変更について説明する図である。図１４（ａ）は、第１の実施の形態に係る圧電センサ１９２の拡大図であるが、ここでは、便宜上、圧電センサ１９２を構成する圧電薄膜１９２ｂのみを図示している。圧電薄膜１９２ｂの平面形状は、４隅がＲ形状とされた略矩形状であり、４隅のＲ形状（曲率半径）は全て同一である。
【００８２】
図１４（ｂ）は、第１の実施の形態の変形例１に係る圧電センサ２９２の拡大図であるが、ここでは、便宜上、圧電センサ２９２を構成する圧電薄膜２９２ｂのみを図示している。圧電薄膜２９２ｂの平面形状は、圧電薄膜１９２ｂと同様に、４隅がＲ形状とされた略矩形状である。但し、圧電薄膜２９２ｂでは、捻れ梁１３０Ｂとは反対側の２隅のＲ形状は圧電薄膜１９２ｂと曲率半径が同一であるが、捻れ梁１３０Ｂ側の２隅のＲ形状（図１４（ｂ）のＣ部）は圧電薄膜１９２ｂよりも曲率半径が大きくなっている。
【００８３】
すなわち、圧電薄膜２９２ｂでは、応力がかかり難い捻れ梁１３０Ｂとは反対側の２隅のＲ形状は圧電薄膜１９２ｂと同一であるが、応力がかかりやすい捻れ梁１３０Ｂ側の２隅のＲ形状は圧電薄膜１９２ｂよりも曲率半径が大きくなっている。
【００８４】
このように、圧電薄膜２９２ｂにおいて、応力がかかりやすい捻れ梁１３０Ｂ側（水平回転軸Ｈに近い側）の２隅のＲ形状の曲率半径を、他の２隅（水平回転軸Ｈから遠い側）のＲ形状の曲率半径よりもが大きくすることで、圧電薄膜２９２ｂに加わる応力を一層緩和することができる。
【００８５】
すなわち、圧電薄膜２９２ｂの側面が図１２及び図１３を用いて説明した傾斜角θと距離Ｌとの関係を満足することに加え、圧電薄膜２９２ｂにおいて、応力がかかりやすい捻れ梁１３０Ｂ側の２隅のＲ形状の曲率半径を他の２隅のＲ形状の曲率半径よりもが大きくすることで、圧電薄膜２９２ｂに加わる応力を一層緩和することができる。
【００８６】
なお、圧電センサ２９２が図７（ｂ）と同様の積層構造である場合には、全ての圧電薄膜について、捻れ梁１３０Ｂ側の２隅の曲率半径を他の２隅の曲率半径よりも大きくすることが好ましい。
【００８７】
ところで、圧電薄膜２９２ｂにおいて、４隅全ての曲率半径を圧電薄膜１９２ｂと比べて大きくすることも考えられるが、これは好ましくない。曲率半径を大きくするほど圧電薄膜２９２ｂの面積が小さくなるため、インピーダンスが高くなりノイズに弱くなるからである。そこで、圧電薄膜２９２ｂにおいて、応力がかかりやすい捻れ梁１３０Ｂ側の２隅の曲率半径のみを他の２隅の曲率半径よりもが大きくし、できるだけ面積を確保することが好ましい。これにより、インピーダンスが高くなることをできるだけ抑制しつつ、応力を緩和する効果を向上することができる。
【００８８】
ここでは、圧電センサ１９２を構成する圧電薄膜１９２ｂを平面形状の異なる圧電薄膜２９２ｂに置換する例を示したが、圧電素子１９１、１９３、及び１９４を構成する圧電薄膜に配線を形成して圧電センサとして使用した場合についても同様である。すなわち、圧電素子１９１、１９３、及び１９４を構成する圧電薄膜において、応力がかかりやすい捻れ梁１３０Ａ側、捻れ梁１３０Ｂ側の２隅の曲率半径を他の２隅の曲率半径よりもが大きくすることで、応力を一層緩和することができる。
【００８９】
以上、好ましい実施の形態について説明したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１００  光走査部
１１０  ミラー
１２０  ミラー支持部
１２２  スリット
１２５  リブ
１３０Ａ、１３０Ｂ  捻れ梁
１４０Ａ、１４０Ｂ、１７２Ａ、１７２Ｂ  連結梁
１５０Ａ、１５０Ｂ  第１の駆動梁
１５１Ａ、１５１Ｂ、１７１Ａ、１７１Ｂ  駆動源
１６０    可動枠
１７０Ａ、１７０Ｂ  第２の駆動梁
１７５Ａ、１７５Ｂ、１７６Ａ、１７６Ｂ  リブ
１８０  固定枠
１９０Ａ  端子群
１９０Ｂ  端子群
１９１、１９３、１９４  圧電素子
１９２、１９５、１９６、２９２  圧電センサ
１９２ａ  下部電極
１９２ｂ、１９２ｄ、２９２ｂ  圧電薄膜
１９２ｃ  中間電極
１９２ｅ  上部電極
１９７  配線
１９８  絶縁膜
２００  セラミックパッケージ
２１０  シリコン基板
３００  パッケージカバー
３００Ａ  開口部
１０００  光走査装置
【図１】
2019105809.tif 000003
【図２】
2019105809.tif 000004
【図３】
2019105809.tif 000005
【図４】
2019105809.tif 000006
【図５】
2019105809.tif 000007
【図６】
2019105809.tif 000008
【図７】
2019105809.tif 000009
【図８】
2019105809.tif 000010
【図９】
2019105809.tif 000011
【図１０】
2019105809.tif 000012
【図１１】
2019105809.tif 000013
【図１２】
2019105809.tif 000014
【図１３】
2019105809.tif 000015
【図１４】
2019105809.tif 000016