(57)【要約】【課題】圧電膜の一方面上の基準電極と圧電膜の他方面上の駆動用電極および検出用電極との間の短絡を抑制するとともに、ミラー部の振幅を精度よく検出することが可能な振動ミラー素子を提供する。【解決手段】この振動ミラー素子１００では、ミラー部１と、ミラー部１を駆動する圧電膜４３と、圧電膜４３の下面４３ａ上に形成された基準電極４２と、基準電極４２を電位の基準とするとともに、圧電膜４３を電圧の印加により変形させて駆動させるための駆動用電極４４、および、圧電膜４３の変形量を検出するための検出用電極４５とを備える。駆動用電極４４と検出用電極４５とは、圧電膜４３の上面４３ｂ上に互いに離間領域４７を隔てて形成されており、圧電膜４３のうち、駆動用電極４４と検出用電極４５との離間領域４７に対応する部分において、上面４３ｂから下面４３ａに向かって窪む凹部４８が形成されている。【選択図】図４
2015018047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー部と、
前記ミラー部を駆動する圧電膜と、
前記圧電膜の一方面上に形成された基準電極と、
前記基準電極を電位の基準とするとともに、前記圧電膜を電圧の印加により変形させて駆動させるための駆動用電極と、
前記基準電極を電位の基準とするとともに、前記圧電膜の変形量を検出するための検出用電極とを備え、
前記駆動用電極と前記検出用電極とは、前記圧電膜の一方面とは反対側の他方面上に互いに隙間を隔てて形成されており、
前記圧電膜のうち、前記駆動用電極と前記検出用電極との隙間に対応する部分において、前記圧電膜の他方面から前記基準電極側の一方面に向かって厚み方向に窪む凹部が形成されている、振動ミラー素子。
【請求項２】
前記凹部の厚み方向の深さは、前記圧電膜の厚みの３分の１以上である、請求項１に記載の振動ミラー素子。
【請求項３】
前記凹部の厚み方向の深さは、前記圧電膜の厚みの２分の１以下である、請求項２に記載の振動ミラー素子。
【請求項４】
前記凹部の厚み方向の深さは、１μｍ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動ミラー素子。
【請求項５】
前記凹部の幅は、１μｍ以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動ミラー素子。
【請求項６】
前記凹部は、エッチングにより形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動ミラー素子。
【請求項７】
前記駆動用電極は、前記検出用電極の周囲を囲うように形成されており、
前記凹部は、前記検出用電極の周囲を囲むように形成された前記駆動用電極と前記検出用電極との前記隙間に対応する部分に沿って、前記検出用電極を取り囲むように形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動ミラー素子。
【請求項８】
駆動用電極および検出用電極の電位の基準となる基準電極を形成する工程と、
前記基準電極の表面上にミラー部を駆動する圧電膜を形成する工程と、
前記圧電膜の前記基準電極側の一方面とは反対側の他方面上に、前記圧電膜を電圧の印加により変形させて駆動させるための前記駆動用電極と、前記圧電膜の変形量を検出するための前記検出用電極とを互いに隙間を隔てて形成する工程と、
前記圧電膜のうち、前記駆動用電極と前記検出用電極との隙間に対応する部分において、前記圧電膜の他方面から前記基準電極側の一方面に向かって厚み方向に窪む凹部を形成する工程とを備えた、振動ミラー素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振動ミラー素子および振動ミラー素子の製造方法に関し、特に、駆動部を変形させて駆動させるための駆動用電極と、駆動部の変形量を検出するための検出用電極とを備える振動ミラー素子および振動ミラー素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、駆動部を変形させて駆動させるための駆動用電極と、駆動部の変形量を検出するための検出用電極とを備える振動ミラー素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、ミラー部と、駆動用圧電素子（圧電膜）と、駆動用圧電素子の下面上に形成される駆動用下部電極（駆動用電極）と、駆動用圧電素子の上面上に形成された駆動用上部電極（駆動用電極）と、検出用圧電素子（圧電膜）と、検出用圧電素子の下面上に形成される検出用下部電極（検出用電極）と、検出用圧電素子の上面上に形成された検出用上部電極（検出用電極）とを備えた光スキャナ（振動ミラー素子）が開示されている。
【０００４】
また、上記特許文献１による光スキャナは、駆動用電極と検出用電極とが離間して形成されており、駆動用電極の電位が検出用電極の電位に影響を与えにくくなるように構成されている。また、駆動用電極と検出用電極との離間部分において、下部電極の表面の一部が露出している。また、上記特許文献１による光スキャナでは、各電極が離間する構造をエッチングなどにより形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６９１９５号公報
【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、上記特許文献１に記載の光スキャナでは、下部電極の表面の一部が駆動用電極と検出用電極との離間部分から露出しているので、下部電極の露出部分にエッチング時の副生成物などが付着（堆積）することにより、副生成物を介して上部電極と下部電極とが短絡するおそれがあるという問題点がある。なお、短絡した場合には、光スキャナが正しく動作しなくなったり、駆動状態が正しく検出されなくなったりする。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、圧電膜の一方面上の基準電極と圧電膜の他方面上の駆動用電極および検出用電極との間の短絡を抑制するとともに、ミラー部の振幅を精度よく検出することが可能な振動ミラー素子および振動ミラー素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の第１の局面による振動ミラー素子は、ミラー部と、ミラー部を駆動する圧電膜と、圧電膜の一方面上に形成された基準電極と、基準電極を電位の基準とするとともに、圧電膜を電圧の印加により変形させて駆動させるための駆動用電極と、基準電極を電位の基準とするとともに、圧電膜の変形量を検出するための検出用電極とを備え、駆動用電極と検出用電極とは、圧電膜の一方面とは反対側の他方面上に互いに隙間を隔てて形成されており、圧電膜のうち、駆動用電極と検出用電極との隙間に対応する部分において、圧電膜の他方面から基準電極側の一方面に向かって厚み方向に窪む凹部が形成されている。
【０００９】
この発明の第１の局面による振動ミラー素子では、上記のように、圧電膜の他方面上に圧電膜を電圧の印加により変形させて駆動させるための駆動用電極と、圧電膜の変形量を検出するための検出用電極とを隙間を隔てて形成するとともに、圧電膜のうち、駆動用電極と検出用電極との隙間に対応する部分において、圧電膜の他方面から基準電極側の一方面に向かって厚み方向に窪む凹部を形成する。これにより、駆動用電極および検出用電極側の他方面から基準電極側の一方面まで貫通するような溝部が形成されている場合とは異なり、凹部により基準電極が表面上に露出しないので、エッチング時の副生成物などが基準電極に付着（堆積）するのを抑制することができる。その結果、駆動用電極および検出用電極と基準電極とが短絡するのを抑制することができるので、振動ミラー素子が正しく動作しなくなったり、駆動状態が正しく検出されなくなったりするのを抑制することができる。また、駆動用電極と検出用電極とが隙間および凹部によって離間して形成されるので、駆動用電極の電位が電界により検出用電極の電位に影響を与えにくくなる。その結果、検出用電極において、圧電膜の変形量をより精度よく検出することができる。これにより、精度のよい圧電膜の変形量に基づいて、ミラー部の振幅を精度よく検出することができる。
【００１０】
上記第１の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、凹部の厚み方向の深さは、圧電膜の厚みの３分の１以上である。このように構成すれば、凹部の深さが大きくなるのに伴い検出用電極の電位が駆動用電極の電位の影響を受けにくくなるので、凹部の厚み方向の深さを圧電膜の厚みの３分の１以上とすることにより、実用上問題のない一定水準以上の精度によりミラー部の振幅を検出するができる。
【００１１】
この場合、好ましくは、凹部の厚み方向の深さは、圧電膜の厚みの２分の１以下である。このように構成すれば、凹部が形成された部分の圧電膜の厚みに一定の余裕を持たせることができるので、凹部が圧電膜を貫通するのを確実に抑制することができる。その結果、精度よくミラー部の振幅を検出することができるとともに、駆動用電極および検出用電極と、基準電極とが短絡するのを効果的に抑制することができる。
【００１２】
上記第１の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、凹部の厚み方向の深さは、１μｍ以上である。このように構成すれば、凹部の深さが１μｍ以上では、検出用電極の電位が駆動用電極の電位の影響を特に受けにくくすることができるので、問題のない一定水準以上の精度によりミラー部の振幅を検出することができる。
【００１３】
上記第１の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、凹部の幅は、１μｍ以上である。このように構成すれば、凹部の幅が１μｍ以上あるので、好適な一定水準以上の精度によってミラー部の振幅を検出することができる。
【００１４】
上記第１の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、凹部は、エッチングにより形成されている。このように構成すれば、凹部を容易に形成することができる。
【００１５】
上記第１の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、駆動用電極は、検出用電極の周囲を囲うように形成されており、凹部は、検出用電極の周囲を囲むように形成された駆動用電極と検出用電極との隙間に対応する部分に沿って、検出用電極を取り囲むように形成されている。このように構成すれば、駆動用電極により駆動された圧電膜の変形量を駆動用電極に取り囲まれた検出用電極によって、より精度よく検出することができる。
【００１６】
この発明の第２の局面による振動ミラー素子の製造方法は、駆動用電極および検出用電極の電位の基準となる基準電極を形成する工程と、基準電極の表面上にミラー部を駆動する圧電膜を形成する工程と、圧電膜の基準電極側の一方面とは反対側の他方面上に、圧電膜を電圧の印加により変形させて駆動させるための駆動用電極と、圧電膜の変形量を検出するための検出用電極とを互いに隙間を隔てて形成する工程と、圧電膜のうち、駆動用電極と検出用電極との隙間に対応する部分において、圧電膜の他方面から基準電極側の一方面に向かって厚み方向に窪む凹部を形成する工程とを備える。
【００１７】
この発明の第２の局面による振動ミラー素子の製造方法では、上記のように、圧電膜の他方面上に圧電膜を電圧の印加により変形させて駆動させるための駆動用電極と圧電膜の変形量を検出するための検出用電極とを隙間を隔てて形成する工程と、圧電膜のうち、駆動用電極と検出用電極との隙間に対応する部分において、圧電膜の他方面から基準電極側の一方面に向かって厚み方向に窪む凹部を形成する工程とを設ける。これにより、駆動用電極および検出用電極側の他方面から基準電極側の一方面まで貫通するような溝部が形成されている場合とは異なり、凹部により基準電極が表面上に露出しないので、エッチング時の副生成物などが基準電極に付着（堆積）するのを抑制することができる。その結果、駆動用電極および検出用電極と基準電極とが短絡するのを抑制することができるので、振動ミラー素子が正しく動作しなくなったり、駆動状態が正しく検出されなくなったりするのを抑制することができる。また、駆動用電極と検出用電極とが隙間および凹部によって離間して形成されるので、駆動用電極の電位が電界により検出用電極の電位に影響を与えにくくなる。その結果、検出用電極において、圧電膜の変形量をより精度よく検出することができる。これにより、精度のよい圧電膜の変形量に基づいて、ミラー部の振幅を精度よく検出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、上記のように、圧電膜の一方面上の基準電極と圧電膜の他方面上の駆動用電極および検出用電極との間の短絡を抑制するとともに、ミラー部の振幅を精度よく検出することが可能な振動ミラー素子および振動ミラー素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による振動ミラー素子の構造を示した斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による振動ミラー素子の構造を示した平面図である。
【図３】図２に示した振動ミラー素子の９００−９００線に沿った拡大断面図である。
【図４】図３に示した駆動部側の部分拡大図である。
【図５】図２に示した振動ミラー素子の９１０−９１０線に沿った拡大断面図である。
【図６】図２に示した振動ミラー素子の９２０−９２０線に沿った拡大断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による振動ミラー素子が所定の傾斜角度で傾斜した状態を示した斜視図である。
【図８】本発明の効果を確認するために凹部の幅を変えることにより行った検出用電極の電位測定結果を示した表である。
【図９】本発明の効果を確認するために凹部の深さを変えることにより行った検出用電極の電位測定結果を示した表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
まず、図１〜図７を参照して、本発明の一実施形態による振動ミラー素子１００の構成について説明する。
【００２２】
本実施形態による振動ミラー素子１００は、図１および図２に示すように、ミラー部１と、トーションバー２ａおよび２ｂと、バー３ａおよび３ｂと、駆動部４および５と、固定部６ａおよび６ｂとを含む。また、ミラー部１と、トーションバー２ａおよび２ｂと、バー３ａおよび３ｂと、駆動部４の基部４１（図１参照）と、駆動部５の基部５１（図１参照）と、固定部６ａおよび６ｂとは、同一のＳｉ基板によって一体的に形成されている。また、振動ミラー素子１００は、長手方向（Ｙ方向）に大きく、短手方向（Ｘ方向）に小さい。
【００２３】
ミラー部１は、略円形状に形成されており、光を反射可能なように構成されている。また、トーションバー２ａおよび２ｂは、共に振動ミラー素子１００の長手方向（Ｙ方向）に延びるように形成されている。また、トーションバー２ａのＹ方向の一方端部（Ｙ２側）は、ミラー部１と接続されるとともに、Ｙ方向の他方端部（Ｙ１側）は、バー３ａと接続されている。また、トーションバー２ｂのＹ方向の一方端部（Ｙ１側）は、ミラー部１と接続されるとともに、Ｙ方向の他方端部（Ｙ２側）は、バー３ｂと接続されている。
【００２４】
また、バー３ａは、Ｙ１側で振動ミラー素子１００の短手方向（Ｘ方向）に延びるように形成されているとともに、バー３ｂは、Ｙ２側でＸ方向に延びるように形成されている。また、バー３ａのＸ方向の一方端部（Ｘ１側）は、基部４１（駆動部４）と接続されているとともに、Ｘ方向の他方端部（Ｘ２側）は、基部５１（駆動部５）と接続されている。また、バー３ｂのＸ方向の一方端部（Ｘ１側）は、基部４１（駆動部４）と接続されているとともに、Ｘ方向の他方端部（Ｘ２側）は、基部５１（駆動部５）と接続されている。このバー３ａおよび３ｂは、基部４１および５１（駆動部４および５）の変形により、Ｘ方向に傾斜可能なように構成されているとともに、捻り変形可能なように構成されている。
【００２５】
また、ミラー部１は、トーションバー２ａおよび２ｂによってＡ１方向およびＡ２方向（図１参照）に傾斜されるとともに、捻り変形可能なトーションバー２ａおよび２ｂに振動可能なように支持されている。また、トーションバー２ａおよび２ｂは、ミラー部１と共に共振可能なように構成されている。これにより、ミラー部１は、共振によってバー３ａおよび３ｂの傾斜角度以上に傾斜するように構成されている。この結果、レーザ光などをミラー部１に照射すると、ミラー部１の傾斜角度に応じて反射光の反射角度も変化するように構成されている。これにより、振動ミラー素子１００を用いてレーザ光などを所定の方向に走査させることが可能である。
【００２６】
また、図２に示すように、駆動部４および５は、長手方向（Ｙ方向）に延びるように形成されている。また、駆動部４のＸ１側の側面部４ａは、Ｙ方向に沿って延びるように形成されているとともに、駆動部５のＸ２側の側面部５ａは、Ｙ方向に沿って延びるように形成されている。
【００２７】
一方、駆動部４のＸ２側の側面部４ｂは、中央部４ｃからＹ１側の端部４ｄおよびＹ２側の端部４ｅに向かって連続的にＸ１側に傾斜することによって、短手方向（Ｘ方向）の幅が小さくなるように形成されている。また、駆動部５のＸ１側の側面部５ｂは、中央部５ｃからＹ１側の端部５ｄおよびＹ２側の端部５ｅに向かって連続的にＸ２側に傾斜することによって、短手方向（Ｘ方向）の幅が小さくなるように形成されている。
【００２８】
また、駆動部４のＹ１側の端部４ｄは、バー３ａのＸ１側の端部と接続されているとともに、Ｙ２側の端部４ｅは、バー３ｂのＸ１側の端部と接続されている。また、駆動部５のＹ１側の端部５ｄは、バー３ａのＸ２側の端部と接続されているとともに、Ｙ２側の端部５ｅは、バー３ｂのＸ２側の端部と接続されている。
【００２９】
また、駆動部４の中央部４ｃにおけるＸ１側の側面部４ａには、Ｘ１側に突出する固定部６ａが形成されている。また、駆動部５の中央部５ｃにおけるＸ２側の側面部５ａには、Ｘ２側に突出する固定部６ｂが形成されている。この固定部６ａおよび６ｂは、図示しない基台に紫外線硬化接着剤などによって固定されており、駆動部４および５が凹形状または凸形状に変形することによって振動する際に、固定端として機能するように構成されている。
【００３０】
また、図３〜図６に示すように、駆動部４は、基部４１と、グランド電極４２と、圧電膜４３と、駆動用電極４４と、検出用電極４５とからなる圧電素子４６を含む。また、駆動部５は、基部５１と、グランド電極５２と、圧電膜５３と、駆動用電極５４と、検出用電極５５とからなる圧電素子５６を含む。また、圧電膜４３および５３のＺ方向の厚みｔ１は、約３μｍに形成されている。なお、グランド電極４２および５２は、本発明の「基準電極」の一例である。
【００３１】
具体的には、基部４１の上面上（Ｚ１側）の略全面および基部５１の上面上の略全面には、それぞれ、グランド電極４２および５２が形成されている。このグランド電極４２および５２は、共にＰｔからなり、それぞれ、図示しない端子によって外部と電気的に接続され、常に一定の電位に安定して保たれるように構成されている。
【００３２】
また、グランド電極４２の上面上の略全面およびグランド電極５２の上面上の略全面には、それぞれ、圧電膜４３および５３が形成されている。この圧電膜４３および５３は、共にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなり、膜厚方向（Ｚ方向）に分極されることによって、電圧を印加されるとＹ方向（図６参照）に伸縮するように構成されている。つまり、グランド電極４２および５２は、それぞれ、圧電膜４３の下面４３ａ上、および、圧電膜５３の下面５３ａ上に形成されている。なお、下面４３ａおよび５３ａは、本発明の「一方面」の一例である。
【００３３】
なお、グランド電極４２および圧電膜４３は、共に駆動用電極４４および検出用電極４５によって共用されるとともに、グランド電極５２および圧電膜５３は、共に駆動用電極５４および検出用電極５５によって共用されるように構成されている。
【００３４】
また、図３〜図６に示すように、圧電膜４３の上面４３ｂ上（Ｚ１側）には、駆動用電極４４と検出用電極４５とが、離間領域４７によって所定の間隔を隔てた状態で形成されている。また、圧電膜５３の上面５３ｂ上には、駆動用電極５４と検出用電極５５とが、離間領域５７によって所定の間隔を隔てた状態で形成されている。すなわち、駆動用電極４４と検出用電極４５とは、圧電膜４３の上面４３ｂ上の異なる領域に形成されているととともに、駆動用電極５４と検出用電極５５とは、圧電膜５３の上面５３ｂ上の異なる領域に形成されている。また、駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）とは、図４に示すように、離間領域４７（５７）により約１μｍ以上約３μｍ以下の間隔Ｗを隔てて形成されている。なお、駆動用電極４４および５４と、検出用電極４５および５５とは、共にＰｔからなる。なお、離間領域４７および５７は、本発明の「隙間」の一例である。また、上面４３ｂおよび５３ｂは、本発明の「他方面」の一例である。
【００３５】
ここで、本実施形態では、圧電膜４３（５３）には、駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）との間の離間領域４７（５７）に対応する部分からＺ２側に窪む凹部４８（５８）が形成されている。また、凹部４８（５８）は、離間領域４７（５７）と同一の幅Ｗ（約１μｍ以上約３μｍ以下）に形成されている。また、凹部４８（５８）は、深さｔ２（約１μｍ以上約１．５μｍ以下）に形成されている。すなわち、上記の通り、圧電膜４３（５３）は約３μｍの厚みｔ１を有するため、凹部４８（５８）は、圧電膜４３（５３）の厚みｔ１の約３分の１以上約２分の１以下の深さｔ２まで形成されている。また、凹部４８（５８）は、エッチングにより形成されている。
【００３６】
また、駆動用電極４４（５４）は、検出用電極４５（５５）の周囲を囲うように形成されている。このため、凹部４８（５８）は、検出用電極４５（５５）の周囲を囲むように形成された駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）との間の離間領域４７（５７）に対応する部分に沿って、検出用電極４５（５５）を取り囲むように形成されている。すなわち、凹部４８（５８）は、図２に示す駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）とに挟まれる矩形状かつ枠状の領域の略全域に形成されている。
【００３７】
また、図２に示すように、検出用電極４５および５５は、長手方向（Ｙ方向）に延びるように形成されている。また、検出用電極４５は、固定部６ａに近い駆動部４のＸ１側の側面部４ａの近傍に形成されているとともに、検出用電極５５は、固定部６ｂに近い駆動部５のＸ２側の側面部５ａの近傍に形成されている。これにより、固定部６ａ（６ｂ）から離れた位置（駆動部４（５）のＸ２（Ｘ１）側の側面部４ｂ（５ｂ）の近傍など）に検出用電極４５（５５）を形成する場合と比べて、後述する配線２６ａ（２６ｂ）の周囲に形成された離間領域４７（５７）の占める領域を小さくすることが可能である。したがって、その分、駆動用電極４４（５４）の占める領域を大きくすることができるので、駆動部４（５）において駆動力が小さくなるのを抑制することが可能である。
【００３８】
また、検出用電極４５および５５は、平面的に見て略矩形形状を有している。また、検出用電極４５および５５は、それぞれ、駆動部４の中央部４ｃおよび駆動部５の中央部５ｃを境にして長手方向（Ｙ方向）に対称になるように形成されている。
【００３９】
また、図３〜図６に示すように、圧電膜４３の凹部４８および圧電膜５３の凹部５８上には、何も形成されていない。
【００４０】
また、図２に示すように、駆動用電極４４は、圧電膜４３の上面４３ｂ上（Ｚ１側）において、検出用電極４５が形成されている領域と離間領域４７が確保されている領域とを除く駆動部４の略全体に渡って形成されている。また、駆動用電極５４は、圧電膜５３の上面５３ｂ上において、検出用電極５５が形成されている領域と離間領域５７が確保されている領域とを除く駆動部５の略全体に渡って形成されている。すなわち、駆動用電極４４および５４は、それぞれ、圧電膜４３の上面４３ｂおよび圧電膜５３の上面５３ｂ上において、形成することが可能な領域の全域にわたって形成されている。これにより、駆動部４および５（圧電膜４３および５３）において、駆動力を可能な限り大きくすることが可能である。
【００４１】
また、駆動用電極４４には、固定部６ａ側から延びる配線１６ａが接続されているとともに、駆動用電極５４には、固定部６ｂ側から延びる配線１６ｂが接続されている。この配線１６ａおよび１６ｂと図示しない端子とがそれぞれ接続されることによって、駆動用電極４４および５４が外部と電気的に接続されるように構成されている。
【００４２】
また、駆動用電極４４および５４には、それぞれ、グランド電極４２および５２との間に電位差が生じるように電圧を印加することが可能なように構成されている。これにより、駆動用電極４４とグランド電極４２との間に電圧を印加することにより、圧電膜４３が変形されるとともに、駆動用電極５４とグランド電極５２との間に電圧を印加することにより、圧電膜５３が変形されるように構成されている。
【００４３】
具体的には、図７に示すように、駆動部４は、駆動用電極４４とグランド電極４２（図３および図５参照）とに電圧を印加することによって、固定部６ａ近傍の中央部４ｃを固定端とするとともに、Ｙ１側の端部４ｄとＹ２側の端部４ｅとを自由端として、Ｚ方向に凹形状および凸形状に撓み変形可能なように構成されている。同様に、駆動部５は、駆動用電極５４とグランド電極５２（図３および図５参照）とに電圧を印加することによって、固定部６ｂ近傍の中央部５ｃを固定端とするとともに、Ｙ１側の端部５ｄとＹ２側の端部５ｅとを自由端として、Ｚ方向に凹形状および凸形状に撓み変形可能なように構成されている。
【００４４】
また、駆動用電極４４および５４とグランド電極４２および５２とに印加される電圧の波形は、主に正弦波になるように構成されている。これにより、駆動部４および５は、変形していない状態から、凹形状に撓み変形した後に、再度変形していない状態に戻り、その後凸形状に撓み変形するという振動運動を繰り返すように構成されている。また、駆動部４の駆動用電極４４とグランド電極４２とに印加される電圧の位相と、駆動部５の駆動用電極５４とグランド電極５２とに印加される電圧の位相とは、反対の位相になるように構成されている。さらに、駆動部４および５において印加される電圧の周波数と、ミラー部１、トーションバー２ａおよび２ｂならびに駆動部４および５の共振周波数とは略一致するように構成されている。これらにより、駆動部４および５からの駆動力によってミラー部１とトーションバー２ａおよび２ｂとが共振するので、バー３ａおよび３ｂの傾斜角度よりも大きい角度で、ミラー部１をＡ１方向およびＡ２方向に振動運動させることが可能である。なお、駆動部４および５の変形量は、ミラー部１の振動運動における振れ角と対応している。
【００４５】
また、検出用電極４５には、固定部６ａ側から延びる配線２６ａが接続されているとともに、検出用電極５５には、固定部６ｂ側から延びる配線２６ｂが接続されている。この配線２６ａおよび２６ｂと図示しない端子とがそれぞれ接続されることによって、検出用電極４５および５５が外部と電気的に接続されるように構成されている。
【００４６】
また、検出用電極４５では、圧電膜４３の撓み変形によって生じるグランド電極４２との電位差が検出されるとともに、検出用電極５５では、圧電膜５３の撓み変形によって生じるグランド電極５２との電位差が検出されるように構成されている。すなわち、検出用電極４５では、圧電膜４３の変形量に基づく駆動部４の変形量が検出されるとともに、検出用電極５５では、圧電膜５３の変形量に基づく駆動部５の変形量が検出されるように構成されている。また、検出用電極４５では、駆動部４の撓み変形が駆動部５の撓み変形とは独立して検出されるとともに、検出用電極５５では、駆動部５の撓み変形が駆動部４の撓み変形とは独立して検出されるように構成されている。これにより、駆動部４および５の変形量に対応するミラー部１の振れ角を求めることが可能である。
【００４７】
次に、図２、図３および図５を参照して、本発明の一実施形態による振動ミラー素子１００の駆動部４（５）の製造工程について説明する。
【００４８】
まず、図３および図５に示すように、Ｓｉ基板によって形成されている基部４１（５１）を母基板として準備する。そして、基部４１（５１）の上面上（Ｚ１側）の略全面に、スパッタリングなどにより、それぞれＰｔからなるグランド電極４２（５２）と、ＰＺＴからなる圧電膜４３（５３）を順次形成する。この際、圧電膜４３（５３）には凹部４８（５８）は、形成されていない。
【００４９】
そして、図２に示すように、圧電膜４３（５３）の上面４３ｂ（５３ｂ）上の離間領域４７（５７）と、配線１６ａ（２６ａ）および１６ｂ（２６ｂ）とに対応する部分を除いた部分に、レジスト膜を形成する。そして、スパッタリングを行い、レジスト膜を除去することにより、駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）とを同一平面（上面４３ｂ（５３ｂ））上に形成する。なお、駆動用電極４４（５４）は、検出用電極４５（５５）を取り囲むように形成される。
【００５０】
そして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、圧電膜４３（５３）に離間領域４７（５７）側からＺ２方向に延びる凹部４８（５８）を形成する。なお、この際、駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）とをレジスト膜の代わり（マスク）として用いることが可能である。以上により、振動ミラー素子１００の駆動部４（５）が形成される。
【００５１】
上記実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００５２】
本実施形態では、上記のように、圧電膜４３（５３）の上面４３ｂ（５３ｂ）上に圧電膜４３（５３）を電圧の印加により変形させて駆動させるための駆動用電極４４（５４）と、圧電膜４３（５３）の変形量を検出するための検出用電極４５（５５）とを離間領域４７（５７）を隔てて形成するとともに、圧電膜４３（５３）のうち、駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）との間の離間領域４７（５７）に対応する部分において、圧電膜４３（５３）の上面４３ｂ（５３ｂ）からグランド電極４２（５２）側の下面４３ａ（５３ａ）に向かって厚み方向に窪む凹部４８（５８）を形成する。これにより、駆動用電極４４（５４）および検出用電極４５（５５）側の上面４３ｂ（５３ｂ）から基準電極４４（５４）側の下面４３ａ（５３ａ）まで貫通するような溝部が形成されている場合とは異なり、凹部４８（５８）によりグランド電極４２（５２）が表面上に露出しないので、エッチング時の副生成物などがグランド電極４２（５２）に付着（堆積）するのを抑制することができる。その結果、駆動用電極４４（５４）および検出用電極４５（５５）とグランド電極４２（５２）とが短絡するのを抑制することができるので、振動ミラー素子１００が正しく動作しなくなったり、駆動状態が正しく検出されなくなったりするのを抑制することができる。また、駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）とが離間領域４７（５７）および凹部４８（５８）によって離間して形成されるので、駆動用電極４４（５４）の電位が電界により検出用電極４５（５５）の電位に影響を与えにくくなる。その結果、駆動用電極４５（５５）において、圧電膜４３（５３）の変形量をより精度よく検出することができる。これにより、精度のよい圧電膜４３（５３）の変形量に基づいて、ミラー部１の振幅を精度よく検出することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、上記のように、凹部４８（５８）の厚み方向の深さｔ２（約１μｍ以上約１．５μｍ以下）を圧電膜４３（５３）の厚みｔ１（約３μｍ）の約３分の１以上とする。これにより、凹部４８（５８）の深さｔ２が大きくなるほど検出用電極４５（５５）の電位が駆動用電極４４（５４）の電位の影響を受けにくくなるので、凹部４８（５８）の厚み方向の深さｔ２を圧電膜４３（５３）の厚みｔ１の約３分の１以上とすることにより、実用上問題のない一定水準以上の精度によりミラー部１の振幅を検出するができる。
【００５４】
また、本実施形態では、上記のように、凹部４８（５８）の厚み方向の深さｔ２（約１μｍ以上約１．５μｍ以下）を、圧電膜４３（５３）の厚みｔ１（約３μｍ）の約２分の１以下とする。これにより、凹部４８（５８）が形成された部分の圧電膜４３（５３）の厚み（図４において、ｔ１からｔ２を差し引いた厚み）に一定の余裕を持たせることができるので、凹部４８（５８）が部分的に圧電膜４３（５３）を貫通するのを確実に抑制することができる。その結果、駆動用電極４４（５４）および検出用電極４５（５５）と、グランド電極４２（５２）とが短絡するのを効果的に抑制することができる。
【００５５】
また、本実施形態では、上記のように、凹部４８（５８）の厚み方向の深さｔ２を約１μｍ以上約１．５μｍ以下とする。これにより、検出用電極４５（５５）の電位が駆動用電極４４（５４）の電位の影響を特に受けにくくなるので、問題のない一定水準以上の精度によってミラー部１の振幅を検出することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、上記のように、凹部４８（５８）の幅Ｗを、約１μｍ以上３μｍ以下とする。これにより、凹部４８（５８）の幅Ｗが約１μｍ以上あるので、好適な一定水準以上の精度によってミラー部１の振幅を検出することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、上記のように、凹部４８（５８）を、エッチングにより形成する。これにより、凹部４８（５８）を容易に形成することができる。
【００５８】
また、本実施形態では、上記のように、駆動用電極４４（５４）を、検出用電極４５（５５）の周囲を囲うように形成し、凹部４８（５８）を、検出用電極４５（５５）の周囲を囲むように形成された駆動用電極４４（５４）と検出用電極４５（５５）との間の離間領域４７（５７）に対応する部分に沿って、検出用電極４５（５５）を取り囲むように形成する。これにより、駆動用電極４４（５４）により駆動された圧電膜４３（５３）の変形量を駆動用電極４４（５４）に取り囲まれた検出用電極４５（５５）によって、より精度よく検出することができる。
【００５９】
（実施例）
次に、図８および図９を参照して、上記した本発明の一実施形態の効果を確認するために行った検出用電極４５の電位測定のシミュレーションについて説明する。なお、駆動部４と駆動部５とは同様の構成を有しているため、駆動部４側についてのみシミュレーションを行った。
【００６０】
この検出用電極４５の電位測定のシミュレーションでは、実施例１〜５（実施例１と実施例５とは同じ）として、凹部４８の幅Ｗおよび深さｔ２を各々異ならせた検査用の振動ミラー素子１００を想定してシミュレーションを行った。また、比較例１および２（比較例１と比較例２とは同じ）として、凹部を形成しない振動ミラー素子を想定してシミュレーションを行った。
【００６１】
具体的には、上記実施形態においてＰＺＴで形成される圧電膜４３を、圧電膜４３と同一の形状（厚みｔ１が３μｍ）を有し、駆動用電極４４への電圧の印加により変形することのない誘電体（図示せず）に置き換えて、シミュレーションを行った。これにより、圧電膜４３の変形によって生じる電位差に影響されずに、駆動用電極４４の電位による影響のみを考慮することが可能である。また、駆動用電極４４とグランド電極４２との電位差を２５Ｖに設定した。
【００６２】
ここで、実施例１の振動ミラー素子では、凹部４８の深さｔ２を１．５μｍ、幅Ｗを１．０μｍと想定した。また、実施例２および５の振動ミラー素子では、凹部４８の深さｔ２を１．５μｍ、幅Ｗを３．０μｍと想定した。また、実施例３の振動ミラー素子では、凹部４８の深さｔ２を０．５μｍ、幅Ｗを３．０μｍと想定した。また、実施例４の振動ミラー素子では、凹部４８の深さｔ２を１．０μｍ、幅Ｗを３．０μｍと想定した。
【００６３】
そして、上記した実施例１〜５における各々の振動ミラー素子の駆動用電極４４とグランド電極４２との間に電位差が生じるように上記２５Ｖの電圧を印加すると想定した場合に、駆動用電極４４と検出用電極４５との間に電界を発生されることに伴って生じるグランド電極４２と検出用電極４５との電位差を検出電圧として算出した。
【００６４】
電位測定のシミュレーション結果としては、図８に示すように、実施例１においては、検出用電極４５の電位は、９５ｍＶになった。また、実施例２（５）においては、検出用電極４５の電位は、１４ｍＶになった。また、図９に示すように、実施例３においては、検出用電極４５の電位は、１５３ｍＶになった。また、実施例４においては、検出用電極４５の電位は、７１ｍＶになった。また、比較例１（２）においては、検出用電極４５の電位は、５０１ｍＶになった。
【００６５】
上記のような電位測定の結果から、凹部４８の幅Ｗを大きくすることによって、検出用電極４５の電位を小さくすることができることが判明した。また、凹部４８の深さｔ２を大きくすることによって、検出用電極４５の電位を小さくすることができることが判明した。すなわち、凹部４８の幅Ｗを大きくすること、および、凹部４８の深さｔ２を大きくすることによって、駆動用電極４４の電位が検出用電極４５の電位に影響を与えにくくなることが判明した。
【００６６】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６７】
たとえば、上記実施形態では、グランド電極と母基板になる基部とが隣接して形成される例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、グランド電極と母基板になる基部との間に絶縁膜を形成してもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、圧電膜の厚みｔ１が約３μｍであるのに対して、圧電膜に形成された凹部の深さｔ２を約１μｍ以上約１．５μｍ以下（圧電膜の厚みの約３分の１以上約２分の１以下）とする例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、凹部の深さを圧電膜の厚みの約２分の１を超える約２μｍとしてもよい。これにより、駆動用電極の電位が検出用電極の電位に与える影響をより小さくすることが可能である。
【００６９】
また、上記実施形態では、圧電膜の幅Ｗを約１μｍ以上約３μｍ以下とする例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、凹部の幅を約１μｍ未満の約０．８μｍとしてもよい。これにより、凹部の幅が小さい分、駆動用電極および検出用電極を大きく確保することが可能である。また、凹部の幅を一定にするのではなく、凹部の位置に応じて凹部の幅が段階的に変化するようにしてもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、圧電膜の凹部をエッチングにより形成する例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、圧電膜をスパッタリングにより２層に分けることにより凹部を形成してもよい。つまり、スパッタリングにより駆動部の基部の全体に圧電膜を所定の厚み（図４において、ｔ１からｔ２を差し引いた厚み）まで形成した後に、凹部に対応する部分にレジスト膜を形成して、再度スパッタリングにより、圧電膜を形成することによって、凹部を形成してもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では、圧電膜がチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、ＰＺＴ以外の鉛、チタンおよびジルコニウムを主成分とした酸化物からなる圧電材料や、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛（（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ３）などの圧電材料を用いて圧電膜を構成してもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、Ｓｉ基板により基部を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、ステンレス材などの金属材料を用いて基部を構成してもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、Ｐｔを用いて駆動用電極および検出用電極を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、駆動用電極および検出用電極を、Ｃｒ層とＡｕ層とを積層した積層電極により構成してもよい。また、Ｃｒ−Ａｕ合金などの導電性を有する金属材料を用いて駆動用電極および検出用電極を構成してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１  ミラー部
４２、５２  グランド電極（基準電極）
４３、５３  圧電膜
４３ａ、５３ａ  下面（一方面）
４３ｂ、５３ｂ  上面（他方面）
４４、５４  駆動用電極
４５、５５  検出用電極
４７、５７  離間領域（隙間）
４８、５８  凹部
１００  振動ミラー素子
【図１】
2015018047.tif 000003
【図２】
2015018047.tif 000004
【図３】
2015018047.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015018047.tif 000007
【図６】
2015018047.tif 000008
【図７】
2015018047.tif 000009
【図８】
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【図９】
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