(57)【要約】【課題】光偏向器において、ミラー部の往復回動の駆動力を低減させることなく、ミラー部の回動角を検出するセンサの出力増大を図る。【解決手段】光偏向器１は、ミラー部２と、ミラー部２から延び出るトーションバー５ｂを両側から共働して往復回動させるサブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄと、サブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄにおいてアクチュエータ力発生用の第１圧電膜層とは分離して形成された第２圧電膜層の両面間電圧を出力する圧電センサ１３ｃ，１３ｄと、圧電センサ１３ｃの第２圧電膜層の一面側及び他面側をそれぞれ圧電センサ１３ｄの第２圧電膜層の他面側及び一面側に接続するセンサ間配線２４ａ，２４ｂとを備える。【選択図】図２
2017102412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を反射して反射光を出射するミラー部と、
前記ミラー部に対して設定した回転軸線に沿って前記ミラー部から突出するトーションバーと、
第１圧電膜層を有し、前記回転軸線に対して両側から前記トーションバーに先端部において結合し、前記第１圧電膜層の両面間の印加電圧に応じて変形し、この変形によって前記トーションバーとの結合部を前記回転軸線の回りに往復回動させる一対の圧電アクチュエータと、
前記一対の圧電アクチュエータの基端部を支持する支持部と、
前記一対の圧電アクチュエータに対して個別に設けられ、対応する圧電アクチュエータの変形に応じて第２圧電膜層の両面間に発生する電圧を出力する一対の圧電センサと、
前記一対の圧電センサのうちの一方の圧電センサの前記第２圧電膜層の一面側を他方の圧電センサの前記第２圧電膜層の他面側に接続し、前記一方の圧電センサの前記第２圧電膜層の他面側を前記他方の圧電センサの前記第２圧電膜層の一面側に接続するセンサ間配線とを備えることを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
請求項１記載の光偏向器において、
前記一方の圧電センサの前記第２圧電膜層の両面間の発生電圧を前記支持部まで導く一対の信号出力用配線を備え、
前記センサ間配線は、前記トーションバー上に前記トーションバーを横断して形成されていることを特徴とする光偏向器。
【請求項３】
請求項２記載の光偏向器において、
前記トーションバーは、前記ミラー部とは反対側の端部において前記支持部に結合し、
前記一対の信号出力用配線のうち、前記一方の圧電センサの第２圧電膜層の一面側に接続されている信号出力用配線は、前記トーションバーの前記ミラー部とは反対側の端部を経由して前記支持部へ至っていることを特徴とする光偏向器。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の光偏向器において、
前記一方の圧電センサの第２圧電膜層が形成されている一方の圧電アクチュエータは、前記第１圧電膜層の他面側及び前記第２圧電膜層の他面側の両方に接触しているグランド電極層を有し、
該グランド電極層は、前記一方の圧電アクチュエータの基端部を介して前記支持部のグランド配線に接続されていることを特徴とする光偏向器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光偏向器において、
前記第１圧電膜層及び前記第２圧電膜層は、各圧電アクチュエータの先端側の端部範囲において前記回転軸線の方向にそれぞれ前記ミラー部側とは反対側の領域及び前記ミラー部側の領域を占めていることを特徴とする光偏向器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラー部を所定の回転軸線の回りに往復回動させつつ、入射光をミラー部により反射させて、反射光を出射する光偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の製造技術を使用して製造された光偏向器を、車両の前照灯や画像表示装置等で、利用することが知られている。
【０００３】
ＭＥＭＳの一種である一般的な光偏向器は、ミラー部を所定の回転軸線の回りに往復回動させつつ、入射光をミラー部により反射させて、反射光を出射している。反射光は、走査光として所定の走査領域を走査するようになっているが、走査領域における走査光の照射点を適切に制御するためには、反射光の照射先を決めるミラー部の回動角を検出する必要がある。
【０００４】
特許文献１は、ミラー部に対して設定した回転軸線に沿ってミラー部から突出するトーションバーと、トーションバーを回転軸線の回りに往復回動させる一対の圧電アクチュエータとを備える光偏向器を開示する。該光偏向器では、一方の圧電アクチュエータにミラー部の回動角を検出するための圧電センサが設けられる。この圧電センサは、アクチュエータ力を発生する圧電膜層とは別に形成された圧電膜層を有し、該圧電膜層に圧電アクチュエータの変形に応じて発生した電圧を出力している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−５６０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＭＥＭＳの光偏向器における圧電アクチュエータの面積は小さいので、圧電アクチュエータの圧電膜層の一部を圧電センサ用に利用するときの圧電センサの圧電膜層の面積も制限され、この結果、圧電センサの出力は小さいものになる。また、圧電センサの出力を大きくするために、圧電センサ用の圧電膜層の面積を増大すると、その分、アクチュエータ力発生用の圧電膜層の面積が減少し、この結果、アクチュエータ力が弱まって、ミラー部の往復回動に支障をきたす。
【０００７】
本発明の目的は、ミラー部の往復回動に支障を生じることなく、ミラー部の回動角の検出出力を増大する光偏向器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光偏向器は、
入射光を反射して反射光を出射するミラー部と、
前記ミラー部に対して設定した回転軸線に沿って前記ミラー部から突出するトーションバーと、
第１圧電膜層を有し、前記回転軸線に対して両側から前記トーションバーに先端部において結合し、前記第１圧電膜層の両面間の印加電圧に応じて変形し、この変形によって前記トーションバーとの結合部を前記回転軸線の回りに往復回動させる一対の圧電アクチュエータと、
前記一対の圧電アクチュエータの基端部を支持する支持部と、
前記一対の圧電アクチュエータに対して個別に設けられ、対応する圧電アクチュエータの変形に応じて第２圧電膜層の両面間に発生する電圧を出力する一対の圧電センサと、
前記一対の圧電センサのうちの一方の圧電センサの前記第２圧電膜層の一面側を他方の圧電センサの前記第２圧電膜層の他面側に接続し、前記一方の圧電センサの前記第２圧電膜層の他面側を前記他方の圧電センサの前記第２圧電膜層の一面側に接続するセンサ間配線とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、トーションバーに対して両側の圧電アクチュエータにおける一対の圧電センサを相互に接続するセンサ間配線は、一方の圧電センサの第２圧電膜層の一面側を他方の圧電センサの第２圧電膜層の他面側に接続し、一方の圧電センサの第２圧電膜層の他面側を他方の圧電センサの第２圧電膜層の一面側に接続する。したがって、変形の向きが両側の圧電アクチュエータにおいて逆になっているにもかかわらず、トーションバーに対して両側の圧電アクチュエータにおける一対の圧電センサから同位相の発生電圧を出力させて、ミラー部の回動角の検出出力を、圧電センサが１つであるときよりも、ほぼ２倍に増大することができる。
【００１０】
回転軸線の回りのミラー部の往復回動を安定化させるためには、両側の圧電アクチュエータの回転駆動力を均衡化する必要があり、両側の圧電アクチュエータの回転駆動力は、最大回転駆動力の小さい方の圧電アクチュエータの回転駆動力に合わせる必要がある。両側の圧電アクチュエータのうちの一方の圧電アクチュエータの第２圧電膜層の面積の増大により、圧電センサの出力増大を図ると、該一方の圧電アクチュエータの最大回転駆動力のみが大きく低下し、両側の圧電アクチュエータが、共働して、ミラー部を安定して往復回動させるときの回転駆動力が大きく低下してしまう。
【００１１】
本発明によれば、ミラー部の回動角の検出出力を増大させるために、１つの圧電アクチュエータにおける第２圧電膜層の面積を増大するのではなく、回転軸線に対して両側の圧電アクチュエータの各々において、第２圧電膜層を形成して、光偏向器全体として、第２圧電膜層の面積を増大して、ミラー部の回動角の検出出力を増大するようにしている。これにより、両側の圧電アクチュエータが、共働して、ミラー部を安定して往復回動させるときの回転駆動力の低下を抑制することができる。
【００１２】
本発明において、前記一方の圧電センサの前記第２圧電膜層の両面間の発生電圧を前記支持部まで導く一対の信号出力用配線を備え、前記センサ間配線は、前記トーションバー上に前記トーションバーを横断して形成されていることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、センサ間配線は、トーションバー上にトーションバーを横断して形成されるので、一対の圧電センサの信号出力用配線は、計２本で済ませることができる。この結果、各圧電センサごとに一対の信号出力用配線を設けて、一対の圧電センサ全体で信号出力用配線が合計４本になるときよりも、信号出力用配線を２本、減らすことができる。
【００１４】
本発明において、前記トーションバーは、前記ミラー部とは反対側の端部において前記支持部に結合し、前記一対の信号出力用配線のうち、前記一方の圧電センサの第２圧電膜層の一面側に接続されている信号出力用配線は、前記トーションバーの前記ミラー部とは反対側の端部を経由して前記支持部へ至っていることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、一方の圧電センサの第２圧電膜層の一面側に接続されている信号出力用配線は、トーションバーのミラー部とは反対側の端部を経由して支持部へ至っている。圧電アクチュエータには、第１圧電膜層の一面側に電圧を印加するための電圧印加配線があり、該電圧印加配線は、一般に、圧電アクチュエータの基端部を介して支持部に至っている。一方の圧電センサの第２圧電膜層の一面側に接続されている信号出力用配線が、圧電アクチュエータの基端部を介することなく、トーションバーを介して支持部に至ることにより、圧電アクチュエータの基端部における配線密度の増大を回避することができる。
【００１６】
本発明において、前記一方の圧電センサの第２圧電膜層が形成されている一方の圧電アクチュエータは、前記第１圧電膜層の他面側及び前記第２圧電膜層の他面側の両方に接触しているグランド電極層を有し、該グランド電極層は、前記一方の圧電アクチュエータの基端部を介して前記支持部のグランド配線に接続されていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、一方の圧電アクチュエータは、第１圧電膜層の他面側及び第２圧電膜層の他面側の両方に接触しているグランド電極層を有する。これにより、一方の圧電アクチュエータにおける第１圧電膜層の他面側及び第２圧電膜層の他面側のグランド配線を１つにまとめて、グランド配線の本数を低減することができる。
【００１８】
本発明において、前記第１圧電膜層及び前記第２圧電膜層は、各圧電アクチュエータの先端側の端部範囲において前記回転軸線の方向にそれぞれ前記ミラー部側とは反対側の領域及び前記ミラー部側の領域を占めていることが好ましい。
【００１９】
この構成よれば、各圧電アクチュエータの先端側の端部範囲は、全部が第２圧電膜層により占められることなく、回転軸線の方向にミラー部側とは反対側は、第１圧電膜層が占める。各圧電アクチュエータの先端側の端部範囲の一部は第１圧電膜層として残すことにより、圧電センサの出力増大にもかかわらず所望のアクチュエータ力の低下を最小限に抑制することができる。
【００２０】
さらに、第２圧電膜層は、各圧電アクチュエータの先端側の端部範囲において、回転軸線の方向にミラー部側を占めるので、ミラー部とは反対側を占めるときよりも、ミラー部に接近し、圧電センサによるミラー部の回動角の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】光偏向器の概略構成図である。
【図２】トーションバー及びその周辺の拡大図である。
【図３】光偏向器の積層構造の断面図である。
【図４】トーションバーとその両側のサブアクチュエータの先端部とを含む範囲をトーションバーの軸線方向のそれぞれの位置で横方向に沿って切った積層断面図であり、図４Ａは縦方向にミラー部に近い方のセンサ間配線の箇所で切った積層断面図、図４Ｂは縦方向にミラー部から遠い方のセンサ間配線の箇所で切った積層断面、図４Ｃは縦方向に一方のセンサ膜領域から信号出力用配線の引出し箇所で切った積層断面図である。
【図５】各圧電センサの出力を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は光偏向器１の概略構成図である。なお、図１に光源として図示されているレーザ装置１４は、光偏向器１の構成要素には含まれない。光偏向器１は、ＭＥＭＳの製造技術を用いて製造される。光偏向器１は、中心に回動自在に配置されるミラー部２、ミラー部２を外側から包囲する内側矩形枠３、及び内側矩形枠３を外側から包囲する外側矩形枠４を備えている。
【００２３】
図１において、ミラー部２は真正面を向いている状態で示されている。なお、真正面の向きとは、ミラー部２のミラー面２ａの法線が、光偏向器１を構成するＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板３５（図３）における積層方向と同一方向になっている向きである。
【００２４】
光偏向器１の構成を説明する便宜上、外側矩形枠４の長辺方向及び短辺方向に対して平行な方向をそれぞれ横方向Ｑ及び縦方向Ｒと定義する。前述のＳＯＩ基板３５における積層方向は、横方向Ｑ及び縦方向Ｒの両方向に対して直角方向となっている。また、光偏向器１の厚み方向の両面について、レーザ装置１４からの入射光Ｌａが入射する側の面を表面と定義し、表面とは反対側の面を裏面と定義する。ミラー面２ａが形成されているミラー部２の面は、ミラー部２の表面側となる。
【００２５】
光偏向器１は、その作動時に運動したり変位したりする要素（例：ミラー部２等）を含むが、光偏向器１の構成を、ミラー面２ａが真正面を向いている時の状態で説明する。
【００２６】
一対のトーションバー（弾性梁）５ａ，５ｂは、縦方向Ｒにミラー部２の両側から突出し、突出端において内側矩形枠３の内周縁に結合している。以降、トーションバー５ａ，５ｂについて、特に区別していないときは、「トーションバー５」と総称する。
【００２７】
ミラー部２の２つの回転軸線を第１及び第２回転軸線と呼ぶことにすると、トーションバー５の軸線は、第１回転軸線に一致する。第２回転軸線は第１回転軸線に直交する。また、第１及び第２回転軸線は、共にミラー面２ａの法線に対して直交する。
【００２８】
内側アクチュエータ６ａ，６ｂは、第１回転軸線に対して対称の形状となっており、ミラー部２及びトーションバー５と共に、内側矩形枠３の内周縁を画成する円形孔１０内に配設されている。内側アクチュエータ６ａは、サブアクチュエータ１１ａ，１１ｃ、及び柄部１２ａを有し、内側アクチュエータ６ｂは、サブアクチュエータ１１ｂ，１１ｄ、及び柄部１２ｂを有する。
【００２９】
柄部１２ａ，１２ｂは、第２回転軸線に沿って、円形孔１０内に形成されている。柄部１２ａ，１２ｂは、共に基端側において内側矩形枠３の内周縁に結合し、先端側において、柄部１２ａはサブアクチュエータ１１ａ，１１ｃの境界部に結合し、柄部１２ｂは、サブアクチュエータ１１ｂ，１１ｄの境界部に結合している。
【００３０】
サブアクチュエータ１１ａ〜１１ｄは、円周の１／４の長さの円弧の形状なっており、全体で円周形状を構成する。サブアクチュエータ１１ａ，１１ｂは、トーションバー５ａを第１回転軸線の回りに往復回動させ、サブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄは、トーションバー５ｂを第１回転軸線の回りに往復回動させる。
【００３１】
サブアクチュエータ１１ａ，１１ｂの圧電膜層４５（図３）は、アクチュエータ機能用の第１圧電膜層を構成する。サブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄの圧電膜層４５（図３）は、アクチュエータ機能用の圧電膜層としての第１圧電膜層と、圧電センサ用の第２圧電膜層とに分かれる。
【００３２】
ミラー部２の往復回動では、内側アクチュエータ６ａとトーションバー５ａ，５ｂとの結合部と、内側アクチュエータ６ｂとトーションバー５ａ，５ｂとの結合部とは、光偏向器１の厚み方向に相互に反対方向に変位する必要がある。したがって、内側アクチュエータ６ａの第１圧電膜層への印加電圧と、内側アクチュエータ６ｂの第１圧電膜層への印加電圧とは、１８０°の位相差で増減するものとなる。なお、印加電圧は、典型的には正弦波形である。
【００３３】
以降、内側アクチュエータ６ａ，６ｂについて、特に区別しないときは、「内側アクチュエータ６」と総称する。サブアクチュエータ１１ａ〜１１ｄについて、特に区別しないときは、「サブアクチュエータ１１」と総称する。柄部１２ａ，１２ｂについて、特に区別しないときは、「柄部１２」と総称する。圧電センサ１３ｃ，１３ｄについて、特に区別しないときは、「圧電センサ１３」と総称する。
【００３４】
外側アクチュエータ７ａ，７ｂは、横方向Ｑに内側矩形枠３の両側に配設されるとともに、内側矩形枠３と外側矩形枠４との間に介在して、内側矩形枠３と外側矩形枠４とを結合している。外側アクチュエータ７ａ，７ｂについて特に区別しないときは、「外側アクチュエータ７」と総称する。外側アクチュエータ７は、複数のユニモルフ圧電カンチレバーをミアンダライン（蛇腹状ライン）に沿って直列に結合したものとなっている。
【００３５】
図示の光偏向器１では、内側矩形枠３に対して横方向Ｑの両側の外側アクチュエータ７ａ，７ｂは、先端側において共に内側矩形枠３の縦方向Ｒの下端部に結合している。したがって、外側アクチュエータ７ａ，７ｂは、第２回転軸線の回りにミラー部２を回動させるために、内側矩形枠３の下端部を表裏方向に同一の向きに振動させる。
【００３６】
このため、各外側アクチュエータ７では、横方向Ｑの配列順に奇数番のカンチレバーと偶数番のカンチレバーとは、光偏向器１の表裏方向に相互に逆向きに湾曲する必要がある。したがって、奇数番のカンチレバーの圧電膜層と偶数番のカンチレバーの圧電膜層とは、波形（例：正弦波）と周波数とが同一で、位相が逆位相である電圧を印加される。
【００３７】
電極パッド８ａ，８ｂは、外側矩形枠４の各短辺部の表面にそれぞれ形成され、光偏向器１の表面に沿って形成された配線（図示せず）や光偏向器１の埋込み配線層（埋込み配線層は、グランド配線として後述の図３の下部電極層４４が利用される。）を介して、内側アクチュエータ６等の各電極と接続されている。
【００３８】
光偏向器１は、プロジェクタや車両前照灯等の製品に装備されるときは、該製品内にレーザ装置１４と共に組み込まれる。レーザ装置１４からの入射光Ｌａは、ミラー部２の回動角に関係なく、同一の光路でミラー部２に入射する。ミラー部２は、同一光路で入射されて来た入射光Ｌａをミラー部２の回動角に応じた向きに反射して、反射光Ｌｂを出射する。反射光Ｌｂは、例えば光偏向器１が光走査装置（光スキャナ）に装備された場合は、所定の照射領域を走査する走査光として使用される。
【００３９】
ミラー部２の作動について概略的に説明する。ミラー部２は、内側アクチュエータ６の作動によりトーションバー５の軸線（第１回転軸線）の回りに往復回動する。ミラー部２は、また、外側アクチュエータ７の作動により、ミラー部２のミラー面２ａに含まれかつミラー面２ａの中心において第１回転軸線と直交する第２回転軸線の回りに往復回動する。
【００４０】
例えば、第１回転軸線の回りのミラー部２の往復回動の周波数は１５ｋＨｚであり、第２回転軸線の回りのミラー部２の往復回動の周波数は６０Ｈｚである。
【００４１】
反射光Ｌｂは、直接、反射光Ｌｂの照射先の走査領域に向かうか、又は図示しない光学系を経由してから、走査領域に向かう。光偏向器１が車両前照灯（走査光装置の一例）に装備される場合、典型的な車両前照灯では、反射光Ｌｂは、第１回転軸線の回りのミラー部２の往復回動により車両前方の照射領域を左右方向に走査する。また、反射光Ｌｂは、第２回転軸線の回りのミラー部２の往復回動により車両前方の照射領域を前後方向に走査する。
【００４２】
図２はトーションバー５ｂ及びその周辺の拡大図である。内側アクチュエータ６ａのサブアクチュエータ１１ｃと内側アクチュエータ６ｂのサブアクチュエータ１１ｄとは、先端部（トーションバー５ｂ側の端部）において横方向Ｑの両側からトーションバー５ｂの中間部に結合している。
【００４３】
サブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄは、配線以外は、トーションバー５ｂの軸線に対して対称の構造になっているので、サブアクチュエータ１１ｃの構造を説明し、サブアクチュエータ１１ｄの構造の説明は省略する。
【００４４】
センサ膜領域１７ｃは、サブアクチュエータ１１ｃの先端側の端部範囲（トーションバー５ｂ側の端部範囲）においてトーションバー５の軸線の方向にミラー部２側の領域を占める。アクチュエータ膜領域１６ｃは、サブアクチュエータ１１ｃにおいてセンサ膜領域１７ｃより基端側（柄部１２ａ側）の領域を占めるとともに、サブアクチュエータ１１ｃの先端側の端部範囲においてはトーションバー５の軸線の方向に内側矩形枠３側（ミラー部２側とは反対側）の領域を占める。トーションバー５の軸線方向のアクチュエータ膜領域１６ｃとセンサ膜領域１７ｃとの長さはアクチュエータ膜領域１６ｃの方が長くなっている。
【００４５】
アクチュエータ膜領域１６ｃにおける下部電極層４４から上部電極層４６までの積層構造部は、サブアクチュエータ１１ｃの主機能部としてアクチュエータ力を発生する。これに対し、センサ膜領域１７ｃにおける下部電極層４４から上部電極層４６までの積層構造部は、サブアクチュエータ１１ｃの追加機能部として圧電センサ１３ｃを構成する。なお、サブアクチュエータ１１ｄのアクチュエータ膜領域１６ｄ、圧電センサ１３ｄ及びセンサ膜領域１７ｄの構造は、サブアクチュエータ１１ｃのアクチュエータ膜領域１６ｃ、圧電センサ１３ｃ及びセンサ膜領域１７ｃの構造にそれぞれ対応している。
【００４６】
スリット５３ｃは、サブアクチュエータ１１ｃにおいてアクチュエータ膜領域１６ｃとセンサ膜領域１７ｃとの境界に形成され、サブアクチュエータ１１ｃのアクチュエータ膜領域１６ｃの圧電膜層とセンサ膜領域１７ｃの圧電膜層とを分離している。スリット５３ｄは、サブアクチュエータ１１ｄにおいてアクチュエータ膜領域１６ｄとセンサ膜領域１７ｄとの境界に形成され、サブアクチュエータ１１ｄのアクチュエータ膜領域１６ｄの圧電膜層とセンサ膜領域１７ｄの圧電膜層とを分離している。分離構造の詳細は、図４で後述する。
【００４７】
以降、スリット５３ｃ，５３ｄについて、特に区別していないときは、「スリット５３」と総称する。
【００４８】
信号出力用配線２１ａ，２１ｂは、該表面においてトーションバー５ｂの軸線方向にセンサ膜領域１７ｃ，１７ｄの位置から内側矩形枠３の位置まで延在している。延長配線２８ａ，２８ｂは、信号出力用配線２１ａ，２１ｂの延長線としての役割をもち、内側矩形枠３の表面に形成され、一端においてそれぞれ信号出力用配線２１ａ，２１ｂの端に接続されている。延長配線２８ａ，２８ｂは、他端において、内側矩形枠３から外側アクチュエータ７ａ，７ｂの表面を経由して、それぞれ所定の電極パッド８ａ，８ｂに接続されている。
【００４９】
信号出力用配線２１ａ，２１ｂ、センサ間配線２４ａ，２４ｂ、及び電気接続点２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂと、センサ膜領域１７ｃ，１７ｄとの間の接続の詳細については、図４を参照して後述する。
【００５０】
図３の光偏向器１の積層構造の断面図である。光偏向器１は、下から順番に熱酸化シリコン膜３９、ＳＯＩ３５、熱酸化シリコン膜４０、下部電極層４４、圧電膜層４５、上部電極層４６の積層構造を有している。ＳＯＩ基板３５は、さらに、下から上にＳｉ支持層３１、中間酸化膜層３２及びＳｉ活性層３３の積層構造になっている。熱酸化シリコン膜３９，４０の厚みは、例えば０.１〜２．０μｍとする。
【００５１】
層間絶縁膜５０は、内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７において、熱酸化シリコン膜４０と熱酸化シリコン膜４０より上の部分を覆っている。層間絶縁膜５０は、外側矩形枠４の表面側にも形成されて、少なくとも電極パッド８と活性層３３との間の絶縁を行うようになっている。また、支持層３１及び活性層３３の材料はＳｉ（ケイ素）である。中間酸化膜層３２は二酸化ケイ素である。層間絶縁膜５０の表面側には、さらに、配線５４が形成される。
【００５２】
下部電極層４４は、詳細には上下２層の金属薄膜から成る。下層の金属薄膜にはチタン（Ｔｉ）が用いられ、上層の金属薄膜には白金（Ｐｔ）が用いられている。また、Ｐｔ上には拡散防止層としてＰｔ上に酸化ストロンチウムルテニウム（ＳｒＲｕＯ３）を形成してもよい。各金属薄膜は、例えば、スパッタ法や電子ビーム蒸着法等により成膜する。
【００５３】
圧電膜層４５には、圧電材料として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられる。圧電膜層４５の厚みは、例えば１〜１０μｍ程度とする。
【００５４】
上部電極層４６の材料としては、Ｐｔ又はＡｕを用いる。上部電極層４６は、例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等により成膜する。下部電極層と同様に圧電膜層４５との間に拡散防止層としてＳｒＲｕＯ３を形成することもできる。また、Ｐｔの上面には、配線５４との密着層としてＴｉを形成することもできる。
【００５５】
層間絶縁膜５０の材料としては酸化シリコン（ＳｉＯ２）又は窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いることができる。また、配線５４の材料としてはアルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。各層の膜厚は、特開２００５−１４８４５９号公報等、すでに公知の文献を参照して適宜設定してもよい。
【００５６】
図３では、内側矩形枠３及びトーションバー５の積層構造の断面は省略している。図示を省略した内側矩形枠３の積層構造は、中間酸化膜層３２から下部電極層４４までの積層範囲を含み、さらに、その上に層間絶縁膜５０が被膜されたものになっている。内側矩形枠３の下部電極層４４は、内側アクチュエータ６の下部電極層４４と一体になっており、内側アクチュエータ６の下部電極層４４をグランド電位に維持する配線としての役割を果たす。トーションバー５の積層構造は、中間酸化膜層３２から熱酸化シリコン膜４０までの積層範囲を含み、さらに、その上に層間絶縁膜５０が被膜されたものになっている。
【００５７】
図４はトーションバー５ｂとサブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄの先端部とを含む範囲をトーションバー５ｂの軸線方向（縦方向Ｒ）のそれぞれの位置で横方向Ｑに沿って切った積層断面図である。図４Ａは、縦方向Ｒにミラー部２に近い方のセンサ間配線２４ｂの箇所で切った積層断面図である。図４Ｂは、縦方向Ｒに縦方向Ｒにミラー部２から遠い方のセンサ間配線２４ａの箇所で切った積層断面図である。図４Ｃは、縦方向Ｒにセンサ膜領域１７ｃからの信号出力用配線２１ａの引出し箇所で切った積層断面図である。
【００５８】
図４において、アクチュエータ膜領域１６ｃ，１６ｄの下部電極層４４、圧電膜層４５及び上部電極層４６と、センサ膜領域１７ｃ，１７ｄの下部電極層４４、圧電膜層４５及び上部電極層４６とは、スリット５３により分断されている。また、スリット５３による分断後、サブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄの表面側は層間絶縁膜５０により被覆される。
【００５９】
信号出力用配線２１ａ，２１ｂは、層間絶縁膜５０による被膜前に、下部電極層４４をパターン処理し、次にエッチング処理することにより形成される。典型的には、信号出力用配線２１ａ，２１ｂは、内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７の下部電極層４４をエッチングにより形成する時に、一緒のエッチング処理で形成される。
【００６０】
センサ間配線２４ａ，２４ｂ及び電気接続点２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂは、層間絶縁膜５０の成膜後に、層間絶縁膜５０の表面にパターニングにより形成される。電気接続点２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂについては、それらの形成前に、層間絶縁膜５０の対応部位に予めコンタクトホールが穿設される。
【００６１】
層間絶縁膜５０において電気接続点２５ａ，２５ｂの対応部位は、それぞれセンサ膜領域１７ｃ，１７ｄにある。層間絶縁膜５０における電気接続点２６ａの対応部位は、センサ膜領域１７ｄの下部電極層４４のトーションバー５側延長部の端に位置する（後述の図４Ｂ）。層間絶縁膜５０における電気接続点２６ｂの対応部位は、センサ膜領域１７ｃの下部電極層４４のトーションバー５側延長部の端に位置する（後述の図４Ａ）。
【００６２】
センサ間配線２４ａは、図４Ｂに図示されているように、電気接続点２５ａを介して電気接続点２５ａとセンサ膜領域１７ｄの下部電極層４４とを接続している。センサ間配線２４ｂは、図４Ａに図示されているように、電気接続点２６ａを介して電気接続点２５ｂとセンサ膜領域１７ｃの下部電極層４４とを接続している。センサ間配線２４ａ，２４ｂは、トーションバー５ｂを横断するように形成されている。
【００６３】
以降、信号出力用配線２１ａ，２１ｂについて、特に区別していないときは、「信号出力用配線２１」と総称する。センサ間配線２４ａ，２４ｂについて、特に区別していないときは、「センサ間配線２４」と総称する。電気接続点２５ａ，２５ｂについて、特に区別していないときは、「電気接続点２５」と総称する。電気接続点２６ａ，２６ｂについて、特に区別していないときは、「電気接続点２６」と総称する。
【００６４】
図４Ｃは、信号出力用配線２１ａが、一端においてセンサ膜領域１７ｃの下部電極層４４と接続している縦方向位置（縦方向Ｒの位置）における断面を示している。信号出力用配線２１ａは、一端においてセンサ膜領域１７ｃの下部電極層４４からトーションバー５の方へ延び出ている。
【００６５】
図４Ｃと共に前述の図２を参照して、信号出力用配線２１ａは、縦方向Ｒにセンサ間配線２４ａよりミラー部２から遠い位置から内側矩形枠３の方へ延在している。これに対し、信号出力用配線２１ｂは、電気接続点２６ａから内側矩形枠３の方へ延在している。信号出力用配線２１ａ，２１ｂは、層間絶縁膜５０の成膜前に、下部電極層４４のエッチングにより下部電極層４４の残存部として形成されたものとなっている。
【００６６】
信号出力用配線２１ａ，２１ｂは、下部電極層４４を利用せずに、形成することもできる。例えば、信号出力用配線２１ａは、層間絶縁膜５０にコンタクトホールを穿設し、下部電極層４４からのＡｌ等の追加配線により形成することもできる。信号出力用配線２１ｂは、電気接続点２６ａやセンサ間配線２４ａからのＡｌ等の追加配線により形成することもできる。
【００６７】
図５は、圧電センサ１３ｃ，１３ｄの出力を示している。図５において、上から１段目の圧電センサ１３ｃの出力Ｖ１は、センサ膜領域１７ｃにおける下部電極層４４に対する上部電極層４６の電位を示す。
【００６８】
上から２段目の圧電センサ１３ｄの反転接続無し時の出力Ｖ３は、センサ間配線２４ａ，２４ｂ無しの状態でセンサ膜領域１７ｄにおける下部電極層４４に対する上部電極層４６の電位を示す。サブアクチュエータ１１ｄはサブアクチュエータ１１ｃに対して光偏向器１の厚み方向に反対方向に変形するので、Ｖ３は、Ｖ１に対して位相が１８０°ずれる。
【００６９】
上から３段目の圧電センサ１３ｄの出力Ｖ２は、センサ間配線２４を追加した場合の圧電センサ１３ｄにおける上部電極層４６に対する下部電極層４４の電位である。この場合、圧電センサ１３ｄの上部電極層４６が圧電センサ１３ｃの下部電極層４４のグランド電位と同一になって、Ｖ２の向きはＶ３の向きとは逆転するので、出力Ｖ２はＶ１と同位相になる。
【００７０】
光偏向器１では、圧電センサ１３ｃの下部電極層４４と圧電センサ１３ｄの上部電極層４６とが、信号出力用配線２１ａから引き出されて、電極パッド８ａへ接続され、圧電センサ１３ｃの上部電極層４６と圧電センサ１３ｄの下部電極層４４とが、信号出力用配線２１ｂから引き出されて、電極パッド８ｂへ接続される。この結果、圧電センサ１３ｃの出力Ｖ１と圧電センサ１３ｄの出力Ｖ２とが合計され、圧電センサが１つだけである場合の出力（出力電力）の２倍の出力（出力電力）を電極パッド８から出力することができる。
【００７１】
サブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄによるトーションバー５ｂの回転駆動力に不均衡があると、第１回転軸線の回りのミラー部２の往復回動が不安定化する原因になる。したがって、サブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄによるトーションバー５ｂの回転駆動力は、サブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄのうち、最大回転駆動力の小さい方のサブアクチュエータの回転駆動力に合わせる必要がある。
【００７２】
この光偏向器１では、圧電センサの出力を２倍にするために、サブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄの一方のセンサ膜領域の面積を増大するのではなく、サブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄの両方に圧電センサ１３ｃ，１３ｄを設けて、光偏向器１全体の圧電センサの圧電膜層の面積を増大して、ミラー部２の回動角の検出出力を増大するようにしている。したがって、光偏向器１全体の圧電センサの圧電膜層の面積増大にもかかわらず、サブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄの最大回転駆動力の不均衡は解消され、サブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄが、共働して、ミラー部２を安定して往復回動させるときの回転駆動力の低下が抑制される。
【００７３】
また、サブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄの先端側の端部範囲は、全部がセンサ膜領域１７ｃ，１７ｄにより占められることなく、トーションバー５ｂの軸線の方向に内側矩形枠３の側は、アクチュエータ膜領域１６ｃ，１６ｄが占める。圧電センサの出力を増大するために、サブアクチュエータ１１ｃ及び１１ｄの一方のみの先端側の端部範囲の全部をセンサ膜領域とする仕方もあるが、サブアクチュエータ１１ｃ及び１１ｄの各々の先端側の端部範囲の一部はアクチュエータ膜領域１６ｃ，１６ｄで残すことにより、アクチュエータ膜領域１６ｃ，１６ｄの面積の減少量を抑えて、アクチュエータ力の低下を最小限に抑えることができる。
【００７４】
さらに、センサ膜領域１７ｃ，１７ｄは、各サブアクチュエータの先端側の端部範囲において、トーションバー５の軸線方向にミラー部２側を占めるので、内側矩形枠３側を占めるときよりも、ミラー部２に接近し、ミラー部２の回動角の検出精度を高めることができる。
【００７５】
本発明の実施形態について説明したが、本発明は、該実施形態に限定することなく、種々に変形して実施することができる。
【００７６】
例えば、図２及び図４に図示の実施形態では、信号出力用配線２１ａがセンサ膜領域１７ｃの下部電極層４４から引き出されている。しかしながら、図４において、スリット５３ｃの下端を圧電膜層４５の下面までとし、下部電極層４４は、アクチュエータ膜領域１６ｃとセンサ膜領域１７ｃとにおいてスリット５３ｃにより分断されることなく、一体のまま残すこともできる。典型的な光偏向器では、下部電極層４４は、該光偏向器の電気素子に共通のグランド電極層と共通に使用することがある。その場合、グランド電極層としての下部電極層４４は、途中で分断されることなく、最終的に外側矩形枠４のグランド配線としての下部電極層４４と一体になって、グランド電位の電極パッド８ａに接続されている。
【００７７】
したがって、サブアクチュエータ１１ｃにおいて、アクチュエータ膜領域１６ｃとセンサ膜領域１７ｃとの下部電極層４４を一体化することにより、センサ膜領域１７ｃの下部電極層４４はグランド電位にされる。この結果、外側アクチュエータ７ａにおける配線密度の増大が回避される。
【００７８】
なお、サブアクチュエータ１１ｃにおいて、アクチュエータ膜領域１６ｃとセンサ膜領域１７ｃとの下部電極層４４を一体化することにより、トーションバー５ｂにおける信号出力用配線２１ａは省略できるのに対し、信号出力用配線２１ｂは、省略できない。したがって、信号出力用配線２１ｂは、信号出力用配線２１ａを省略したときも、実施形態のようにトーションバー５ｂに形成されるか、又はトーションバー５ｂではなく、サブアクチュエータ１１ｃ及び柄部１２ｂを経由するように、形成して、対応の電極パッド８ｂに接続する必要がある。
【００７９】
実施形態では、トーションバー５は、ミラー部２とは反対側の端部において支持部としての内側矩形枠３に結合しているが、該反対側の端部は、内側矩形枠３から分離していてもよい。その場合、信号出力用配線２１は、トーションバー５の反対側の端部から内側矩形枠３へ至ることなく、サブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄのアクチュエータ膜領域１６の表面に形成されて、サブアクチュエータ１１の基端部から柄部１２を経て、内側矩形枠３へ至ることになる。
【００８０】
実施形態では、第１圧電膜層としてのアクチュエータ膜領域１６ｃ，１６ｄの圧電膜層４５の材料、及び第２圧電膜層としてのセンサ膜領域１７ｃ，１７ｄの圧電膜層４５の材料は、共に、ＰＺＴとなっているが、それ以外の材料を用いることができる。
【００８１】
実施形態では、圧電膜層４５の表面と裏面との間の電圧を圧電膜層の両面間の印加電圧又は発生電圧としているとともに、圧電膜層４５の表面側及び裏面側をそれぞれ圧電膜層の一面側及び他面側にしている。しかしながら、圧電膜層４５の裏面側及び表面側をそれぞれ圧電膜層の一面側及び他面側にすることもできる。
【００８２】
実施形態では、圧電センサ１３ｃ，１３ｄをそれぞれ一方の圧電センサ及び他方の圧電センサとしている。しかしながら、圧電センサ１３ｃ，１３ｄをそれぞれ他方の圧電センサ及び一方の圧電センサとすることもできる。
【００８３】
実施形態の光偏向器１は、ミラー面２ａで反射した反射光Ｌｂを二次元の走査光として使用するために、ミラー部２は、相互に直交する第１及び第２回転軸線の回りにそれぞれの周波数で往復回動するようになっている。本発明の光偏向器は、一次元走査型の光偏向器にも適用できる。その場合、内側矩形枠３が、一対のアクチュエータとしてのサブアクチュエータ１１ｃ，１１ｄの基端部を支持する支持部を構成する。また、第１及び第２回転軸線は、直交することなく、９０°以外の所定の角度で交差したものであってもよい。
【００８４】
図示の例では、トーションバー５ｂを横断する（トーションバー５ｂの幅方向に延在する）センサ間配線２４ａ，２４ｂや、トーションバー５ｂを長手方向に延在する信号出力用配線２１ａ，２１ｂは、表面に露出状態になっているが、これら配線上をパッシベーション膜で被膜してもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１・・・光偏向器、２・・・ミラー部、２ａ・・・ミラー面、３・・・内側矩形枠（支持部）、４・・・外側矩形枠（支持部）、５ａ，５ｂ・・・トーションバー、６ａ，６ｂ・・・内側アクチュエータ（アクチュエータ）、１１ｃ，１１ｄ・・・サブアクチュエータ、１３ｃ，１３ｄ・・・圧電センサ、１６ｃ，１６ｄ・・・アクチュエータ膜領域、１７ｃ，１７ｄ・・・センサ膜領域、２１ａ，２１ｂ・・・信号出力用配線、２４ａ，２４ｂ・・・センサ間配線、４４・・・下部電極層、４５・・・圧電膜層（第１圧電膜層及び第２圧電膜層）、４６・・・上部電極層、５３ｃ，５３ｄ・・・スリット。
【図１】
2017102412.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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