光走査装置及びその製造方法
【課題】従来のミラー部のサイズに比べて装置全体のサイズを小さくできる、圧電駆動方式の光走査装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】光ビームを反射するミラー部２と、圧電素子を備えて圧電駆動部として機能する可動支持体３Ａ〜３Ｄと、可動支持体３Ａ〜３Ｄを囲む固定枠部４とを備え、ミラー部２と可動支持体３Ａ〜３Ｄの互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバー５、６で可動支持体３Ａ〜３Ｄの内側にミラー部２を軸支し、トーションバー５、６と軸方向が直交するように固定枠部４と可動支持体３Ａ〜３Ｄの前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部７Ａ〜７Ｄで固定枠部４の内側に可動支持体３Ａ〜３Ｄを軸支し、圧電素子に駆動信号を印加してミラー部２を揺動駆動する構成とした。
【解決手段】光ビームを反射するミラー部２と、圧電素子を備えて圧電駆動部として機能する可動支持体３Ａ〜３Ｄと、可動支持体３Ａ〜３Ｄを囲む固定枠部４とを備え、ミラー部２と可動支持体３Ａ〜３Ｄの互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバー５、６で可動支持体３Ａ〜３Ｄの内側にミラー部２を軸支し、トーションバー５、６と軸方向が直交するように固定枠部４と可動支持体３Ａ〜３Ｄの前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部７Ａ〜７Ｄで固定枠部４の内側に可動支持体３Ａ〜３Ｄを軸支し、圧電素子に駆動信号を印加してミラー部２を揺動駆動する構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを走査する光走査装置に関し、特に、圧電素子を利用してミラー部を駆動する光走査装置に関する。また、この光走査装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光等の光ビームを走査する光走査装置は、レーザディスプレイ装置やレーザ測距装置等の様々な光学機器に用いられる。そして、近年では、携帯電話等の携帯機器に組込む投影型ディスプレイ装置等の光学機器に適用する半導体製造技術を利用して製造した光走査装置が提案されている。
【０００３】
この種の光走査装置として、例えば特許文献１に記載されているような圧電素子を利用してミラー部を駆動する圧電駆動方式の光走査装置がある。特許文献１の図５に記載された光走査装置は、内部可動枠の内側に第１のトーションバーを介してミラー部を回動可能に軸支、支持体の内側に第１のトーションバーと軸方向が交差する第２のトーションバーを介して内部可動枠を回動可能に軸支する。そして、第１のトーションバーの両側に圧電素子を設けた第１の圧電振動板をミラー部を囲むように接続し、第２のトーションバーの両側に圧電素子を設けた第２の圧電振動板を内部可動枠を囲むように接続し、第１の圧電振動板の中間部を内部可動枠に接続し、第２の圧電振動板の中間部を支持体に接続する構成である。
【０００４】
かかる構成の光走査装置は、第１の圧電振動板の圧電素子に互いに位相の異なる交流電圧を印加すると、各圧電素子が交互に収縮することにより、第１の圧電振動板がその厚さ方向に振動して第１のトーションバーに回転トルクが作用し、ミラー部が第１のトーションバー回りに揺動する。同じように、第２の圧電振動板の圧電素子に互いに位相の異なる交流電圧を印加すると、第２の圧電振動板を介して第２のトーションバーに回転トルクが作用し、内部可動枠が第２のトーションバー回りに揺動する。第１のトーションバーと第２のトーションバーは軸方向が互いに直交するので、ミラー部により光ビームを２次元走査することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このような２次元走査を行う光走査装置としては、コスト面とより広い応用が期待できるという点で、ミラー部はできるだけ大きく装置全体の大きさはできるだけ小さくすることが好ましい。しかしながら、特許文献１に記載された光走査装置は、支持体と内部可動枠間及び内部可動枠とミラー部間にそれぞれ圧電振動板を配置する必要があり、そのためのスペースを確保しなければならない。このため、ミラー部のサイズを大きくしようとすればそれに応じて装置サイズも大きくなり、逆に、装置のサイズを小さくしようとすればミラー部のサイズも小さくなる。
【０００７】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、従来のミラー部のサイズに比べて装置全体のサイズを小さくできる光走査装置を提供することを目的とする。また、このような光走査装置の製造方法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】
このため、請求項１記載の本発明の光走査装置は、光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置しそれぞれが圧電素子を備えて圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記４つの圧電素子のうち少なくとも１つに駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動することを特徴とする。
【０００９】
かかる構成では、固定枠部の内側に、圧電素子を備えて圧電駆動部として機能する４つの可動支持体がトーションバー機能を有する連結部で軸支され、４つの可動支持体の内側にトーションバーを介してミラー部が軸支され、少なくとも１つの圧電素子に駆動信号を印加することにより、ミラー部が揺動駆動する。例えば、ミラー部、可動支持体、トーションバー及び連結部からなる可動部分におけるトーションバー回りの固有振動数に対応する共振周波数の駆動信号を少なくとも１つの圧電素子に印加した場合は、トーションバー回りにミラー部が揺動する。また、前記可動部分の連結部回りの固有振動数に対応する共振周波数の駆動信号を少なくとも１つの圧電素子に印加した場合は、連結部周りに可動支持体とミラー部が一体に揺動する。これにより、ミラー部により光ビームを１次元走査できるようになる。更に、少なくとも２つの圧電素子に、トーションバー回りの固有振動数に対応する共振周波数の駆動信号と連結部回りの固有振動数に対応する共振周波数の駆動信号をそれぞれ印加した場合、連結部周りに可動支持体とミラー部が揺動しつつミラー部がトーションバー回りに揺動し、ミラー部により光ビームを２次元走査できるようになる。
【００１０】
また、請求項２記載の本発明の光走査装置は、光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置し少なくとも１つが圧電素子を備えた圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記圧電素子に駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動することを特徴とする。
【００１１】
かかる構成では、固定枠部の内側に、少なくとも１つが圧電素子を備えた圧電駆動部として機能する４つの可動支持体がトーションバー機能を有する連結部で軸支され、４つの可動支持体の内側にトーションバーを介してミラー部が軸支され、圧電素子に駆動信号を印加することにより、ミラー部が揺動駆動する。例えば、ミラー部、可動支持体、トーションバー及び連結部からなる可動部分におけるトーションバー回りの固有振動数に対応する共振周波数の駆動信号を圧電素子に印加した場合は、トーションバー回りにミラー部が揺動する。また、前記可動部分の連結部回りの固有振動数に対応する共振周波数の駆動信号を圧電素子に印加した場合は、連結部周りに可動支持体とミラー部が一体に揺動する。これにより、ミラー部により光ビームを１次元走査できるようになる。
【００１２】
本発明の光走査装置の製造方法は、光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置しそれぞれが圧電素子を備えて圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記４つの圧電素子のうち少なくとも１つに駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動する構成の請求項１に記載の光走査装置の製造方法であって、半導体基板表面に、前記圧電素子を構成する下部電極、圧電膜及び上部電極を順次積層する工程と、前記上部電極と圧電膜のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて上部電極と圧電膜をエッチングして４つの可動支持体に圧電素子を形成する工程と、前記下部電極のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて下部電極をエッチングし、更に、半導体基板をエッチングして、前記可動支持体、ミラー部、トーションバー及び連結部の各部を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光走査装置の製造方法は、光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置し少なくとも１つが圧電素子を備えた圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記圧電素子に駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動する構成の請求項２に記載の光走査装置の製造方法であって、半導体基板表面に、前記圧電素子を構成する下部電極、圧電膜及び上部電極を順次積層する工程と、前記上部電極と圧電膜のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて上部電極と圧電膜をエッチングして圧電駆動部として機能する可動支持体に圧電素子を形成する工程と、前記下部電極のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて下部電極をエッチングし、更に、半導体基板をエッチングして、前記可動支持体、ミラー部、トーションバー及び連結部の各部を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光走査装置によれば、固定枠部の内側に圧電駆動部として機能する４つの可動支持体がトーションバー機能を有する連結部で軸支され、４つの可動支持体の内側にトーションバーを介してミラー部が軸支される構成としたので、ミラー部を支持する４つの可動支持部が圧電駆動部を兼ねることになり、従来のようにミラー部を支持する支持部材と別に圧電駆動部の配置スペースを設ける必要がない。従って、従来と同じミラーサイズで装置の小型化が可能となり、逆に、従来と同じ装置サイズでミラー部の大型化が可能となる。
【００１５】
また、本発明の光走査装置の製造方法によれば、半導体基板表面に、圧電素子の下部電極、圧電膜及び上部電極を順次積層し、上部電極と圧電膜、下部電極及び半導体基板を、所定のマスクパターンを形成して順次エッチングすることにより、光走査装置を製造することができるので、光走査装置を簡単な製造工程で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る光走査装置の一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｙ矢視断面図である。
【図３】本実施形態の光走査装置のトーションバー回りの揺動モードを示す図である。
【図４】本実施形態の光走査装置の連結部回りの揺動モードを示す図である。
【図５】本発明に係る光走査装置の製造工程の説明図である。
【図６】図５に続く製造工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明に係る光走査装置の一実施形態の平面図を示す。
図１において、本実施形態の光走査装置１は、光ビームを反射するミラー部２と、このミラー部の周囲に配置した４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄと、この４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄの周囲を囲む固定枠部４とを備え、可動支持体３Ａ〜３Ｄの内側に、トーションバー５、６を介してミラー部２を回動可能に軸支し、固定枠部４の内側に、トーションバー５、６と軸方向が直交する連結部７Ａ〜７Ｄにより可動支持体３Ａ〜３Ｄを回動可能に軸支する構成である。これらミラー部２、可動支持体３Ａ〜３Ｄ、固定枠部４、トーションバー５、６及び連結部７Ａ〜７Ｄは、半導体基板として、例えば、酸化膜（ＳｉＯ２）層１２をシリコン層１１で挟んだサンドイッチ構造のＳＯＩ(Silicon-on-insulator)基板（図２に示す）を用いて一体に形成される。
【００１８】
前記ミラー部２は、円形状に形成され、図１のＸ−Ｙ矢視断面図である図２に示すように、ＳＯＩ基板表面に形成した酸化膜（ＳｉＯ２）１２上に、光ビームを反射するミラー２Ａが積層形成されている。本実施形態では、ミラー２Ａは、後述する圧電素子２０の金属薄膜で構成される下部電極２１と同じ金属薄膜で形成したが、別の金属素材を用いて形成してもよいことは言うまでもない。
【００１９】
前記４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄは、前記ミラー部２を回動可能に支持する支持体としての役割を有すると共に、それぞれに前記圧電素子２０を備えてミラー部２を駆動する圧電駆動部としても機能するものである。可動支持体３Ａ〜３Ｄは、円形状のミラー部２と同心でそれぞれ円弧状に形成され、図２に示すようにＳＯＩ基板表面の前記酸化膜１２上に圧電素子２０が形成されている。圧電素子２０は、下部電極２１、圧電膜２２及び上部電極２３の積層構造である。尚、本実施形態では、下部電極２１をチタン（Ｔｉ）層２１ａと白金（Ｐｔ）層２１ｂで、圧電膜２２をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で、上部電極２３を白金（Ｐｔ）で、それぞれ形成している。
【００２０】
ミラー部２と４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄを連結するトーションバー５、６のミラー部側端部は、ミラー部２にその周縁部から中央に向けて切込み８を設けてミラー部２の周縁部より中央部寄りでミラー部２と連結している。こうすることにより、トーションバー５、６の長さを、可動支持体３Ａ〜３Ｄとミラー部２間の距離よりも長くしてトーションバー５、６に柔軟性を持たせると共に、ミラー部２とトーションバー５、６の連結部分に作用する応力を緩和するようにしている。また、トーションバー５、６の可動支持体側端部は、二股状に分割形成し、一方のトーションバー５は、２つの可動支持体３Ａと３Ｂの互いに近接する端部の内側角部に連結し、他方のトーションバー６は、２つの可動支持体３Ｃと３Ｄの互いに近接する端部の内側角部に連結している。
【００２１】
前記固定枠部４は、その内側にミラー部２及び可動支持体３Ａ〜３Ｄと同心の円形状の開口を有し、この開口部分に可動支持体３Ａ〜３Ｄを支持している。固定枠部４の表面は前述した圧電素子２０の下部電極２１で覆われている。
【００２２】
固定枠部４と可動支持体３Ａ〜３Ｄを連結する連結部７Ａ〜７Ｄは、トーションバーの機能を有するように形成され、その可動支持体側は、トーションバー５、６と軸方向が直交するように各可動支持体３Ａ〜３Ｄのトーションバー５、６が連結している前記内側角部と対角位置にある各外側角部にそれぞれ連結している。そして、固定枠部４の例えば４隅には、各可動支持体３Ａ〜３Ｄ上の各圧電素子２０に外部回路から駆動信号を供給するため４つの電極端子９Ａ〜９Ｄが形成されている。
【００２３】
本実施形態の光走査装置１では、４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄにそれぞれ形成した４つの圧電素子２０のうち少なくとも１つに、電極端子９Ａ〜９Ｄを介して上部電極２３と下部電極２１に交流駆動信号を印加すると、可動支持体３Ａ〜３Ｄに設けた圧電体２２が収縮する。印加する交流駆動信号の周波数を、ミラー部２、可動支持体３Ａ〜３Ｄ、トーションバー５、６及び連結部７Ａ〜７Ｄの可動部分におけるトーションバー５、６回りの固有振動数に対応する共振周波数とすると、図３に示すように、ミラー部２がトーションバー５、６を軸として揺動する。また、４つの圧電素子２０のうち少なくとも１つに、印加する交流駆動信号の周波数を、ミラー部２、可動支持体３Ａ〜３Ｄ、トーションバー５、６及び連結部７Ａ〜７Ｄの可動部分における連結部７Ａ〜７Ｄ回りの固有振動数に対応する共振周波数とすると、図４に示すように、連結部７Ａ〜７Ｄを軸として可動支持体３Ａ〜３Ｄとミラー部２が一体となって揺動する。更に、トーションバー５、６回りの固有振動数に対応する共振周波数と連結部７Ａ〜７Ｄ回りの固有振動数に対応する共振周波数の交流駆動信号を、４つの圧電素子２０のうち少なくとも２つにそれぞれ同時に印加した場合には、ミラー部２は、トーションバー５、６回りに揺動すると共に、同時に連結部７Ａ〜７Ｄ回りに揺動する。
【００２４】
従って、４つの圧電素子２０のうち少なくとも１つに、トーションバー５、６回りの固有振動数に対応する共振周波数の交流駆動信号を印加するか、或いは、連結部７Ａ〜７Ｄ回りの固有振動数に対応する共振周波数の交流駆動信号を印加すると、ミラー部２のミラー２Ａで反射した反射光ビームを一次元的に走査できる。また、前述の各固有振動数にそれぞれ対応した各共振周波数の交流駆動信号を、少なくとも２つの圧電素子２０にそれぞれ同時に印加した場合、ミラー部２のミラー２Ａで反射した反射光ビームは、図３の揺動モードと図４の揺動モードが複合したリサージュ走査となり、光ビームを２次元走査できる。ここで、同時に印加する交流駆動信号のどちらかの周波数を微調整して、互いの周波数の比が無理数（分子・分母ともに整数である分数（比=ratio）として表すことのできない実数）であるようにすると、反射光ビームが描くリサージュ図形は閉じた図形にならず少しずつ走査位置がずれていくので、有限の２次元照射領域の全てを走査することが可能となる。
【００２５】
かかる構成の光走査装置１によれば、従来の圧電駆動方式の光走査装置と同様に、ミラー部２により反射した光ビームを１次元走査及び２次元走査が可能である。また、可動支持体３Ａ〜３Ｄ上に圧電素子２０を設け、ミラー部２を支持する４つの可動支持部３Ａ〜３Ｄが圧電駆動部を兼ねる構成としたので、圧電駆動部の配置スペースを省くことができる。従って、従来と同じミラーサイズとすれば装置自体を小型化でき、逆に、従来と同じ装置サイズとすれば、ミラー部２を格段に大型化することができる。
【００２６】
また、ミラー部２のトーションバー５、６連結部分に切込み８を入れることにより、ミラー部２のトーションバー５、６連結部分の応力集中を緩和するようにしている。
【００２７】
上記実施形態では、４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄの全てに圧電素子２０を設ける構成としたが、１次元の光走査装置であれば４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄの少なくとも１つに圧電素子を設ける構成であればよい。また、２次元の光走査装置であれば４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄの少なくとも２つに圧電素子を設ける構成であればよい。
【００２８】
次に、本発明に係る光走査装置の製造方法の一実施形態を図５及び図６に基づいて説明する。図５及び図６は、図１に示す光走査装置１の製造工程を示すものである。尚、図５及び図６は、図１のＸ−Ｏ−Ｚに沿った断面を示す。
【００２９】
工程（ａ）では、ＳＯＩ基板１００を準備する。ＳＯＩ基板１００は、前述したように酸化膜（ＳｉＯ２）層１０１をシリコン層１０２で挟んだサンドイッチ構造であり、例えば、上側シリコン層２０μｍ／ＳｉＯ２膜１μｍ／下側シリコン層４００μｍのＳＯＩ基板１００を用意する。
【００３０】
工程（ｂ）では、用意したＳＯＩ基板１００の両面に、熱酸化によって熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）１０３，１０３を形成する。
【００３１】
工程（ｃ）では、スパッタ法等を用いて、熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）１０３上に、例えばＴｉ層（２０ｎｍ）とＰｔ層（２４０ｎｍ）を順次積層して圧電素子層１１０（後述の工程（ｆ）で示す）の下部電極層１１１を形成する。ここで、酸化膜に対してＰｔの密着性が不十分であるため、酸化膜に対する密着性が良好なＴｉ層を、熱酸化膜１０３とＰｔ層との間に介在させることにより、完成後における可動支持体３Ａ〜３Ｄと圧電素子２０の密着性を確保する。
【００３２】
工程（ｄ）では、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、下部電極１１１（Ｐｔ層１１１ｂ）表面に例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を成膜し、圧電体層１１２（例えば１．６μｍ）を形成する。
【００３３】
工程（ｅ）では、スパッタ法等を用いて、圧電体層１１２表面に例えばＰｔ層を成膜して上部電極層１１３（例えば２４０ｎｍ）を形成する。
【００３４】
工程（ｆ）では、レジストを塗布し、露光、現像を行って上部電極層１１３及び圧電体層１１２のエッチング用マスクパターンを形成し、このマスクパターンにより圧電素子形成部分をマスクしてＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により上部電極層１１３及び圧電体層１１２をエッチングし、マスクパターンを除去する。これにより、電極端子９Ａ〜９Ｄから連結部７Ａ〜７Ｄを経由して可動支持体３Ａ〜３Ｄに亘る圧電素子形成部分以外の上部電極層１１３及び圧電体層１１２を除去し、電極端子９Ａ〜９Ｄから連結部７Ａ〜７Ｄを経由して可動支持体３Ａ〜３Ｄに亘る圧電素子層１１０を形成する。
【００３５】
工程（ｇ）では、レジストを塗布し、露光、現像を行って下部電極層１１１及び熱酸化層１０３のエッチング用マスクパターンを形成し、このマスクパターンにより、圧電素子層１１０、トーションバー及びミラー部の各形成部分をマスクしてＲＩＥにより下部電極層１１１及び熱酸化層１０３をエッチングし、マスクパターンを除去する。これにより、図１に示す下部電極層１１１をミラーとするミラー部２１、トーションバー５、６、可動支持体３Ａ〜３Ｄ及び連結部７Ａ〜７Ｄからなる可動部分に相当する部分を形成する。
【００３６】
工程（ｈ）では、レジストを塗布し、露光、現像を行って裏面側のシリコン層１０２のエッチング用マスクパターンを形成し、このマスクパターンにより、固定枠部に相当する部分をマスクしてＲＩＥにより裏面側の熱酸化層１０３、シリコン層１０２及び酸化膜層１０１を順次エッチングし、マスクパターンを除去する。これにより、図１に示す本実施形態の光走査装置１が完成する。
【００３７】
かかる本実施形態の製造方法によれば、下部電極層１１１、圧電体層１１２及び上部電極層１１３を積層形成した後に、３回のエッチング工程を行えばよく、簡単な製造工程で光走査装置１を形成することができる。
【００３８】
尚、４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄの全てではなく、必要な箇所（少なくとも１つ）に圧電素子２０を設ける光走査装置を製造する場合は、工程（ｆ）の上部電極層１１３及び圧電体層１１２のエッチング用マスクパターンを該当する可動支持体部分だけに形成するようにすればよい。その他の工程は図５及び図６と同様である。
【００３９】
また、上部電極、圧電体及び下部電極等の圧電素子を形成する材料は、本実施形態で説明したものに限定されるものではなく、圧電素子が形成可能なものであればよいことは言うまでもない。
【００４０】
また、本実施形態では、下部電極層１１１を利用してミラー２Ａを形成したが、下部電極層１１１表面にアルミニウムや金等の別部材を成膜してミラー２Ａを形成してもよいことは言うまでもない。
【００４１】
また、ミラー部２や可動支持体３Ａ〜３Ｄ等の形状は、本実施形態で説明した円形や円弧状に限定されるものでない。
【符号の説明】
【００４２】
１ 光走査装置
２ ミラー部
３Ａ〜３Ｄ 可動支持体
４ 固定枠部
５、６ トーションバー
７Ａ〜７Ｄ 連結部
８ 切込み
２０ 圧電素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを走査する光走査装置に関し、特に、圧電素子を利用してミラー部を駆動する光走査装置に関する。また、この光走査装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光等の光ビームを走査する光走査装置は、レーザディスプレイ装置やレーザ測距装置等の様々な光学機器に用いられる。そして、近年では、携帯電話等の携帯機器に組込む投影型ディスプレイ装置等の光学機器に適用する半導体製造技術を利用して製造した光走査装置が提案されている。
【０００３】
この種の光走査装置として、例えば特許文献１に記載されているような圧電素子を利用してミラー部を駆動する圧電駆動方式の光走査装置がある。特許文献１の図５に記載された光走査装置は、内部可動枠の内側に第１のトーションバーを介してミラー部を回動可能に軸支、支持体の内側に第１のトーションバーと軸方向が交差する第２のトーションバーを介して内部可動枠を回動可能に軸支する。そして、第１のトーションバーの両側に圧電素子を設けた第１の圧電振動板をミラー部を囲むように接続し、第２のトーションバーの両側に圧電素子を設けた第２の圧電振動板を内部可動枠を囲むように接続し、第１の圧電振動板の中間部を内部可動枠に接続し、第２の圧電振動板の中間部を支持体に接続する構成である。
【０００４】
かかる構成の光走査装置は、第１の圧電振動板の圧電素子に互いに位相の異なる交流電圧を印加すると、各圧電素子が交互に収縮することにより、第１の圧電振動板がその厚さ方向に振動して第１のトーションバーに回転トルクが作用し、ミラー部が第１のトーションバー回りに揺動する。同じように、第２の圧電振動板の圧電素子に互いに位相の異なる交流電圧を印加すると、第２の圧電振動板を介して第２のトーションバーに回転トルクが作用し、内部可動枠が第２のトーションバー回りに揺動する。第１のトーションバーと第２のトーションバーは軸方向が互いに直交するので、ミラー部により光ビームを２次元走査することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このような２次元走査を行う光走査装置としては、コスト面とより広い応用が期待できるという点で、ミラー部はできるだけ大きく装置全体の大きさはできるだけ小さくすることが好ましい。しかしながら、特許文献１に記載された光走査装置は、支持体と内部可動枠間及び内部可動枠とミラー部間にそれぞれ圧電振動板を配置する必要があり、そのためのスペースを確保しなければならない。このため、ミラー部のサイズを大きくしようとすればそれに応じて装置サイズも大きくなり、逆に、装置のサイズを小さくしようとすればミラー部のサイズも小さくなる。
【０００７】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、従来のミラー部のサイズに比べて装置全体のサイズを小さくできる光走査装置を提供することを目的とする。また、このような光走査装置の製造方法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】
このため、請求項１記載の本発明の光走査装置は、光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置しそれぞれが圧電素子を備えて圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記４つの圧電素子のうち少なくとも１つに駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動することを特徴とする。
【０００９】
かかる構成では、固定枠部の内側に、圧電素子を備えて圧電駆動部として機能する４つの可動支持体がトーションバー機能を有する連結部で軸支され、４つの可動支持体の内側にトーションバーを介してミラー部が軸支され、少なくとも１つの圧電素子に駆動信号を印加することにより、ミラー部が揺動駆動する。例えば、ミラー部、可動支持体、トーションバー及び連結部からなる可動部分におけるトーションバー回りの固有振動数に対応する共振周波数の駆動信号を少なくとも１つの圧電素子に印加した場合は、トーションバー回りにミラー部が揺動する。また、前記可動部分の連結部回りの固有振動数に対応する共振周波数の駆動信号を少なくとも１つの圧電素子に印加した場合は、連結部周りに可動支持体とミラー部が一体に揺動する。これにより、ミラー部により光ビームを１次元走査できるようになる。更に、少なくとも２つの圧電素子に、トーションバー回りの固有振動数に対応する共振周波数の駆動信号と連結部回りの固有振動数に対応する共振周波数の駆動信号をそれぞれ印加した場合、連結部周りに可動支持体とミラー部が揺動しつつミラー部がトーションバー回りに揺動し、ミラー部により光ビームを２次元走査できるようになる。
【００１０】
また、請求項２記載の本発明の光走査装置は、光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置し少なくとも１つが圧電素子を備えた圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記圧電素子に駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動することを特徴とする。
【００１１】
かかる構成では、固定枠部の内側に、少なくとも１つが圧電素子を備えた圧電駆動部として機能する４つの可動支持体がトーションバー機能を有する連結部で軸支され、４つの可動支持体の内側にトーションバーを介してミラー部が軸支され、圧電素子に駆動信号を印加することにより、ミラー部が揺動駆動する。例えば、ミラー部、可動支持体、トーションバー及び連結部からなる可動部分におけるトーションバー回りの固有振動数に対応する共振周波数の駆動信号を圧電素子に印加した場合は、トーションバー回りにミラー部が揺動する。また、前記可動部分の連結部回りの固有振動数に対応する共振周波数の駆動信号を圧電素子に印加した場合は、連結部周りに可動支持体とミラー部が一体に揺動する。これにより、ミラー部により光ビームを１次元走査できるようになる。
【００１２】
本発明の光走査装置の製造方法は、光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置しそれぞれが圧電素子を備えて圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記４つの圧電素子のうち少なくとも１つに駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動する構成の請求項１に記載の光走査装置の製造方法であって、半導体基板表面に、前記圧電素子を構成する下部電極、圧電膜及び上部電極を順次積層する工程と、前記上部電極と圧電膜のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて上部電極と圧電膜をエッチングして４つの可動支持体に圧電素子を形成する工程と、前記下部電極のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて下部電極をエッチングし、更に、半導体基板をエッチングして、前記可動支持体、ミラー部、トーションバー及び連結部の各部を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光走査装置の製造方法は、光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置し少なくとも１つが圧電素子を備えた圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記圧電素子に駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動する構成の請求項２に記載の光走査装置の製造方法であって、半導体基板表面に、前記圧電素子を構成する下部電極、圧電膜及び上部電極を順次積層する工程と、前記上部電極と圧電膜のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて上部電極と圧電膜をエッチングして圧電駆動部として機能する可動支持体に圧電素子を形成する工程と、前記下部電極のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて下部電極をエッチングし、更に、半導体基板をエッチングして、前記可動支持体、ミラー部、トーションバー及び連結部の各部を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光走査装置によれば、固定枠部の内側に圧電駆動部として機能する４つの可動支持体がトーションバー機能を有する連結部で軸支され、４つの可動支持体の内側にトーションバーを介してミラー部が軸支される構成としたので、ミラー部を支持する４つの可動支持部が圧電駆動部を兼ねることになり、従来のようにミラー部を支持する支持部材と別に圧電駆動部の配置スペースを設ける必要がない。従って、従来と同じミラーサイズで装置の小型化が可能となり、逆に、従来と同じ装置サイズでミラー部の大型化が可能となる。
【００１５】
また、本発明の光走査装置の製造方法によれば、半導体基板表面に、圧電素子の下部電極、圧電膜及び上部電極を順次積層し、上部電極と圧電膜、下部電極及び半導体基板を、所定のマスクパターンを形成して順次エッチングすることにより、光走査装置を製造することができるので、光走査装置を簡単な製造工程で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る光走査装置の一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｙ矢視断面図である。
【図３】本実施形態の光走査装置のトーションバー回りの揺動モードを示す図である。
【図４】本実施形態の光走査装置の連結部回りの揺動モードを示す図である。
【図５】本発明に係る光走査装置の製造工程の説明図である。
【図６】図５に続く製造工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明に係る光走査装置の一実施形態の平面図を示す。
図１において、本実施形態の光走査装置１は、光ビームを反射するミラー部２と、このミラー部の周囲に配置した４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄと、この４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄの周囲を囲む固定枠部４とを備え、可動支持体３Ａ〜３Ｄの内側に、トーションバー５、６を介してミラー部２を回動可能に軸支し、固定枠部４の内側に、トーションバー５、６と軸方向が直交する連結部７Ａ〜７Ｄにより可動支持体３Ａ〜３Ｄを回動可能に軸支する構成である。これらミラー部２、可動支持体３Ａ〜３Ｄ、固定枠部４、トーションバー５、６及び連結部７Ａ〜７Ｄは、半導体基板として、例えば、酸化膜（ＳｉＯ２）層１２をシリコン層１１で挟んだサンドイッチ構造のＳＯＩ(Silicon-on-insulator)基板（図２に示す）を用いて一体に形成される。
【００１８】
前記ミラー部２は、円形状に形成され、図１のＸ−Ｙ矢視断面図である図２に示すように、ＳＯＩ基板表面に形成した酸化膜（ＳｉＯ２）１２上に、光ビームを反射するミラー２Ａが積層形成されている。本実施形態では、ミラー２Ａは、後述する圧電素子２０の金属薄膜で構成される下部電極２１と同じ金属薄膜で形成したが、別の金属素材を用いて形成してもよいことは言うまでもない。
【００１９】
前記４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄは、前記ミラー部２を回動可能に支持する支持体としての役割を有すると共に、それぞれに前記圧電素子２０を備えてミラー部２を駆動する圧電駆動部としても機能するものである。可動支持体３Ａ〜３Ｄは、円形状のミラー部２と同心でそれぞれ円弧状に形成され、図２に示すようにＳＯＩ基板表面の前記酸化膜１２上に圧電素子２０が形成されている。圧電素子２０は、下部電極２１、圧電膜２２及び上部電極２３の積層構造である。尚、本実施形態では、下部電極２１をチタン（Ｔｉ）層２１ａと白金（Ｐｔ）層２１ｂで、圧電膜２２をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で、上部電極２３を白金（Ｐｔ）で、それぞれ形成している。
【００２０】
ミラー部２と４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄを連結するトーションバー５、６のミラー部側端部は、ミラー部２にその周縁部から中央に向けて切込み８を設けてミラー部２の周縁部より中央部寄りでミラー部２と連結している。こうすることにより、トーションバー５、６の長さを、可動支持体３Ａ〜３Ｄとミラー部２間の距離よりも長くしてトーションバー５、６に柔軟性を持たせると共に、ミラー部２とトーションバー５、６の連結部分に作用する応力を緩和するようにしている。また、トーションバー５、６の可動支持体側端部は、二股状に分割形成し、一方のトーションバー５は、２つの可動支持体３Ａと３Ｂの互いに近接する端部の内側角部に連結し、他方のトーションバー６は、２つの可動支持体３Ｃと３Ｄの互いに近接する端部の内側角部に連結している。
【００２１】
前記固定枠部４は、その内側にミラー部２及び可動支持体３Ａ〜３Ｄと同心の円形状の開口を有し、この開口部分に可動支持体３Ａ〜３Ｄを支持している。固定枠部４の表面は前述した圧電素子２０の下部電極２１で覆われている。
【００２２】
固定枠部４と可動支持体３Ａ〜３Ｄを連結する連結部７Ａ〜７Ｄは、トーションバーの機能を有するように形成され、その可動支持体側は、トーションバー５、６と軸方向が直交するように各可動支持体３Ａ〜３Ｄのトーションバー５、６が連結している前記内側角部と対角位置にある各外側角部にそれぞれ連結している。そして、固定枠部４の例えば４隅には、各可動支持体３Ａ〜３Ｄ上の各圧電素子２０に外部回路から駆動信号を供給するため４つの電極端子９Ａ〜９Ｄが形成されている。
【００２３】
本実施形態の光走査装置１では、４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄにそれぞれ形成した４つの圧電素子２０のうち少なくとも１つに、電極端子９Ａ〜９Ｄを介して上部電極２３と下部電極２１に交流駆動信号を印加すると、可動支持体３Ａ〜３Ｄに設けた圧電体２２が収縮する。印加する交流駆動信号の周波数を、ミラー部２、可動支持体３Ａ〜３Ｄ、トーションバー５、６及び連結部７Ａ〜７Ｄの可動部分におけるトーションバー５、６回りの固有振動数に対応する共振周波数とすると、図３に示すように、ミラー部２がトーションバー５、６を軸として揺動する。また、４つの圧電素子２０のうち少なくとも１つに、印加する交流駆動信号の周波数を、ミラー部２、可動支持体３Ａ〜３Ｄ、トーションバー５、６及び連結部７Ａ〜７Ｄの可動部分における連結部７Ａ〜７Ｄ回りの固有振動数に対応する共振周波数とすると、図４に示すように、連結部７Ａ〜７Ｄを軸として可動支持体３Ａ〜３Ｄとミラー部２が一体となって揺動する。更に、トーションバー５、６回りの固有振動数に対応する共振周波数と連結部７Ａ〜７Ｄ回りの固有振動数に対応する共振周波数の交流駆動信号を、４つの圧電素子２０のうち少なくとも２つにそれぞれ同時に印加した場合には、ミラー部２は、トーションバー５、６回りに揺動すると共に、同時に連結部７Ａ〜７Ｄ回りに揺動する。
【００２４】
従って、４つの圧電素子２０のうち少なくとも１つに、トーションバー５、６回りの固有振動数に対応する共振周波数の交流駆動信号を印加するか、或いは、連結部７Ａ〜７Ｄ回りの固有振動数に対応する共振周波数の交流駆動信号を印加すると、ミラー部２のミラー２Ａで反射した反射光ビームを一次元的に走査できる。また、前述の各固有振動数にそれぞれ対応した各共振周波数の交流駆動信号を、少なくとも２つの圧電素子２０にそれぞれ同時に印加した場合、ミラー部２のミラー２Ａで反射した反射光ビームは、図３の揺動モードと図４の揺動モードが複合したリサージュ走査となり、光ビームを２次元走査できる。ここで、同時に印加する交流駆動信号のどちらかの周波数を微調整して、互いの周波数の比が無理数（分子・分母ともに整数である分数（比=ratio）として表すことのできない実数）であるようにすると、反射光ビームが描くリサージュ図形は閉じた図形にならず少しずつ走査位置がずれていくので、有限の２次元照射領域の全てを走査することが可能となる。
【００２５】
かかる構成の光走査装置１によれば、従来の圧電駆動方式の光走査装置と同様に、ミラー部２により反射した光ビームを１次元走査及び２次元走査が可能である。また、可動支持体３Ａ〜３Ｄ上に圧電素子２０を設け、ミラー部２を支持する４つの可動支持部３Ａ〜３Ｄが圧電駆動部を兼ねる構成としたので、圧電駆動部の配置スペースを省くことができる。従って、従来と同じミラーサイズとすれば装置自体を小型化でき、逆に、従来と同じ装置サイズとすれば、ミラー部２を格段に大型化することができる。
【００２６】
また、ミラー部２のトーションバー５、６連結部分に切込み８を入れることにより、ミラー部２のトーションバー５、６連結部分の応力集中を緩和するようにしている。
【００２７】
上記実施形態では、４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄの全てに圧電素子２０を設ける構成としたが、１次元の光走査装置であれば４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄの少なくとも１つに圧電素子を設ける構成であればよい。また、２次元の光走査装置であれば４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄの少なくとも２つに圧電素子を設ける構成であればよい。
【００２８】
次に、本発明に係る光走査装置の製造方法の一実施形態を図５及び図６に基づいて説明する。図５及び図６は、図１に示す光走査装置１の製造工程を示すものである。尚、図５及び図６は、図１のＸ−Ｏ−Ｚに沿った断面を示す。
【００２９】
工程（ａ）では、ＳＯＩ基板１００を準備する。ＳＯＩ基板１００は、前述したように酸化膜（ＳｉＯ２）層１０１をシリコン層１０２で挟んだサンドイッチ構造であり、例えば、上側シリコン層２０μｍ／ＳｉＯ２膜１μｍ／下側シリコン層４００μｍのＳＯＩ基板１００を用意する。
【００３０】
工程（ｂ）では、用意したＳＯＩ基板１００の両面に、熱酸化によって熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）１０３，１０３を形成する。
【００３１】
工程（ｃ）では、スパッタ法等を用いて、熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）１０３上に、例えばＴｉ層（２０ｎｍ）とＰｔ層（２４０ｎｍ）を順次積層して圧電素子層１１０（後述の工程（ｆ）で示す）の下部電極層１１１を形成する。ここで、酸化膜に対してＰｔの密着性が不十分であるため、酸化膜に対する密着性が良好なＴｉ層を、熱酸化膜１０３とＰｔ層との間に介在させることにより、完成後における可動支持体３Ａ〜３Ｄと圧電素子２０の密着性を確保する。
【００３２】
工程（ｄ）では、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、下部電極１１１（Ｐｔ層１１１ｂ）表面に例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を成膜し、圧電体層１１２（例えば１．６μｍ）を形成する。
【００３３】
工程（ｅ）では、スパッタ法等を用いて、圧電体層１１２表面に例えばＰｔ層を成膜して上部電極層１１３（例えば２４０ｎｍ）を形成する。
【００３４】
工程（ｆ）では、レジストを塗布し、露光、現像を行って上部電極層１１３及び圧電体層１１２のエッチング用マスクパターンを形成し、このマスクパターンにより圧電素子形成部分をマスクしてＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により上部電極層１１３及び圧電体層１１２をエッチングし、マスクパターンを除去する。これにより、電極端子９Ａ〜９Ｄから連結部７Ａ〜７Ｄを経由して可動支持体３Ａ〜３Ｄに亘る圧電素子形成部分以外の上部電極層１１３及び圧電体層１１２を除去し、電極端子９Ａ〜９Ｄから連結部７Ａ〜７Ｄを経由して可動支持体３Ａ〜３Ｄに亘る圧電素子層１１０を形成する。
【００３５】
工程（ｇ）では、レジストを塗布し、露光、現像を行って下部電極層１１１及び熱酸化層１０３のエッチング用マスクパターンを形成し、このマスクパターンにより、圧電素子層１１０、トーションバー及びミラー部の各形成部分をマスクしてＲＩＥにより下部電極層１１１及び熱酸化層１０３をエッチングし、マスクパターンを除去する。これにより、図１に示す下部電極層１１１をミラーとするミラー部２１、トーションバー５、６、可動支持体３Ａ〜３Ｄ及び連結部７Ａ〜７Ｄからなる可動部分に相当する部分を形成する。
【００３６】
工程（ｈ）では、レジストを塗布し、露光、現像を行って裏面側のシリコン層１０２のエッチング用マスクパターンを形成し、このマスクパターンにより、固定枠部に相当する部分をマスクしてＲＩＥにより裏面側の熱酸化層１０３、シリコン層１０２及び酸化膜層１０１を順次エッチングし、マスクパターンを除去する。これにより、図１に示す本実施形態の光走査装置１が完成する。
【００３７】
かかる本実施形態の製造方法によれば、下部電極層１１１、圧電体層１１２及び上部電極層１１３を積層形成した後に、３回のエッチング工程を行えばよく、簡単な製造工程で光走査装置１を形成することができる。
【００３８】
尚、４つの可動支持体３Ａ〜３Ｄの全てではなく、必要な箇所（少なくとも１つ）に圧電素子２０を設ける光走査装置を製造する場合は、工程（ｆ）の上部電極層１１３及び圧電体層１１２のエッチング用マスクパターンを該当する可動支持体部分だけに形成するようにすればよい。その他の工程は図５及び図６と同様である。
【００３９】
また、上部電極、圧電体及び下部電極等の圧電素子を形成する材料は、本実施形態で説明したものに限定されるものではなく、圧電素子が形成可能なものであればよいことは言うまでもない。
【００４０】
また、本実施形態では、下部電極層１１１を利用してミラー２Ａを形成したが、下部電極層１１１表面にアルミニウムや金等の別部材を成膜してミラー２Ａを形成してもよいことは言うまでもない。
【００４１】
また、ミラー部２や可動支持体３Ａ〜３Ｄ等の形状は、本実施形態で説明した円形や円弧状に限定されるものでない。
【符号の説明】
【００４２】
１ 光走査装置
２ ミラー部
３Ａ〜３Ｄ 可動支持体
４ 固定枠部
５、６ トーションバー
７Ａ〜７Ｄ 連結部
８ 切込み
２０ 圧電素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置しそれぞれが圧電素子を備えて圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、
前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記４つの圧電素子のうち少なくとも１つに駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置し少なくとも１つが圧電素子を備えた圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、
前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記圧電素子に駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動することを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
前記ミラー部のトーションバー連結部に周縁部から中央に向けて切込みを設け、トーションバーの長さを、前記可動支持体とミラー部間の距離以上の長さになるよう形成した請求項１又は２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記ミラー部を円形状に形成すると共に、前記４つの可動支持体を前記ミラー部と同心で円弧状に形成した請求項１〜３のいずれか１つに記載の光走査装置。
【請求項５】
前記４つの可動支持体のうち少なくとも２つに、圧電素子を設けた請求項２に記載の光走査装置。
【請求項６】
少なくとも２つの圧電素子に、ミラー部、可動支持体、トーションバー及び連結部からなる可動部分におけるトーションバー回りと連結部回りの各固有振動数にそれぞれ対応する共振周波数の各駆動信号をそれぞれ印加し、前記ミラー部で光ビームをリサージュ走査することを特徴とする請求項１又は５に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記可動部分におけるトーションバー回りと連結部回りの各固有振動数にそれぞれ対応する２つの共振周波数の比が無理数である請求項６に記載の光走査装置。
【請求項８】
光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置しそれぞれが圧電素子を備えて圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記４つの圧電素子のうち少なくとも１つに駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動する構成の請求項１に記載の光走査装置の製造方法であって、
半導体基板表面に、前記圧電素子を構成する下部電極、圧電膜及び上部電極を順次積層する工程と、
前記上部電極と圧電膜のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて上部電極と圧電膜をエッチングして４つの可動支持体に圧電素子を形成する工程と、
前記下部電極のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて下部電極をエッチングし、更に、半導体基板をエッチングして、前記可動支持体、ミラー部、トーションバー及び連結部の各部を形成する工程と、
を含む光走査装置の製造方法。
【請求項９】
光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置し少なくとも１つが圧電素子を備えた圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記圧電素子に駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動する構成の請求項２に記載の光走査装置の製造方法であって、
半導体基板表面に、前記圧電素子を構成する下部電極、圧電膜及び上部電極を順次積層する工程と、
前記上部電極と圧電膜のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて上部電極と圧電膜をエッチングして圧電駆動部として機能する可動支持体に圧電素子を形成する工程と、
前記下部電極のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて下部電極をエッチングし、更に、半導体基板をエッチングして、前記可動支持体、ミラー部、トーションバー及び連結部の各部を形成する工程と、
を含む光走査装置の製造方法。
【請求項１】
光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置しそれぞれが圧電素子を備えて圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、
前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記４つの圧電素子のうち少なくとも１つに駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置し少なくとも１つが圧電素子を備えた圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、
前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記圧電素子に駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動することを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
前記ミラー部のトーションバー連結部に周縁部から中央に向けて切込みを設け、トーションバーの長さを、前記可動支持体とミラー部間の距離以上の長さになるよう形成した請求項１又は２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記ミラー部を円形状に形成すると共に、前記４つの可動支持体を前記ミラー部と同心で円弧状に形成した請求項１〜３のいずれか１つに記載の光走査装置。
【請求項５】
前記４つの可動支持体のうち少なくとも２つに、圧電素子を設けた請求項２に記載の光走査装置。
【請求項６】
少なくとも２つの圧電素子に、ミラー部、可動支持体、トーションバー及び連結部からなる可動部分におけるトーションバー回りと連結部回りの各固有振動数にそれぞれ対応する共振周波数の各駆動信号をそれぞれ印加し、前記ミラー部で光ビームをリサージュ走査することを特徴とする請求項１又は５に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記可動部分におけるトーションバー回りと連結部回りの各固有振動数にそれぞれ対応する２つの共振周波数の比が無理数である請求項６に記載の光走査装置。
【請求項８】
光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置しそれぞれが圧電素子を備えて圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記４つの圧電素子のうち少なくとも１つに駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動する構成の請求項１に記載の光走査装置の製造方法であって、
半導体基板表面に、前記圧電素子を構成する下部電極、圧電膜及び上部電極を順次積層する工程と、
前記上部電極と圧電膜のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて上部電極と圧電膜をエッチングして４つの可動支持体に圧電素子を形成する工程と、
前記下部電極のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて下部電極をエッチングし、更に、半導体基板をエッチングして、前記可動支持体、ミラー部、トーションバー及び連結部の各部を形成する工程と、
を含む光走査装置の製造方法。
【請求項９】
光ビームを反射するミラー部と、該ミラー部の周囲に配置し少なくとも１つが圧電素子を備えた圧電駆動部として機能する４つの可動支持体と、該４つの可動支持体の周囲を囲む固定枠部とを備え、前記ミラー部と前記４つの可動支持体の互いに近接する端部の内側角部とを連結するトーションバーにより、前記４つの可動支持体の内側に前記ミラー部を回動可能に軸支し、前記トーションバーと軸方向が直交するように前記固定枠部と各可動支持体の前記内側角部と対角位置にある各外側角部とを連結するトーションバー機能を有する連結部により、前記固定枠部の内側に前記４つの可動支持体を回動可能に軸支する構成とし、前記圧電素子に駆動信号を印加して前記ミラー部を揺動駆動する構成の請求項２に記載の光走査装置の製造方法であって、
半導体基板表面に、前記圧電素子を構成する下部電極、圧電膜及び上部電極を順次積層する工程と、
前記上部電極と圧電膜のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて上部電極と圧電膜をエッチングして圧電駆動部として機能する可動支持体に圧電素子を形成する工程と、
前記下部電極のエッチング用マスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いて下部電極をエッチングし、更に、半導体基板をエッチングして、前記可動支持体、ミラー部、トーションバー及び連結部の各部を形成する工程と、
を含む光走査装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２２７２１６（Ｐ２０１１−２２７２１６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９５６４６（Ｐ２０１０−９５６４６）
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
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