CN110095859A - 光扫描装置以及光扫描装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光扫描装置以及光扫描装置的制造方法，在该光扫描装置中增大压电传感器的输出，改善S/N比。本发明的光扫描装置具有：反射镜，其具有光反射面；反射镜支撑部，其支撑上述反射镜；一对驱动梁，其配置于上述反射镜支撑部的两侧，以能够摆动上述反射镜支撑部的方式连接；驱动源，其设于上述驱动梁，包括多个压电薄膜的层叠体，且使上述反射镜支撑部摆动；以及压电传感器，其形成于与上述驱动梁或者上述驱动源连结的连结梁，且包括层数比上述多个压电薄膜少的压电薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及光扫描装置以及光扫描装置的制造方法。
背景技术
一直以来，已知有一种通过驱动梁使反射镜部绕旋转轴旋转而扫描光的光扫描装置。在这样的光扫描装置中，使用了压电薄膜的压电元件作为驱动梁的驱动源、压电传感器而使用。压电元件利用逆压电效应作为驱动源而使用，对驱动梁进行驱动。另外，压电元件利用压电效应作为压电传感器而使用，感知驱动梁的位移、驱动状态。
压电传感器输出MEMS(Micro Electro Mechanical Systems；微电子机械系统)反射镜的倾斜角度、相对于驱动信号的反射镜面倾斜方向的相位差、或者水平及垂直的共振频率、它们的变动等信号，用于控制电路中的反馈控制。在使用压电元件作为驱动源的情况下，能够同时形成作为压电元件的驱动源和压电传感器，因此，工序上较方便。
一种具有多层构造的压电元件正在被使用，上述多层构造是在中部电极的上下层叠下层压电薄膜以及上层压电薄膜，并在其上下形成下部电极以及上部电极。若使用多层构造的压电元件作为驱动源，则驱动电压效率提高，能够进行低电压驱动，因此，具有消除由耐电压引起的元件破损的优点。另外，具有减轻升压IC或电路的负担的优点。
也能够使用多层构造的压电元件作为压电传感器。在使用多层构造的压电元件作为驱动源的情况下，为了提高驱动效率，下层的压电薄膜和上层的压电薄膜并联连接而使用。另一方面，形成有压电传感器的区域为狭小面，用于并联连接的布线困难，下层以及上层压电薄膜串联连接而使用。该情况下，例如外观上的压电薄膜的厚度是未串联连接的情况的两倍，因此，传感器输出电压是未串联连接的情况的1/2。
专利文献1公开了一种光偏转器，其使压电驱动器的前端部的PZT压电膜形成得比该压电驱动器的其它部分的PZT压电膜薄。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-169745号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在上述的光扫描装置中，需要增大压电传感器的输出，改善S/N比。
本发明鉴于上述的点而做成，其目的在于在光扫描装置中增大压电传感器的输出，改善S/N比。
用于解决课题的方案
本发明的一方案的光扫描装置1000具有：反射镜110，其具有光反射面；反射镜支撑部120，其支撑上述反射镜；一对驱动梁150A、150B、170A、170B，其配置于上述反射镜支撑部的两侧，以能够摆动上述反射镜支撑部的方式连接；驱动源151A、151B、171A，171B，其设于上述驱动梁，包括多个压电薄膜的层叠体，且使上述反射镜支撑部摆动；以及压电传感器191、192、195、196，其形成于与上述驱动梁或者上述驱动源连结的连结梁140A、140B，且包括层数比上述多个压电薄膜少的压电薄膜。
此外，上述参照符号是为了容易进行理解而标注的，仅为一例，并不限定于图示的方式。
发明效果
根据本发明的技术，能够在光扫描装置中增大压电传感器的输出，改善S/N比。
附图说明
图1是表示实施方式的光扫描装置的一例的第一立体图。
图2是表示实施方式的光扫描装置的一例的第二立体图。
图3是表示实施方式的光扫描装置的光扫描部的一例的上表面侧的立体图。
图4是将表示实施方式的光扫描装置的光扫描部的一例的主要部分放大后的上表面侧的平面图。
图5是实施方式的光扫描装置的光扫描部的模拟的应力分布图。
图6是表示实施方式的光扫描装置的光扫描部的剖视图。
图7是表示实施方式的光扫描装置的光扫描部的制造方法的工序的一例的剖视图。
图8是表示实施方式的光扫描装置的光扫描部的制造方法的工序的一例的剖视图。
图9是表示实施方式的光扫描装置的光扫描部的制造方法的工序的一例的剖视图。
图10是表示实施方式的光扫描装置的光扫描部的制造方法的工序的一例的剖视图。
图11是表示实施方式的光扫描装置的光扫描部的制造方法的工序的一例的剖视图。
图12是表示实施方式的光扫描装置的光扫描部的制造方法的工序的一例的剖视图。
图中：
10—SOI基板，11—热氧化膜，12—下部电极，13、13A、13B—下层压电薄膜，13C—压电薄膜，14、14A、14B—中部电极，14AT、14BT—端子，14C—上部电极，15、15A、15B—上层压电薄膜，16、16A、16B—上部电极，17、17A—被覆膜(反向膜(カウンタ膜))，100—光扫描部，110—反射镜，120—反射镜支撑部，122—狭缝，130A、130B—扭转梁，140A、140B—连结梁，150A、150B—水平驱动梁，151A、151B—水平驱动源，160—可动框，161—反射镜支撑体，170A、170B—垂直驱动梁，171A、171B—垂直驱动源，171A1、171A2、171A3、171A4、171A5、171A6—垂直驱动源，171B1、171B2、171B3、171B4、171B5、171B6—垂直驱动源，171X1、171X2、171X3、171X4、171X5—折回部，171Y1、171Y2、171Y3、171Y4、171Y5—折回部，180—固定框，190A、190B—端子组，191、192、195、196—压电传感器，200—陶瓷封装件，300—封装罩，300A—开口部，1000—光扫描装置。
具体实施方式
以下，参照附图，对用于实施发明的方式进行说明。在各附图中，对相同构成部分标注相同符号，有时省略重复的说明。
〈光扫描装置〉
首先，对实施方式的光扫描装置进行说明。图1以及图2是表示实施方式的光扫描装置的一例的立体图，图1示出了卸下了封装罩的状态的光扫描装置，图2示出了安装有封装罩的状态的光扫描装置。
如图1以及图2所示，光扫描装置1000具有光扫描部100、搭载光扫描部100的陶瓷封装件200、以及配设于陶瓷封装件200上并覆盖光扫描部100的封装罩300。光扫描装置1000也可以在陶瓷封装件200的下侧具备基板、控制电路等。
在光扫描装置1000中，在封装罩300的大致中央部设有使具有光反射面的反射镜110的附近露出的开口部300A。开口部300A形成不遮挡向反射镜110的激光入射光Li以及来自反射镜110的激光射出光Lo(扫描光)的形状。
此外，在开口部300A中，相较于激光射出光Lo通过的一侧，激光入射光Li通过的一侧开口较小。即，激光入射光Li侧呈大致半圆形状狭窄地开口，相对于此，激光射出光Lo侧呈大致矩形状较宽地开口。这是因为：激光入射光Li从固定的方向入射，因此，仅在该方向开口即可，相对于此，激光射出光Lo被二维地扫描，因此，需要对扫描的整个范围进行开口，以使被二维地扫描的激光射出光Lo不被遮挡。
〈光扫描部〉
接着，对光扫描装置1000的光扫描部100进行说明。图3是表示实施方式的光扫描装置的光扫描部的一例的上表面侧的立体图。
如图3所示，光扫描部100是使反射镜110摆动而对从光源照射的激光入射光进行扫描的部分。光扫描部100例如是通过压电元件驱动反射镜110的MEMS(Micro ElectroMechanical Systems)反射镜等。
光扫描部100具有反射镜110、反射镜支撑部120、扭转梁130A、130B、连结梁140A、140B、水平驱动梁150A、150B、可动框160、垂直驱动梁170A、170B、以及固定框180。在反射镜支撑部120的上表面支撑有反射镜110。在本实施方式中，将反射镜支撑部120、扭转梁130A、130B、连结梁140A、140B、水平驱动梁150A、150B、以及可动框160总称为支撑反射镜110的反射镜支撑体161。
在反射镜支撑体161的两侧配置有与反射镜支撑体161连接的一对垂直驱动梁170A、170B。反射镜支撑体161和垂直驱动梁170A通过反射镜支撑体连接部A11连接。固定框180和垂直驱动梁170A通过固定框连接部A12连接。反射镜支撑体161和垂直驱动梁170B通过反射镜支撑体连接部A13连接。固定框180和垂直驱动梁170B通过固定框连接部A14连接。关于应垂直驱动梁170A、170B的详细情况，后文进行描述。
另外，在支撑反射镜110的反射镜支撑部120的两侧配置有与反射镜支撑部120连接的一对水平驱动梁150A、150B。另外，水平驱动梁150A、150B、连结梁140A、140B、扭转梁130A、130B、反射镜支撑部120以及反射镜110由可动框160从外侧支撑。即，水平驱动梁150A、150B的一方侧连接于可动框160的内周而被支撑。水平驱动梁150A的另一方侧在内周侧延伸并与连结梁140A、140B连结。水平驱动梁150B的另一方侧也同样在内周侧延伸并与连结梁140A、140B连结。连结梁140A、140B连接于沿水平旋转轴H方向延伸的扭转梁130A、130B，扭转梁130A、130B从水平旋转轴H方向的两侧支撑反射镜支撑部120。如上述那样，水平驱动梁150A、150B在与扭转梁130A、130B延伸的水平旋转轴H方向正交的方向上以夹着反射镜110以及反射镜支撑部120的方式成对设置。关于水平旋转轴H方向，后文进行描述。
水平驱动梁150A、150B分别具有水平驱动源151A、151B。另外，垂直驱动梁170A、170B分别具有垂直驱动源171A、171B。水平驱动梁150A、150B、垂直驱动梁170A、170B作为使反射镜110上下或左右进行摆动而对激光光束进行扫描的驱动器发挥作用。
在水平驱动梁150A、150B的上表面分别形成有水平驱动源151A、151B。水平驱动源151A、151B包括形成于水平驱动梁150A、150B的上表面的压电元件的薄膜(以下也称为“压电薄膜”)、以及连接于压电薄膜的第一电极和第二电极。水平驱动源151A、151B的详细情况在后文进行描述。水平驱动源151A、151B根据施加于第一电极和第二电极的驱动电压的极性而伸长、缩小。
因此，若向水平驱动梁150A和水平驱动梁150B施加为相反相位的正弦波的驱动电压，则在反射镜110的左侧和右侧，水平驱动梁150A和水平驱动梁150B向上下相反侧交替振动。由此，能够将扭转梁130A、130B作为摆动轴或旋转轴，使反射镜110绕水平旋转轴H的轴摆动。将反射镜110绕扭转梁130A、130B的轴摆动的方向称为水平方向，将通过反射镜110的光反射面的中心C的上述的摆动轴称为水平旋转轴H。例如，水平驱动梁150A、150B的水平驱动中，使用共振振动，能够高速地对反射镜110进行摆动驱动。
在反射镜支撑部120，以沿着反射镜110的圆周的方式形成有狭缝122。通过狭缝122，能够使反射镜支撑部120轻量化，并且将扭转梁130A、130B的扭转传递至反射镜110。
另外，垂直驱动梁170A具有沿水平旋转轴H方向延伸的多个矩形状的垂直梁，相邻的垂直梁的端部彼此连结，整体具有锯齿状(波纹状)的形状。
例如，从反射镜支撑体161侧数，第一个垂直梁的端部和第二个垂直梁的端部通过折回部171X1连结。另外，第二个垂直梁的端部和第三个垂直梁的端部通过折回部171X2连结。另外，第三个垂直梁的端部和第四个垂直梁的端部通过折回部171X3连结。另外，第四个垂直梁的端部和第五个垂直梁的端部通过折回部171X4连结。另外，第五个垂直梁的端部和第六个垂直梁的端部通过折回部171X5连结。此外，在图3中，为了方便，以梨地纹状示出各折回部。
垂直驱动梁170B也同样具有沿水平旋转轴H方向延伸的多个矩形状的垂直梁，相邻的垂直梁的端部彼此连结，整体具有锯齿状(波纹状)的形状。
例如，从反射镜支撑体161侧数，第一个垂直梁的端部和第二个垂直梁的端部通过折回部171Y1连结。另外，第二个垂直梁的端部和第三个垂直梁的端部通过折回部171Y2连结。另外，第三个垂直梁的端部和第四个垂直梁的端部通过折回部171Y3连结。另外，第四个垂直梁的端部和第五个垂直梁的端部通过折回部171Y4连结。另外，第五个垂直梁的端部和第六个垂直梁的端部通过折回部171Y5连结。与上述同样地，为了方便起见，以梨地纹状示出各折回部。
在垂直驱动梁170A、170B的上表面，在各不含曲线部的矩形单位即垂直梁，分别形成有垂直驱动源171A、171B。垂直驱动源171A包括形成于垂直驱动梁170A的上表面的压电薄膜、以及连接于压电薄膜的第一电极和第二电极。垂直驱动源171B包括形成于垂直驱动梁170B的上表面的压电薄膜、以及连接于压电薄膜的第一电极和第二电极。垂直驱动源171A、171B的详细情况在后文进行描述。
垂直驱动梁170A、170B通过在按照垂直梁相邻的垂直驱动源171A、171B彼此施加以驱动波形的中央值为基准上下反转的波形的驱动电压，从而使相邻的垂直梁向上方向弯曲，且将各垂直梁的上下运动的累计传递至反射镜支撑体161。例如，驱动波形能够设为锯齿波形。垂直驱动梁170A、170B通过该动作使反射镜110以及反射镜支撑体161在与水平旋转轴H的方向正交的方向上摆动，将该摆动的方向称为垂直方向，将通过反射镜110的光反射面的中心C的上述的摆动轴称为垂直旋转轴V。例如垂直驱动梁170A、170B的垂直驱动能够使用非共振振动。
例如，垂直驱动源171A包括分别形成于构成垂直驱动梁170A的第一至第六个各垂直梁上的六个垂直驱动源171A1、171A2、171A3、171A4、171A5以及171A6。另外，垂直驱动源171B包括分别形成于构成垂直驱动梁170B的第一至第六个各垂直梁上的六个垂直驱动源171B1、171B2、171B3、171B4、171B5以及171B6。在该情况下，通过以同波形驱动垂直驱动源171A1、171B1、171A3、171B3、171A5、171B5，并以与前者以驱动波形的中央值为基准上下翻转的波形驱动垂直驱动源171A2、171B2、171A4、171B4、171A6以及171B6，从而能够使反射镜110以及反射镜支撑体161在垂直方向摆动。
对水平驱动源151A的上部电极以及下部电极施加驱动电压的驱动配线与设于固定框180的端子组190A所包含的规定的端子连接。对水平驱动源151B的上部电极以及下部电极施加驱动电压的驱动配线与设于固定框180的端子组190B所包含的规定的端子连接。另外，对垂直驱动源171A的上部电极以及下部电极施加驱动电压的驱动配线与设于固定框180的端子组190A所包含的规定的端子连接。对垂直驱动源171B的上部电极以及下部电极施加驱动电压的驱动配线与设于固定框180的端子组190B所包含的规定的端子连接。
另外，光扫描部100具有压电传感器191、192作为水平摆角传感器，该水平摆角传感器对通过向水平驱动源151A、151B施加驱动电压而反射镜110在水平方向上摆动的状态下的反射镜110的水平方向的倾斜程度(水平方向的摆角)进行检测。压电传感器191设于连结梁140A，压电传感器192设于连结梁140B。
另外，光扫描部100具有压电传感器195、196作为垂直摆角传感器，该垂直摆角传感器对通过向垂直驱动源171A、171B施加驱动电压而反射镜110在垂直方向上摆动的状态下的反射镜110的垂直方向的倾斜程度(垂直方向的摆角)进行检测。压电传感器195设于构成垂直驱动梁170A的垂直梁的一个，压电传感器196设于构成垂直驱动梁170B的垂直梁的一个。
压电传感器191伴随着反射镜110的水平方向的倾斜程度，输出与从扭转梁130A传递的连结梁140A的位移对应的电流值。压电传感器192伴随着反射镜110的水平方向的倾斜程度，输出与从扭转梁130B传递的连结梁140B的位移对应的电流值。压电传感器195伴随着反射镜110的垂直方向的倾斜程度，输出与垂直驱动梁170A中的设有压电传感器195的垂直梁的位移对应的电流值。压电传感器196伴随着反射镜110的垂直方向的倾斜程度，输出与垂直驱动梁170B中的设有压电传感器196的垂直梁的位移对应的电流值。
在实施方式中，使用压电传感器191、192的输出检测反射镜110的水平方向的倾斜程度，使用压电传感器195、196的输出检测反射镜110的垂直方向的倾斜程度。此外，也可以在光扫描部100的外部设置根据从各压电传感器输出的电流值进行反射镜110的倾斜程度的检测的倾斜检测部。另外，也可以在光扫描部100的外部设置基于倾斜检测部的检测结果控制对水平驱动源151A、151B、垂直驱动源171A、171B供给的驱动电压的驱动控制部。
压电传感器191、192、195、196包括压电薄膜、以及连接于压电薄膜的第一电极和第二电极。压电传感器的详细情况在后文进行描述。在实施方式中，各压电传感器的输出为与第一电极和第二电极连接的传感器配线的电流值。
从压电传感器191的第一电极以及第二电极引出的传感器配线与设于固定框180的端子组190B所包含的规定的端子连接。从压电传感器195的第一电极以及第二电极引出的传感器配线与设于固定框180的端子组190A所包含的规定的端子连接。另外，从压电传感器192的第一电极以及第二电极引出的传感器配线与设于固定框180的端子组190B所包含的规定的端子连接。从压电传感器196的第一电极以及第二电极引出的传感器配线与设于固定框180的端子组190B所包含的规定的端子连接。
光扫描部100能够使用具有例如支撑层、埋入(BOX：Buried Oxide；埋氧)层以及活性层的SOI(Silicon On Insulator；绝缘体上硅)基板形成。例如，可动框160、设于水平驱动梁150A、150B的背面的肋、以及设于垂直驱动梁170A、170B的背面的肋等是从支撑层图案化而形成的部件。另外，水平驱动梁150A、150B和垂直驱动梁170A、170B等是从活性层以及BOX层、或者从活性层图案化而形成的部件。
图4是将表示实施方式的光扫描装置的光扫描部的一例的主要部分放大后的上表面侧的平面图。相当于将图3的连结梁140B附近部放大后的图。在支撑反射镜110的反射镜支撑部120连接有扭转梁130B。在扭转梁130B经由连结梁140B连接有水平驱动梁150A、150B。在水平驱动梁150A、150B形成有水平驱动源151A、151B。在连结梁140B形成有压电传感器192。
水平驱动源151A、151B通过在SOI基板的活性层的表面隔着热氧化膜层叠下部电极、下层压电薄膜、中部电极、上层压电薄膜、以及上部电极而形成。在此，下部电极和上部电极接地(GND)，向中部电极输入用于驱动水平驱动梁的信号。即，下部电极、下层压电薄膜、以及中部电极构成一个压电元件，中部电极、上层压电薄膜、以及上部电极构成另一个压电元件，这些压电元件并联连接。相较于压电薄膜为单层的结构的情况，即，压电元件为一个结构的情况下，能够提高水平驱动部的驱动效率。作为垂直驱动源171A、171B，也是同样的结构。设为将两个压电元件并联连接的结构，能够提高驱动效率，由此，能够进行低电压驱动，能够抑制由耐电压引起的元件破损，减轻升压IC或电路的负担。
若将层叠上述的下部电极、下层压电薄膜、中部电极、上层压电薄膜、以及上部电极而成的结构的压电元件作为压电传感器192使用，则能够同时形成压电传感器192和水平驱动源151A、151B以及垂直驱动源171A、171B。但是，连结梁140B是非常小的梁，形成压电传感器192的区域为狭小面S。狭小面S比形成水平驱动源151A、151B以及垂直驱动源171A、171B的区域窄。因此，在压电传感器192中，难以进行与水平驱动源151A、151B以及垂直驱动源171A、171B同样的配线。即，难以将由下部电极、下层压电薄膜、以及中部电极构成的压电元件、和由中部电极、上层压电薄膜、以及上部电极构成的压电元件并联连接。因此，将下部电极接地(GND)，将中部电极设为非连接(浮动状态)，作为从上部电极取出传感器信号的结构使用。即，作为如下结构使用：下部电极、下层压电薄膜、以及中部电极构成一个压电元件，中部电极、上层压电薄膜、以及上部电极构成另一个压电元件，这两个压电元件串联连接。在该情况下，例如外观上的压电薄膜的厚度是未串联连接的情况的两倍，因此，传感器输出电压是未串联连接的情况的1/2。
在本实施方式的光扫描装置中，作为用作压电传感器192的压电元件，使用层叠下部电极、压电薄膜、以及上部电极而成的结构。在此，压电传感器192的上部电极是位于串联连接有上述的两个压电元件的结构中的成为中部电极的部位的电极。压电传感器192的压电薄膜是位于串联连接有上述的两个压电元件的结构中的成为下层压电薄膜的部位的电极。相较于串联连接有两个压电元件的结构，能够将压电薄膜的厚度薄化1/2，能够将压电传感器的输出提高至两倍。关于压电传感器192以外的压电传感器191、195、196，同样如此。
图5是实施方式的光扫描装置的光扫描部的模拟的应力分布图。是相当于图4中的狭小部S的部分。模拟求出了对水平驱动源施加规定的驱动电压而水平驱动时的在狭小面S产生的应力。图5中示出了：灰度越浓，则应力越大，越薄，则应力越小。扭转梁130B的部分的应力大。即，距离扭转梁130B最远的角部的应力最小。压电传感器192的区域是以图5图示中应力最低的部分为基准的较小的应力。
图6是表示本实施方式的光扫描装置的光扫描部的剖视图。示出了形成于SOI基板10的、垂直驱动源区域RA、水平驱动源区域RB、以及压电传感器区域RC的压电元件。SOI基板10的MEMS结构未示于图6。在垂直驱动源区域RA、水平驱动源区域RB、以及压电传感器区域RC中，在SOI基板10上形成有热氧化膜11、下部电极12。在垂直驱动源区域RA中，在下部电极12的上层层叠有下层压电薄膜13A、中部电极14A、上层压电薄膜15A、上部电极16A、被覆膜(反向膜)17A。上层压电薄膜15A、上部电极16A、被覆膜(反向膜)17A的一部分被除去，使中部电极14A露出而用作端子14AT。下部电极12和上部电极16A接地(GND)，对中部电极14A施加垂直驱动信号VV。
在水平驱动源区域RB中，在下部电极12的上层层叠有下层压电薄膜13B、中部电极14B、上层压电薄膜15B、上部电极16B。上层压电薄膜15B、上部电极16B的一部分被除去，使中部电极14B露出而作为端子14BT使用。下部电极12和上部电极16B接地(GND)，对中部电极14B施加水平驱动信号VH。
在压电传感器区域RC中，在下部电极12的上层层叠有压电薄膜13C、上部电极14C。下部电极12接地(GND)，从上部电极14C输出传感器信号SE。
作为下层压电薄膜13A、13B、压电薄膜13C、上层压电薄膜15A、15B，能够使用作为铅系材料的Pb(Zr、Ti)O3(锆钛酸铅：所谓的PZT)。在该情况下，也可以向PZT添加La2O3、Nd2O3、Nd2O5、Ta2O5、WO3等添加物。另外，作为压电材料，例如，也可以使用作为非铅系材料的BaTiO3系、KNbO3-NaNbO3-LiNbO3系、(Bi1/2Na1/2)TiO3系无铅压电陶瓷等。下部电极12、中部电极14A、14B、上部电极14C、上部电极16A、16B是由导电材料构成的导电层，例如，能够使用将LaNiO3/Pt/LaNiO3以该顺序层叠而成的层叠膜。在该情况下，各LaNiO3的厚度例如能够设为10～100nm左右。另外，Pt的厚度例如能够设为50～200nm左右。作为除此之外的电极的结构，例如可举出Au、Pt等金属、LaNiO3、SrRuO3、IrO3等金属氧化物、它们的组合。另外，被覆膜(反向膜)17A由TiW(钛钨)等构成。
压电薄膜是铁电体，用电极夹持压电薄膜的结构与电容器等效，因此，作为压电传感器使用的压电传感器的产生电荷Q与容量C成比例。
Q＝CV(1)
根据上述的式(1)，容量越大，则产生电荷越大。另一方面，产生电荷Q与从外部施加于传感器的应力σ成比例。
Q＝a×σ(a为比例常数)(2)
由上述的式(1)、(2)得到下式。
CV∝σ(3)
根据上述的式(1)～(3)，容量C越大、或外部印加应力σ越大，则产生电荷Q越大，传感器的输出越增加。若增大向传感器的外部印加应力σ，则元件破损风险增高。因此，不能意外地增大外部施加应力σ。因此，为了增大产生电荷Q，需要增大容量C。若将压电薄膜的介电常数设为ε、将传感器的面积设为S、将压电薄膜的膜厚设为d，则容量C如下式表示。
C＝ε×S/d(4)
根据上述的式(4)，为了增加容量C，可以考虑以下的方法。
(A)提高压电薄膜的膜材料的介电常数ε。压电薄膜材料作为驱动源使用低电压/大位移的d常数高的材料，但一般d常数高的材料的介电常数ε高，在兼做驱动源的压电薄膜中，难以进一步提高压电薄膜材料的介电常数ε。
(B)增大压电传感器面积S。增大面积也是增大容量C的方法。但是，在传感器面上存在应力分布，若在小应力部配设压电传感器，则由于增大面积，压电传感器的应变在面积内抵消，在实际元件中，产生电荷Q不会如预期的那样增加。在本在实施方式中，如图5所示，压电传感器设于小应力部，因此，认为难以通过增大压电传感器面积S来增大容量C。
(C)缩小压电薄膜的厚度d。压电薄膜的厚度d与容量C存在反比例的关系，通过压电薄膜的厚度d的减少，能够增大容量C。
如上所述，在将压电薄膜作为压电传感器使用的情况下，通过减薄压电薄膜的厚度d，能够增加容量C，传感器输出增加。由此，能够改善传感器信号的S/N比。本实施方式的光扫描装置的压电传感器中的压电薄膜的厚度d相当于串联连接两个压电元件的情况的1/2。由此，容量C成为两倍，能够将传感器输出提高至两倍，改善S/N比。
〈光扫描装置的制造方法〉
图7是表示本实施方式的光扫描装置的光扫描部的制造方法的工序的一例的剖视图。首先，例如，在垂直驱动源区域RA、水平驱动源区域RB、以及压电传感器区域RC中，在SOI基板10的表面形成热氧化膜11，通过PVD(Physical Vapor Deposition；物理气相沉积)法，在热氧化膜11的上层形成下部电极12，进一步，通过CSD(Chemical Solution Deposition；化学溶液沉积)法，形成下层压电薄膜13。通过PVD法，在下层压电薄膜13的上层形成中部电极14，进一步，通过CSD法，形成上层压电薄膜15。通过PVD法，在上层压电薄膜15的上层形成上部电极16和被覆膜(反向膜)17。下层压电薄膜13、上层压电薄膜15为PZT等压电薄膜。下部电极12、中部电极14、上部电极16是由导电材料构成的导电层。
图8是表示本实施方式的光扫描装置的光扫描部的制造方法的工序的一例的剖视图。例如，通过光刻工序，图案化形成光致抗蚀剂膜，并通过进行RIE(Reactive IonEtching；反应离子蚀刻)等干刻处理，在除了成为端子14AT的部分以外的垂直驱动源区域RA中，保留被覆膜(反向膜)17A，除去其它部分的被覆膜(反向膜)17。
图9是表示本实施方式的光扫描装置的光扫描部的制造方法的工序的一例的剖视图。例如，通过光刻工序，图案化形成光致抗蚀剂膜，并通过进行RIE等干刻处理，在除了成为端子14AT的部分以外的垂直驱动源区域RA和除了端子14BT以外的水平驱动源区域RB中，保留上部电极16A、16B，除去其它部分的上部电极16。
图10是表示本实施方式的光扫描装置的光扫描部的制造方法的工序的一例的剖视图。例如，通过光刻工序，图案化形成光致抗蚀剂膜，并通过进行RIE等干刻处理，在除了成为端子14AT的部分以外的垂直驱动源区域RA和除了端子14BT以外的水平驱动源区域RB中，保留上层压电薄膜15A、15B，除去其它部分的上层压电薄膜15。
图11是表示本实施方式的光扫描装置的光扫描部的制造方法的工序的一例的剖视图。例如，通过光刻工序，图案化形成光致抗蚀剂膜，并通过进行RIE等干刻处理，除去垂直驱动源区域RA、水平驱动源区域RB以及压电传感器区域RC以外的中部电极14。其结果，在垂直驱动源区域RA、水平驱动源区域RB保留中部电极14A、14B。在压电传感器区域RC，上部电极16和上层压电薄膜15被除去，将保留的电极称为上部电极14C。
图12是表示本实施方式的光扫描装置的光扫描部的制造方法的工序的一例的剖视图。例如，通过光刻工序，图案化形成光致抗蚀剂膜，并通过进行RIE等干刻处理，除去垂直驱动源区域RA、水平驱动源区域RB以及压电传感器区域RC以外的下层压电薄膜13。其结果，在垂直驱动源区域RA、水平驱动源区域RB保留下层压电薄膜13A、13B。在压电传感器区域RC，上部电极16和上层压电薄膜15被除去，将保留的下层压电薄膜称为压电薄膜13C。
如上述那样，能够制造具有图6所示的结构的压电元件的光扫描装置。根据上述的光扫描装置的制造方法，能够制造能够将传感器输出提高至2倍并改善S/N比的光扫描装置。与在压电传感器区域RC中保留上层压电薄膜和上部电极而制成两个压电元件串联连接的结构的情况相比，能够不增加制造工序而实现。
以上，对优选的实施方式进行了说明，但并不限定于上述的实施方式，在不脱离权利要求书所记载的范围的情况下，能够对上述的实施方式施加各种变形以及置换。在上述的在实施方式中，使用层叠了两层压电薄膜的层叠体作为驱动梁的驱动源，使用单层压电薄膜作为压电传感器，但并不限定于此，只要压电传感器的压电薄膜的层数比驱动源的压电薄膜的层数少即可。
Claims (9)
1.一种光扫描装置，其特征在于，具有：
反射镜，其具有光反射面；
反射镜支撑部，其支撑上述反射镜；
一对驱动梁，其配置于上述反射镜支撑部的两侧，以能够摆动上述反射镜支撑部的方式连接；
驱动源，其设于上述驱动梁，包括多个压电薄膜的层叠体，且使上述反射镜支撑部摆动；以及
压电传感器，其形成于与上述驱动梁或者上述驱动源连结的连结梁，且包括层数比上述多个压电薄膜少的压电薄膜。
2.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，还具有：
可动框，其设于上述反射镜支撑部的外周；以及
扭转梁，其连接于上述反射镜支撑部且使上述反射镜支撑部能够摆动，
具有一对第一驱动梁作为上述驱动梁，该一对第一驱动梁配置于上述反射镜支撑部的两侧并与上述可动框的内周连接，且经由连结梁连接于上述扭转梁，
具有形成于上述连结梁的第一压电传感器作为上述压电传感器。
3.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，
具有设于上述反射镜支撑部的外周的可动框，
具有一对第二驱动梁作为上述驱动梁，该一对第二驱动梁配置于上述反射镜支撑部的两侧，且连接于上述可动框的外周以及固定框，
具有形成于上述第二驱动梁的第二压电传感器作为上述压电传感器。
4.根据权利要求2所述的光扫描装置，其特征在于，
具有一对第二驱动梁作为上述驱动梁，该一对第二驱动梁配置于上述反射镜支撑部的两侧，且连接于上述可动框的外周以及固定框，
具有形成于上述第二驱动梁的第二压电传感器作为上述压电传感器。
5.根据权利要求4所述的光扫描装置，其特征在于，
上述第二驱动梁具有沿垂直于规定的轴的方向延伸的多个梁，相邻的上述梁的端部彼此连结而整体为锯齿状的形状。
6.一种光扫描装置的制造方法，其特征在于，
为了制造光扫描装置，具有以下工序：
在具有支撑层、埋入层以及活性层的SOI基板的驱动源形成区域以及压电传感器形成区域中，将第一导电层、第一压电薄膜、第二导电层、第二压电薄膜、以及第三导电层依次层叠的工序；
在上述压电传感器形成区域中，除去上述第三导电层以及上述第二压电薄膜，形成上述第一导电层、上述第一压电薄膜、以及上述第二导电层层叠而成的压电传感器的工序；以及
在上述驱动源形成区域中，除去上述驱动源形成区域的一部分中的上述第三导电层以及上述第二压电薄膜而形成驱动源端子，形成第一导电层、第一压电薄膜、第二导电层、第二压电薄膜、以及第三导电层层叠而成的驱动源的工序，
其中，上述光扫描装置具有：反射镜，其具有光反射面；反射镜支撑部，其支撑上述反射镜；一对驱动梁，其配置于上述反射镜支撑部的两侧，以能够摆动上述反射镜支撑部的方式连接；驱动源，其设于上述驱动梁，包括多个压电薄膜的层叠体，且使上述反射镜支撑部摆动；以及压电传感器，其形成于与上述驱动梁或者上述驱动源连结的连结梁，且包括层数比上述多个压电薄膜少的压电薄膜。
7.根据权利要求6所述的光扫描装置的制造方法，其特征在于，
上述光扫描装置还具有：可动框，其设于上述反射镜支撑部的外周；扭转梁，其连接于上述反射镜支撑部且使上述反射镜支撑部能够摆动，
具有一对第一驱动梁作为上述驱动梁，该一对第一驱动梁配置于上述反射镜支撑部的两侧并与上述可动框的内周连接，且经由连结梁连接于上述扭转梁，
通过以下工序在上述连结梁形成第一压电传感器，该工序为，在上述压电传感器形成区域中，除去上述第三导电层以及上述第二压电薄膜，形成上述第一导电层、上述第一压电薄膜、以及上述第二导电层层叠而成的压电传感器。
8.根据权利要求6所述的光扫描装置的制造方法，其特征在于，
上述光扫描装置具有设于上述反射镜支撑部的外周的可动框，
具有一对第二驱动梁作为上述驱动梁，该一对第二驱动梁配置于上述反射镜支撑部的两侧，且连接于上述可动框的外周以及固定框，
通过以下工序，在上述第二驱动梁形成第二压电传感器，该工序为，在上述压电传感器形成区域中，除去上述第三导电层以及上述第二压电薄膜，形成上述第一导电层、上述第一压电薄膜、以及上述第二导电层层叠而成的压电传感器。
9.根据权利要求7所述的光扫描装置的制造方法，其特征在于，
上述光扫描装置具有一对第二驱动梁作为上述驱动梁，该一对第二驱动梁配置于上述反射镜支撑部的两侧，且连接于上述可动框的外周以及固定框，
通过以下工序，在上述第二驱动梁形成第二压电传感器，该工序为，在上述压电传感器形成区域中，除去上述第三导电层以及上述第二压电薄膜，形成由上述第一导电层、上述第一压电薄膜、以及上述第二导电层层叠而成的压电传感器。
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