JP2016004155A - 光偏向器および圧電積層構造 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電膜による応力の影響を抑制して、圧電アクチュエータ及びセンサの反りの発生を抑制することができる光偏向器および圧電積層構造を提供する。【解決手段】光偏向器は、光を反射するミラー部９と、これを支持する支持部２ａと、ミラー部９の回転軸線上でミラー部９及び支持部２ａと結合する１対のトーションバー１３ａ，１３ｂと、トーションバー１３ａ，１３ｂを回転軸線回りに往復回動させるＰＺＴ膜を有する第１圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂと、支持部２ａに対するミラー部９の回転角を検出する回転角センサ１００ａ，１００ｂとを備える。回転角センサ１００ａ，１００ｂは、ＰＺＴ膜の膜応力を打ち消す膜応力を有する外層膜４０を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、圧電駆動方式の光偏向器および圧電積層構造に関する。

スキャナや小型プロジェクタでレーザ光を走査するため、ミラー部を回転軸線回りに往復回転させて、光源から入射した光をミラー部で反射させて出射するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型の光偏向器が知られている。

１軸型光偏向器として、中央に光を反射する円形状のミラー部と、ミラー部を支持する支持部と、ミラー部の中心を通る軸上に形成され、各々の一端でミラー部を軸支する１対のトーションバーと、ミラー部をトーションバーの軸線回りに往復回転させる圧電アクチュエータと、圧電アクチュエータの先端部近傍にトーションバーと結合するように形成され、トーションバーの回転角を検出する圧電センサとを備える光偏向器がある（例えば、特許文献１）。

特開２０１４−５６０１５号公報

光偏向器では、光の走査領域を広くするために、支持部に対するミラー部のより大きな回転角が要求される。その回転角を大きくするには、トーションバーと結合する圧電アクチュエータ及び圧電センサの圧電膜を厚くする必要がある。

しかしながら、当該圧電膜を厚くした場合、圧電アクチュエータを駆動する前の静止状態においても、ミラー部の回転軸線上のトーションバーを中心線として両側に位置する圧電アクチュエータ及びセンサに反りが生じるほど、圧電膜の引張応力が大きくなり、圧電膜と下部電極との密着性が相対的に低下する。

そのため、例えば、圧電アクチュエータを駆動してミラー部を回転軸線回りに往復回動させ、トーションバーがねじられると、トーションバーと結合するセンサの圧電膜と下部電極との密着性が相対的に低いので、圧電膜が下部電極から剥離して、センサの感度が低下する可能性がある。また、振動駆動させる圧電アクチュエータにおいても剥離が生じる可能性がある。さらに、当該反りに起因したポンピング現象が生じる等、所望の動きが得られない可能性がある。

本発明は、圧電膜による応力の影響を抑制して、圧電アクチュエータ及びセンサの反りの発生を抑制することができる光偏向器および圧電積層構造を提供することを目的とする。

第１発明の光偏向器は、光を反射するミラー部と、前記ミラー部を包囲して支持する第１支持部と、前記ミラー部の第１回転軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合し、他端部が前記第１支持部と結合する１対のトーションバーと、前記トーションバーを前記第１回転軸線回りに往復回動させるように、先端部が前記トーションバーと結合し、かつ、少なくとも一部分が前記第１支持部と結合する第１圧電アクチュエータと、前記第１圧電アクチュエータの先端部近傍に配設され、前記トーションバーと結合し、かつ、前記第１支持部に対する前記ミラー部の回転角を検出する回転角センサとを備える。

そして、前記回転角センサは、基板上に形成された回転角センサ用積層体で構成され、前記回転角センサ用積層体は、前記基板の一面側に形成された下部電極、前記下部電極の前記基板側とは反対側の面に形成されたＰＺＴ膜、前記ＰＺＴ膜の前記下部電極側とは反対側の面に形成された上部電極、及び、前記基板側とは反対側の外層として形成された外層膜を有し、前記外層膜は前記ＰＺＴ膜の膜応力を打ち消す膜応力を有するように形成されていることを特徴とする。

第１発明によれば、回転角センサがＰＺＴ膜の膜応力を打ち消す膜応力を有するように形成された薄膜を外層膜として有することから、ミラー部が回動する前の静止状態における回転角センサの反りの発生を抑制できる。

また、第１発明によれば、回転角センサをトーションバーから遠ざけることなく、トーションバーのねじれによる回転角センサのＰＺＴ膜と下部電極との間の剥離を抑制できるので、圧電膜と電極との剥離を抑制するとともに、センサ感度の低下を抑制し、安定したセンサ出力を得ることができる。

尚、回転角センサ用積層体は、下部電極とＰＺＴ膜との間にＳＲＯ膜を有してもよい。

第１発明において、前記第１圧電アクチュエータは、前記回転角センサ用積層体と同じ構成の第１圧電アクチュエータ用積層体で構成されることが好ましい。

本発明によれば、第１圧電アクチュエータの駆動前の静止状態において、ＰＺＴ膜の引張応力による第１圧電アクチュエータ及び回転角センサの反りの発生を抑制できる。光偏向器全体の反りが抑制されることから、トーションバーに結合する回転角センサ及び第１圧電アクチュエータの先端部で、トーションバーのねじれによる応力集中が緩和され、密着強度が他の部分と比較して小さいＰＺＴ膜と下部電極の間の剥離を抑制できる。

本発明において、前記第１支持部を包囲して支持する第２支持部と、前記第１支持部と前記第２支持部との間に介在し、かつ、前記第１回転軸線と同一平面で直交する前記ミラー部の第２回転軸線回りに前記ミラー部を往復回動させる第２圧電アクチュエータを備え、前記第２圧電アクチュエータは、前記回転角センサ用積層体と同じ構成の第２圧電アクチュエータ用積層体で構成されることが好ましい。

本発明によれば、第１圧電アクチュエータ及び第２圧電アクチュエータを駆動させて、光を２次元的に走査可能な２軸型光偏向器を提供することができる。特に、第２圧電アクチュエータがミアンダパターン配列で直列に結合している複数の圧電カンチレバーからなる蛇腹状圧電アクチュエータである場合、光偏向器の反りの発生が静止状態で抑制されるので、反りのあるときと比較して、圧電カンチレバーの変位量がより大きくなり、ミラー部の触れ角を大きくすることができる。

尚、光偏向器の反りが静止状態で発生した場合、ミラー部が座屈する。静止状態で座屈したミラー部を回転軸線回りに往復回動させると、ミラー部が支持部に対して上下に振動するポンピング現象が発生することが知られている。

本発明によれば、光偏向器の反りが静止状態で抑制され、ミラー部が座屈しないことから、ポンピング現象の発生を抑制できる。従って、光スキャナに当該光偏向器を利用することにより、画像の解像度を向上させることができる。

また、第２発明の光偏向器は、光を反射するミラー部と、前記ミラー部を包囲して支持する第１支持部と、前記ミラー部を第１回転軸線回りに往復回動させるように、一端部が前記ミラー部と結合し、他端部が前記第１支持部と結合する第１圧電アクチュエータとを備える。

そして、前記第１圧電アクチュエータは、基板上に形成された第１圧電アクチュエータ用積層体で構成され、前記第１圧電アクチュエータ用積層体は、前記基板の一面側に形成された下部電極、前記下部電極の前記基板側とは反対側の面に形成されたＰＺＴ膜、前記ＰＺＴ膜の前記下部電極側とは反対側の面に形成された上部電極、及び、前記基板側とは反対側の外層として形成された外層膜を有し、前記外層膜は前記ＰＺＴ膜の膜応力を打ち消す膜応力を有するように形成されていることを特徴とする。

第２発明によれば、第１圧電アクチュエータがＰＺＴ膜の膜応力を打ち消す膜応力を有するように形成された薄膜を外層膜として有することから、ミラー部が回動する前の静止状態における第１圧電アクチュエータの反りの発生を抑制できる。

また、第２発明において、前記第１回転軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合し、他端部が前記第１支持部と結合する１対のトーションバーをさらに有し、前記第１圧電アクチュエータは、前記トーションバーを前記第１回転軸線回りに往復回動させるように、先端部が前記トーションバーと結合し、かつ、少なくとも一部分が前記第１支持部と結合していることが好ましい。

本発明によれば、トーションバーを第１回転軸線回りに往復回動させた場合でも、トーションバーのねじれによる第１圧電アクチュエータのＰＺＴ膜と下部電極との間の剥離を抑制できる。

また、第２発明において、前記第１支持部を包囲して支持する第２支持部と、前記第１支持部と前記第２支持部との間に介在し、かつ、前記第１回転軸線と同一平面で直交する前記ミラー部の第２回転軸線回りに前記ミラー部を往復回動させる第２圧電アクチュエータを備え、前記第２圧電アクチュエータは、前記第１圧電アクチュエータ用積層体と同じ構成の第２圧電アクチュエータ用積層体で構成されることが好ましい。

本発明によれば、第１圧電アクチュエータ及び第２圧電アクチュエータを駆動させて、光を２次元的に走査可能な２軸型光偏向器を提供することができる。特に、第２圧電アクチュエータがミアンダパターン配列で直列に結合している複数の圧電カンチレバーからなる蛇腹状圧電アクチュエータである場合、光偏向器の反りの発生が静止状態で抑制されるので、反りのあるときと比較して、圧電カンチレバーの変位量がより大きくなり、ミラー部の触れ角を大きくすることができる。

尚、第２発明でも、光偏向器の反りが静止状態で発生した場合、ミラー部が座屈する可能性がある。静止状態で座屈したミラー部を回転軸線回りに往復回動させると、ミラー部が支持部に対して上下に振動するポンピング現象が発生する場合がある。

本発明によれば、光偏向器の反りが静止状態で抑制され、ミラー部が座屈しないことから、ポンピング現象の発生を抑制できる。従って、光スキャナに当該光偏向器を利用することにより、画像の解像度を向上させることができる。

そして、第３発明の圧電積層構造は、基板と、前記基板の一面側に形成された下部電極、前記下部電極の前記基板側とは反対側の面に形成されたＰＺＴ膜、前記ＰＺＴ膜の前記下部電極側とは反対側の面に形成された上部電極、及び、前記基板側とは反対側の外層として形成された外層膜を有し、前記外層膜は前記ＰＺＴ膜の膜応力を打ち消す膜応力を有するように形成されていることを特徴とする。

第３発明によれば、ＰＺＴ膜の膜応力を打ち消す膜応力を有するように形成された薄膜を外層膜として有することから、圧電積層構造の反りの発生を抑制できる。

光スキャナモジュールの構成図。 ２軸型光偏向器の斜視図。 ミアンダ構造を有する圧電アクチュエータの動作を説明する図。 第１支持部の詳細を説明する図。 図４の第１支持部内の回転角センサの配置部分を説明する図。 回転角センサの断面図。 （Ａ）外層膜を有しない光偏向器の変位分布の全体図と、（Ｂ）斜め側方から見た変位分布の全体図。 外層膜を有する光偏向器の変位分布の全体図。

図１を参照して、光スキャナモジュール１の構成を説明する。光スキャナモジュール１は、例えば、超小型プロジェクタ、バーコードリーダ等に用いられる部品であり、２軸型光偏向器２、レーザ光源３及び制御装置５を備える。

２軸型光偏向器２は、半導体プロセスやMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用して作製され、一定の方向から入射する光を回転するマイクロミラーのミラー部９で反射し、走査光として出射する。

２軸型光偏向器２は、第１支持部２ａ、ミラー部９、半環状圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂ（本発明の「第１圧電アクチュエータ」に相当する。）、トーションバー（弾性梁）１３ａ、１３ｂ等からなる。レーザ光源３から入射するレーザ光４ａはミラー部９で反射され、反射光（レーザ光４ｂ）が、例えば、超小型プロジェクタの投影面を走査する。

このとき、制御装置５は、第１支持部２ａ及びレーザ光源３に制御信号を送信する。当該制御信号により第１支持部２ａの半環状圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂが駆動され、ミラー部９及び半環状圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂと結合したトーションバー１３ａ、１３ｂがねじれることで、ミラー部９を回動させる。また、当該制御信号により、レーザ光源３において、レーザ光４ａのオン・オフ及び輝度が制御される。

次に、図２を参照して、第１支持部２ａを含む２軸型光偏向器２について説明する。構造の説明の便宜上、図２を用いて、Ｘ−Ｙの２軸直交座標系を定義する。図２に示されるように、２軸直交座標系において、円形のミラー部９の中心を通る水平方向の回転軸をＸ軸、垂直方向の回転軸をＹ軸と定義する。

２軸型光偏向器２は、矩形環状の第２支持部１１の中央に第１支持部２ａが配設されている。また、第１支持部２ａの中心を通るＹ軸に対して線対称に、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ、６ｂ（本発明の「第２圧電アクチュエータ」に相当する。）が配設され、第１支持部２ａの辺部下端及び第２支持部１１と結合している。

蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ、６ｂは、複数のカンチレバーを長手方向が隣り合う向きに並べて、上下方向端部で折り返して直列結合したミアンダ構造に形成されている。詳細は後述するが、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ、６ｂを駆動させることにより、第１支持部２ａが水平方向、すなわち、図中のミラー部９の中心を通るＸ軸線回りを往復回動する。

また、上述したように、半環状圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂを駆動させることにより、ミラー部９がトーションバー１３ａ、１３ｂの軸と一致する、図中のミラー部９の中心を通るＹ軸線回りを往復回動する。

この結果、２軸型光偏向器２は、レーザ光４ａをミラー部９で反射する際、光を２軸型光偏向器２の前方に出射して、さらにＸ軸方向とＹ軸方向の２方向に走査することができる。

第２支持部１１の下方には、電極パッド７ａ〜７ｅ（以下、電極パッド７という）と、電極パッド８ａ〜８ｅ（以下、電極パッド８という。）が配設されている。電極パッド７、８は、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ、６ｂ及び半環状圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂの各電極に駆動電圧を印加できるように電気的に接続されている。

なお、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ、６ｂの部分がなくても光偏向器として機能させることができる。この場合、第１支持部２ａの部分が支持体の役割を果たし、ミラー部９がＹ軸線回りを往復回動する１軸型光偏向器を構成する。

次に、図３を参照して、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａを例に、蛇腹状圧電アクチュエータの動作を説明する。上述したように、２軸型光偏向器２は、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ、６ｂを動作させることにより、ミラー部９のＸ軸線回りの往復回動を可能としている。

図３Ａは、２軸型光偏向器２を表側から見たとき、左側に配設される蛇腹状圧電アクチュエータ６ａを切り出した図である。蛇腹状圧電アクチュエータ６ａは、圧電カンチレバーを４つ並べた形状である。以下では、第１支持部２ａから離れた方より順に、圧電カンチレバー６ａ（１）、６ａ（２）、６ａ（３）、６ａ（４）と呼ぶ。

また、各圧電カンチレバーは、図６を参照して詳細に後述するが、基板２０の一面側に形成された下部電極２６と、下部電極２６における基板２０側とは反対側の面に形成された圧電膜であるＰＺＴ膜３０と、ＰＺＴ膜３０における下部電極２６側とは反対側の面に形成された上部電極３２と、基板２０側とは反対側の面に形成され、かつ、ＰＺＴ膜３０の膜応力を打ち消す膜応力を有する薄膜である外層膜４０とを有する積層体で構成される。

例えば、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａにおいて、奇数番目の圧電カンチレバー６ａ（１）、６ａ（３）に第１の電圧を印加する。また、偶数番目の圧電カンチレバー６ａ（２）、６ａ（４）に、第１の電圧とは逆位相の第２の電圧を印加する。

このように電圧を印加することで、図３Ｂに示すように、奇数番目の圧電カンチレバー６ａ（１）、６ａ（３）を上方向に屈曲変位させ、偶数番目の圧電カンチレバー６ａ（２）、６ａ（４）を下方向に屈曲変位させることができる。

図示しないが、蛇腹状圧電アクチュエータ６ｂについては、第１支持部２ａに近い方より順に、圧電カンチレバー６ｂ（１）、６ｂ（２）、６ｂ（３）、６ｂ（４）とする。このとき、奇数番目の圧電カンチレバー６ａ（１）、６ａ（３）を下方向に屈曲変位させ、偶数番目の圧電カンチレバー６ａ（２）、６ａ（４）を上方向に屈曲変位させることができる。

これにより、ミラー部９の下側（トーションバー１３ｂ側）よりミラー部９の上側（トーションバー１３ａ側）が高くなる（上側が図中のＵ方向に動く）ように、ミラー部９を変位させることができる。このようにして、ミラー部９をＸ軸線回りに揺動させることができる。

次に、図４を参照して、第１支持部２ａの詳細を説明する。図４は、第１支持部２ａを斜め前方から見た斜視図である。円形のミラー部９は、Ｙ軸線上にミラー部９の中心に対して対称な位置に設けられたトーションバー１３ａ、１３ｂに支持され、第１支持部２ａの中心に配設される。ミラー部９の反射面は、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ等の金属薄膜を、例えば、スパッタ法や電子ビーム蒸着法により形成する。なお、ミラー部９の形状は円形に限られず、楕円形やその他の形状であってもよい。

トーションバー１３ａ、１３ｂは、一端がミラー部９、他端が半環状圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂとの結合部を越えて、第１支持部２ａと結合している。このように、トーションバー１３ａ、１３ｂが第１支持部２ａと結合していることで、Ｙ軸線回りの往復回動が可能になる。

半環状圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂは、ミラー部９を外側から包囲する位置に配設される。半環状圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂは、ミラー部９の中心を通るＹ軸上でトーションバー１３ａ、１３ｂと結合し、Ｘ軸上で第１支持部２ａの一部である固定バー１４ａ、１４ｂと結合している。

半環状圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂは、チタン酸ジルコン酸鉛の圧電膜（以下、ＰＺＴ膜という。）を下部電極及び上部電極で挟み込んだ構造となっている。下部電極及び上部電極を介して圧電膜に電圧を印加することで、半環状圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂを屈曲変形させ、トーションバー１３ａ、１３ｂをねじらせる。

半環状圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂには、それぞれＹ軸に対して６０°傾いた直線上に分断溝１８が形成されており、ＰＺＴ膜が周方向に分断されている。また、トーションバー１３ａ、１３ｂはＹ軸上に延在しているので、Ｙ軸上の位置でも圧電膜が周方向に分断されている。

ＭＥＭＳ技術による第１支持部２ａの作製時には、まず、トーションバー１３ａ、１３ｂの部分を含めた全周に、半環状圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂ用のＰＺＴ膜を一律に形成する。その後、エッチングによりトーションバー１３ａ、１３ｂの部分、分断溝１８の部分のＰＺＴ膜を除去する。

半環状圧電アクチュエータ１０ａは、２つの分断溝１８により上側から順番に区域１６ａ〜１６ｃに分けられる。一方、半環状圧電アクチュエータ１０ｂは、２つの分断溝１８により上側から順番に区域１７ａ〜１７ｃに分けられる。

これにより、区域１６ａ〜１６ｃ、１７ａ〜１７ｃの圧電膜には、個別に駆動電圧を印加可能になる。例えば、区域１６ａ、１６ｃ、１７ｂに所定の電圧Ｖ１を印加し、区域１６ｂ、１７ａ、１７ｃにＶ１とは逆位相となる電圧Ｖ２を印加することにより、ミラー部９をＹ軸回りに揺動させることができる。また、上記のように圧電膜を分離することで、分離しない場合の約半分の電圧で同じ振れ角が得られ、消費電力を抑えられる。

次に、図５を参照して、第１支持部２ａに対するミラー部９の回転角を検出する回転角センサ１００ａ，１００ｂについて説明する。図５は、図４の領域Ｒ（破線部分）の拡大図である。

回転角センサ１００ａ，１００ｂは、トーションバー１３ｂと半環状圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂとの結合部に跨る位置に一対の圧電センサとして配設され、半環状圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの水平方向の歪みに応じた電圧を出力して、ミラー部９の回転角を位相遅れなく検出する。

回転角センサ１００ａ，１００ｂにはそれぞれ、信号線１１０ａ、１１０ｂが接続されている。信号線１１０ａ、１１０ｂは、トーションバー１３ｂの軸線に沿って第１支持部２ａに引き出され、他端が第２支持部１１上の電極パッド８（図２参照）に接続される。

センサ信号は、電極パッド８を介して制御装置５（図１参照）に送信される。これにより、制御装置５は、リアルタイムでミラー部９の回転角をフィードバックして制御することができる。

次に、図６を用いて、回転角センサ１００ａ、１００ｂと、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ，６ｂと、半環状圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂとにおいて、ＰＺＴ膜を有する積層体の積層構造について説明する。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図であり、回転角センサ１００ｂの断面図である。

本実施形態の光偏向器２は、回転角センサ１００ａ、１００ｂ、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ，６ｂ、及び、半環状圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂのＰＺＴ膜を有する積層体の部分は同じ積層構造で構成される。

積層体は、下層から順に、基板２０、層間絶縁膜２２、電極と接する薄膜の密着性を高めるための電極密着膜２４、下部電極２６、層間膜２８、ＰＺＴ膜３０、上部電極３２、電極密着膜３４、水分や金属イオンから配線や回路素子を保護するための機能を持つパッシベーション膜３６、導線部３８、及び、外層膜４０で構成される。

基板２０上に形成された積層体の材料として、基板２０はＳｉ等、層間絶縁膜２２はＳｉＯ_２等、電極密着膜２４，３４はＰｔ等、下部電極２６及び上部電極３２はＰｔ、ＰＺＴ膜３０の配向性を制御する層間膜２８はＳＲＯ（ルテニウム酸ストロンチウム）、ＰＺＴ膜３０はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、パッシベーション膜３６はＳｉＯ_２、ＳｉＮ等、導線部３８はＡｌ等が挙げられる。

積層体は、基板２０の上に、例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法、反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法等の公知の方法を用いて、下層から順に成膜することにより形成される。

外層膜４０の材料として、例えばＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＴＥＯＳ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等が挙げられるが、外部環境の水分から積層体を保護するために疎水性があり、大気環境に対して膜質が経時変化（応力変化）し難く、不純物の透過率が低い膜応力制御が容易なＳｉＮが好ましい。

本実施形態の外層膜４０は、ＰＺＴ膜３０の膜応力を打ち消す膜応力を有するように形成された薄膜である。膜応力は、Ｚｙｇｏ社製のレーザー変位測定干渉計システムを用いて、下記のストーニーの式を用いて膜応力を算出することができる。
（膜応力）＝ＥＤ＾２／６（１−ｖ）tＲ
式中、Ｅは基板のヤング率、ｖは基板のポアソン比、Ｄは基板の厚さ、ｔは膜の厚さ、Ｒは曲率半径の変化である。

圧電膜であるＰＺＴ膜３０含む各膜及び積層膜の引張応力を計算し、反りを抑制するための膜応力（圧縮応力）として外層膜４０の膜応力を計算し、ＰＺＴ膜３０を含む積層膜の膜応力を打ち消す膜応力を以下の手順に従い外層膜４０に付与した。
１．シミュレーションにより、外層膜４０を除く各膜及び積層膜の膜応力を把握する
２．シミュレーションにより、外層膜４０の膜応力を把握する
３．上記１の積層膜の膜応力を相殺し得る膜応力（逆応力）の条件を設定する
４．上記１の積層膜に、上記３で設定した条件で外層膜４０を成膜する
５．外層膜４０を含めた積層膜の膜応力を把握し、応力が相殺され緩和されているか確認する
６．上記１〜５のシミュレーション結果に基づいて．実デバイスで同様の処理を行う
７．３次元光学プロファイルで形状を確認し調整を行う
尚、上記３において、外層膜４０の膜応力の値は、外層膜４０の成膜条件（材料ガス流量、材料ガス流量比、ＲＦパワー、圧力、温度）を調整することにより制御することができる。

尚、低周波ＲＦによる圧縮応力膜と高周波ＲＦによる引張応力膜を交互に成膜し、その割合で応力を制御することも可能であり、低周波と高周波の印可時間を調整することにより外層膜４０の膜応力の調整を容易に行うことができる。

次に、図７及び図８を参照して、光偏向器２の変位分布について説明する。図７Ａ、図７Ｂは、市販のシミュレーションプログラムを用いて算出した、外層膜を有さない静止状態の光偏向器の変位分布であり、図８は外層膜を有する静止状態の光偏向器の変位分布である。尚、図７Ａ，図７Ｂ、図８において、色が濃い部分は変位が大きい部分を示している。

光偏向器２は、Ｓｉからなる基板２０と、ＳｉＯ_２からなる厚さ１０００ｎｍの層間絶縁膜２２と、Ｔｉからなる厚さ２ｎｍの電極密着膜２４と、Ｐｔからなる厚さ１００ｎｍの下部電極２６と、ＳＲＯからなる厚さ２０ｎｍの層間膜２８と、厚さ４μｍのＰＺＴ膜３０と、Ｐｔからなる厚さ１５０ｎｍの上部電極３２と、Ｔｉからなる厚さ５０ｎｍの電極密着膜３４と、ＳｉＯ_２・ＳｉＮからなる厚さ５００ｎｍのパッシベーション膜３６と、Ａｌからなる厚さ５００ｎｍの導線部３８と、ＳｉＮからなる厚さ５００ｎｍの外層膜４０とから構成される、回転角センサ１００ａ，１００ｂ、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ，６ｂ、及び半環状圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを有し、基板２０は、ミラー部９、トーションバー１３ａ，１３ｂ等の基板として共通することを条件とした。

図７Ａ、図７Ｂの外層膜を有さない静止状態の光偏向器の変位分布によれば、静止状態において、光偏向器２に反りが発生していることがわかる。また、図７Ｂから、ミラー部９が第１支持部２ａに対して座屈していることがわかる。

これに対して、図８の外層膜を有する静止状態の光偏向器の変位分布によれば、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ，６ｂ、半環状圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂ、第１支持部２ａに反りが生じていないことがわかる。また、図８のミラー部９は、図７Ａ及び図７Ｂのミラー部９より薄い色であり、座屈していないことがわかる。

従って、本実施形態の光偏向器２によれば、光偏向器２の反りが静止状態で抑制され、ミラー部９が座屈しないことから、ミラー部９がＸ軸線回りを往復回動した場合でも、第１支持部２ａに対するポンピング現象の発生を抑制できる。

上記実施例は、本発明の一例であり、これ以外にも様々な変形例が考えられる。例えば、トーションバーの一端が半環状圧電アクチュエータと結合している、すなわち、第２支持部まで伸びていない光偏向器であっても、本発明を適用可能である。

半環状圧電アクチュエータの圧電膜を分離する分断溝はなくてもよい。また、ミラー部や、ミラー部を駆動する圧電アクチュエータは、実施例の形状に限られず、様々な形状を採用することができる。圧電センサは、トーションバーの回転角を検出するために１つ設けてもよい。

尚、本実施形態の光偏向器２は、例えば、ディスプレイ装置、バーコードリーダ、プロジェクタ、光学式タッチパネル等の光走査装置に用いることができる。

１…光スキャナモジュール、２…２軸型光偏向器、２ａ…第１支持部、３…レーザ光源、４ａ…レーザ光（入射光）、４ｂ…レーザ光（反射光）、５…制御装置、６ａ，６ｂ…蛇腹状圧電アクチュエータ（第２圧電アクチュエータ）、７，８…電極パッド、９…ミラー部、１０ａ，１０ｂ…半環状圧電アクチュエータ（第１圧電アクチュエータ）、１１…第２支持部、１３ａ，１３ｂ…トーションバー、１４ａ，１４ｂ…固定バー、１６ａ〜１６ｃ…区域（半環状圧電アクチュエータ１０ａ）、１７ａ〜１７ｃ…区域（半環状圧電アクチュエータ１０ｂ）、１８…分断溝、２０…基板、２６…下部電極、２８…層間膜（ＳＲＯ膜）、３０…ＰＺＴ膜、３２…上部電極、４０…外層膜、１００ａ，１００ｂ…回転角センサ。

Claims (8)

1. 光を反射するミラー部と、
   前記ミラー部を包囲して支持する第１支持部と、
   前記ミラー部の第１回転軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合し、他端部が前記第１支持部と結合する１対のトーションバーと、
   前記トーションバーを前記第１回転軸線回りに往復回動させるように、先端部が前記トーションバーと結合し、かつ、少なくとも一部分が前記第１支持部と結合する第１圧電アクチュエータと、
   前記第１圧電アクチュエータの先端部近傍に配設され、前記トーションバーと結合し、かつ、前記第１支持部に対する前記ミラー部の回転角を検出する回転角センサとを備え、
   前記回転角センサは、基板上に形成された回転角センサ用積層体で構成され、
   前記回転角センサ用積層体は、前記基板の一面側に形成された下部電極、前記下部電極の前記基板側とは反対側の面に形成されたＰＺＴ膜、前記ＰＺＴ膜の前記下部電極側とは反対側の面に形成された上部電極、及び、前記基板側とは反対側の外層として形成された外層膜を有し、
   前記外層膜は前記ＰＺＴ膜の膜応力を打ち消す膜応力を有するように形成されていることを特徴とする光偏向器。
2. 請求項１記載の光偏向器であって、
   前記第１圧電アクチュエータは、前記回転角センサ用積層体と同じ構成の第１圧電アクチュエータ用積層体で構成されることを特徴とする光偏向器。
3. 請求項１又は２記載の光偏向器であって、
   前記第１支持部を包囲して支持する第２支持部と、
   前記第１支持部と前記第２支持部との間に介在し、かつ、前記第１回転軸線と同一平面で直交する前記ミラー部の第２回転軸線回りに前記ミラー部を往復回動させる第２圧電アクチュエータを備え、
   前記第２圧電アクチュエータは、前記回転角センサ用積層体と同じ構成の第２圧電アクチュエータ用積層体で構成されることを特徴とする光偏向器。
4. 請求項１〜３のいずれか一項記載の光偏向器であって、
   前記回転角センサ用積層体は、前記下部電極と前記ＰＺＴ膜との間にＳＲＯ膜を有することを特徴とする光偏向器。
5. 光を反射するミラー部と、
   前記ミラー部を包囲して支持する第１支持部と、
   前記ミラー部を第１回転軸線回りに往復回動させるように、一端部が前記ミラー部と結合し、他端部が前記第１支持部と結合する第１圧電アクチュエータとを備え、
   前記第１圧電アクチュエータは、基板上に形成された第１圧電アクチュエータ用積層体で構成され、
   前記第１圧電アクチュエータ用積層体は、前記基板の一面側に形成された下部電極、前記下部電極の前記基板側とは反対側の面に形成されたＰＺＴ膜、前記ＰＺＴ膜の前記下部電極側とは反対側の面に形成された上部電極、及び、前記基板側とは反対側の外層として形成された外層膜を有し、
   前記外層膜は前記ＰＺＴ膜の膜応力を打ち消す膜応力を有するように形成されていることを特徴とする光偏向器。
6. 請求項５記載の光偏向器であって、
   前記第１回転軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合し、他端部が前記第１支持部と結合する１対のトーションバーをさらに有し、
   前記第１圧電アクチュエータは、前記トーションバーを前記第１回転軸線回りに往復回動させるように、先端部が前記トーションバーと結合し、かつ、少なくとも一部分が前記第１支持部と結合していることを特徴とする光偏向器。
7. 請求項５又は６記載の光偏向器であって、
   前記第１支持部を包囲して支持する第２支持部と、
   前記第１支持部と前記第２支持部との間に介在し、かつ、前記第１回転軸線と同一平面で直交する前記ミラー部の第２回転軸線回りに前記ミラー部を往復回動させる第２圧電アクチュエータを備え、
   前記第２圧電アクチュエータは、前記第１圧電アクチュエータ用積層体と同じ構成の第２圧電アクチュエータ用積層体で構成されることを特徴とする光偏向器。
8. 基板と、前記基板の一面側に形成された下部電極、前記下部電極の前記基板側とは反対側の面に形成されたＰＺＴ膜、前記ＰＺＴ膜の前記下部電極側とは反対側の面に形成された上部電極、及び、前記基板側とは反対側の外層として形成された外層膜を有し、
   前記外層膜は前記ＰＺＴ膜の膜応力を打ち消す膜応力を有するように形成されていることを特徴とする圧電積層構造。