JP2016110008A - 二軸光偏向器 - Google Patents

Abstract

【課題】 大口径のレーザ光を２軸方向に高速かつ大角度で走査可能な二軸光偏向器を提供する。
【解決手段】 二軸光偏向器５において、ミラー駆動部１１の第１駆動部はミラー部１０を第１軸線周りに揺動させ、第２駆動部は該第１駆動部を含む可動枠を第１軸線と直交する第２軸線周りに揺動させる。ミラー部１０とミラー駆動部１１の組を複数、アレイ状に配置すると大型のミラーとなり、ミラー駆動部１１を同期駆動することで単一の走査ミラーとして動作させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザレーダ装置等に利用可能な二軸光偏向器に関する。

従来、広角度の視野領域を監視する装置として、レーザレーダ装置が知られている。レーザレーダ装置は、視野領域内にある障害物に対し、レーザ光の性質を利用して障害物までの距離等を計測するものである。レーザレーダ装置は、例えば、車両の前方や側方にある障害物の距離を測定する測距装置として使用されている。

レーザレーダ装置の光出力部は、広角度の視野領域を、死角が生じないように高角度分解能で走査する機能が必要とされる。特に、移動する車両に搭載される車両用レーザレーダ装置では、高角度分解能に加えて高速走査する機能が要求される。従って、これまでのレーザレーダ装置の光偏向器には、ガルバノミラーやポリゴンミラー等の可動ミラーが用いられていた。しかし、近年は、広角走査が可能でかつ角度分解能にも優れたMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）共振ミラーを利用したものが登場している。

また、１００ｍ先までレーザ光をコリメートした状態で照射するには、ある程度の大きさのビーム径（直径２〜３ｍｍ）が必要となる。これに伴い、光偏向器のミラーサイズも大きなものが要求されている。

しかし、ミラーサイズが大きい場合、MEMS共振ミラーの長所が活かせなくなる。すなわち、ミラーが大きくなるにつれ、動作速度が遅くなるという問題が生じる。MENS共振ミラーは、共振周波数では広角走査が可能であるが、共振周波数は数１００Hz程度であり、高速走査は困難である。

大きなミラーが要求されるもう１つの理由としては、障害物で反射したレーザ光を光偏向器の光検出器に導くには同軸光学系とする方が良いからである。投光・受光の経路を同軸上にすることで外乱光によるノイズの影響を低減することができる。

そこで、大きなサイズのMEMS共振ミラーを用いて高速に光走査を行うため、MEMS共振ミラーにレーザアレイ光源からのレーザ光を入射して逐次光走査を行う技術が提案されている（特許文献１）。このレーザアレイ方式のMEMS共振ミラーでは、アレイ光源の複数の発光点を順次点灯させることで、高速走査を可能としている。

特開２０１０−１５１９５８号公報

しかしながら、レーザアレイ方式の光偏向器で広角かつ高角度分解能で走査を行うためには、多数の発光点を備えたアレイ光源が必要となる。換言するならば、アレイ光源の発光点の個数によっては、光走査角度及び角度分解能が制限されることになる。このようなレーザアレイ方式では、レーザ光の照射角度を連続的に変化させることは困難であり、レーザ光の照射領域は離散的となる。これにより、光学系の構成によっては、十分な角度分解能を得ることができないので、やはり光源ではなく、光偏向器の方を改善して課題の解決を図る必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、複数のミラーからなるミラーアレイを同期駆動することで、大口径のレーザ光を高速かつ大角度で２軸方向に走査可能な二軸光偏向器を提供することを目的とする。

第１発明は、入射光を反射するミラー部と、前記ミラー部を第１軸線周りに揺動させる第１駆動部と、該第１駆動部を含む可動枠を前記第１軸線と直交する第２軸線周りに揺動させる第２駆動部とからなるミラー駆動部とを備え、前記ミラー部と該ミラー部に対応するミラー駆動部との組を複数、アレイ状に配置し、該複数のミラー駆動部を同期駆動して単一の走査ミラーとして動作させることを特徴とする。

第１発明では、ミラー駆動部の第１駆動部を駆動してミラー部を第１軸線周り揺動させる。また、ミラー駆動部の第２駆動部を駆動して第１駆動部を含む可動枠を第２軸線周りに揺動させる。これにより、ミラー部を２軸方向に動作させることができる。

また、ミラー部とミラー駆動部との組を複数、アレイ状（例えば、６×６）に配置すると、２軸方向に動作する大型のミラーとなる。そして、ミラー駆動部を同期駆動して単一の走査ミラーとして動作させるので、大口径のレーザ光を扱うことができ、遠方の物体を走査可能な二軸光偏向器を実現することができる。

第２発明は、第１発明の二軸光偏向器において、前記ミラー駆動部は、第１のウエハを加工して形成され、前記ミラー部は、第２のウエハを加工して形成され、前記ミラー部に設けられた支柱部と、前記ミラー駆動部の裏面のミラー支持台とが接合されていることが好ましい。

第２発明では、ミラー駆動部を第１のウエハを加工し、ミラー部を第２のウエハを加工して、例えば、半導体プロセスにより形成する。また、ミラー部の支柱部を、ミラー駆動部裏面のミラー支持台に接合して小型ミラーを作るので、表面側では配線が容易に行えるようになる。

第３発明は、第２発明の二軸光偏向器において、前記接合は、金属拡散接合、共晶接合、接着剤接合、陽極酸化接合、ガラスフリット接合の何れかであることが好ましい。

第３発明では、２枚のウエハを、例えば、Au-Au、Cu-Cu等の金属拡散接合により接合する。これにより、２枚のウエハにずれが生じることなく、強固に接合することができる。また、接着剤接合、共晶接合、陽極酸化接合、ガラスフリット接合により接合してもよい。

第４発明は、第１〜第３発明の二軸光偏向器において、前記第１、第２駆動部は、それぞれ前記第１、第２軸線上に複数の圧電カンチレバーを隣り合うように並べて配置し、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部を機械的に連結してなるミアンダ構造の圧電アクチュエータで構成されていることが好ましい。

第４発明では、第１、第２駆動部をミアンダ構造の圧電アクチュエータで構成するので、２軸方向とも共振、共振と非共振の組合せ、２軸方向とも非共振の３つの走査モードでミラー部を動作させることができる。これにより、遠方の物体の正確な情報（位置や形状等）を取得することができる。

第５発明は、第１〜第４発明の二軸光偏向器において、前記圧電カンチレバーの圧電膜は、チタン酸ジルコン酸鉛からなることが好ましい。

第５発明では、ミアンダ構造の圧電アクチュエータを構成する圧電カンチレバーの圧電膜をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で作ることで、ＰＺＴの安定した振動特性を利用することができる。これにより、２軸方向の安定した動作を実現することができる。

第６発明は、第１〜第５発明の二軸光偏向器において、該二軸光偏向器の面積に対するミラー被覆率が９０％以上であることが好ましい。

ミラー部をアレイ状に配置する場合、各ミラーが動作できるようにミラー間に隙間を設けるが、この隙間が小さいほど二軸光偏向器の面積に対するミラー被覆率が高くなる。隙間の部分に入射したレーザ光は損失となってしまうので、被覆率を９０％以上とすることで、反射効率の高いミラーとすることができる。

第７発明は、第１〜第６発明の何れかの二軸光偏向器を光走査部とするレーダ用光学装置であることが好ましい。

第１〜第６発明の二軸光偏向器は、大型のミラーを有するので、大口径のレーザ光による走査が可能になる。また、この二軸光偏向器では、各ミラーが高速かつ大走査角で動作するので、比較的遠方にある障害物の位置や形状を検出するレーダ用光学装置用に使用することができる。

レーザレーダ装置の構成図。 レーザレーダ装置の光学系を説明する図。 （ａ）二軸光偏向器のミラーアレイを説明する図。（ｂ）ミラーユニットを説明する図。 （ａ）ミラー駆動部を説明する図。（ｂ）圧電カンチレバーの動作を説明する図。 二軸光偏向器をパッケージに収めた状態を説明する図。 ミラー駆動部用ウエハの製造工程（１）〜（５）。 ミラー駆動部用ウエハの製造工程（６）〜（９）。 小型ミラー用ウエハの製造工程（１）〜（３）。 両ウエハの接合する工程（１）〜（４）。

初めに、図１に本発明の実施形態を含むレーザレーダ装置１の構成を示す。レーザレーダ装置１は、レーザ光により走査領域内の物体を監視し、物体（障害物）までの距離等を計測する装置である。

レーザレーダ装置１は、主にレーザ光源２、二軸光偏向器５、光検出器８及び制御装置９から構成される。レーザ光源２から出力されたレーザ光（入射パルス光）４ａは、二軸光偏向器５で偏向され、走査領域内の物体（例えば、車両）に照射される。

レーザ光４ａが照射されると、例えば、約１００ｍ離れた物体であっても、その反射光（レーザ光４ｂ）が戻ってきて、再度レーザレーダ装置１に入射する。レーザ光４ｂは、二軸光偏向器５で偏向され、光検出器８で検出される。

レーザ光が往復する時間が分かれば、レーザ光の伝搬速度から物体までの距離が算出できる。また、光検出器８から得られる情報を解析することで、物体の大きさや移動速度も取得可能である。

一方、制御装置９は、光検出器８の情報を受けてレーザ光源２や二軸光偏向器５に制御信号を送信している。制御装置９は、レーザ光源２に対してはレーザ光４ａのオン・オフや輝度を制御し、二軸光偏向器５に対しては後述する圧電アクチュエータに信号を送信し、レーザ光を偏向するミラーを揺動させる。

さらに、制御装置９は、物体の位置情報等を受信して該情報をディスプレイに表示したり、車載用のレーザレーダ装置であれば、物体との衝突を回避するように各制御部に制御信号を送信する。

次に、図２を参照して、レーザレーダ装置１の光学系を説明する。レーザレーダ装置１には、レーザ光源２、二軸光偏向器５、光検出器８の他にも、投光レンズ３、固定ミラー６、受光レンズ７が含まれる。

レーザ光源２からパルス変調されて出力されたレーザ光４ａは、投光レンズ３を通過した後、二軸光偏向器５のミラーで偏向され、走査領域を照射する。数十メートル先の物体までレーザ光をコリメートした状態で照射するには、少なくとも直径２〜３ｍｍ程度のビーム径が必要になる。

従って、二軸光偏向器５のミラーは、ある程度の大きさが必要となる。MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)型共振ミラーは、高速かつ大走査角の駆動が可能であるが、ミラー面積が小さく、このままではレーザレーダ装置用のミラーとして使用できない。

そこで、今回、１ｍｍ角の小型ミラー（本発明のミラー部に相当する）をアレイ状に配置して大型のミラーとすることで、レーザ光４ａを偏向する。また、物体から反射されたレーザ光４ｂも、二軸光偏向器５で偏向する。遠方の物体で反射されたレーザ光４ｂは、投光時よりもビーム径が拡大しているが、前記小型ミラーをアレイ状に配置し、６ｍｍ角以上の大型ミラーとすることで問題なく偏向できる。

二軸光偏向器５で偏向されたレーザ光４ｂは、装置内部の固定ミラー６で反射され、受光レンズ７を通過して、光検出器８に導かれる。なお、固定ミラー６は複数あり、レーザ光４ｂを受光レンズ７の方向に導く。

受光レンズ７は、光検出器８に導かれるレーザ光４ｂを絞り、パワー密度を大きくする役割がある。また、光検出器８では、物体から反射されたレーザ光４ｂを検出し、光電変換により得られた電気信号を制御装置９の解析器に出力する。

ここで、太陽光などの外乱光も二軸光偏向器５のミラーに入射し偏向されるが、その入射光が固定ミラー６の方向に進まなければ、最終的に光検出器８には入らない。このように、投光・受光ともに二軸光偏向器５のミラーを経由する同軸光学系とすることで、ノイズを低減し、検出感度を向上させることができる。

次に、図３（ａ）を参照して、二軸光偏向器５のミラー（ミラーアレイ）を説明する。このミラーは、１ｍｍ角の小型ミラー１０を６×６で配置し、１つの大型ミラーとして機能するようにしたものである。図示するように、小型ミラー１０が１つのミラー駆動部１１に取付けられ、２軸方向に動作するようになっている。

ミラー間隔は約５０μｍであり、全体として６ｍｍ角以上の大型ミラーとなっている。この大型ミラーにビーム径が２ｍｍのレーザ光が入射する場合、中央の４枚のミラーがレーザ光を反射・投光する。

小型ミラー１０の隙間に入射したレーザ光は、ミラー駆動部１１の固定フレーム部に当たることになるが、隙間が狭くシリコン表面の反射率も低いので、投光機能に大きな影響を与えない。

１ｍｍ（１０００μｍ）角の小型ミラー対してミラー間隔を５０μｍとなるように、チップ（１つのミラー駆動部１１）を並べた場合、全チップの設置面積に対するミラーの被覆率は約９２％となる。被覆率が９０％程度あればレーザレーダ装置用のミラーとして機能するが、被覆率の値は高いほど良い。理想的には、ミラー間隔を５０μｍ以下に抑えて、被覆率を９５％以上にすると良い。

レーザ光が障害物で反射されるとビーム径が６ｍｍ程度に拡がるが、ミラーアレイで受光する場合には３６枚全ての小型ミラー１０を使用してレーザ光を偏向し、光検出器８にリレーする。すなわち、受光の場合にも、小型ミラー１０の隙間部分は受光特性に大きな影響を与えない。また、小型ミラー１０の数に応じたミラー駆動部１１が必要になるが、全てを同期駆動させるため、制御回路は比較的簡単なもので済む。

なお、レーザ光を所定の方向に反射させるために、ミラーアレイを構成する全ての小型ミラーを同じ角度だけ揺動させると、ミラー間隔が大きくなる場合がある。従って、中央付近のミラーはあまり傾けず、外側になるにつれて傾きが大きくなるように駆動させてもよい。

次に、図３（ｂ）を参照して、小型ミラー１０とミラー駆動部１１とで構成されるミラーユニットを説明する。

まず、小型ミラー１０は、反射面１０ａと支柱部１０ｂとで構成されている。反射面１０ａは、反射膜としてAuを形成しているので、レーザ光を効率良く反射することができる。また、反射面１０ａの裏面側を加工して支柱部１０ｂを作り、ミラー駆動部１１と接合させる。

小型ミラー１０の支柱部１０ｂは、ミラー駆動部１１のミラー支持台１２に接合されている。ミラー駆動部１１は、ミラー支持台１２を２軸方向に回動させることができるので、支柱部１０ｂを介し、ミラー支持台１２と接合された小型ミラー１０も２軸方向に揺動する。

詳細は後述するが、可動枠１１ａの内部には第１の圧電アクチュエータがあり（図示省略）、第１の圧電アクチュエータは、図中のＹ軸線周りにミラー支持台１２を回動させる。また、ミラー支持台１２の外側には第２の圧電アクチュエータがあり、第２の圧電アクチュエータは、図中のＸ軸線周りにミラー支持台１２を回動させる。

さらに、小型ミラー１０が接合されるミラー支持台１２は、ミラー駆動部１１の裏面側である。ミラー支持台１２の表面側に小型ミラー１０を接合すると、圧電膜への給電に必要なワイヤボンディングが実施できなくなるからである。なお、圧電膜への給電は、ワイヤではなくAuバンプまたはボールハンダバンプによって行う。

接合の方法は様々あるが、Au-Auの金属拡散接合が好ましい。具体的には、小型ミラー１０用シリコンウエハ（本発明の第１のウエハに相当する）と、ミラー駆動部１１用シリコンウエハ（本発明の第２のウエハに相当する）の接合部分に、それぞれスパッタ法でAu膜を形成しておき、約３００℃で加熱しながら圧着する。これにより、Au同士の固相拡散接合となり、強い接合強度を持たせることができる。Cu-Cuの金属拡散接合としてもよい。

この他にも、例えば、共晶接合を用いることができる。AuSn共晶接合では、約２９０℃で合金が溶解するので、表面を平坦にして強固な接合が可能になる。また、エポキシ等の接着剤接合でもよいし、シリコンウエハとガラスを接合する技術である陽極酸化接合や、無鉛かつ低融点のガラスフリット接合を用いてもよい。

各電圧アクチュエータを全て同期して駆動することにより、非共振駆動時には小型ミラー１０が全て同期して動作する。また、共振駆動時においても、小型ミラー１０やミラー駆動部１１のサイズや形状を全て同一に加工することにより、若干の周波数と走査角のバラツキはあるものの、基本的には同期して動作させることができる。なお、走査角に関しては、圧電アクチュエータに振れ角検出センサを形成することで微調整が可能なので、全ての小型ミラーを同一の振れ角で走査することができる。

次に、図４を参照して、ミラー駆動部１１の詳細を説明する。図４（ａ）に示すように、ミラー駆動部１１は、可動枠１１ａの両脇にミアンダ構造圧電アクチュエータ１４ａ、１４ｂがあり、このミアンダ構造圧電アクチュエータ１４ａ、１４ｂを支持枠１１ｂが包囲する形状となっている。

可動枠１１ａは、内側のミアンダ構造圧電アクチュエータ１３ａ、１３ｂ（本発明の第１駆動部に相当する。以下、圧電アクチュエータ１３ａ、１３ｂという。）と連結し、圧電アクチュエータ１３ａ、１３ｂはミラー支持台１２と連結している。圧電アクチュエータ１３ａ、１３ｂを駆動させることにより、ミラー支持台１２は図中のＹ軸（本発明の第１軸線に相当する）周りを往復回動する。

また、可動枠１１ａの外辺下端と支持枠１１ｂの内辺下端は、ミアンダ構造圧電アクチュエータ１４ａ、１４ｂ（本発明の第２駆動部に相当する。以下、圧電アクチュエータ１４ａ、１４ｂという。）と連結している。圧電アクチュエータ１４ａ、１４ｂを駆動させることにより、可動枠１１ａが図中のＸ軸（本発明の第２軸線に相当する）周りを往復回動する。これにより、ミラー駆動部１１は、ミラー支持台１２をＸ軸方向とＹ軸方向の２方向に動作させることができる。

支持枠１１ｂには、電極パッド１５ａ〜１５ｃ（以下、電極パッド１５という）と、電極パッド１６ａ〜１６ｃ（以下、電極パッド１６という）が配設されている。電極パッド１５、１６は、圧電アクチュエータ１３ａ、１３ｂ及び圧電アクチュエータ１４ａ、１４ｂの各電極に駆動電圧を印加するため、電気的に接続されている。

次に、圧電アクチュエータ１４ａを例に、その動作を説明する。図４（ｂ）は、ミラー駆動部１１を表側から見たとき、左側に配設される圧電アクチュエータ１４ａを切り出した図である。図示するように、圧電アクチュエータ１４ａは、複数の圧電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構造となっている。

すなわち、圧電アクチュエータ１４ａは、圧電カンチレバーを４つ並べた形状である。また、各圧電カンチレバーは、主に圧電膜とそれを挟む電極膜とで構成される。以下では、可動枠１１ａから離れた方より順に、圧電カンチレバー１４ａ１、１４ａ２、１４ａ３、１４ａ４と呼ぶ。

圧電アクチュエータ１４ａでは、例えば、奇数番目の圧電カンチレバー１４ａ１、１４ａ３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１４ａ２、１４ａ４に、第１の電圧とは逆位相の第２の電圧を印加する。

このようにすることで、図４（ｂ）に示すように、奇数番目の圧電カンチレバー１４ａ１、１４ａ３を上方向に屈曲変形させ、偶数番目の圧電カンチレバー１４ａ２、１４ａ４を下方向に屈曲変形させることができる。

また、図示しないが、圧電アクチュエータ１４ｂについては、可動枠１１ａに近い方より順に、圧電カンチレバー１４ｂ１、１４ｂ２、１４ｂ３、１４ｂ４とする。このとき、奇数番目の圧電カンチレバー１４ｂ１、１４ｂ３を下方向に屈曲変形させ、偶数番目の圧電カンチレバー１４ｂ２、１４ｂ４を上方向に屈曲変形させることができる。

これにより、ミラー支持台１２の下側（圧電アクチュエータ１３ａ側）よりミラー支持台１２の上側（圧電アクチュエータ１３ｂ側）の方が（Ｚ軸方向に）高くなるように、ミラー支持台１２を変位させることができる。このようにして、ミラー支持台１２をＸ軸線周りに揺動させることができる。

次に、図５に二軸光偏向器５がパッケージに収められた状態を示す。圧電膜や電極パッド等の素子が作られたウエハは、レーザダイシング等により各チップに切り分けられた後、パッケージ１７に収められる。

ミラーアレイ（ここでは、３×３）は上側、すなわち、ミラー駆動部１１の表面側がパッケージ１７の底面側となるように実装される。ミラー駆動部１１の表面側には、電極パッド１５、１６があり、これをAuバンプ１８で接続することで、圧電アクチュエータ１３ａ、１３ｂ及び圧電アクチュエータ１４ａ、１４ｂに給電する。

パッケージ１７は、表面配線パターン及び内部配線パターンを有する高温焼結アルミナ製（HTCC；High Temperature Co-fired Ceramics）のセラミックパッケージを用いる。図示していないが、パッケージ１７には圧電アクチュエータの可動領域に対応した窪みを設けており、圧電カンチレバーの動きを妨げないように配慮されている。最終的にパッケージ１７は、レーザレーダ装置１の回路基板１９に搭載される。

最後に、実施形態の二軸光偏向器の製造工程を説明する。

図６Ａに示すように、ミアンダ構造圧電アクチュエータを形成するシリコンウエハ（図中のSi基板。これをウエハＡと呼ぶ。）として、厚みが４００μｍで両面が研磨されたベアシリコンウエハを用いる。まず、ウエハＡの両面に熱酸化膜としてのSiO₂（二酸化ケイ素）を１μｍ成膜する（図６Ａの（１））。

続いて、ウエハＡの表面側に下部電極膜としてのTi/Pt（チタン／プラチナ）、圧電膜としてのPZT（チタン酸ジルコン酸鉛）、上部電極膜としてのPt（プラチナ）を、スパッタ法等のドライプロセスにより形成する（図６Ａの（２））。

その後、表面側の上部電極膜、圧電膜、下部電極膜及び熱酸化膜をフォトリソグラフィー及びドライエッチングにより形成し（図６Ａの（３））、さらに、プラズマCVD（化学気相成長）法によりシリコン酸化膜（SiO₂）による層間絶縁膜を、ウエハＡの表面の全体に形成する（図６Ａの（４））。

続いて、シリコン酸化膜に対して、上部電極膜とアルミ配線とを接続するコンタクトホールをフォトリソグラフィー及びドライエッチングにより形成する（図６Ａの（５））。このとき、素子間のシリコン酸化膜も除去され、各素子が独立した状態となる。

次に、図６Ｂに示すように、AlCu合金膜をスパッタ法で成膜し、混酸によりエッチングして配線パターンを形成する（図６Ｂの（６））。さらに、ウエハＡの裏面の熱酸化膜をエッチングにより全面除去し、ウエハＡの表面側にワックスを塗布した後、支持ウエハを仮接合する（図６Ｂの（７））。

続いて、ウエハＡの裏面側をCMP（化学的機械研磨）法により、基板の厚みが５０μｍになるまで研磨・薄化し、ウエハＡの裏面全体に保護膜として窒化シリコン膜（SiN）をスパッタ法で成膜する（図６Ｂの（８））。

最後に、Au-Au接合のためのAu膜をウエハＡの裏面にスパッタ法で成膜した後、パターンニングする（図６Ｂの（９））。以上がウエハＡの接合前までの製造工程となる。

次に、ミラー部を形成するシリコンウエハ（図中のSi基板。これをウエハＢと呼ぶ。）には、図７に示すような厚みが３００μｍで、両面が研磨されたベアシリコンウエハを用いる。まず、Au-Au接合のためのAu膜をウエハＢの裏面にプラズマＣＶＤ法で成膜した後、パターンニングする（図７の（１））。

続いて、DeepRIE（深掘り反応性イオンエッチング）加工用のレジストパターンを形成する（図７の（２））。さらに、裏面側のシリコンを接合部だけ残して２００μｍの厚さまで、DeepRIE法によりレジストパターンを加工してＴ字形状とし、圧電アクチュエータの可動空間を形成する（図７の（３））。なお、Auの成膜に関しては、下地膜（TiW）を成膜し、AuとSiとの反応によるシリサイドの形成を防止する。これは、ウエハＡでも同様の処理を行っている。

次に、図８に示すように、ウエハＢをウエハＡに対してAu膜のパターン同士が重なるように位置合わせし、その状態を保持したまま、０．１気圧以下、約３００℃で７０００Ｎの重荷を約１０分間加えてAu-Au接合する（図８の（１））。

続いて、ウエハＢの表面側に反射膜としてAuをパターン成膜する（図８の（２））。Au膜の成膜に関しては、上述した通り下地膜（TiW）を成膜してAuとSiとの反応によるシリサイドの形成を防止する。

その後、接合したウエハを反転させ、ウエハＡの表面側に残っている支持ウエハを除去し、さらに、ウエハＡをDeepRIE法で加工してミアンダ構造圧電アクチュエータを形成する。このとき同時に、ウエハＡのダイシングストリート（チップ切り分けのための切り代）も除去する（図８の（３））。

最後に、接合したウエハを反転させて、ミラー部を形成したウエハＢを表側とし、ダイシングフレーム（チップ切り分けのための枠）に貼られたUV照射型粘着シート上に貼り付け、ウエハＢをレーザダイシングで切り分けする。個片化された光偏向器チップは、ミアンダ構造圧電アクチュエータ形成面を下側として、パッケージ１７にバンプ接合して実装される（図８の（４））。

上記の工程で完成した二軸光偏向器では、小型ミラーのサイズを０．５〜１ｍｍ角としたとき、数kHz〜数十kHzの高速走査に対応可能である。水平走査側の走査角（光学全角）は、共振駆動時に６０〜１４０°、非共振駆動時に２５〜５０°が得られる。また、垂直走査側の走査角は、共振駆動時に４０〜１００°、非共振駆動時に２０〜４０°と、何れも大きな走査角が得られる。

以上のように、実施形態の二軸光偏向器は、圧電アクチュエータと小型ミラーを異なるシリコンウエハで形成し、両ウエハを接合して作製する。そして、小型ミラーをアレイ状に配列して大型ミラーとして動作させる。このとき、小型ミラーの隙間は、５０μｍ程度に抑えて、チップの設置面積に対するミラーの被覆率を高める。これにより、小型ミラー特有の高速かつ大走査角特性と、大型ミラー特有の大口径レーザを扱える投光・受光特性の両立を実現した。

上記実施形態は、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、実施形態の被駆動部は矩形であったが、円形や楕円形であってもよい。

また、実施形態のミラー駆動部１１は、２軸方向ともミアンダ構造の圧電アクチュエータであったが、電磁駆動方式のアクチュエータを採用してもよい。この方式では、永久磁石が作る磁場とコイルを流れる電流との間に生じるローレンツ力で駆動する。発生するローレンツ力が大きいので、低周波数の非共振駆動によっても十分な垂直走査角が得られる。

１…レーザレーダ装置、２…レーザ光源、３…投光レンズ、４ａ…レーザ光、４ｂ…レーザ光、５…二軸光偏向器、６…固定ミラー、７…受光レンズ、８…光検出器、９…制御装置、１０…小型ミラー（ミラー部）、１０ａ…反射面、１０ｂ…支柱部、１１…ミラー駆動部、１１ａ…可動枠、１１ｂ…支持枠、１２…ミラー支持台、１３ａ，１３ｂ…ミアンダ構造圧電アクチュエータ（第１駆動部）、１４ａ，１４ｂ…ミアンダ構造圧電アクチュエータ（第２駆動部）、１５ａ〜１５ｃ…電極パッド、１６ａ〜１６ｃ…電極パッド、１７…パッケージ、１８…バンプ、１９…回路基板

Claims (7)

1. 入射光を反射するミラー部と、
   前記ミラー部を第１軸線周りに揺動させる第１駆動部と、該第１駆動部を含む可動枠を前記第１軸線と直交する第２軸線周りに揺動させる第２駆動部とからなるミラー駆動部とを備え、
   前記ミラー部と該ミラー部に対応するミラー駆動部との組を複数、アレイ状に配置し、該複数のミラー駆動部を同期駆動して単一の走査ミラーとして動作させることを特徴とする二軸光偏向器。
2. 請求項１に記載の二軸光偏向器において、
   前記ミラー駆動部は、第１のウエハを加工して形成され、
   前記ミラー部は、第２のウエハを加工して形成され、
   前記ミラー部に設けられた支柱部と、前記ミラー駆動部の裏面のミラー支持台とが接合されていることを特徴とする二軸光偏向器。
3. 請求項２に記載の二軸光偏向器において、
   前記接合は、金属拡散接合、共晶接合、接着剤接合、陽極酸化接合、ガラスフリット接合の何れかであることを特徴とする二軸光偏向器。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の二軸光偏向器において、
   前記第１、第２駆動部は、それぞれ前記第１、第２軸線上に複数の圧電カンチレバーを隣り合うように並べて配置し、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部を機械的に連結してなるミアンダ構造の圧電アクチュエータで構成されていることを特徴とする二軸光偏向器。
5. 請求項４に記載の二軸光偏向器において、
   前記圧電カンチレバーの圧電膜は、チタン酸ジルコン酸鉛からなることを特徴とする二軸光偏向器。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の二軸光偏向器において、
   該二軸光偏向器の面積に対するミラー被覆率が９０％以上であることを特徴とする二軸光偏向器。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の二軸光偏向器を光走査部とするレーダ用光学装置。