JP5191939B2 - 光偏向器用アクチュエータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光等の光ビームを偏向・走査する光偏向器を実装する光偏向器用アクチュエータ装置に関する。

近年、画像表示装置の一形態として、光偏向器を用いて光源からの光を偏向してスクリーンに投影し、スクリーン上に画像を映し出すようにしたプロジェクションディスプレイが提案されている。光偏向器としては、例えば、半導体プロセスやマイクロマシン技術を用いたＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）デバイスとして、半導体基板上にミラーや圧電アクチュエータ等の機構部品を一体的に形成した光偏向器が挙げられる（特許文献１参照）。

この光偏向器では、圧電アクチュエータの一端が枠部（支持部）に連結されて支持され、この圧電アクチュエータが発生したトルクを他端に連結されたトーションバー（弾性梁）に伝え、トーションバーの先に備え付けられたミラーを回転駆動する。このような光偏向器は、小型で簡易な構造で大きな駆動力が得られるという利点がある。

上述のようなプロジェクションディスプレイにおいて、ランプに比べて光源の寿命が長く、エネルギー利用効率が高く、光の三原色の色純度も高い、半導体レーザ等のレーザ光源を光源として用いる技術が提案されている。しかし、光源としてレーザ光源を用いた場合、スペックルノイズ（粒状の干渉パターン）が生じて画質が劣化するという問題がある。

スペックルノイズは、レーザ光源からの位相が揃ったコヒーレント光がランダムな位相面（物体面）によって散乱されることにより、物体面の隣接する領域からの乱れた波面が観察面上で干渉することで生じる現象であり、粒状の強度分布として観察面上に現れる。レーザ光源を用いたプロジェクションディスプレイにおいては、このようなスペックルノイズが、物体面であるスクリーンと観察面である観察者の目（網膜）との間で生じると、観察者が画像の劣化を認識することになる。このため、スペックルノイズを低減するために様々な技術が提案されている（例えば、特許文献２，３参照）。

特許文献２の画像表示装置では、偏光分布変換手段により、入射レーザ光の偏光状態を空間的に変化させることでスペックルのイズを低減させる。具体的には、この画像表示装置は、光源から出射され空間変調器にて変調された光により画像を表示するものであり、偏光分布変換手段によって、空間変調器の隣接する画素に入射される光の偏光方向が互いに直交するように、光源から出射された光の空間的な偏光分布を変換する。直交する偏光同士は干渉しないため、表示された画像の中で、空間変調器の隣接する画素に対応した領域同士の干渉によるスペックルノイズが抑制される。

また、特許文献３の画像表示装置では、入射レーザ光の偏光状態を変えるのではなく、光路上に微小光路差（映像に影響は与えない程度、すなわち、回折角が十分に小さくなる程度に分布した光路差）を与える光学部品を配置し、光路差分布が時間的に変動するように光学部品を駆動手段で振動または回転させることにより、発生したスペックルパターンを混合・平均化してスクリーン上に見えるスペックルノイズを低減させている。

特開２００５−１４８４５９号公報 特開２００２−６２５８２号公報 特開２００４−１３８６６９号公報

しかしながら、特許文献２，３の装置では、光偏向器とは別体で、光学系にスペックルノイズを低減するための光学素子や駆動機構を追加する必要がある。すなわち、特許文献２の手法では、偏光分布変換手段が必要となると共に、偏光分布変換手段の偏光要素のサイズ以上にレーザ光の径を拡げる必要が生じ、そのために追加のレンズが必要となり或いは光学系のサイズが大きくなってしまう。

また、特許文献３の手法では、光路長を変えるための光学部品と、光学部品を振動または回転させる駆動機構とを設ける必要がある。このように、特許文献２，３の技術では、部品点数の増大、システムとしてのサイズの増大、消費電力の増大、騒音の増大、光学アライメントの煩雑さ等の問題が生じていた。

本発明は、上記の問題を解決するものとして、小型で簡易な構造で、レーザ光源等の光源からの光を走査して画像を表示する際に生じるスペックルノイズを低減することができる光偏向器用アクチュエータ装置を提供することを目的とする。

本発明の光偏向器用アクチュエータ装置は、光源からの光を偏向する光偏向器を搭載する台座と、該台座を並進振動させる少なくとも１つの圧電アクチュエータと、該圧電アクチュエータを支持する支持体とを備え、
前記圧電アクチュエータは、駆動電圧が印加されると屈折変形する複数の圧電カンチレバーがつづら折状に折り返し連結されて構成され、
前記圧電カンチレバーは、該圧電カンチレバーの長さ方向に少なくとも一対の電極を有し、隣接する圧電カンチレバーのそれぞれ対向する電極の電気極性が逆極性となるように又は該対向する電極に対し位相が異なる交流電圧が印加されることにより、前記圧電カンチレバー面内で互いに逆方向に屈曲変形して前記台座を並進振動させることを特徴とする。

本発明の光偏向器用アクチュエータ装置においては、支持体に支持された圧電アクチュエータが、光源からの光を偏向する光偏向器を搭載する台座を並進振動させる。光偏向器は、光源からの光を反射することでその光を偏向することができる。圧電アクチュエータは、この光偏向器を搭載した台座を並進振動させることで、光偏向器が反射した光に微小な光路差（光路長の差）を付与し、スペックルパターンを混合・平均化してスクリーン上に投影する、すなわち、光が投影されるスクリーン上の画像における隣接画素間の可干渉性を低減する。これにより、光源からの光を走査して画像を表示する際に生じるスペックルノイズを低減することができる。

従って、本発明によれば、光路上に光学素子及びその駆動機構を設けることなく、圧電アクチュエータを用いた小型かつ簡易な構造で、レーザ光源等の光源からの光を走査して画像を表示する際に生じるスペックルノイズを低減することができる。

また、本発明においては、圧電アクチュエータは、駆動電圧が印加されると屈折変形する複数の圧電カンチレバーで構成され、該圧電カンチレバーはつづら折状に折り返し連結されている。

この構成によれば、複数の圧電カンチレバーがつづら折状に折り返し連結されているので、駆動電圧を印加して各圧電カンチレバーを屈折変形させると、複数の圧電カンチレバーからなる圧電アクチュエータ全体では、各圧電カンチレバーの屈曲変形が重畳された作動となり、その作動によって光偏向器を搭載する台座を並進振動させることができる。

更に、各圧電カンチレバーは、その長さ方向に少なくとも一対の電極を有し、隣接する圧電カンチレバーのそれぞれ対向する電極の電気極性が逆極性となるか或いは当該対向する電極に対する交流電圧の位相が一致しないように電圧が印加される。

この電圧が印加されると、圧電カンチレバーにはシェアフォースによるＳ字型変形が生じる。よって、圧電アクチュエータ全体としては、各圧電カンチレバーのＳ字型変形を合成した作動となり、その作動により光偏向器を搭載した台座を並進振動させることができる。

本発明において、上記の隣接する圧電カンチレバーに印加する交流電圧は、逆位相となるように印加されることが好ましい。

この態様によれば、圧電アクチュエータを構成する圧電カンチレバーの長さ方向に配置される少なくとも一対の複数の電極の中で、対向する電極に対して逆位相となるような交流電圧が印加される。これにより、対向する電極の極性が切り替えられて、各圧電カンチレバーをＳ字状に屈曲変形させることができる。

本発明の光偏向器用アクチュエータ装置は、前記台座に搭載された光偏向器の入射光及び該光偏向器からの反射光が透過する光学窓を備え、該光学窓は、該光学窓の面内において透過光に光路差を生じさせるものであることが好ましい。

この態様によれば、圧電アクチュエータにより並進振動する台座に搭載される光偏向器からの反射光が光学窓を透過する位置が変動するので、光路差分布が変動することとなる。よって、光偏向器の並進振動による光路差に加えて光路差分布の変動により、走査光が投影されるスクリーン上の画像における隣接画素間の可干渉性をより低減することができる。また、光学窓が光路差を生じさせる構成とすることで、別体で光学素子を設ける場合の光学的なアライメントが不要であると共に、コンパクトな光学系を維持することができる。

別の態様として、本発明の光偏向器用アクチュエータ装置は、前記台座に搭載された光偏向器への入射光及び該光偏向器からの反射光が透過する光学窓を備え、該光学窓は、該光学窓の面内において透過光の偏向状態を変調させるものであることが好ましい。

この態様によれば、圧電アクチュエータにより並進振動する台座に搭載された光偏向器からの反射光が光学窓を透過する光が変調されるので、光偏向器の並進振動に加えて光の変調により、走査光が投影されるスクリーン上の画像における隣接画素間の可干渉性をより低減することができる。しかも、光学窓が偏光状態を変調する構成とすることで、別体で光学素子を設ける場合の光学的なアライメントが不要であると共に、コンパクトな光学系を維持することができる。

本発明の実施形態の光偏向器用アクチュエータ装置を示す平面図。 実施形態の光偏向器用アクチュエータ装置に用いられる圧電アクチュエータの模式図で、（ａ）は非作動状態、（ｂ）は作動状態を示す。 （ａ）は圧電アクチュエータを構成する圧電カンチレバーの平面図、（ｂ）は断面図。 図１の圧電アクチュエータの製造工程の説明図。 図４に続く製造工程の説明図。 図５に続く製造工程の説明図。 実施形態の光偏向器用アクチュエータ装置に光偏向器を実装してパッケージとする場合の構成を示す図。 図７の光偏向器の構成を示す斜視図。 図８の光偏向器の第２の圧電アクチュエータの回転駆動を示す説明図 図８の光偏向器の第２の圧電アクチュエータの並進駆動を示す説明図。 図７の光学窓の一形態を示す図。 図７の光学窓の別形態を示す図。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。

図１に示すように、第１実施形態のアクチュエータ装置６０は、光源からの光を偏向する光偏向器を固定する台座４３と、この台座４３を支持する１対のダンパー４１ａ，４１ｂと、台座４３を後述のように駆動する（並進振動させる）圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂと、ダンパー４１ａ，４１ｂ及び圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂを支持する支持体４０とを備えている。

支持体４０、ダンパー４１ａ，４１ｂ、圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂ及び台座４３は、例えば、イオンプレーティング法やスパッタ法により圧電体のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）薄膜を半導体基板上に成膜形成した後、半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスによってＰＺＴ薄膜部と半導体基板のシリコン構造体をドライエッチング加工することにより一体形成される。

台座４３は矩形形状で、その一方の向かい合う両辺（図１では、短辺）に、１対のダンパー４１ａ，４１ｂの先端部がそれぞれ連結され、他方の向かい合う両辺（図１では、長辺）に１対の圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂの先端部がそれぞれ連結されている。

更に、ダンパー４１ａ，４１ｂ及び圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂは、各々の基端部が、ダンパー４１ａ，４１ｂ及び圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂを包囲する形状に形成された枠状の支持体４０に連結されている。すなわち、台座４３は、４辺のうちの対向する２辺がダンパー４１ａ，４１ｂにより支持体４０に連結され、それらと異なる２辺が圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂにより支持体４０に連結されて支持されている。

従って、台座４３は、可動性、機械的強度、及び圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂによる後述の並進駆動（第１の並進駆動）時の安定性を確保しながら、支持体４０の内側に支持されている。

台座４３は、半導体基板の加工により作製される。そのため、光偏向器を固定する台座４３の表面は、非常に平坦であり、半導体基板の加工により作製される光偏向器との固定も容易となる。台座４３と光偏向器との固定には、接着樹脂、ＡｕＳｎ共晶接合、Ａｕ−Ａｕ固相拡散接合、ハンダ接合、バンプ接合等、産業上可能なあらゆる接合方式を用いることができる。また、台座４３と光偏向器との接合は、半導体基板の加工時に行ってもよい。

図２（ａ）に示すように、圧電アクチュエータ４２ａは、複数（図示の例では、１１個）の圧電カンチレバー４４ａ（各々４４ａ−１〜４４ａ−６で示す），４４ｂ（各々４４ｂ−１〜４４ｂ−５で示す）が連結されて構成されている。詳細には、支持体４０と連結される圧電アクチュエータ４２ａの基端部側から奇数番目にあたる６個の圧電カンチレバー４４ａと、偶数番目にあたる５個の圧電カンチレバー４４ａとが、つづら折状に折り返し連結されている。

圧電カンチレバー４４ａ，４４ｂは、帯板状に形成され、その長さ方向に同寸で両端部が隣り合うように、後述の圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂの並進駆動が可能な間隔で並んで配置される。

圧電カンチレバー４４ａ−１〜４４ａ−６は、それぞれ同じ構成であるので、一の圧電カンチレバー４４ａについて説明する。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、圧電カンチレバー４４ａ−１は、半導体基板（例えば、単結晶シリコン基板やＳＯＩ（Silicon On Insulator）等のシリコン基板）から形成され、数１０［μｍ］程度の薄いＳＯＩ層を主構造としている。

詳細には、図示の例では、圧電カンチレバー４４ａは、その機能を実現する主となる構成部分として、４つの独立した上部電極４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂと、下部電極５０と、上部電極４５ａと上部電極４５ｂとを接続する上部電極配線４７と、上部電極４６ａと上部電極４６ｂとを接続する上部電極配線４８とを備える。

上部電極４５ａと上部電極４６ｂとの組、及び上部電極４６ａと上部電極４５ｂとの組は、圧電カンチレバー４４ａ−１の長さ方向に並んで配置され、上部電極４５ａと上部電極４６ａとの組、及び上部電極４６ｂと上部電極４５ｂとの組は、圧電カンチレバー４４ａ−１の幅方向に並んで配置される。

上述したように、上部電極配線４７は上部電極４５ａと上部電極４５ｂとを接続し、上部電極配線４８は上部電極４６ａと上部電極４６ｂとを接続するように配線されている。よって、圧電カンチレバー４４ａ−１は、２個ずつ並んだ４つの上部電極４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂのうち、対角に配置された２つの電極（図示の例では、上部電極４５ａと上部電極４５ｂとの組、上部電極４６ａと上部電極４６ｂとの組）が、同極性となるように構成されている。

圧電カンチレバー４４ａ−１は、活性層４１１ａ、中間酸化膜層４１１ｂ、及びハンドリング層４１１ｃで構成されるＳＯＩ基板４１０を加工して作製される。詳細には、後述する圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂの製造工程（図４〜図６）で説明するが、圧電カンチレバー４４ａ−１は、ＳＯＩ基板４１０の表面（活性層４１１ａ側）に、熱酸化シリコン膜４１２ａ、下部電極層４１３、圧電体層４１４、上部電極層４１５、第１層間絶縁膜４１６、及び第２層間絶縁膜４２０を形成し、これらを加工して、下部電極５０、圧電体５１、上部電極４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ、下部電極配線４９、及び上部電極配線４７，４８が形成される。

圧電カンチレバー４４ｂ−１〜４４ｂ−５は、圧電カンチレバー４４ａの構成と同様であるが、上部電極配線４７，４８の配線のみ相違する。圧電カンチレバー４４ａは、上部電極配線４７により上部電極４５ａと上部電極４５ｂとが接続され、上部電極配線４８により上部電極４６ａと上部電極４６ｂとが接続されたが、圧電カンチレバー４４ｂは、上部電極配線７により上部電極４６ａと上部電極４６ｂとが接続され、上部電極配線４８により上部電極４５ａと上部電極４５ｂとが接続される。

図２に示すように圧電アクチュエータ４２を構成する圧電カンチレバー４４ａ，４４ｂは、数１０［μｍ］程度のＳＯＩ基板４１０を加工して作製されている。すなわち、薄いシリコンが折り返しながら連結している構造であり、構造そのものが弾性梁の機能を有している。そのため、可動版と接続するサスペンションを設けることなく（機械的な共振現象を利用しなくても）スペックルパターンの平均化に必要な１００［μｍ］程度の並進変位を得ることが可能となっている。

具体的には、図２（ａ）に示すように、圧電アクチュエータ４２は、４つの上部電極４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂを有する圧電カンチレバー４４ａ，４４ｂで構成されている。詳細には、圧電アクチュエータ４２は、圧電カンチレバー４４ａ−１、圧電カンチレバー４４ｂ−１、圧電カンチレバー４４ａ−２、圧電カンチレバー４４ａ−３、…、圧電カンチレバー４４ｂ−５、圧電カンチレバー４４ａ−６の順に連結されている。

また、圧電カンチレバー４４ａは、上部電極配線４７により上部電極４５ａと上部電極４５ｂとが接続され、上部電極配線４８により上部電極４６ａと上部電極４６ｂとが接続されている。また、圧電カンチレバー４４ｂは、上部電極配線４７により上部電極４６ａと上部電極４６ｂとが接続され、上部電極配線４８により上部電極４５ａと上部電極４５ｂとが接続されている。

従って、各圧電カンチレバー４４ａ，４４ｂの上部電極配線４７と上部電極配線４８とが逆極性となる電圧、又は交流電圧波形により、１８０℃位相がずれている逆位相になるバイアス電圧を印加すると、圧電カンチレバー４４ａの上部電極４５ａ，４５ｂ及び圧電カンチレバー４４ｂの上部電極４６ａ，４６ｂが同極性（図中においては正極性）となり、各圧電カンチレバー４４ａの上部電極４６ａ，４６ｂ及び圧電カンチレバー４４ｂの上部電極４５ａ，４５ｂが、圧電カンチレバー４４ａの上部電極４５ａ，４５ｂ及び圧電カンチレバー４４ｂの上部電極４６ａ，４６ｂとは逆の極性（図中においては負極性）となり、隣接する上部電極４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂがすべて逆極性となる。

これにより、図２（ｂ）に示すように、圧電カンチレバー４４ａ，４４ｂ面内で屈曲変形が生じる。すなわち、圧電カンチレバー４４ａ，４４ｂは、シェアフォースによるＳ字変形が生じる。圧電アクチュエータ４２は、圧電カンチレバー４４ａ，４４ｂが連結されているため、１個ずつの圧電カンチレバー４４ａ，４４ｂの屈曲変化が増大される。よって、圧電アクチュエータ４２全体として、１００［μｍ］程度の並進変位を得ることが可能となっている。

なお、各圧電カンチレバー４４ａ，４４ｂの下部電極配線４９、上部電極配線４７及び上部電極配線４８は、それぞれの下部電極配線４９、上部電極配線４７、上部電極配線４８が配線され、支持体４０に設けられる下部電極配線４９への給電用パッド（図示せず）、上部電極配線４７への給電用パッド（図示せず）、上部電極配線４８への給電用パッド（図示せず）に接続される。

よって、上部電極配線４７への給電用パッドと上部電極配線４８への給電用パッドとに逆極性となる電圧、又は交流電圧波形により、１８０℃位相がずれている逆位相になるバイアス電圧を印加すると各圧電カンチレバー４４ａ，４４ｂの上部電極４５ａ，４５ｂが同極性（図中においては正極性）となり、各圧電カンチレバー４４ａ，４４ｂの上部電極４６ａ，４６ｂが上部電極４５ａ，４５ｂとは逆の極性（図中においては負極性）となり、隣接する上部電極４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂがすべて逆極性となる。
［製造工程］
図４〜図６は、本実施形態に係る光偏向起用アクチュエータ６０の圧電アクチュエータ４２ａの製造工程を示す。なお、これらの図では、圧電アクチュエータの断面を模式的に示している。

圧電アクチュエータ４２を形成する半導体基板としては、図４（ａ）に示すように活性層４１１ａ、中間酸化膜層４１１ｂ、及びハンドリング層４１１ｃで構成されるＳＯＩ基板４１０を用いている。

まず、図４（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板４１０の表面（活性層４１１ａ側）及び裏面（ハンドリング層４１１ｃ側）を熱酸化炉（拡散炉）によって酸化し、熱酸化シリコン膜４１２ａ，４１２ｂを形成する（熱酸化膜形成ステップ）。熱酸化シリコン膜４１２ａ，４１２ｂの厚みは、例えば0.1〜1［μm］とする。

次に、図４（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板４１０の表面（活性層４１１ａ側）に、下部電極層４１３、圧電体層４１４、上部電極層４１５を順次形成する。

まず、下部電極層形成ステップで、ＳＯＩ基板４１０の活性層４１１ａ側の熱酸化シリコン膜４１２ａ上に、２層の金属薄膜からなる下部電極層４１３を形成する。下部電極層４１３の材料としては、１層目（下層）の金属薄膜にはチタン（Ｔｉ）を用い、２層目（上層）の金属薄膜には白金（Ｐｔ）を用いる。各金属薄膜は、例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等により成膜する。各金属薄膜の厚みは、例えば１層目のＴｉは30〜100［nm］、２層目のＰｔは100〜300［nm］程度とする。

次に、圧電体層形成ステップで、下部電極層４１３上に、１層の圧電膜からなる圧電体層４１４を形成する。圧電体層４１４の材料としては、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる。また、圧電膜の厚みは、例えば1〜10［μm］程度とする。圧電膜は、例えば、反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法により成膜する。

反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法については、具体的には、本願出願人の出願に係る特開２００１−２３４３３１号公報、特開２００２−１７７７６５号公報、特開２００３−８１６９４号公報に記載された手法を用いる。

このアーク放電プラズマを利用した反応性イオンプレーティング法は、プラズマガンで真空容器内に発生させた高密度酸素プラズマ中で原料金属を加熱蒸発させ、真空容器内或いは半導体基板上において各金属蒸気と酸素とが反応することにより、半導体基板上に圧電膜を形成するものである。

この方法を用いることにより、比較的低い成膜温度においても高速に圧電膜を形成できる。特に、アーク放電反応性イオンプレーティング法による圧電膜を形成する際に、その下地として、例えば化学溶液堆積法（ＣＳＤ（Chemical Solution Deposition）法）によりシード層を形成することで、より優れた圧電特性を有する圧電膜を形成することができる。

なお、圧電膜は、例えばスパッタ法、ゾルゲル法等により成膜してもよい。ただし、反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法を用いることにより、良好な圧電特性（バルクの圧電体と同等の圧電特性）を有する厚みのある膜を成膜することができる。

次に、上部電極層形成ステップで、圧電体層４１４上に、１層の金属薄膜からなる上部電極層４１５を形成する。上部電極層４１５の材料としては、Ｐｔ又はＡｕを用いる。上部電極層４１５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。上部電極層４１５の厚みは、例えば10〜200［nm］程度とする。

次に、図４（ｄ）に示すように、形状加工ステップで、上部電極層４１５、圧電体層４１４、下部電極層４１３の形状を加工して、上部電極４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ、圧電体５１、及び下部電極５０を形成する。

具体的には、まず、上部電極層４１５上にフォトリソグラフィ技術を用いてレジスト材料をパターニングする。次に、パターニングしたレジスト材料をマスクとして、上部電極層４１５及び圧電体層４１４に対して、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いて、ドライエッチングを行う。

これにより、上部電極４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ、及び圧電体５１が形成される。すなわち、上部電極層４１５が加工されて上部電極４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂが形成され、圧電体層４１４が加工されて圧電体５１が形成される。

同様に、下部電極層４１３上にフォトリソグラフィ技術を用いてレジスト材料をパターニングする。次に、パターニングしたレジスト材料をマスクとして、下部電極層４１３に対して、ＲＩＥ装置を用いて、ドライエッチングを行う。これにより、下部電極５０が形成される。すなわち、下部電極層４１３が加工されて下部電極５０が形成される。

次に、図５（ｅ）〜（ｈ）及び図６（ｉ），（ｊ）に示すように、配線形成ステップで、下部電極配線４９、及び上部電極配線４７，４８が形成される。

まず、図５（ｅ）に示すように、ＳＯＩ基板の表面（活性層４１１ａ）側の表面、すなわち、上部電極４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ、形状加工ステップのドライエッチングにより上部電極層４１５が剥がされて表面に現れた圧電体５１を形成する圧電体層４１４、及び形状加工ステップのドライエッチングにより下部電極層４１３が剥がされた熱酸化シリコン膜４１２ａの上に、第１層間絶縁膜４１６が形成される。例えば、第１層間絶縁膜４１６には、プラズマＣＶＤ装置を用いて形成されるＳｉＯ_２膜が用いられる。

次に、図５（ｆ）に示すように、第１層間絶縁膜４１６上にフォトリソグラフィ技術を用いてレジスト材料をパターニングする。そして、パターニングしたレジスト材料をマスクとして、第１層間絶縁膜４１６に対して、ＲＩＥ装置を用いて、ドライエッチングを行う。

これにより、下部電極５０、及び上部電極４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ上にコンタクトホール４１７〜４１９が形成される。詳細には、下部電極５０上に下部電極配線４９のためのコンタクトホール４１７が形成され、上部電極４５ａおよび上部電極４５ｂ上にそれぞれ上部電極配線４７のためのコンタクトホール４１８が形成され、上部電極４６ａおよび上部電極４６ｂ上にそれぞれ上部電極配線４８のためのコンタクトホール４１９が形成される。

次に、図５（ｇ）に示すように、Ａｌ配線により、下部電極配線４９及び上部電極配線４７を形成する。上部電極配線４７は、図３（ａ）に示すように、上部電極４５ａと上部電極４５ｂとを接続する。Ａｌ配線は、例えばスパッタ法、蒸着法を用いて成膜する。

次に、図５（ｈ）に示すように、ＳＯＩ基板の表面（活性層４１１ａ）側の表面に、第２層間絶縁膜４２０が形成した後、コンタクトホール４１９が形成される。詳細には、ＳＯＩ基板の表面（活性層４１１ａ）側の表面に、第１層間絶縁膜４１６を形成したときと同様に、プラズマＣＶＤ装置を用いて第２層間絶縁膜４２０（ＳｉＯ_２膜）が形成される。

次に、第２層間絶縁膜４２０上にフォトリソグラフィ技術を用いてレジスト材料をパターニングする。そして、パターニングしたレジスト材料をマスクとして、第２層間絶縁膜４２０に対して、ＲＩＥ装置を用いて、ドライエッチングを行う。これにより、下部電極配線４９、及びコンタクトホール４１９が再度形成される。

次に、図６（ｉ）に示すように、Ａｌ配線により、上部電極配線４８を形成する。上部電極配線４８は、図３（ａ）に示すように、上部電極４６ａと上部電極４６ｂとを接続する。Ａｌ配線は、例えばスパッタ法、蒸着法を用いて成膜する。

次に、図６（ｊ）〜（ｌ）に示すように、圧電アクチュエータ形成ステップで、圧電アクチュエータが形成される。

まず、図６（ｊ）に示すように、活性層４１１ａ（単結晶シリコン）の形状を加工する。まず、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト材料をパターニングし、このパターニングしたレジスト材料をマスクとして、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて、第２層間絶縁膜４２０、第１層間絶縁膜４１６、熱酸化シリコン膜４１２ａ、及び活性層４１１ａのシリコンの形状を加工する。ＩＣＰ−ＲＩＥ装置は、マイクロマシン技術で使用されるドライエッチング装置であり、シリコンを垂直に深く掘ることが可能な装置である。

次に、図６（ｋ）に示すように、熱酸化シリコン膜４１２ｂを除去し、ハンドリング層４１１ｃを加工する。詳細には、ＳＯＩ基板４１０の表面全体を厚膜レジストで保護しておき、裏面のハンドリング層４１１ｃ側の熱酸化シリコン膜４１２ｂをバッファードフッ酸（ＢＨＦ）で除去する。そして、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて、ハンドリング層４１１ｃの単結晶シリコンをドライエッチング加工する。

最後に、図６（ｌ）に示すように、ＢＨＦを用いて中間酸化膜層４１１ｂを除去する。これにより、圧電カンチレバーの支持体の裏側を深く掘り下げ中空状態にし、圧電アクチュエータ４２ａが形成される。

次に、台座４３の製造工程について説明する。台座４３の製造工程は、先の圧電アクチュエータ４２ａの製造工程とほぼ同じである。相違点は、図５（ｄ）に示した形状加工ステップである。可動台座４３の製造工程では、上部電極層４１５、圧電体層４１４、及び下部電極層４１３をすべて全面エッチングして除去する。すなわち、台座４３部分については、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いて、上部電極層４１５、圧電体層４１４、及び下部電極層４１３をすべてにドライエッチングが行われる。これにより、光偏向器を固定するための表面が形成される。

台座４３と光偏向器との固定を接着樹脂で行う場合には、上部電極層４１５、圧電体層４１４、及び下部電極層４１３をすべて除去した後に、ＳｉＯ_２膜による層間絶縁膜が形成される。

また、台座４３と光偏向器との固定をＡｕＳｎ共晶接合、Ａｕ−Ａｕ固相拡散接合、ハンダ接合などの金属を介する接合で行う場合には、圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂの上部電極配線４７，４８、及び下部電極配線４９のＡｌ配線とは別に、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕの順にスパッタ成膜を実施して、台座４３上に光偏向器を接合するために必要な金属パッドを形成する。

次に、ダンパー４１ａ，４１ｂの製造工程について説明する。ダンパー４１ａ，４１ｂの製造工程は、台座４３の製造工程とほぼ同じである。ダンパー４１ａ，４１ｂにおいても、図４（ｄ）に示した形状加工ステップにおいて、台座４３の製造工程と同様に、上部電極層４１５、圧電体層４１４、及び下部電極層４１３をすべて全面エッチングして除去する。その後の配線形成ステップでは、ダンパー４１ａ，４１ｂ部分はレジスト材料によってマスクして保護される。

このように、圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂ、台座４３、及びダンパー４１ａ，４１ｂは、半導体基板を加工して製造されるため、半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスを用いて一体的に形成することができる。よって、作製が容易であり、小型化や量産や歩留まりの向上が可能となる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について、図７〜図１１を参照して説明する。

図７に示すように、第２実施形態では、光偏向器用アクチュエータ装置６０は、台座４３に光偏向器７１が固定されてパッケージ７２に実装される。パッケージ７２の上部には、入射光を図８に示す光偏向器７１のミラー部１のミラー面反射膜１ｂに導入するための透明な光学窓７０が形成されている。

光偏向器７１は、接着樹脂、ＡｕＳｎ共晶接合、Ａｕ−Ａｕ固相拡散接合、ハンダ接合、バンプ接合等の接合方式により台座４３に固定される。ここでは、Ａｕ−Ａｕ固相拡散接合により光偏向起用アクチュエータ６０の台座４３に固定されているものとする。

この場合、光偏向器７１の裏面と、光偏向起用アクチュエータ６０の台座４３には、それぞれ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕの順に各金属材料がスパッタ成膜される。そして、それぞれをチップとして固片化された後、Ａｒプラズマによる表面活性化処理が施され、ダイボンダーにより位置を合わせながら光偏向器７１と台座４３とは200〜300℃に加熱されて接合される。

光偏向器７１が固定された光偏向起用アクチュエータ６０は、セラミック等のパッケージ７２に実装される。そして、光偏向器７１の各電極パッド１２ａ〜１２ｆ，１３ａ〜１３ｄと、光偏向起用アクチュエータ６０の上部電極配線４７，４８及び下部電極配線４９に電圧を供給する各パッドとに、給電用のワイヤーボンドが接続される。その後、両面ＡＲ（反射防止膜）をコーティングした光学窓７０によりパッケージ７２が封止される。

図８に示すように、光偏向器７１は、入射された光を反射するミラー部１と、ミラー部１に連結されたトーションバー２ａ，２ｂと、ミラー部１をそれぞれトーションバー２ａ，２ｂを介して駆動する２対の内側の第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄと、第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄを支持する可動枠９と、可動枠９を駆動する１対の外側の第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂと、第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを支持する支持部１１とを備えている。

図８に示すように、ミラー部１は円形形状で、その直径線分の両端から外側へ向かって、上記１対のトーションバー２ａ，２ｂが延びている。一方のトーションバー２ａは、その先端部がミラー部１に連結され、その基端部を挟んで対向した１対の内側の第１の圧電アクチュエータ８ａ，８ｃのそれぞれの先端部に連結されている。

また、他方のトーションバー２ｂも、その先端部がミラー部１に連結され、その基端部を挟んで対向した１対の第１の圧電アクチュエータ８ｂ，８ｄのそれぞれの先端部に連結されている。これらの第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄは、それぞれ、その基端部が、ミラー部２とこれらの第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄとを囲むように設けられた可動枠９の内側に連結されて支持されている。

可動枠９は矩形形状で、トーションバー２ａ，２ｂと直交する方向の１対の両側が、可動枠９を挟んで対向した１対の外側の第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの先端部にそれぞれ連結されている。また、これらの第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂは、その基端部が、可動枠９とこれらの１対の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂとを囲むように設けられた支持部１１に連結されて支持されている。

第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄは、それぞれ、１つの圧電カンチレバーから構成される。各圧電カンチレバーは、支持体４ａ〜４ｄと下部電極５ａ〜５ｄと圧電体６ａ〜６ｄと上部電極７ａ〜７ｄとを備えている。

また、一方の第２の圧電アクチュエータ１０ａは、４つの圧電カンチレバー（圧電アクチュエータ１０ａの先端部側から奇数番目の２つの圧電カンチレバー３ｅ，３ｅと、偶数番目の２つの圧電カンチレバー３ｆ，３ｆ）が連結されて構成されている。

また、他方の第２の圧電アクチュエータ１０ｂも、４つの圧電カンチレバー（圧電アクチュエータ１０ｂの先端部側から奇数番目の２つの圧電カンチレバー３ｇ，３ｇと、偶数番目の２つの圧電カンチレバー３ｈ，３ｈ）が連結されて構成されている。各圧電カンチレバー３ｅ〜３ｈは、支持体４ｅ〜４ｈと下部電極５ｅ〜５ｈと圧電体６ｅ〜６ｈと上部電極７ｅ〜７ｈとを備えている。

一方の第２の圧電アクチュエータ１０ａにおいて、４つの圧電カンチレバー３ｅ，３ｆは、その長さ方向が同じになるように、各圧電カンチレバー３ｅ，３ｆの両端部が隣り合うように、後述の並進駆動が可能な間隔で並んで配置されている。そして、各圧電カンチレバー３ｅ，３ｆは、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように連結されている。

他方の第２の圧電アクチュエータ１０ｂにおいても、４つの圧電カンチレバー３ｇ，３ｈは、その長さ方向が同じになるように、各圧電カンチレバー３ｇ，３ｈの両端部が隣り合うように、後述の並進駆動が可能な間隔で並んで配置されている。そして、各圧電カンチレバー３ｇ，３ｈは、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように連結されている。

また、光偏向器７１は、一方の対の第１の圧電アクチュエータ８ａ，８ｃの上部電極７ａ，７ｃと下部電極５ａ，５ｃとの間にそれぞれ駆動電圧を印加するための上部電極パッド１２ａ及び下部電極パッド１３ａと、他方の対の第１の圧電アクチュエータ８ｂ，８ｄの上部電極７ｂ，７ｄと下部電極５ｂ，５ｄとの間にそれぞれ駆動電圧を印加するための上部電極パッド１２ｂ及び下部電極パッド１３ｂとを、支持部１１上に備えている。

また、光偏向器は、１対の第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの奇数番目の上部電極７ｅ，７ｇと下部電極５ｅ，５ｇとの間にそれぞれ駆動電圧を印加するための上部電極パッド１２ｃ，１２ｄと、１対の第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの偶数番目の上部電極７ｆ，７ｈと下部電極５ｆ，５ｈとの間にそれぞれ駆動電圧を印加するための上部電極パッド１２ｅ，１２ｆと、上部電極パッド１２ｃ，１２ｅの共通の下部電極パッド１３ｃと、上部電極パッド１２ｄ，１２ｆの共通の下部電極パッド１３ｄとを、支持部１１上に備えている。

下部電極５ａ〜５ｈと下部電極パッド１３ａ〜１３ｄとは、シリコン基板上の金属薄膜（本実施形態では２層の金属薄膜、以下、下部電極層ともいう）を、半導体プレーナプロセスを用いて形状加工することにより形成される。この金属薄膜の材料としては、例えば、１層目（下層）にはチタン（Ｔｉ）を用い、２層目（上層）には白金（Ｐｔ）を用いる。

詳細には、第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄの圧電カンチレバーの下部電極５ａ〜５ｄは、支持体４ａ〜４ｄ上のほぼ全面に形成され、第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの圧電カンチレバーの下部電極５ｅ〜５ｈは、それぞれ、支持体（直線部と連結部とを合わせた全体）４ｅ〜４ｈ上のほぼ全面に形成されている。そして、下部電極パッド１３ａ〜１３ｄは、支持部１１上及び可動枠９上の下部電極層を介して、下部電極５ａ〜５ｈに導通される。

圧電体６ａ〜６ｈは、半導体プレーナプロセスを用いて下部電極層上の１層の圧電膜（以下、圧電体層ともいう）を形状加工することにより、それぞれ、下部電極５ａ〜５ｈ上に互いに分離して形成されている。この圧電膜の材料としては、例えば、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられる。

詳細には、第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄの圧電カンチレバーの圧電体６ａ〜６ｄは、支持体４ａ〜４ｄ上のほぼ全面に形成されて、第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの圧電カンチレバーの圧電体６ｅ〜６ｈは、支持体４ｅ〜４ｈのうちの直線部上のほぼ全面に形成されている。

上部電極７ａ〜７ｈと、上部電極パッド１２ａ〜１２ｆと、これらを導通する上部電極配線（図示せず）は、半導体プレーナプロセスを用いて、圧電体層上の金属薄膜（本実施形態では１層の金属薄膜、以下、上部電極層ともいう）を形状加工することにより形成されている。この金属薄膜の材料としては、例えば白金（Ｐｔ）又は金（Ａｕ）が用いられる。

詳細には、第１及び第２の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄ，１０ａ，１０ｂの圧電カンチレバーの上部電極７ａ〜７ｈは、圧電体６ａ〜６ｈ上のほぼ全面に形成されている。そして、上部電極パッド１２ａ，１２ｂは、支持部１１上、支持体４ｅ〜４ｈ上の側部、及び可動枠９上に形成された上部電極配線（図示せず）を介して、上部電極７ａ〜７ｄに導通される。

また、上部電極パッド１２ｃ〜１２ｆは、支持部１１上及び支持体４ｅ〜４ｈ上の側部に形成された上部電極配線（図示せず）を介して、上部電極７ｅ〜７ｈに導通される。なお、上部電極配線は、平面的に互いに分離して設けられていると共に、下部電極パッド１３ａ〜１３ｄ及び下部電極５ａ〜５ｈと層間絶縁されている。

ミラー部１は、ミラー部支持体１ａと、ミラー部支持体１ａ上に形成されたミラー面反射膜（反射面）１ｂとを備えている。ミラー面反射膜１ｂは、半導体プレーナプロセスを用いて、ミラー部支持体１ａ上の金属薄膜（本実施形態では１層の金属薄膜）を形状加工して形成されている。金属薄膜の材料としては、例えばＡｕ，Ｐｔ，銀（Ａｇ），アルミニウム（Ａｌ）等が用いられる。

また、ミラー部支持体１ａと、トーションバー２ａ，２ｂと、支持体４ａ〜４ｈと、可動枠９と、支持部１１とは、複数の層から構成される半導体基板を形状加工することにより一体的に形成されている。シリコン基板を形状加工する手法としては、フォトリソグラフィ技術やドライエッチング技術等を利用した半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスが用いられる。

ミラー部１と可動枠９との間には空隙９’が設けられ、ミラー部１が所定角度まで回転可能となっている。また、可動枠９と支持部１１との間には空隙１１’が設けられ、可動枠９が所定角度まで回転可能となっている。ミラー部１は、一体的に形成することで、第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄとトーションバー２ａ，２ｂを介して機械的に連結され、第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄの駆動に応じて回動する。

また、可動枠９は、一体的に形成することで、第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂと機械的に連結され、第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの駆動に応じて回動及び並進する。

更に、光偏向器７１は、ミラー部１の偏向・走査を制御する制御回路２０に接続されている。制御回路２０は、その機能として、第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄの駆動電圧の位相、周波数、振幅、波形等を制御することで、ミラー部１の第１の軸ｘ１周りでの偏向・走査（回転駆動）の位相、周波数、偏向角等を制御する第１制御手段２１と、第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂへ印加する駆動電圧の位相、周波数、振幅、波形等を制御することで、ミラー部１の第２の軸ｘ２周りでの偏向・走査（回転駆動）及び並進駆動の位相、周波数、偏向角、変位量等を制御する第２制御手段２２とを備えている。このとき、第２制御手段２２は、駆動電圧として、ミラー部１の回転駆動用の電圧成分と並進駆動用の電圧成分とを重畳した電圧を用いる。

次に、光偏向器７１の作動を説明する。まず、第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄによる第１の軸周りの回転駆動について説明する。光偏向器７１では、一方の対の第１の圧電アクチュエータ８ａ，８ｃに対して、上部電極７ａ，７ｃと下部電極５ａ，５ｃとの間にそれぞれ第１の電圧、第２の電圧を印加して駆動させると、互いに逆方向に屈曲変形する。

なお、第１の電圧と第２の電圧とは、互いに逆位相或いは位相のずれた交流電圧（例えば正弦波）とする。これらの屈曲変形により、トーションバー２ａにねじれ変位が生じて、ミラー部１にトーションバー２ａを中心とした回転トルクが作用する。同様に、他方の対の第１の圧電アクチュエータ８ｂ，８ｄにそれぞれ第１の電圧、第２の電圧を印加して駆動させることにより、トーションバー２ｂに同じ方向にねじれ変位が生じて、ミラー部１にトーションバー２ｂを中心とした回転トルクが作用する。

よって、第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄの駆動により、ミラー部１にはトーションバー２ａ，２ｂを中心とした回転トルクが作用する。これにより、ミラー部１は、図８の矢印で示すように、トーションバー２ａ，２ｂを中心軸として第１の軸ｘ１周りで回転する。これにより、ミラー部１を回転させて第１の方向（例えば水平方向）について所定の第１周波数で所定の第１偏向角で光走査することができる。このとき、これらの第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄでは、駆動電圧としてトーションバー２ａ，２ｂを含むミラー部１の機械的な共振周波数付近の周波数の交流電圧を印加して共振駆動させることで、より大きな偏向角で光走査することができる。

これと共に、光偏向器７１では、外側の１対の第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂに駆動電圧を印加する。具体的には、第２の圧電アクチュエータ１０ａでは、上部電極パッド１２ｃと共通の下部電極パッド１３ｃとの間に、第３の電圧を印加して、奇数番目の圧電カンチレバー３ｅを駆動させる。これと共に、上部電極パッド１２ｅと共通の下部電極パッド１３ｃとの間に、第４の電圧を印加して、偶数番目の圧電カンチレバー３ｆを駆動させる。同様に、対向した第２の圧電アクチュエータ１０ｂに第５，第６の電圧を印加して圧電カンチレバー３ｇ，３ｈを駆動させる。

このとき、第３，第４の電圧の回転駆動用の電圧成分は、第２の圧電アクチュエータ１０ａの垂直方向について、奇数番目の圧電カンチレバー３ｅと偶数番目の圧電カンチレバー３ｆとの角度変位が逆方向に発生するように印加する。

例えば、第２の圧電アクチュエータ１０ａの先端部を上方向（図８に示す方向Ｕ）に変位させる場合には、奇数番目の圧電カンチレバー３ｅを上方向に変位させ、偶数番目の圧電カンチレバー３ｆを下方向に変位させる。第２の圧電アクチュエータ１０ａの先端部を下方向に変位させるには、その逆にする。第５，第６の電圧の回転駆動用の電圧成分についても同様である。

ここで、図９は、第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの垂直方向についての駆動状態を模式的に示した図である。図９では、第２の圧電アクチュエータ１０ａの先端部を上方向に変位させる場合が例示されている。なお、以下では適宜、可動枠９側からｉ番目の圧電カンチレバーについて（ｉ）と付記して説明する（ｉ＝１〜４）。

図９に示すように、第２の圧電アクチュエータ１０ａに電圧を印加して、可動枠９側（先端部側）から奇数番目の圧電カンチレバー３ｅを上方向に屈曲変形させると共に、偶数番目の圧電カンチレバー３ｆを下方向に屈曲変形させる。このとき、圧電カンチレバー３ｆ（４）は、支持部１１と連結した基端部を支点として、その先端部に下方向の角度変位が発生している。

また、圧電カンチレバー３ｅ（３）は、圧電カンチレバー３ｆ（４）の先端部と連結した基端部を支点として、その先端部に上方向の角度変位が発生している。また、圧電カンチレバー３ｆ（２）は、圧電カンチレバー３ｅ（３）の先端部と連結した基端部を支点として、その先端部に下方向の角度変位が発生している。

また、圧電カンチレバー３ｅ（１）は、圧電カンチレバー３ｆ（２）の先端部と連結した基端部を支点として、その先端部（可動枠９と連結している）に上方向の角度変位が発生している。これにより、第２の圧電アクチュエータ１０ａでは、各圧電カンチレバー３ｅ，３ｆの屈曲変形の大きさを加算した大きさの角度変位が発生する。

また、第３，第４の電圧の並進駆動用の電圧成分は、光偏向器７１の面内方向について、奇数番目の圧電カンチレバー３ｅと偶数番目の圧電カンチレバー３ｆとの角度変位が同方向に発生するように印加する。例えば、第２の圧電アクチュエータ１０ａの先端部を右方向（図８に示す方向Ｒ）に変位させる場合には、奇数番目の圧電カンチレバー３ｅも、偶数番目の圧電カンチレバー３ｆも、右方向に変位させる。第２の圧電アクチュエータ１０ａの先端部を左方向に変位させるには、その逆にする。第５，第６の電圧の並進駆動用の電圧成分についても同様である。

ここで、図１０は、第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの面内方向についての駆動状態を模式的に示した図である。図１０（ａ）は、ミラー部１を右方向に並進駆動させた状態を示し、図１０（ｂ）は、ミラー部１を左方向に並進駆動させた状態を示す。

図１０（ａ）の場合、第２の圧電アクチュエータ１０ａについて、圧電カンチレバー３ｅ，３ｆは、それぞれ、矢印で示すように、その基端部を支点として、その先端部に右方向の角度変位が発生している。これにより、第２の圧電アクチュエータ１０ａでは、各圧電カンチレバー３ｅ，３ｆの屈曲変形の大きさを加算した大きさの右方向の並進変位が発生する。

また、第２の圧電アクチュエータ１０ｂについて、圧電カンチレバー３ｇ，３ｈは、それぞれ、矢印で示すように、その基端部を支点として、その先端部に右方向の角度変位が発生している。これにより、第２の圧電アクチュエータ１０ｂでは、各圧電カンチレバー３ｇ，３ｈの屈曲変形の大きさを加算した大きさの右方向の並進変位が発生する。これらの並進変位により、図中に白抜き矢印で示すように、ミラー部１とトーションバー２ａ，２ｂと第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄと可動枠９が一体的に右方向に並進する。

このように、第３〜第６の電圧の駆動により、第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂが駆動され、それぞれ、先端部に中心軸線が同軸の角度変位を発生すると共に、中心軸線に平行な並進変位を発生する。これらの角度変位により、可動枠９は、図８の矢印で示すように、第１の軸ｘ１と直交する第２の軸ｘ２周りで回転する。

これにより、ミラー部１と可動枠９とが互いの動きに干渉することなく独立に回転される。そして、この可動枠９の回転により、ミラー部１と第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄとが一体的に回転し、第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄの駆動による回転とは独立にミラー部１が回転することになる。

これにより、ミラー部１を回転させて第２の方向（例えば垂直方向）について所定の第２周波数で所定の第２偏向角で光走査することができる。また、角度変位による回転と同時に、並進変位により、図８の矢印で示すように、ミラー部１とトーションバー２ａ，２ｂと第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄと可動枠９が一体的に第２の軸ｘ２に平行に並進する。これにより、ミラー部１を所定の第３周波数で所定の変位量（例えば、50［μm］以上）で並進振動することができる。
［実施例１］
実施例１として、第２実施形態の光偏向器７１を台座４３に固定した光偏向起用アクチュエータ６０をパッケージに実装した際の駆動特性の試験について説明する。本実施例では、光偏向起用アクチュエータ６０のＳＯＩ基板の厚みは、活性層50［μｍ］、中間酸化膜層2［μｍ］、ハンドリング層525［μｍ］とし、熱酸化シリコン膜の厚みは500［ｎｍ］とした。また、下部電極層（Ｔｉ／Ｐｔ）の厚みはＴｉを50［ｎｍ］、Ｐｔを＝150［ｎｍ］とし、圧電体層の厚みは3［μｍ］とし、上部電極層（Ｐｔ）の厚みは150［ｎｍ］とした。

また、本実施例では、上述の光偏向器７１を、共振周波数が15［kHz］となるように設計した。この光偏向器について、第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄに振幅電圧Vpp＝20［V］、周波数15［kHz］の交流電圧を駆動信号として印加し、第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂに振幅電圧Vpp＝20［V］、周波数60［Hz］の交流電圧を駆動信号として印加した。第１の圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄは水平軸走査用で共振駆動とし、第２の圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂは垂直軸走査用で非共振駆動とした。このとき、水平軸で最大偏向角±9.0°、垂直軸で最大偏向角±7.0°を得られた。

更に、光偏向起用アクチュエータ６０の圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂの上部電極４５ａ，４５ｂに、上部電極配線４７を介して振幅電圧Vpp=25［V］、周波数500［Hz］の交流電圧を駆動信号として印加し、光偏向起用アクチュエータ６０の圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂの上部電極４６ａ，４６ｂに、上部電極配線４８を介して振幅電圧Vpp=25［V］、周波数500［Hz］の上部電極４５ａ，４５ｂに印加した交流電圧の位相と反転した位相の交流電圧を駆動信号として印加した。

このとき、光偏向起用アクチュエータ６０の圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂは、並進振動し始めた。そして、本実施例では、並進振動の振幅として100［μm］が観測された。

また、図７に示した第２実施形態２の光偏向器７１を台座４３に固定した光偏向起用アクチュエータ６０をパッケージに実装した光偏向装置と、レーザ光源と、ハーフミラー（ビームスプリッター）と、スクリーンとを備えた画像表示装置を用いて画像を表示した。

具体的には、レーザ光源、ハーフミラー、スクリーンは所定の位置に固定されている。レーザ光源から出力されたレーザ光は、所定の強度変調を受けて集光用のレンズ又はレンズ群を通過して、ハーフミラーを通り、2次元光偏向器７１のミラー部１に入射される。入射されたレーザ光は、ミラー部１の偏向角に応じた所定の方向に偏向され、ハーフミラーで分岐された光がスクリーン上に投影され、画像を形成する。光偏向器７１は、入射されたレーザ光を水平方向、垂直方向にラスタスキャンし、スクリーン上の水平方向、垂直方向の長方形の領域を走査して画像を表示する。

このようにして、スクリーンに画像を表示する際に、光偏向起用アクチュエータ６０を動作させる前後、すなわち、圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂに電圧成分を駆動信号として印加する前後で、スクリーン上の画像のスペックルノイズを目視で比較したところ、１０人中７人によりスペックルノイズの低減が認識された。

また、光偏向起用アクチュエータ６０を動作させる前後で、フリッカーノイズの違いは認識されなかった。これは、光偏向起用アクチュエータ６０の圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂが、周波数500［Hz］という人間の目では追随できない速度で振動しているためにフリッカーノイズの違いが認識されなかったものと推測される。
［第３実施形態］
図１１は、本発明の第３実施形態における光偏向起用アクチュエータを実装するパッケージの光学窓の構成を示す図である。第３実施形態の光偏向起用アクチュエータ６０は、第２実施形態の光偏向起用アクチュエータ６０と同様に台座４３に光偏向器７１が固定された光偏向起用アクチュエータ６０を実装するパッケージの光学窓を、該光学窓を透過する光に面内で光路差を生じさせる構成としたものである。第１実施形態、及び第２実施形態と同じ構成は、同じ符号を付して説明する。

第２実施形態では、透明な光学窓７０を用いたが、第３実施形態では、図１１に示すように、中央部に部分的に光学多層膜を成膜した千鳥格子上のパターンが形成された光学窓７０ａを用いる。光学窓７０ａに形成された千鳥格子上のパターンによって光偏向器７１に入射するレーザ光の光路に微小な差がつくことになる。なお、図１１中、白抜きの部分（ａ１）は光学多層膜を成膜していない部分であり、点描を付した部分（ａ２）は光学多層膜を成膜した部分である。

光学多層膜の素材としては、例えば、高屈折率の素材として、ＴｉＯ₂，Ｔａ₂Ｏ₅，Ｎｂ₂Ｏ₅等を用い、低屈折率の素材として、ＳｉＯ₂等を用いることができる。また、光学多層膜の膜厚は、例えば、100［nm］／１層とし、全膜厚が2〜5［μm］とする。また、パターンの格子サイズは、例えば、各格子が3〜5［μm］角とする。他の構成及び作動は、第２実施形態と同じである。
［実施例２］
実施例２として、第３実施形態の光学窓７０ａを用い、光偏向器７１を台座４３に固定した光偏向起用アクチュエータ６０をパッケージに実装した際の駆動特性の試験について説明する。

本実施例では、実施例１と同様に設計した光偏向器７１を光偏向起用アクチュエータ６０の台座４３に固定し、実施例１と同様に光偏向器７１及び光偏向起用アクチュエータ６０の圧電アクチュエータ４２に交流電圧を印加した。そして、光偏向起用アクチュエータ６０を上述の光学窓７０ａを備えたパッケージ７２の内部に実装した。

本実施例では、光偏向起用アクチュエータ６０を動作させる前後、すなわち、圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂに電圧成分を駆動信号として印加する前後で、スクリーン上の画像のスペックルノイズを目視で比較したところ、１０人中８人によりスペックルノイズの低減が認識された。
［第４実施形態］
図１２は、本発明の第４実施形態における光偏向器のパッケージの光学窓の構成を示す図である。本実施形態の光偏向器は、第２実施形態の光偏向器を実装するパッケージの光学窓を、該光学窓を透過する光の偏光状態を面内で変調する構成としたものである。第１実施形態、及び第２実施形態と同じ構成は、同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態において、この光学窓７０ｂの中央部には、透過光を４方向に変調する偏光素子ｂ１〜ｂ４から成る平面偏光素子が配置されており、この平面偏光素子によって光偏向器７１に入射して走査されるレーザ光の偏向状態を空間的に変化させる。偏光素子ｂ１〜ｂ４のグレーティングは、例えば、200［nm］程度のピッチとする。また、偏光素子ｂ１〜ｂ４の素子サイズは、例えば、3〜5［μm］角とする。他の構成及び作動は、第２実施形態と同じである。
［実施例３］
実施例３として、第４実施形態の光学窓７０ｂを用い、光偏向器７１を台座４３に固定した光偏向起用アクチュエータ６０をパッケージに実装した際の駆動特性の試験について説明する。

本実施例では、実施例１と同様に設計した光偏向器７１を光偏向起用アクチュエータ６０の台座４３に固定し、実施例１と同様に光偏向器７１及び光偏向起用アクチュエータ６０の圧電アクチュエータ４２に交流電圧を印加した。そして、光偏向起用アクチュエータ６０を上述の光学窓７０ｂを備えたパッケージ７２の内部に実装した。

本実施例では、光偏向起用アクチュエータ６０を動作させる前後、すなわち、圧電アクチュエータ４２ａ，４２ｂに電圧成分を駆動信号として印加する前後で、スクリーン上の画像のスペックルノイズを目視で比較したところ、１０人中９人によりスペックルノイズの低減が認識された。

４０…支持体、４２ａ，４２ｂ…圧電アクチュエータ、４３…台座、４４ａ，４４ｂ…圧電カンチレバー、４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ…上部電極、４７，４８…上部電極配線、６０…アクチュエータ装置、７０，７０ａ，７０ｂ…光学窓、７１…光偏向器。

Claims (4)

1. 光源からの光を偏向する光偏向器を搭載する台座と、該台座を並進振動させる少なくとも１つの圧電アクチュエータと、該圧電アクチュエータを支持する支持体とを備え、
   前記圧電アクチュエータは、駆動電圧が印加されると屈折変形する複数の圧電カンチレバーがつづら折状に折り返し連結されて構成され、
   前記圧電カンチレバーは、該圧電カンチレバーの長さ方向に少なくとも一対の電極を有し、隣接する圧電カンチレバーのそれぞれ対向する電極の電気極性が逆極性となるように又は該対向する電極に対し位相が異なる交流電圧が印加されることにより、前記圧電カンチレバー面内で互いに逆方向に屈曲変形して前記台座を並進振動させることを特徴とする光偏向器用アクチュエータ装置。
2. 請求項１記載の光偏向器用アクチュエータ装置において、
   前記交流電圧が逆位相となるように電圧が印加されることを特徴とする光偏向器用アクチュエータ装置。
3. 請求項１又は２に記載の光偏向器用アクチュエータ装置において、
   前記台座に搭載された光偏向器への入射光及び該光偏向器からの反射光を透過する光学窓を備え、該光学窓は、その窓面内において透過光に光路差を生じさせるものであることを特徴とする光偏向器用アクチュエータ装置。
4. 請求項１又は２に記載の光偏向器用アクチュエータ装置において、
   前記台座に搭載された光偏向器への入射光及び該光偏向器からの反射光を透過する光学窓を備え、該光学窓は、その窓面内において透過光の偏光状態を変調させるものであることを特徴とする光偏向器用アクチュエータ装置。

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