JP5853933B2 - Optical scanning apparatus and manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、光ビームを走査する光走査装置および製造方法に関する。   The present invention relates to an optical scanning device that scans a light beam and a manufacturing method.

近年、光走査装置の小型化を目的として、MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を利用した光走査装置が種々提案されている。
これに対して本願出願人は、反射面が表面に形成された第3フレームと、第3フレームに対し所定の隙間を介して設けられた第2フレームと、第2フレームに対し所定の隙間を介して設けられた第1フレームと、第1フレームに対し所定の隙間を介して設けられた第0フレームとを備え、さらに、第3フレームと第2フレームと第1フレームとをそれぞれの回転軸を中心に捻り振動可能に構成されることで、3自由度連成振動系を構成した光走査装置を提案している(例えば、特許文献1を参照)。
In recent years, various optical scanning devices using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology have been proposed for the purpose of downsizing the optical scanning device.
In contrast, the applicant of the present application provides a third frame having a reflective surface formed on the surface, a second frame provided with a predetermined gap with respect to the third frame, and a predetermined gap with respect to the second frame. And a 0th frame provided with a predetermined gap with respect to the first frame, and the third frame, the second frame, and the first frame are respectively connected to the respective rotation shafts. An optical scanning device having a three-degree-of-freedom coupled vibration system has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

このように構成された光走査装置では、第1フレームに固有の周期的加振力を作用させることにより、3自由度捻り振動子を共振状態にできる。そして、第2フレームと第3フレームそれぞれの振動に対応した周期的加振力を重畳して与えることにより、第2フレームと第3フレームをそれぞれ異なる周波数および振幅で振動させ、さらに第3フレームの反射面で光を反射させることで、光を2次元走査することができる。   In the optical scanning device configured as described above, the three-degree-of-freedom torsional vibrator can be brought into a resonance state by applying an inherent periodic excitation force to the first frame. Then, by superimposing periodic excitation forces corresponding to the vibrations of the second frame and the third frame, the second frame and the third frame are vibrated at different frequencies and amplitudes, respectively. The light can be scanned two-dimensionally by reflecting the light on the reflecting surface.

ところで、第1フレームに固有の周期的加振力を作用させるための駆動部として、圧電アクチュエータを用いることが可能である。この圧電アクチュエータは、圧電膜層を第1電極層と第2電極層との間で挟んで形成された駆動層と、駆動層を支持する支持層とを積層して構成されており、圧電アクチュエータの長さに比例して変位を大きくすることができる(例えば、特許文献2を参照)。   By the way, a piezoelectric actuator can be used as a drive unit for applying a periodic excitation force unique to the first frame. This piezoelectric actuator is configured by laminating a drive layer formed by sandwiching a piezoelectric film layer between a first electrode layer and a second electrode layer, and a support layer that supports the drive layer. The displacement can be increased in proportion to the length (see, for example, Patent Document 2).

特開2008−129068号公報JP 2008-129068 A 特開2008−40240号公報JP 2008-40240 A

しかし、光走査装置の上記駆動部として用いられる圧電アクチュエータを長くすると、光走査装置の面積が大きくなり、MEMS技術を利用する利点が損なわれる可能性がある。これに対して、上記支持層を薄くすることによって、圧電アクチュエータを長くすることなく圧電アクチュエータの変位を大きくすることが可能である。   However, if the piezoelectric actuator used as the drive unit of the optical scanning device is lengthened, the area of the optical scanning device increases, and the advantage of using the MEMS technology may be impaired. In contrast, by thinning the support layer, the displacement of the piezoelectric actuator can be increased without lengthening the piezoelectric actuator.

しかし、特許文献1に記載の光走査装置に上記の圧電アクチュエータを用いる場合には、第1フレームを捻り振動可能に支持する回転軸となる弾性変形部材と、圧電アクチュエータの支持層とを、シリコン基板を用いて形成する必要がある。すなわち、圧電アクチュエータの支持層を薄くする場合には、上記弾性変形部材も同様に薄くなる。そして、上記弾性変形部材が薄くなると、上記弾性変形部材の厚さの加工誤差は一般に大きくなる。これにより、光走査装置の共振周波数が設計値から大きくずれてしまい、所望の走査特性が得られなくなる可能性がある。これは、3自由度捻り振動子の共振周波数が上記弾性変形部材のバネ定数に応じて変化し、このバネ定数が上記弾性変形部材の厚さに依存することに起因している。   However, when the above-described piezoelectric actuator is used in the optical scanning device described in Patent Document 1, an elastically deformable member serving as a rotating shaft that supports the first frame so as to be torsionally vibrated and a support layer of the piezoelectric actuator are made of silicon. It is necessary to form using a substrate. That is, when the support layer of the piezoelectric actuator is thinned, the elastic deformation member is similarly thinned. When the elastic deformation member becomes thin, the processing error of the thickness of the elastic deformation member generally increases. As a result, the resonance frequency of the optical scanning device may be greatly deviated from the design value, and desired scanning characteristics may not be obtained. This is because the resonance frequency of the three-degree-of-freedom torsional vibrator changes according to the spring constant of the elastic deformation member, and this spring constant depends on the thickness of the elastic deformation member.

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、圧電アクチュエータを薄くすることなくその変位を大きくすることができる技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of increasing the displacement of a piezoelectric actuator without reducing the thickness.

上記目的を達成するためになされた光走査装置は、光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、反射部を捻り振動させるための第1回転軸となる第1弾性変形部材とを備え、第1回転軸を中心にして反射部を揺動させることにより、反射面により反射された光ビームを走査する光走査装置である。 An optical scanning device made to achieve the above object includes a reflecting portion having a reflecting surface for reflecting a light beam, and a first elastic deformation member serving as a first rotation shaft for twisting and vibrating the reflecting portion, The optical scanning device scans the light beam reflected by the reflecting surface by swinging the reflecting portion around the first rotation axis.

ところで、第1弾性変形部材を回転軸として反射部を捻り振動させる場合の共振周波数fは、下式(1)で表される。   By the way, the resonance frequency f in the case where the reflecting portion is torsionally vibrated with the first elastic deformation member as the rotation axis is expressed by the following expression (1).

なお式(1)において、kは第1弾性変形部材のバネ定数、Jは反射部の慣性モーメントである。 In Equation (1), k is the spring constant of the first elastic deformation member, and J is the moment of inertia of the reflecting portion.

そして、第1弾性変形部材のバネ定数kは、下式(2)で表される。   And the spring constant k of a 1st elastic deformation member is represented by the following Formula (2).

なお式(2)において、βは、第1弾性変形部材の断面の形状から決まる係数である。また、aは、第1弾性変形部材の断面の長辺の長さである。また、bは、第1弾性変形部材の断面の短辺の長さである。また、Eはヤング率(横弾性係数)である。また、νはポアソン比である。また、lは第1弾性変形部材の長さである。 In Equation (2), β is a coefficient determined from the shape of the cross section of the first elastic deformation member. Further, a is the length of the long side of the cross section of the first elastic deformation member. Moreover, b is the length of the short side of the cross section of the first elastic deformation member. E is Young's modulus (lateral elastic modulus). Further, ν is a Poisson's ratio. L is the length of the first elastic deformation member.

したがって、第1弾性変形部材を薄くすると(すなわち、第1弾性変形部材の断面の短辺の長さbを小さくすると)、第1弾性変形部材のバネ定数kが低下し、これにより共振周波数fが低下する。   Therefore, when the first elastic deformable member is thinned (that is, when the length b of the short side of the cross section of the first elastic deformable member is reduced), the spring constant k of the first elastic deformable member is decreased, thereby the resonance frequency f. Decreases.

た光走査装置では、駆動部が、圧電膜層を第1電極層と第2電極層との間で挟んで形成された駆動層と、駆動層を支持する支持層とを、第1回転軸に対して垂直な方向に沿って積層して構成され、さらに駆動部は、一端が固定端として固定されており、第1電極層と第2電極層との間に電圧が印加されることで屈曲して、他端が自由端として変位するように構成されている。 Also in the optical scanning apparatus, drive unit, a drive layer which is sandwiched therebetween formed between the piezoelectric film layer first electrode layer and the second electrode layer and a support layer for supporting the driving layer, the first rotating The driving unit is configured to be laminated along a direction perpendicular to the axis, and one end of the driving unit is fixed as a fixed end, and a voltage is applied between the first electrode layer and the second electrode layer. And the other end is displaced as a free end.

電圧Vを印加したときの駆動部の変位δは、下式(3)で表される。   The displacement δ of the drive unit when the voltage V is applied is expressed by the following expression (3).

なお式(3)において、tsは支持層の厚さ、tpは圧電膜層の厚さ、Ysは支持層のヤング率、Ypは圧電膜層のヤング率、lは圧電ユニモルフ4の固定端から自由端に向かう方向に沿った長さである。また、圧電体の物性値の一つである圧電定数d31は、圧電体に電圧が印加されたときの電極対向面に沿った伸縮のし易さを示す値であり、温度が高くなるほど、圧電定数d31の値が大きくなることが知られている。 In Equation (3), ts is the thickness of the support layer, tp is the thickness of the piezoelectric film layer, Ys is the Young's modulus of the support layer, Yp is the Young's modulus of the piezoelectric film layer, and l is from the fixed end of the piezoelectric unimorph 4. It is the length along the direction toward the free end. The piezoelectric constant d31, which is one of the physical properties of the piezoelectric body, is a value indicating the ease of expansion and contraction along the electrode facing surface when a voltage is applied to the piezoelectric body. It is known that the value of the constant d31 increases.

したがって、支持層の厚さtsを薄くするほど駆動部の変位δを大きくすることができる。すなわち、支持層を薄くすることは、支持層と駆動層とが積層される方向(以下、積層方向という)への曲げ剛性を下げることと等価である。   Therefore, the displacement δ of the drive unit can be increased as the thickness ts of the support layer is decreased. That is, reducing the thickness of the support layer is equivalent to lowering the bending rigidity in the direction in which the support layer and the drive layer are stacked (hereinafter referred to as the stacking direction).

そして、光走査装置では、支持層には、深さが支持層の厚さと同一の凹部が複数形成されている。このように、支持層に複数の凹部を設けることにより、支持層の積層方向への曲げ剛性を下げることができる。これにより、支持層を薄くすることなく、駆動部の変位を大きくすることができる。 In the optical scanning device, the support layer is formed with a plurality of recesses whose depth is the same as the thickness of the support layer. Thus, by providing a plurality of recesses in the support layer, the bending rigidity of the support layer in the stacking direction can be lowered. Thereby, the displacement of a drive part can be enlarged, without making a support layer thin.

また、製造方法では、第1形成工程で、第1シリコン基板の一方の面側からエッチングすることにより凹部を形成し、張合工程で、第1シリコン基板の一方の面側で、第1シリコン基板と第2シリコン基板とを張り合わせ、第2形成工程で、第1シリコン基板の他方の面側に駆動部を形成し、第3形成工程で、第1シリコン基板の他方の面側からエッチングすることにより反射部および第1弾性変形部材を形成し、第4形成工程で、第1シリコン基板と第2シリコン基板とが張り合わされた面を張合面として、第2シリコン基板の張合面と反対側の面側からエッチングすることにより、反射部が捻り振動することができる空間を形成する。 Further, in the manufacturing method, in a first forming step, a recess by etching from one side of the first silicon substrate, in Formulation step, in one surface side of the first silicon substrate, a first The silicon substrate and the second silicon substrate are bonded to each other, a drive unit is formed on the other surface side of the first silicon substrate in the second forming step, and etching is performed from the other surface side of the first silicon substrate in the third forming step. Thus, the reflecting portion and the first elastic deformation member are formed, and in the fourth forming step, the surface where the first silicon substrate and the second silicon substrate are bonded is used as the bonding surface, and the bonding surface of the second silicon substrate Etching from the opposite surface side forms a space in which the reflective portion can vibrate and vibrate.

このように構成された光走査装置の製造方法では、凹部が形成されている駆動部を備えた光走査装置を製造することができるため、光走査装置と同様の効果を奏する。 In the thus configured manufacturing method for an optical scanning device, it is possible to manufacture an optical scanning device with a drive which recess is formed, the same effect as the optical scanning device.

光走査装置1の構成を示す平面図である。1 is a plan view showing a configuration of an optical scanning device 1. FIG. 第1実施形態の圧電ユニモルフ4xの側面図および底面図である。It is the side view and bottom view of piezoelectric unimorph 4x of 1st Embodiment. 第1実施形態の光走査装置1の製造工程の前半部分を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the first half part of the manufacturing process of the optical scanning device 1 of 1st Embodiment. 第1実施形態の光走査装置1の製造工程の後半部分を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the latter half part of the manufacturing process of the optical scanning device 1 of 1st Embodiment. 第2実施形態の圧電ユニモルフ4xの底面図である。It is a bottom view of piezoelectric unimorph 4x of a 2nd embodiment. 圧電ユニモルフ4xで発生するノッチNCを示す平面図である。It is a top view which shows the notch NC generate | occur | produced by the piezoelectric unimorph 4x. 第3実施形態の圧電ユニモルフ4xの底面図である。It is a bottom view of piezoelectric unimorph 4x of a 3rd embodiment. 変位δと(L2/L3)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between displacement (delta) and (L2 / L3). 点Paでの変位δを説明する図である。It is a figure explaining displacement (delta) in the point Pa. 点Pbでの変位δを説明する図である。It is a figure explaining displacement (delta) in the point Pb. 第4実施形態の圧電ユニモルフ4xの底面図である。It is a bottom view of piezoelectric unimorph 4x of a 4th embodiment. 第5実施形態の圧電ユニモルフ4xの側面図および底面図である。It is the side view and bottom view of piezoelectric unimorph 4x of 5th Embodiment. 第6実施形態における光走査装置1の断面図とミラー13の底面図である。It is sectional drawing of the optical scanning device 1 in 6th Embodiment, and the bottom view of the mirror 13. 第2実施形態に関する別の実施形態の圧電ユニモルフ4xの底面図である。It is a bottom view of piezoelectric unimorph 4x of another embodiment about a 2nd embodiment. 第3実施形態に関する別の実施形態の圧電ユニモルフ4xの底面図である。It is a bottom view of piezoelectric unimorph 4x of another embodiment about a 3rd embodiment. 第4実施形態に関する別の実施形態の圧電ユニモルフ4xの底面図である。It is a bottom view of piezoelectric unimorph 4x of another embodiment about a 4th embodiment. 第4実施形態に関する別の実施形態の圧電ユニモルフ4xの平面図および側面図である。It is the top view and side view of piezoelectric unimorph 4x of another embodiment regarding 4th Embodiment. 第5実施形態に関する別の実施形態の圧電ユニモルフ4xの底面図である。It is a bottom view of piezoelectric unimorph 4x of another embodiment about a 5th embodiment. 光走査装置401の構成を示す平面図である。2 is a plan view showing a configuration of an optical scanning device 401. FIG.

(第1実施形態)
以下に本発明の第1実施形態を図面とともに説明する。
光走査装置1は、図1に示すように、光ビームを走査する光ビーム走査部2と、光ビーム走査部2を支持する支持部3と、光ビーム走査部2を回転駆動させる駆動部4とを備える。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the optical scanning device 1 includes a light beam scanning unit 2 that scans a light beam, a support unit 3 that supports the light beam scanning unit 2, and a drive unit 4 that rotationally drives the light beam scanning unit 2. With.

光ビーム走査部2は、外ジンバル11と内ジンバル12とミラー13と弾性連結部14a,14bと弾性連結部15a,15bと弾性連結部16a,16bとから構成される。
これらのうちミラー13は、円形状であり、アルミ薄膜の鏡面部が表面に形成される。
The light beam scanning unit 2 includes an outer gimbal 11, an inner gimbal 12, a mirror 13, elastic connecting portions 14a and 14b, elastic connecting portions 15a and 15b, and elastic connecting portions 16a and 16b.
Among these, the mirror 13 has a circular shape, and a mirror surface portion of an aluminum thin film is formed on the surface.

また内ジンバル12は、矩形枠状であり、枠内にミラー13が配置される。また外ジンバル11は、矩形枠状であり、枠内に内ジンバル12が配置される。
また弾性連結部16aは、弾性変形可能な材料で構成されており、内ジンバル12の枠内に配置され、ミラー13と内ジンバル12とを連結する。また弾性連結部16bは、弾性変形可能な材料で構成されており、内ジンバル12の枠内に配置され、ミラー13を挟んで弾性連結部16aと反対側において、ミラー13と内ジンバル12とを連結する。なお、弾性連結部16aおよび弾性連結部16bは、ミラー13の重心JSを通る同一直線上に配置されており、ミラー13の回転軸kとなる。これによりミラー13は、回転軸kを中心に捻り振動可能に構成される。
The inner gimbal 12 has a rectangular frame shape, and a mirror 13 is disposed in the frame. The outer gimbal 11 has a rectangular frame shape, and the inner gimbal 12 is arranged in the frame.
The elastic connecting portion 16 a is made of an elastically deformable material, and is disposed within the frame of the inner gimbal 12 to connect the mirror 13 and the inner gimbal 12. The elastic connecting portion 16b is made of an elastically deformable material, and is disposed in the frame of the inner gimbal 12. The mirror 13 and the inner gimbal 12 are connected to the opposite side of the elastic connecting portion 16a with the mirror 13 in between. Link. The elastic connecting portion 16 a and the elastic connecting portion 16 b are arranged on the same straight line passing through the center of gravity JS of the mirror 13 and serve as the rotation axis k of the mirror 13. Thus, the mirror 13 is configured to be able to twist and vibrate about the rotation axis k.

また弾性連結部15aは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル11の枠内に配置され、内ジンバル12と外ジンバル11とを連結する。また弾性連結部15bは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル11の枠内に配置され、内ジンバル12を挟んで弾性連結部15aと反対側において、内ジンバル12と外ジンバル11とを連結する。なお、弾性連結部15aおよび弾性連結部15bは、ミラー13と内ジンバル12との重心JSを通る同一直線上に配置されており、ミラー13の回転軸jとなる。これにより内ジンバル12は、回転軸jを中心に捻り振動可能に構成される。   The elastic connecting portion 15 a is made of an elastically deformable material, and is disposed in the frame of the outer gimbal 11 to connect the inner gimbal 12 and the outer gimbal 11. The elastic connecting portion 15b is made of an elastically deformable material, and is arranged in the frame of the outer gimbal 11. The inner gimbal 12 and the outer gimbal 11 are disposed on the opposite side of the inner connecting gimbal 12 from the elastic connecting portion 15a. And The elastic connecting portion 15 a and the elastic connecting portion 15 b are arranged on the same straight line passing through the center of gravity JS of the mirror 13 and the inner gimbal 12 and serve as the rotation axis j of the mirror 13. Accordingly, the inner gimbal 12 is configured to be capable of torsional vibration about the rotation axis j.

また弾性連結部14aは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル11の上辺11aと支持部3とを連結する。また弾性連結部14bは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル11を挟んで弾性連結部14aと反対側において、外ジンバル11の下辺11bと支持部3とを連結する。なお、弾性連結部14aおよび弾性連結部14bは、ミラー13と内ジンバル12と外ジンバル11との重心JSを通る同一直線上に配置されており、外ジンバル11の回転軸iとなる。これにより外ジンバル11は、回転軸iを中心に捻り振動可能に構成される。   The elastic connecting portion 14 a is made of an elastically deformable material, and connects the upper side 11 a of the outer gimbal 11 and the support portion 3. The elastic connecting portion 14b is made of an elastically deformable material, and connects the lower side 11b of the outer gimbal 11 and the support portion 3 on the opposite side of the elastic connecting portion 14a across the outer gimbal 11. The elastic coupling portion 14 a and the elastic coupling portion 14 b are arranged on the same straight line passing through the center of gravity JS of the mirror 13, the inner gimbal 12, and the outer gimbal 11, and serve as the rotation axis i of the outer gimbal 11. Accordingly, the outer gimbal 11 is configured to be able to twist and vibrate about the rotation axis i.

次に支持部3は、上辺11aと連結されていない側の弾性連結部14aの端部と連結される上側支持部3aと、下辺11bと連結されていない側の弾性連結部14bの端部と連結される下側支持部3bと、駆動部4を支持する左側支持部3cおよび右側支持部3dとから構成される。   Next, the support portion 3 includes an upper support portion 3a connected to an end portion of the elastic connection portion 14a on the side not connected to the upper side 11a, and an end portion of the elastic connection portion 14b on the side not connected to the lower side 11b. The lower support portion 3b to be connected, and the left support portion 3c and the right support portion 3d that support the drive portion 4 are configured.

さらに駆動部4は、圧電ユニモルフ4a,4b,4c,4dから構成される。圧電ユニモルフ4a,4b,4c,4dは、矩形板状に形成されており、その長手方向が回転軸iに直交するように配置される。   Furthermore, the drive part 4 is comprised from piezoelectric unimorph 4a, 4b, 4c, 4d. The piezoelectric unimorphs 4a, 4b, 4c, 4d are formed in a rectangular plate shape, and are arranged so that the longitudinal direction thereof is orthogonal to the rotation axis i.

そして圧電ユニモルフ4aは、その長手方向の一端が左側支持部3cに固定され、他端が外ジンバル11の上辺11aに連結される。圧電ユニモルフ4bは、その長手方向の一端が左側支持部3cに固定され、他端が外ジンバル11の下辺11bに連結される。圧電ユニモルフ4cは、その長手方向の一端が右側支持部3dに固定され、他端が外ジンバル11の上辺11aに連結される。圧電ユニモルフ4dは、その長手方向の一端が右側支持部3dに固定され、他端が外ジンバル11の下辺11bに連結される。   The piezoelectric unimorph 4 a has one end in the longitudinal direction fixed to the left support portion 3 c and the other end connected to the upper side 11 a of the outer gimbal 11. One end of the piezoelectric unimorph 4b in the longitudinal direction is fixed to the left support 3c, and the other end is connected to the lower side 11b of the outer gimbal 11. One end of the piezoelectric unimorph 4c in the longitudinal direction is fixed to the right support 3d, and the other end is connected to the upper side 11a of the outer gimbal 11. One end of the piezoelectric unimorph 4 d in the longitudinal direction is fixed to the right support portion 3 d and the other end is connected to the lower side 11 b of the outer gimbal 11.

これにより、圧電ユニモルフ4a,4b,4c,4dは、電圧が印加されると、外ジンバル11に連結されている側の端部が曲げ変位し、回転軸iを中心にして回転する方向に沿って外ジンバル11を移動させることができる。   Accordingly, when a voltage is applied to the piezoelectric unimorphs 4a, 4b, 4c, and 4d, the end portion on the side connected to the outer gimbal 11 is bent and displaced, and the piezoelectric unimorphs 4a, 4b, 4c, and 4d are rotated along the rotation axis i. Thus, the outer gimbal 11 can be moved.

そして、圧電ユニモルフ4aと圧電ユニモルフ4bとが同位相で曲げ振動するとともに圧電ユニモルフ4cと圧電ユニモルフ4dとが同位相で曲げ振動するように且つ圧電ユニモルフ4a,4bと圧電ユニモルフ4c,4dとが逆位相で曲げ振動するように、圧電ユニモルフ4a,4b,4c,4dへの電圧印加が制御される。これにより、外ジンバル11が回転軸iを中心にして回転振動する。そして、外ジンバル11を所定の共振周波数で振動させることにより、以下に説明する動作原理に基づいて、ミラー13で反射する光ビームを2次元的に走査することができる。   The piezoelectric unimorph 4a and the piezoelectric unimorph 4b bend and vibrate in the same phase, the piezoelectric unimorph 4c and the piezoelectric unimorph 4d bend and vibrate in the same phase, and the piezoelectric unimorphs 4a and 4b and the piezoelectric unimorphs 4c and 4d are reversed. Voltage application to the piezoelectric unimorphs 4a, 4b, 4c, and 4d is controlled so as to bend and vibrate in phase. As a result, the outer gimbal 11 rotates and vibrates around the rotation axis i. Then, by vibrating the outer gimbal 11 at a predetermined resonance frequency, the light beam reflected by the mirror 13 can be two-dimensionally scanned based on the operating principle described below.

次に、光走査装置1の動作原理を説明する。
光走査装置1は、支持部3を固定端として、回転軸i,j,kに対しての捻り自由度を持つ3自由度捻り振動子になっている。
Next, the operation principle of the optical scanning device 1 will be described.
The optical scanning device 1 is a three-degree-of-freedom torsional vibrator having a degree of freedom of twisting with respect to the rotation axes i, j, and k with the support portion 3 as a fixed end.

3自由度捻り振動子は、理論上3つの振動モードを持つ。すなわち、3つの振動モードはそれぞれ異なる共振周波数を持ち、各共振周波数に対する各フレームの捻り振動の角度振幅の比はそれぞれ異なる(これは振動モードと呼ばれる)。以下、これら3つの振動モードをそれぞれ、振動モード1、振動モード2、振動モード3という。   A three-degree-of-freedom torsional vibrator theoretically has three vibration modes. That is, the three vibration modes have different resonance frequencies, and the ratio of the angular amplitude of the torsional vibration of each frame to each resonance frequency is different (this is called a vibration mode). Hereinafter, these three vibration modes are referred to as vibration mode 1, vibration mode 2, and vibration mode 3, respectively.

そして、振動モード1、振動モード2、振動モード3の各々に対応した周波数の周期的加振力を与えれば、それぞれの振動モードを励振できる。また、複数の周波数の周期的加振力を重畳して与えれば、複数の振動モードを同時に励振できる。   If a periodic excitation force having a frequency corresponding to each of vibration mode 1, vibration mode 2, and vibration mode 3 is applied, the respective vibration modes can be excited. In addition, if a plurality of periodic excitation forces with a plurality of frequencies are superimposed and applied, a plurality of vibration modes can be excited simultaneously.

ここで、例えば、
振動モード1の共振周波数f1を1000Hz、
振動モード2の共振周波数f2を5000Hz、
振動モード3の共振周波数f3を40000Hz、
振動モード1における外ジンバル11、内ジンバル12、ミラー13の振幅比r1を「1:−20:0.5」、
振動モード2における外ジンバル11、内ジンバル12、ミラー13の振幅比r2を「1:0.5:−0.1」、
振動モード3における外ジンバル11、内ジンバル12、ミラー13の振幅比r3を「1:0.01:−30」、
として設計した場合の、3自由度捻り振動子の動作を説明する。
Here, for example,
The resonance frequency f1 of vibration mode 1 is 1000 Hz,
The resonance frequency f2 of vibration mode 2 is 5000 Hz,
The resonance frequency f3 of vibration mode 3 is 40000 Hz,
The amplitude ratio r1 of the outer gimbal 11, the inner gimbal 12, and the mirror 13 in the vibration mode 1 is “1: −20: 0.5”,
The amplitude ratio r2 of the outer gimbal 11, the inner gimbal 12, and the mirror 13 in the vibration mode 2 is set to “1: 0.5: −0.1”,
The amplitude ratio r3 of the outer gimbal 11, the inner gimbal 12, and the mirror 13 in the vibration mode 3 is “1: 0.01: −30”,
The operation of the three-degree-of-freedom torsional vibrator will be described.

尚、各振動モードにおける振幅比は、左から外ジンバル11、内ジンバル12、ミラー13の順で記述している。例えば、上記の振幅比r1は、外ジンバル11の振幅が「1」とすると、内ジンバル12の振幅が「−20」、ミラー13の振幅が「0.5」となることを示す。   The amplitude ratio in each vibration mode is described in the order of the outer gimbal 11, the inner gimbal 12, and the mirror 13 from the left. For example, when the amplitude of the outer gimbal 11 is “1”, the amplitude ratio r1 indicates that the amplitude of the inner gimbal 12 is “−20” and the amplitude of the mirror 13 is “0.5”.

また、3自由度捻り振動子の共振状態においては、理論上、各フレーム間の位相角は0度または180度となる。そこで、振幅比を記述する際に、位相角の差が0度の場合は符号を「+」、180度の場合は符号を「−」とする。例えば、上記の振幅比r1は、外ジンバル11とミラー13との位相角の差が0度となり、外ジンバル11と内ジンバル12との位相角の差が180度となることを示す。   In the resonance state of the three-degree-of-freedom torsional vibrator, the phase angle between the frames is theoretically 0 degree or 180 degrees. Therefore, when describing the amplitude ratio, the sign is “+” when the phase angle difference is 0 degree, and the sign is “−” when the difference is 180 degrees. For example, the amplitude ratio r1 indicates that the phase angle difference between the outer gimbal 11 and the mirror 13 is 0 degree, and the phase angle difference between the outer gimbal 11 and the inner gimbal 12 is 180 degrees.

そして、各振動モードの共振周波数と振幅比を上記のように設計すると、振動モード1では、主に内ジンバル12が1000Hzで大きく捻り振動する。また、振動モード3では、主にミラー13が40000Hzで大きく捻り振動する。   When the resonance frequency and amplitude ratio of each vibration mode are designed as described above, in the vibration mode 1, the inner gimbal 12 is largely torsionally vibrated at 1000 Hz. In the vibration mode 3, the mirror 13 mainly vibrates at 40,000 Hz.

このため、ミラー13の鏡面部分でレーザ光を反射させるとともに、振動モード1と振動モード3とを同時に励振させることにより、振動モード3を主走査方向(40000Hz)、振動モード1を副走査方向(1000Hz)として、2次元的にレーザ光を走査することができる。   For this reason, the laser beam is reflected by the mirror surface portion of the mirror 13 and the vibration mode 1 and the vibration mode 3 are simultaneously excited, so that the vibration mode 3 is in the main scanning direction (40000 Hz) and the vibration mode 1 is in the sub-scanning direction ( 1000 Hz), the laser beam can be scanned two-dimensionally.

次に、圧電ユニモルフ4a,4b,4c,4dの構成を説明する。以下、圧電ユニモルフ4a,4b,4c,4dを代表した1個の圧電ユニモルフを圧電ユニモルフ4xという。   Next, the structure of the piezoelectric unimorphs 4a, 4b, 4c, 4d will be described. Hereinafter, one piezoelectric unimorph representing the piezoelectric unimorphs 4a, 4b, 4c, and 4d is referred to as a piezoelectric unimorph 4x.

図2(a)は圧電ユニモルフ4xの側面図、図2(b)は圧電ユニモルフ4xの底面図である。また図2(c)は、圧電ユニモルフ4xの変位した状態を示す側面図である。
圧電ユニモルフ4xは、図2(a)に示すように、シリコンを材料として形成された支持層21と、酸化膜層(本実施形態では酸化シリコン)22と、圧電膜層31(本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT))を上部電極層32と下部電極層33とで挟んで形成された駆動層23とが順に積層方向D1に沿って積層されて構成されている。
2A is a side view of the piezoelectric unimorph 4x, and FIG. 2B is a bottom view of the piezoelectric unimorph 4x. FIG. 2C is a side view showing a state in which the piezoelectric unimorph 4x is displaced.
As shown in FIG. 2A, the piezoelectric unimorph 4x includes a support layer 21 made of silicon as a material, an oxide film layer (silicon oxide in this embodiment) 22, and a piezoelectric film layer 31 (in this embodiment). The drive layer 23 formed by sandwiching lead zirconate titanate (PZT) between the upper electrode layer 32 and the lower electrode layer 33 is sequentially stacked along the stacking direction D1.

また支持層21には、図2(a),(b)に示すように、複数(本実施形態では4個)の凹部41,42,43,44が設けられている。
凹部41,42,43,44は、図2(a)に示すように、支持層21を積層方向D1に沿って貫通している。すなわち、凹部41,42,43,44の深さは支持層21の厚さと同じである。さらに凹部41,42,43,44は、図2(b)に示すように、矩形板状に形成されている圧電ユニモルフ4xの短手方向D2に沿って支持層21を貫通している。したがって、凹部41,42,43,44の断面は、圧電ユニモルフ4xの短手方向D2に沿った長さL1(以下、縦方向長さL1という)が圧電ユニモルフ4xの短手方向D2の長さに等しい矩形状である。
Further, as shown in FIGS. 2A and 2B, the support layer 21 is provided with a plurality of (four in this embodiment) concave portions 41, 42, 43, 44.
As shown in FIG. 2A, the recesses 41, 42, 43, and 44 penetrate the support layer 21 along the stacking direction D1. That is, the depth of the recesses 41, 42, 43, 44 is the same as the thickness of the support layer 21. Further, as shown in FIG. 2B, the recesses 41, 42, 43, and 44 penetrate the support layer 21 along the short direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x formed in a rectangular plate shape. Accordingly, the cross-sections of the recesses 41, 42, 43, and 44 are such that the length L1 along the short direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x (hereinafter referred to as the longitudinal length L1) is the length in the short direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x. A rectangular shape equal to.

そして凹部41,42,43,44は、圧電ユニモルフ4xの長手方向D3に沿った長さL2(以下、横方向長さL2という)が互いに等しくなるように形成されており、圧電ユニモルフ4xの長手方向D3に沿って等間隔に配置されている。   The recesses 41, 42, 43, and 44 are formed so that the length L2 (hereinafter referred to as the lateral length L2) along the longitudinal direction D3 of the piezoelectric unimorph 4x is equal to each other. It arrange | positions at equal intervals along the direction D3.

そして、図2(c)に示すように電圧Vを印加したときの圧電ユニモルフ4xの変位δは、下式(3)で表される。   As shown in FIG. 2C, the displacement δ of the piezoelectric unimorph 4x when the voltage V is applied is expressed by the following equation (3).

なお式(3)において、tsは支持層21の厚さ、tpは圧電膜層31の厚さ、Ysは支持層21のヤング率、Ypは圧電膜層31のヤング率、lは圧電ユニモルフ4xの長手方向の長さである。また、圧電体の物性値の一つである圧電定数d31は、圧電体に電圧が印加されたときの電極対向面に沿った伸縮のし易さを示す値であり、温度が高くなるほど、圧電定数d31の値が大きくなることが知られている。 In Equation (3), ts is the thickness of the support layer 21, tp is the thickness of the piezoelectric film layer 31, Ys is the Young's modulus of the support layer 21, Yp is the Young's modulus of the piezoelectric film layer 31, and l is the piezoelectric unimorph 4x. Is the length in the longitudinal direction. The piezoelectric constant d31, which is one of the physical properties of the piezoelectric body, is a value indicating the ease of expansion and contraction along the electrode facing surface when a voltage is applied to the piezoelectric body. It is known that the value of the constant d31 increases.

次に、光走査装置1の製造方法を図3および図4を用いて説明する。
光走査装置1を製造するために、まず図3(a)に示すように、シリコン基板100に対して熱酸化処理を行う。これにより、シリコン基板100の表面に熱酸化膜110が形成されるとともに、シリコン基板100の裏面にも熱酸化膜120が形成される。
Next, a method for manufacturing the optical scanning device 1 will be described with reference to FIGS.
In order to manufacture the optical scanning device 1, first, as shown in FIG. 3A, a thermal oxidation process is performed on the silicon substrate 100. Thereby, the thermal oxide film 110 is formed on the surface of the silicon substrate 100 and the thermal oxide film 120 is also formed on the back surface of the silicon substrate 100.

そして図3(b)に示すように、シリコン基板100の裏面側において凹部41,42,43,44が形成される部分に、トレンチ121を形成する。なおトレンチ121は、熱酸化膜120とシリコン基板100を貫通する。   Then, as shown in FIG. 3B, trenches 121 are formed in the portions where the recesses 41, 42, 43, 44 are formed on the back surface side of the silicon substrate 100. The trench 121 penetrates the thermal oxide film 120 and the silicon substrate 100.

次に図3(c)に示すように、シリコン基板100の裏面側となる熱酸化膜120と、裏面に熱酸化膜130が形成されたシリコン基板140の表面とが接触するようにして、シリコン基板140をシリコン基板100に張り合わせる。   Next, as shown in FIG. 3C, the thermal oxide film 120 on the back side of the silicon substrate 100 is brought into contact with the surface of the silicon substrate 140 on which the thermal oxide film 130 is formed on the back side. The substrate 140 is bonded to the silicon substrate 100.

そして、熱酸化膜110上にTi/Pt層150を堆積し、さらにTi/Pt層150上にPZT層160を堆積し、その後にパターニングする。これにより、図3(d)に示すように、トレンチ121の上方に圧電ユニモルフ4xの圧電膜層31と下部電極層33が形成される。   Then, a Ti / Pt layer 150 is deposited on the thermal oxide film 110, a PZT layer 160 is further deposited on the Ti / Pt layer 150, and then patterned. As a result, as shown in FIG. 3D, the piezoelectric film layer 31 and the lower electrode layer 33 of the piezoelectric unimorph 4x are formed above the trench 121.

さらに、Ti/Au層170を堆積しパターニングする。これにより、図3(e)に示すように、圧電ユニモルフ4xの上部電極層32と、ミラー13の鏡面部175が形成される。   Further, a Ti / Au layer 170 is deposited and patterned. Thereby, as shown in FIG. 3E, the upper electrode layer 32 of the piezoelectric unimorph 4x and the mirror surface portion 175 of the mirror 13 are formed.

そして図3(f)に示すように、光走査装置1の隙間に対応する領域(図3(f)では、弾性連結部14aまたは弾性連結部14bと圧電ユニモルフ4xとの間の隙間)のシリコン基板100と熱酸化膜110をDRIEによりエッチングする。   Then, as shown in FIG. 3 (f), the silicon in the region corresponding to the gap of the optical scanning device 1 (in FIG. 3 (f), the gap between the elastic coupling portion 14a or the elastic coupling portion 14b and the piezoelectric unimorph 4x). The substrate 100 and the thermal oxide film 110 are etched by DRIE.

その後、図4(a)に示すように、シリコン基板140の裏面の熱酸化膜130のうち光ビーム走査部2と駆動部4に対応する領域をエッチングにより除去し、その後、除去されなかった熱酸化膜130をマスクとしてシリコン基板140をエッチングすることにより、シリコン基板140に凹部180が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 4A, regions corresponding to the light beam scanning unit 2 and the driving unit 4 in the thermal oxide film 130 on the back surface of the silicon substrate 140 are removed by etching, and then the heat that has not been removed is removed. By etching the silicon substrate 140 using the oxide film 130 as a mask, a recess 180 is formed in the silicon substrate 140.

また図4(b)に示すように、熱酸化膜120のうち凹部180の領域と、シリコン基板140の裏面の熱酸化膜130をエッチングにより除去する。これにより、光走査装置1は、光ビーム走査部2が回転可能となるように構成されるとともに、圧電ユニモルフ4xに凹部41,42,43,44が形成される。   Further, as shown in FIG. 4B, the region of the recess 180 in the thermal oxide film 120 and the thermal oxide film 130 on the back surface of the silicon substrate 140 are removed by etching. Thus, the optical scanning device 1 is configured so that the light beam scanning unit 2 can rotate, and the concave portions 41, 42, 43, and 44 are formed in the piezoelectric unimorph 4x.

このように構成された光走査装置1は、光ビームを反射させる反射面を有するミラー13と、ミラー13を捻り振動させるための回転軸kとなる弾性連結部16a,16bと、回転軸kを中心にしてミラー13を捻り振動させるための駆動力を発生させる圧電ユニモルフ4xとを備え、回転軸kを中心にしてミラー13を揺動させることにより、反射面により反射された光ビームを走査する。   The optical scanning device 1 configured as described above includes a mirror 13 having a reflecting surface for reflecting a light beam, elastic coupling portions 16a and 16b serving as a rotation axis k for torsionally vibrating the mirror 13, and a rotation axis k. A piezoelectric unimorph 4x that generates a driving force for torsionally oscillating the mirror 13 about the center is provided, and the light beam reflected by the reflecting surface is scanned by swinging the mirror 13 about the rotation axis k. .

ところで、弾性連結部16a,16bを回転軸としてミラー13を捻り振動させる場合の共振周波数fは、下式(1)で表される。   By the way, the resonance frequency f when the mirror 13 is torsionally oscillated with the elastic coupling portions 16a and 16b as the rotation axes is expressed by the following equation (1).

なお式(1)において、kは弾性連結部16a,16bのバネ定数、Jはミラー13の慣性モーメントである。 In equation (1), k is the spring constant of the elastic connecting portions 16a and 16b, and J is the moment of inertia of the mirror 13.

そして、弾性連結部16a,16bのバネ定数kは、下式(2)で表される。   And the spring constant k of the elastic connection parts 16a and 16b is represented by the following formula (2).

なお式(2)において、βは、弾性連結部16a,16bの断面の形状から決まる係数である。また、aは、弾性連結部16a,16bの断面の長辺の長さである。また、bは、弾性連結部16a,16bの断面の短辺の長さである。また、Eはヤング率(横弾性係数)である。また、νはポアソン比である。また、lは弾性連結部16a,16bの長さである。 In equation (2), β is a coefficient determined from the cross-sectional shape of the elastic coupling portions 16a and 16b. Moreover, a is the length of the long side of the cross section of the elastic connection parts 16a and 16b. Moreover, b is the length of the short side of the cross section of the elastic connection parts 16a and 16b. E is Young's modulus (lateral elastic modulus). Further, ν is a Poisson's ratio. In addition, l is the length of the elastic connecting portions 16a and 16b.

したがって、弾性連結部16a,16bを薄くすると(すなわち、弾性連結部16a,16bの断面の短辺の長さbを小さくすると)、弾性連結部16a,16bのバネ定数kが低下し、これにより共振周波数fが低下する。   Accordingly, when the elastic connecting portions 16a and 16b are thinned (that is, when the length b of the short side of the cross section of the elastic connecting portions 16a and 16b is reduced), the spring constant k of the elastic connecting portions 16a and 16b is decreased. The resonance frequency f decreases.

また光走査装置1では、圧電ユニモルフ4xが、圧電膜層31を上部電極層32と下部電極層33との間で挟んで形成された駆動層23と、駆動層23を支持する支持層21とを、回転軸kに対して垂直な方向に沿って積層して構成され、さらに圧電ユニモルフ4xは、一端が固定端として固定されており、上部電極層32と下部電極層33との間に電圧が印加されることで屈曲して、他端が自由端として変位するように構成されている。   In the optical scanning device 1, the piezoelectric unimorph 4 x includes a driving layer 23 formed by sandwiching the piezoelectric film layer 31 between the upper electrode layer 32 and the lower electrode layer 33, and a support layer 21 that supports the driving layer 23. Are stacked in a direction perpendicular to the rotation axis k, and one end of the piezoelectric unimorph 4x is fixed as a fixed end, and a voltage is applied between the upper electrode layer 32 and the lower electrode layer 33. Is bent when applied, and the other end is displaced as a free end.

電圧Vを印加したときの圧電ユニモルフ4xの変位δは、下式(3)で表される。   The displacement δ of the piezoelectric unimorph 4x when the voltage V is applied is expressed by the following equation (3).

なお式(3)において、tsは支持層21の厚さ、tpは圧電膜層31の厚さ、Ysは支持層21のヤング率、Ypは圧電膜層31のヤング率、lは圧電ユニモルフ4xの長手方向D3に沿った長さである。また、圧電体の物性値の一つである圧電定数d31は、圧電体に電圧が印加されたときの電極対向面に沿った伸縮のし易さを示す値であり、温度が高くなるほど、圧電定数d31の値が大きくなることが知られている。 In Equation (3), ts is the thickness of the support layer 21, tp is the thickness of the piezoelectric film layer 31, Ys is the Young's modulus of the support layer 21, Yp is the Young's modulus of the piezoelectric film layer 31, and l is the piezoelectric unimorph 4x. It is the length along the longitudinal direction D3. The piezoelectric constant d31, which is one of the physical properties of the piezoelectric body, is a value indicating the ease of expansion and contraction along the electrode facing surface when a voltage is applied to the piezoelectric body. It is known that the value of the constant d31 increases.

したがって、支持層21の厚さtsを薄くするほど圧電ユニモルフ4xの変位δを大きくすることができる。すなわち、支持層21を薄くすることは、積層方向D1への曲げ剛性を下げることと等価である。   Therefore, the displacement δ of the piezoelectric unimorph 4x can be increased as the thickness ts of the support layer 21 is reduced. That is, making the support layer 21 thin is equivalent to lowering the bending rigidity in the stacking direction D1.

そして、光走査装置1では、支持層21には、深さが支持層21の厚さと同一の凹部41,42,43,44が形成されている。このように、支持層21に凹部41,42,43,44を設けることにより、支持層21の積層方向D1への曲げ剛性を下げることができる。これにより、支持層21を薄くすることなく、圧電ユニモルフ4xの変位δを大きくすることができる。   In the optical scanning device 1, recesses 41, 42, 43, 44 having the same depth as the thickness of the support layer 21 are formed in the support layer 21. Thus, by providing the support layer 21 with the recesses 41, 42, 43, and 44, the bending rigidity of the support layer 21 in the stacking direction D1 can be lowered. Thereby, the displacement δ of the piezoelectric unimorph 4x can be increased without making the support layer 21 thin.

また圧電膜層31は、一般に利用されている圧電体のなかで圧電定数d31が最も大きいチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなるため、圧電ユニモルフ4xによるミラー13の変位量を大きくすることができる。   Further, since the piezoelectric film layer 31 is made of lead zirconate titanate (PZT) having the largest piezoelectric constant d31 among the piezoelectric materials generally used, the displacement amount of the mirror 13 by the piezoelectric unimorph 4x can be increased. .

また、シリコン基板100の一方の面側からエッチングすることにより凹部41,42,43,44を形成し(図3(a)および図3(b)を参照)、シリコン基板100の一方の面側で、シリコン基板100とシリコン基板140とを張り合わせ(図3(c)を参照)、シリコン基板100の他方の面側に圧電ユニモルフ4xを形成し(図3(d)および図3(e)を参照)、シリコン基板100の他方の面側からエッチングすることによりミラー13および弾性連結部16a,16bを形成し(図3(f)を参照)、シリコン基板140の張合面と反対側の面側からエッチングすることにより、ミラー13が捻り振動することができる凹部180を形成する(図4(a)および図4(b)を参照)ことにより、深さが支持層21の厚さと同一の凹部41,42,43,44が支持層21に形成された光走査装置1が製造される。これにより、支持層21を薄くすることなく、圧電ユニモルフ4xの変位δを大きくすることができる。   Further, the concave portions 41, 42, 43, and 44 are formed by etching from one surface side of the silicon substrate 100 (see FIGS. 3A and 3B), and one surface side of the silicon substrate 100 is formed. Then, the silicon substrate 100 and the silicon substrate 140 are bonded together (see FIG. 3C), and the piezoelectric unimorph 4x is formed on the other surface side of the silicon substrate 100 (FIGS. 3D and 3E). The mirror 13 and the elastic coupling portions 16a and 16b are formed by etching from the other surface side of the silicon substrate 100 (see FIG. 3F), and the surface opposite to the bonding surface of the silicon substrate 140 Etching from the side forms a recess 180 in which the mirror 13 can be torsionally vibrated (see FIGS. 4A and 4B), so that the depth is equal to the thickness of the support layer 21. One recess 41, 42, 43, 44 is an optical scanning device 1 formed in the support layer 21 is manufactured. Thereby, the displacement δ of the piezoelectric unimorph 4x can be increased without making the support layer 21 thin.

以上説明した実施形態において、ミラー13は本発明における反射部、回転軸kは本発明における第1回転軸、弾性連結部16a,16bは本発明における第1弾性変形部材、圧電ユニモルフ4a,4b,4c,4dは本発明における駆動部、上部電極層32は本発明における第1電極層、下部電極層33は本発明における第2電極層である。   In the embodiment described above, the mirror 13 is the reflection portion in the present invention, the rotation axis k is the first rotation shaft in the present invention, and the elastic connection portions 16a and 16b are the first elastic deformation members in the present invention, the piezoelectric unimorphs 4a, 4b, Reference numerals 4c and 4d denote driving units in the present invention, the upper electrode layer 32 is a first electrode layer in the present invention, and the lower electrode layer 33 is a second electrode layer in the present invention.

また、内ジンバル12は本発明における第1支持部、弾性連結部15a,15bは本発明における第2弾性変形部材、回転軸jは本発明における第2回転軸、外ジンバル11は本発明における第2支持部、弾性連結部14a,14bは本発明における第3弾性変形部材、回転軸iは本発明における第3回転軸、支持部3は本発明における第3支持部である。   Further, the inner gimbal 12 is the first support portion in the present invention, the elastic connecting portions 15a and 15b are the second elastic deformation members in the present invention, the rotation axis j is the second rotation shaft in the present invention, and the outer gimbal 11 is the first in the present invention. 2 is a third elastic deformation member in the present invention, the rotation shaft i is a third rotation shaft in the present invention, and the support portion 3 is a third support portion in the present invention.

また、図3(a)の状態から図3(b)の状態にする処理は本発明における第1形成工程、図3(b)の状態から図3(c)の状態にする処理は本発明における張合工程、図3(c)の状態から図3(e)の状態にする処理は本発明における第2形成工程、図3(e)の状態から図3(f)の状態にする処理は本発明における第3形成工程、図3(f)の状態から図4(b)の状態にする処理は本発明における第4形成工程、シリコン基板100は本発明における第1シリコン基板、シリコン基板140は本発明における第2シリコン基板である。   Further, the process of changing the state of FIG. 3 (a) to the state of FIG. 3 (b) is the first forming step in the present invention, and the process of changing the state of FIG. 3 (b) to the state of FIG. The bonding process in FIG. 3, the process of changing the state of FIG. 3 (c) to the state of FIG. 3 (e) is the second forming process in the present invention, the process of changing the state of FIG. 3 (e) to the state of FIG. Is the third forming step in the present invention, the process of changing the state of FIG. 3 (f) to the state of FIG. 4 (b) is the fourth forming step in the present invention, and the silicon substrate 100 is the first silicon substrate and silicon substrate in the present invention. Reference numeral 140 denotes a second silicon substrate in the present invention.

(第2実施形態)
以下に本発明の第2実施形態について図面とともに説明する。なお第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分を説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the second embodiment, parts different from the first embodiment will be described.

第2実施形態における光走査装置1は、圧電ユニモルフ4xの構成が変更された点以外は第1実施形態と同じである。
そして第2実施形態の圧電ユニモルフ4xは、図5に示すように、凹部41,42,43,44の代わりに凹部51,52,53,54が形成されている点以外は第1実施形態と同じである。
The optical scanning device 1 in the second embodiment is the same as that in the first embodiment except that the configuration of the piezoelectric unimorph 4x is changed.
The piezoelectric unimorph 4x of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that recesses 51, 52, 53, and 54 are formed instead of the recesses 41, 42, 43, and 44, as shown in FIG. The same.

凹部51,52,53,54は、その縦方向長さL1が圧電ユニモルフ4xの短手方向D2の長さより短い点以外は凹部41,42,43,44と同じである。
そして凹部51,52,53,54は、その断面の矩形を形成する四辺の全てが圧電ユニモルフ4xの内部に配置されている。すなわち凹部51,52,53,54は、凹部41,42,43,44と異なり、矩形板状に形成されている圧電ユニモルフ4xの長辺と交差しておらず、四角孔状に形成されている。
The recesses 51, 52, 53, and 54 are the same as the recesses 41, 42, 43, and 44 except that the length L1 in the longitudinal direction is shorter than the length in the short direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x.
The recesses 51, 52, 53, and 54 are all arranged inside the piezoelectric unimorph 4x on all four sides forming a rectangular cross section. That is, unlike the recesses 41, 42, 43, and 44, the recesses 51, 52, 53, and 54 do not intersect the long sides of the piezoelectric unimorph 4x formed in a rectangular plate shape, and are formed in a square hole shape. Yes.

このように構成された光走査装置1では、凹部51,52,53,54の短手方向D2に沿った長さ(縦方向長さL1)が、支持層21の短手方向D2に沿った長さよりも短い。   In the optical scanning device 1 configured in this way, the lengths (longitudinal length L1) along the short direction D2 of the recesses 51, 52, 53, 54 are along the short direction D2 of the support layer 21. Shorter than length.

これにより、凹部を形成するときに凹部が圧電ユニモルフ4xの短手方向D2にずれることにより、図6に示すように、矩形板状に形成されている圧電ユニモルフ4xの長辺と凹部とが交差してしまうという事態(図6における破線の長方形を参照)の発生を抑制することができる。このため、圧電ユニモルフ4x内における凹部の領域が減少することと、圧電ユニモルフ4xにノッチNCが発生することを抑制することができる。   As a result, when the concave portion is formed, the concave portion is displaced in the short direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x, so that the long side of the piezoelectric unimorph 4x formed in a rectangular plate shape intersects with the concave portion as shown in FIG. It is possible to suppress the occurrence of the situation (see the broken-line rectangle in FIG. 6). For this reason, it can suppress that the area | region of the recessed part in the piezoelectric unimorph 4x reduces, and generation | occurrence | production of the notch NC in the piezoelectric unimorph 4x.

これにより、圧電ユニモルフ4xの曲げ剛性が設計値からずれたり圧電ユニモルフ4xの変位が設計値からずれたりすることを抑制することができるとともに、ノッチNCを起点とする破壊を抑制することができる。   Accordingly, it is possible to suppress the bending rigidity of the piezoelectric unimorph 4x from deviating from the design value and the displacement of the piezoelectric unimorph 4x from the design value, and it is possible to suppress the breakage starting from the notch NC.

以上説明した実施形態において、圧電ユニモルフ4xの長手方向D3は本発明における第1方向、圧電ユニモルフ4xの短手方向D2は本発明における第2方向である。
(第3実施形態)
以下に本発明の第3実施形態について図面とともに説明する。なお第3実施形態では、第2実施形態と異なる部分を説明する。
In the embodiment described above, the longitudinal direction D3 of the piezoelectric unimorph 4x is the first direction in the present invention, and the short direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x is the second direction in the present invention.
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the third embodiment, parts different from the second embodiment will be described.

第3実施形態における光走査装置1は、圧電ユニモルフ4xの構成が変更された点以外は第2実施形態と同じである。
そして第3実施形態の圧電ユニモルフ4xは、図7に示すように、凹部51,52,53,54の代わりに凹部61,62が形成されている点以外は第2実施形態と同じである。
The optical scanning device 1 in the third embodiment is the same as that in the second embodiment except that the configuration of the piezoelectric unimorph 4x is changed.
And the piezoelectric unimorph 4x of 3rd Embodiment is the same as 2nd Embodiment except the point which the recessed parts 61 and 62 are formed instead of the recessed parts 51, 52, 53, 54, as shown in FIG.

凹部61,62は、凹部51,52,53,54と同様に、縦方向長さL1が圧電ユニモルフ4xの短手方向D2の長さより短く、凹部61,62の断面の矩形を形成する四辺の全てが圧電ユニモルフ4xの内部に配置されている。   The recesses 61 and 62, like the recesses 51, 52, 53 and 54, have a longitudinal length L1 which is shorter than the length of the piezoelectric unimorph 4x in the short direction D2 and forms a rectangular shape in the cross section of the recesses 61 and 62. All are arranged inside the piezoelectric unimorph 4x.

また凹部61,62は、凹部の横方向長さL2と隣り合う凹部間の間隔との和をL3として、L2がL3の0.8〜0.9倍となるように配置されている。
このように構成された光走査装置1では、圧電ユニモルフ4xを効率良く変位させることができる。この理由を以下に説明する。
The recesses 61 and 62 are arranged so that L2 is 0.8 to 0.9 times L3, where L3 is the sum of the lateral length L2 of the recesses and the interval between the adjacent recesses.
In the optical scanning device 1 configured as described above, the piezoelectric unimorph 4x can be displaced efficiently. The reason for this will be described below.

図8は、圧電ユニモルフ4xの変位δと(L2/L3)との関係を圧電膜層31の厚さtp毎に示すグラフである。図8では、圧電膜層31の厚さtpが1.5μm(曲線CL1を参照),3μm(曲線CL2を参照),4.5μm(曲線CL3を参照)である場合のシミュレーション結果を示す。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between the displacement δ of the piezoelectric unimorph 4x and (L2 / L3) for each thickness tp of the piezoelectric film layer 31. FIG. 8 shows a simulation result when the thickness tp of the piezoelectric film layer 31 is 1.5 μm (see the curve CL1), 3 μm (see the curve CL2), and 4.5 μm (see the curve CL3).

図8に示すように、圧電膜層31の厚さtpに関わらず、(L2/L3)が大きくなるにつれて変位δが大きくなり、(L2/L3)が0.8〜09である場合に変位δが最大値あるいは最大値近傍の大きさとなる。さらに、(L2/L3)が0.9を超えると、(L2/L3)が大きくなるにつれて変位δが小さくなる。   As shown in FIG. 8, regardless of the thickness tp of the piezoelectric film layer 31, the displacement δ increases as (L2 / L3) increases, and the displacement occurs when (L2 / L3) is 0.8 to 09. δ is the maximum value or a size near the maximum value. Further, when (L2 / L3) exceeds 0.9, the displacement δ decreases as (L2 / L3) increases.

図9(a)は、図8のグラフにおける曲線CL1の拡大図である。図9(b)は、図9(a)の点Paにおける変位δを示す圧電ユニモルフ4xの斜視図である。図9(c)は、図9(b)の圧電ユニモルフ4xについて長手方向長さと変位δとの関係を示すグラフである。なお、図9(a)で示す点Paは、変位δが最大となる点である。   FIG. 9A is an enlarged view of the curve CL1 in the graph of FIG. FIG. 9B is a perspective view of the piezoelectric unimorph 4x showing the displacement δ at the point Pa in FIG. 9A. FIG. 9C is a graph showing the relationship between the length in the longitudinal direction and the displacement δ for the piezoelectric unimorph 4x in FIG. 9B. A point Pa shown in FIG. 9A is a point at which the displacement δ is maximum.

図9(b)の斜視図と図9(c)の曲線CL11に示すように、圧電ユニモルフ4xの固定端E1からの距離(圧電ユニモルフ4xの長手方向長さ)が長くなるほど変位δが大きくなり、自由端E2で変位δが最大となっている。   As shown in the perspective view of FIG. 9B and the curve CL11 of FIG. 9C, the displacement δ increases as the distance from the fixed end E1 of the piezoelectric unimorph 4x (the longitudinal length of the piezoelectric unimorph 4x) increases. The displacement δ is maximum at the free end E2.

さらに、図10(a)は、図8のグラフにおける曲線CL1の拡大図である。図10(b)は、図10(a)の点Pbにおける変位δを示す圧電ユニモルフ4xの斜視図である。図10(c)は、図10(b)について、圧電ユニモルフ4xの長手方向長さと変位δとの関係を示すグラフである。なお、図10(a)で示す点Pbは、点Paよりも(L2/L3)が大きくなる点である。   Further, FIG. 10A is an enlarged view of the curve CL1 in the graph of FIG. FIG. 10B is a perspective view of the piezoelectric unimorph 4x showing the displacement δ at the point Pb in FIG. FIG.10 (c) is a graph which shows the relationship between the longitudinal direction length of piezoelectric unimorph 4x, and the displacement (delta) about FIG.10 (b). Note that a point Pb shown in FIG. 10A is a point where (L2 / L3) is larger than the point Pa.

図10(b)の斜視図と図10(c)の曲線CL12に示すように、圧電ユニモルフ4xの固定端E1からの距離(圧電ユニモルフ4xの長手方向長さ)が長くなるほど変位δが大きくなり、自由端E2で変位δが最大となっている。但し、図10(c)に示すように、点Pbにおける変位δ(曲線CL12を参照)は、点Paでの変位(曲線CL11を参照)と比較すると、自由端E2での変位δが小さくなる。これは、凹部61,62が形成されている領域(図10(b)の薄膜領域R1,R2を参照)で圧電ユニモルフ4xが大きく撓み、圧電ユニモルフ4xの変位に効率よく変換されないためである。   As shown in the perspective view of FIG. 10B and the curve CL12 of FIG. 10C, the displacement δ increases as the distance from the fixed end E1 of the piezoelectric unimorph 4x (the longitudinal length of the piezoelectric unimorph 4x) increases. The displacement δ is maximum at the free end E2. However, as shown in FIG. 10C, the displacement δ at the point Pb (see the curve CL12) is smaller than the displacement δ at the point Pa (see the curve CL11). . This is because the piezoelectric unimorph 4x is greatly bent in the region where the recesses 61 and 62 are formed (see the thin film regions R1 and R2 in FIG. 10B) and is not efficiently converted into the displacement of the piezoelectric unimorph 4x.

以上説明した実施形態において、凹部61は本発明における第1凹部、凹部62は本発明における第2凹部である。
(第4実施形態)
以下に本発明の第4実施形態について図面とともに説明する。なお第4実施形態では、第1実施形態と異なる部分を説明する。
In the embodiment described above, the recess 61 is the first recess in the present invention, and the recess 62 is the second recess in the present invention.
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the fourth embodiment, parts different from the first embodiment will be described.

第4実施形態における光走査装置1は、圧電ユニモルフ4xの構成が変更された点以外は第1実施形態と同じである。
そして第4実施形態の圧電ユニモルフ4xは、図11に示すように、凹部41,42,43,44の代わりに凹部71,72,73,74,75,76,77が形成されている点以外は第1実施形態と同じである。
The optical scanning device 1 in the fourth embodiment is the same as that in the first embodiment except that the configuration of the piezoelectric unimorph 4x is changed.
And the piezoelectric unimorph 4x of 4th Embodiment has the recessed parts 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77 formed in place of the recessed parts 41, 42, 43, 44 as shown in FIG. Is the same as in the first embodiment.

凹部71,72,73,74,75,76,77は、その配置が変更された点以外は第1実施形態の凹部41,42,43,44と同じである。
すなわち、凹部71,72,73,74,75,76,77は、圧電ユニモルフ4xの長手方向D3に沿って、圧電ユニモルフ4xの固定端E1に近付くほど、隣り合う凹部間の間隔が長くなるように配置されている点以外は第1実施形態と同じである。なお固定端E1は、圧電ユニモルフ4xの矩形を構成する2つの短辺のうち、支持部3に固定される側の短辺である。
The recesses 71, 72, 73, 74, 75, 76, and 77 are the same as the recesses 41, 42, 43, and 44 of the first embodiment except that the arrangement is changed.
That is, as the recesses 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77 approach the fixed end E1 of the piezoelectric unimorph 4x along the longitudinal direction D3 of the piezoelectric unimorph 4x, the interval between the adjacent recesses becomes longer. The points are the same as those of the first embodiment except that they are arranged in the first embodiment. The fixed end E1 is a short side on the side fixed to the support portion 3 among two short sides constituting the rectangle of the piezoelectric unimorph 4x.

具体的には、まず、長手方向D3に沿って、固定端E1から近い順に、凹部71、凹部72、凹部73、凹部74、凹部75、凹部76、凹部77が配置されている。そして、凹部71と凹部72との間の間隔をL11、凹部72と凹部73との間の間隔をL12、凹部73と凹部74との間の間隔をL13、凹部74と凹部75との間の間隔をL14、凹部75と凹部76との間の間隔をL15、凹部76と凹部77との間の間隔をL16とすると、L11>L12>L13>L14>L15>L16の関係が成り立っている。   Specifically, first, the concave portion 71, the concave portion 72, the concave portion 73, the concave portion 74, the concave portion 75, the concave portion 76, and the concave portion 77 are arranged in the order from the fixed end E1 along the longitudinal direction D3. The distance between the recess 71 and the recess 72 is L11, the distance between the recess 72 and the recess 73 is L12, the distance between the recess 73 and the recess 74 is L13, and the distance between the recess 74 and the recess 75 is When the interval is L14, the interval between the recess 75 and the recess 76 is L15, and the interval between the recess 76 and the recess 77 is L16, the relationship of L11> L12> L13> L14> L15> L16 is established.

このように構成された光走査装置1では、固定端E1に近付くほど、凹部が形成されている領域が少なくなるため、固定端E1に近付くほど、支持層21の積層方向D1への曲げ剛性を大きくすることができる。そして、圧電ユニモルフ4xの駆動力を大きくするためには、圧電ユニモルフ4xの固定端E1に近付くほど、曲げ剛性を大きくする必要がある。   In the optical scanning device 1 configured as described above, the closer the fixed end E1 is, the smaller the area where the concave portion is formed. Therefore, the closer to the fixed end E1, the bending rigidity of the support layer 21 in the stacking direction D1 becomes. Can be bigger. In order to increase the driving force of the piezoelectric unimorph 4x, it is necessary to increase the bending rigidity as it approaches the fixed end E1 of the piezoelectric unimorph 4x.

なお、圧電ユニモルフ4xの固定端E1に近付くほど曲げ剛性を大きくする方法として、図17(a)に示すように、固定端E1からの距離(長手方向D3の長さ)が長くなるほど圧電ユニモルフ4xにおける短手方向D2の長さが短くなるように形成するものが考えられる。また図17(b)に示すように、固定端E1からの距離(長手方向D3の長さ)が長くなるほど支持層21が薄くなるように形成するものが考えられる。しかし、図17(a)に示す方法では、固定端E1に近づくほど短手方向D2の長さが長くなるため、圧電ユニモルフ4xの面積が大きくなってしまい、コストが高くなってしまう。また、図17(b)に示す方法では、支持層21のエッチングを段階的に行うなどの複雑なプロセスを実施する必要があり、製造コストが高く現実的でない。   As shown in FIG. 17A, as a method of increasing the bending rigidity as the piezoelectric unimorph 4x approaches the fixed end E1, the piezoelectric unimorph 4x increases as the distance from the fixed end E1 (the length in the longitudinal direction D3) increases. It can be considered that the length in the short direction D2 is reduced. In addition, as shown in FIG. 17B, it can be considered that the support layer 21 is formed thinner as the distance from the fixed end E1 (length in the longitudinal direction D3) becomes longer. However, in the method shown in FIG. 17A, since the length in the short direction D2 increases as the distance from the fixed end E1 increases, the area of the piezoelectric unimorph 4x increases and the cost increases. Further, in the method shown in FIG. 17B, it is necessary to perform a complicated process such as performing etching of the support layer 21 step by step, and the manufacturing cost is high and not practical.

したがって光走査装置1では、コストを上げることなく、支持層21に凹部を形成することにより変位δを大きくすることができるとともに、凹部を形成することによる圧電ユニモルフ4xの駆動力の低下を抑制することができる。   Therefore, in the optical scanning device 1, the displacement δ can be increased by forming the concave portion in the support layer 21 without increasing the cost, and the decrease in the driving force of the piezoelectric unimorph 4x due to the formation of the concave portion is suppressed. be able to.

(第5実施形態)
以下に本発明の第5実施形態について図面とともに説明する。なお第5実施形態では、第1実施形態と異なる部分を説明する。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the fifth embodiment, parts different from the first embodiment will be described.

第5実施形態における光走査装置1は、圧電ユニモルフ4xの構成が変更された点以外は第1実施形態と同じである。
図12(a)は圧電ユニモルフ4xの側面図、図12(b)は圧電ユニモルフ4xの底面図である。
The optical scanning device 1 in the fifth embodiment is the same as that in the first embodiment except that the configuration of the piezoelectric unimorph 4x is changed.
12A is a side view of the piezoelectric unimorph 4x, and FIG. 12B is a bottom view of the piezoelectric unimorph 4x.

第5実施形態の圧電ユニモルフ4xは、図12(a)および図12(b)に示すように、凹部41,42,43,44の代わりに凹部81,82,83,84,85,86が形成されている点以外は第1実施形態と同じである。   As shown in FIGS. 12A and 12B, the piezoelectric unimorph 4x of the fifth embodiment has recesses 81, 82, 83, 84, 85, 86 instead of the recesses 41, 42, 43, 44. Except for the point formed, it is the same as the first embodiment.

凹部81,82,83,84,85,86は、圧電ユニモルフ4xの固定端E1から遠ざかるほど、横方向長さL2が長くなるように形成されている点以外は第1実施形態の凹部41,42,43,44と同じである。なお、凹部81,82,83,84,85,86は、圧電ユニモルフ4xの長手方向D3に沿って等間隔に配置されている。   The concave portions 81, 82, 83, 84, 85, 86 are the concave portions 41 of the first embodiment, except that the lateral length L 2 is increased as the distance from the fixed end E 1 of the piezoelectric unimorph 4 x increases. 42, 43, 44. The recesses 81, 82, 83, 84, 85, 86 are arranged at equal intervals along the longitudinal direction D3 of the piezoelectric unimorph 4x.

具体的には、まず、長手方向D3に沿って、固定端E1から近い順に、凹部81、凹部82、凹部83、凹部84、凹部85、凹部86が配置されている。そして、凹部81,82,83,84,85,86の横方向長さL2をそれぞれ、横方向長さL21,L22,L23,L24,L25,L26とすると、L21<L22<L23<L24<L25<L26の関係が成り立っている。   Specifically, first, the concave portion 81, the concave portion 82, the concave portion 83, the concave portion 84, the concave portion 85, and the concave portion 86 are arranged in the order from the fixed end E1 along the longitudinal direction D3. When the lateral lengths L2 of the recesses 81, 82, 83, 84, 85, 86 are respectively lateral lengths L21, L22, L23, L24, L25, L26, L21 <L22 <L23 <L24 <L25. The relationship <L26 is established.

このように構成された光走査装置1では、固定端E1に近付くほど、凹部が形成されている領域が少なくなるため、固定端E1に近付くほど、支持層21の積層方向D1への曲げ剛性を大きくすることができる。そして、圧電ユニモルフ4xの駆動力を大きくするためには、圧電ユニモルフ4xの固定端E1に近付くほど、曲げ剛性を大きくする必要がある。   In the optical scanning device 1 configured as described above, the closer the fixed end E1 is, the smaller the area where the concave portion is formed. Therefore, the closer to the fixed end E1, the bending rigidity of the support layer 21 in the stacking direction D1 becomes. Can be bigger. In order to increase the driving force of the piezoelectric unimorph 4x, it is necessary to increase the bending rigidity as it approaches the fixed end E1 of the piezoelectric unimorph 4x.

したがって光走査装置1では、支持層21に凹部を形成することにより変位δを大きくすることができるとともに、凹部を形成することによる圧電ユニモルフ4xの駆動力の低下を抑制することができる。   Therefore, in the optical scanning device 1, the displacement δ can be increased by forming a recess in the support layer 21, and a decrease in the driving force of the piezoelectric unimorph 4 x due to the formation of the recess can be suppressed.

(第6実施形態)
以下に本発明の第6実施形態について図面とともに説明する。なお第6実施形態では、第1実施形態と異なる部分を説明する。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the sixth embodiment, parts different from the first embodiment will be described.

図13(a)は光走査装置1の断面図、図13(b)はミラー13の底面図である。
第6実施形態における光走査装置1は、リブ90が追加された点以外は第1実施形態と同じである。
FIG. 13A is a sectional view of the optical scanning device 1, and FIG. 13B is a bottom view of the mirror 13.
The optical scanning device 1 in the sixth embodiment is the same as that in the first embodiment except that a rib 90 is added.

リブ90は、図13(a)および図13(b)に示すように、円筒状に形成されており、その円筒軸がミラー13の裏面(すなわち、鏡面部が形成されている面とは反対側の面)と直交するようにしてミラー13の裏面上に配置されている。   As shown in FIGS. 13A and 13B, the rib 90 is formed in a cylindrical shape, and its cylindrical axis is opposite to the back surface of the mirror 13 (that is, the surface on which the mirror surface portion is formed). Is arranged on the back surface of the mirror 13 so as to be orthogonal to the side surface.

このように構成された光走査装置1では、リブ90によりミラー13の剛性を大きくすることができる。なお、ミラー13の剛性が小さいと、製造時の初期応力およびミラー13の走査時の慣性力などによりミラー13が歪み易くなる。そして、ミラー13が歪むと、ミラー13で反射した光ビームも歪むために、光ビームの走査により形成される画像の劣化を招く。   In the optical scanning device 1 configured as described above, the rigidity of the mirror 13 can be increased by the rib 90. If the rigidity of the mirror 13 is small, the mirror 13 is likely to be distorted due to an initial stress at the time of manufacture and an inertial force at the time of scanning of the mirror 13. When the mirror 13 is distorted, the light beam reflected by the mirror 13 is also distorted, resulting in deterioration of an image formed by scanning the light beam.

したがって、光走査装置1では、リブ90によりミラー13の剛性を大きくすることができるために、光ビームの走査により形成される画像の劣化を抑制することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
Therefore, in the optical scanning device 1, since the rigidity of the mirror 13 can be increased by the rib 90, it is possible to suppress the deterioration of the image formed by the scanning of the light beam.
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, As long as it belongs to the technical scope of this invention, a various form can be taken.

例えば上記第2実施形態では、凹部が矩形状であるものを示したが、図14(a)に示すように、矩形の角が丸まっている形状としてもよい。これにより、凹部の角に掛かる応力を低減することができる。また図14(b)に示すように、圧電ユニモルフ4xの短手方向D2に沿って矩形状の凹部を配置するようにしてもよい。また図14(c)に示すように、圧電ユニモルフ4xの短手方向D2に沿って凹部を配置するとともに凹部の角が丸まっているようにしてもよい。   For example, in the second embodiment, the concave portion has a rectangular shape, but a rectangular corner may be rounded as shown in FIG. Thereby, the stress concerning the corner | angular part of a recessed part can be reduced. Further, as shown in FIG. 14B, a rectangular recess may be arranged along the short direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x. Moreover, as shown in FIG.14 (c), while setting a recessed part along the transversal direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x, you may make it the corner | angular part of a recessed part round.

また上記第3実施形態では、2個の凹部が形成されているものを示したが、図15(a)および図15(b)に示すように、2個より多い凹部が形成されているようにしてもよい。   In the third embodiment, two recesses are formed. However, as shown in FIGS. 15A and 15B, more than two recesses are formed. It may be.

また上記第4実施形態では、凹部の縦方向長さL1が圧電ユニモルフ4xの短手方向D2の長さに等しいものを示したが、図16(a)に示すように、第2実施形態と同様にして、縦方向長さL1が圧電ユニモルフ4xの短手方向D2の長さよりも短くなるようにしてもよい。また図16(b)に示すように、縦方向長さL1が圧電ユニモルフ4xの短手方向D2の長さよりも短くなるとともに矩形の角が丸まっている形状としてもよい。また図16(c)に示すように、圧電ユニモルフ4xの短手方向D2に沿って円形状の凹部を配置するようにしてもよい。

また上記第5実施形態では、凹部の縦方向長さL1が圧電ユニモルフ4xの短手方向D2の長さに等しいものを示したが、図18(a)に示すように、第2実施形態と同様にして、縦方向長さL1が圧電ユニモルフ4xの短手方向D2の長さよりも短くなるようにしてもよい。また図18(b)に示すように、縦方向長さL1が圧電ユニモルフ4xの短手方向D2の長さよりも短くなるとともに矩形の角が丸まっている形状としてもよい。また図18(c)に示すように、圧電ユニモルフ4xの短手方向D2に沿って円形状または楕円形状の凹部を配置するようにしてもよい。
Moreover, in the said 4th Embodiment, although the vertical direction length L1 of the recessed part showed what is equal to the length of the transversal direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x, as shown to Fig.16 (a), as 2nd Embodiment and Similarly, the length L1 in the vertical direction may be shorter than the length in the short direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x. Further, as shown in FIG. 16B, the longitudinal length L1 may be shorter than the length in the short direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x and the corners of the rectangle may be rounded. Further, as shown in FIG. 16C, a circular recess may be arranged along the short direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x.

Moreover, in the said 5th Embodiment, although the vertical direction length L1 of the recessed part showed what is equal to the length of the transversal direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x, as shown to Fig.18 (a), as 2nd Embodiment and Similarly, the length L1 in the vertical direction may be shorter than the length in the short direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x. Further, as shown in FIG. 18B, the longitudinal length L1 may be shorter than the length in the short direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x and the corners of the rectangle may be rounded. Further, as shown in FIG. 18C, a circular or oval concave portion may be arranged along the short direction D2 of the piezoelectric unimorph 4x.

また上記実施形態においては、3自由度連成振動系を構成する光走査装置1を適用したものを示したが、以下に示す光走査装置に本発明の連結変位部を適用してもよい。
光走査装置401は、図19に示すように、光ビームを走査する光ビーム走査部402と、光ビーム走査部402を支持する支持部403と、光ビーム走査部402を回転駆動させる駆動部404とを備える。
In the above embodiment, the optical scanning device 1 constituting the three-degree-of-freedom coupled vibration system is applied. However, the connecting displacement portion of the present invention may be applied to the optical scanning device described below.
As shown in FIG. 19, the optical scanning device 401 includes a light beam scanning unit 402 that scans a light beam, a support unit 403 that supports the light beam scanning unit 402, and a drive unit 404 that rotationally drives the light beam scanning unit 402. With.

光ビーム走査部402は、ジンバル411とミラー412と弾性連結部413a,413bと弾性連結部414a,414bとから構成される。
これらのうちミラー412は、第1実施形態のミラー13と同一である。
The light beam scanning unit 402 includes a gimbal 411, a mirror 412, elastic coupling portions 413a and 413b, and elastic coupling portions 414a and 414b.
Among these, the mirror 412 is the same as the mirror 13 of the first embodiment.

またジンバル411は、矩形枠状であり、枠内にミラー412が配置される。
また弾性連結部414aは、弾性変形可能な材料で構成されており、ジンバル411の枠内に配置され、ミラー412とジンバル411とを連結する。また弾性連結部414bは、弾性変形可能な材料で構成されており、ジンバル411の枠内に配置され、ミラー412を挟んで弾性連結部414aと反対側において、ミラー412とジンバル411とを連結する。なお、弾性連結部414aおよび弾性連結部414bは、ミラー412の回転軸kとなる。これによりミラー412は、回転軸kを中心に捻り振動可能に構成される。
The gimbal 411 has a rectangular frame shape, and a mirror 412 is disposed in the frame.
The elastic connecting portion 414a is made of an elastically deformable material, and is disposed within the frame of the gimbal 411, and connects the mirror 412 and the gimbal 411. The elastic connecting portion 414b is made of an elastically deformable material and is disposed within the frame of the gimbal 411, and connects the mirror 412 and the gimbal 411 on the opposite side of the elastic connecting portion 414a with the mirror 412 interposed therebetween. . The elastic connecting portion 414a and the elastic connecting portion 414b serve as the rotation axis k of the mirror 412. Thus, the mirror 412 is configured to be able to twist and vibrate about the rotation axis k.

また弾性連結部413aは、弾性変形可能な材料で構成されており、ジンバル411の上辺411aと支持部403とを連結する。また弾性連結部413bは、弾性変形可能な材料で構成されており、ジンバル411を挟んで弾性連結部413aと反対側において、ジンバル411の下辺411bと支持部403とを連結する。なお、弾性連結部413aおよび弾性連結部413bは、ジンバル411の回転軸iとなる。これによりジンバル411は、回転軸iを中心に捻り振動可能に構成される。   The elastic connecting portion 413 a is made of an elastically deformable material, and connects the upper side 411 a of the gimbal 411 and the support portion 403. The elastic connecting portion 413b is made of an elastically deformable material, and connects the lower side 411b of the gimbal 411 and the support portion 403 on the opposite side of the elastic connecting portion 413a with the gimbal 411 interposed therebetween. The elastic coupling portion 413a and the elastic coupling portion 413b serve as the rotation axis i of the gimbal 411. Thereby, the gimbal 411 is configured to be able to twist and vibrate about the rotation axis i.

次に支持部403は、上辺411aと連結されていない側の弾性連結部413aの端部と連結される上側支持部403aと、下辺411bと連結されていない側の弾性連結部413bの端部と連結される下側支持部403bと、駆動部4を支持する左側支持部403cおよび右側支持部403dとから構成される。   Next, the support portion 403 includes an upper support portion 403a connected to the end portion of the elastic connection portion 413a on the side not connected to the upper side 411a, and an end portion of the elastic connection portion 413b on the side not connected to the lower side 411b. The lower support part 403b to be connected, and a left support part 403c and a right support part 403d that support the drive part 4 are configured.

さらに駆動部404は、圧電ユニモルフ404a,404b,404c,404d,404e,404f,404g,404hから構成される。
圧電ユニモルフ404a,404b,404c,404dは、矩形板状に形成されており、その長手方向が回転軸iに直交するように配置される。そして圧電ユニモルフ404aは、その長手方向の一端が左側支持部403cに固定され、他端がジンバル411の上辺411aに連結される。圧電ユニモルフ404bは、その長手方向の一端が左側支持部403cに固定され、他端がジンバル411の下辺411bに連結される。圧電ユニモルフ404cは、その長手方向の一端が右側支持部403dに固定され、他端がジンバル411の上辺411aに連結される。圧電ユニモルフ404dは、その長手方向の一端が右側支持部403dに固定され、他端がジンバル411の下辺411bに連結される。
Furthermore, the drive part 404 is comprised from piezoelectric unimorph 404a, 404b, 404c, 404d, 404e, 404f, 404g, 404h.
The piezoelectric unimorphs 404a, 404b, 404c, 404d are formed in a rectangular plate shape, and are arranged so that the longitudinal direction thereof is orthogonal to the rotation axis i. The piezoelectric unimorph 404a has one end in the longitudinal direction fixed to the left support 403c and the other end connected to the upper side 411a of the gimbal 411. One end of the piezoelectric unimorph 404b in the longitudinal direction is fixed to the left support portion 403c, and the other end is connected to the lower side 411b of the gimbal 411. One end of the piezoelectric unimorph 404c in the longitudinal direction is fixed to the right support portion 403d, and the other end is connected to the upper side 411a of the gimbal 411. One end of the piezoelectric unimorph 404d in the longitudinal direction is fixed to the right support portion 403d, and the other end is connected to the lower side 411b of the gimbal 411.

また圧電ユニモルフ404e,404f,404g,404hは、矩形板状に形成されており、その長手方向が回転軸kに直交するように配置される。そして圧電ユニモルフ404eは、その長手方向の一端がジンバル411に固定され、他端が弾性連結部414bに連結される。また圧電ユニモルフ404fは、ミラー412を挟んで圧電ユニモルフ404eと反対側に配置され、その長手方向の一端がジンバル411に固定され、他端が弾性連結部414aに連結される。また圧電ユニモルフ404gは、弾性連結部414bを挟んで圧電ユニモルフ404eと反対側に配置され、その長手方向の一端がジンバル411に固定され、他端が弾性連結部414bに連結される。また圧電ユニモルフ404hは、弾性連結部414aを挟んで圧電ユニモルフ404fと反対側に配置され、その長手方向の一端がジンバル411に固定され、他端が弾性連結部414aに連結される。   The piezoelectric unimorphs 404e, 404f, 404g, and 404h are formed in a rectangular plate shape, and are arranged so that the longitudinal direction thereof is orthogonal to the rotation axis k. The piezoelectric unimorph 404e has one end in the longitudinal direction fixed to the gimbal 411 and the other end connected to the elastic connecting portion 414b. The piezoelectric unimorph 404f is disposed on the opposite side of the piezoelectric unimorph 404e with the mirror 412 interposed therebetween, and one end in the longitudinal direction thereof is fixed to the gimbal 411, and the other end is connected to the elastic connecting portion 414a. The piezoelectric unimorph 404g is disposed on the opposite side of the piezoelectric unimorph 404e across the elastic coupling portion 414b, one end in the longitudinal direction thereof is fixed to the gimbal 411, and the other end is coupled to the elastic coupling portion 414b. The piezoelectric unimorph 404h is disposed on the opposite side of the piezoelectric unimorph 404f across the elastic coupling portion 414a, one end in the longitudinal direction thereof is fixed to the gimbal 411, and the other end is coupled to the elastic coupling portion 414a.

そして、圧電ユニモルフ404aと圧電ユニモルフ404bとが同位相で曲げ振動するとともに圧電ユニモルフ404cと圧電ユニモルフ404dとが同位相で曲げ振動するように且つ圧電ユニモルフ404a,404bと圧電ユニモルフ404c,404dとが逆位相で曲げ振動するように、圧電ユニモルフ404a,404b,404c,404dへの電圧印加が制御される。これにより、ジンバル411が回転軸iを中心にして回転振動する。   Then, the piezoelectric unimorph 404a and the piezoelectric unimorph 404b bend and vibrate in the same phase, the piezoelectric unimorph 404c and the piezoelectric unimorph 404d bend and vibrate in the same phase, and the piezoelectric unimorphs 404a and 404b and the piezoelectric unimorphs 404c and 404d are reversed. Voltage application to the piezoelectric unimorphs 404a, 404b, 404c, and 404d is controlled so as to bend and vibrate in phase. As a result, the gimbal 411 rotates and vibrates around the rotation axis i.

また、圧電ユニモルフ404eと圧電ユニモルフ4fとが同位相で曲げ振動するとともに圧電ユニモルフ404gと圧電ユニモルフ404hとが同位相で曲げ振動するように且つ圧電ユニモルフ404e,404fと圧電ユニモルフ404g,404hとが逆位相で曲げ振動するように、圧電ユニモルフ404e,404f,404g,404hへの電圧印加が制御される。これにより、ミラー412が回転軸kを中心にして回転振動する。   Further, the piezoelectric unimorph 404e and the piezoelectric unimorph 4f bend and vibrate in the same phase, the piezoelectric unimorph 404g and the piezoelectric unimorph 404h bend and vibrate in the same phase, and the piezoelectric unimorphs 404e and 404f and the piezoelectric unimorphs 404g and 404h are reversed. Voltage application to the piezoelectric unimorphs 404e, 404f, 404g, and 404h is controlled so as to bend and vibrate in phase. As a result, the mirror 412 rotates and vibrates around the rotation axis k.

このように構成された光走査装置401によれば、回転軸kを中心とした揺動と、回転軸iを中心とした揺動によって、ミラー412で反射する光ビームを2次元的に走査することができる。   According to the optical scanning device 401 configured as described above, the light beam reflected by the mirror 412 is two-dimensionally scanned by swinging about the rotation axis k and swinging about the rotation axis i. be able to.

なお、ミラー412は本発明における反射部、弾性連結部414a,414bは本発明における第1弾性変形部材、ジンバル411は本発明における第1支持部、弾性連結部413a,413bは本発明における第2弾性変形部材、回転軸iは本発明における第2回転軸、支持部403は本発明における第2支持部である。   The mirror 412 is a reflecting portion in the present invention, the elastic connecting portions 414a and 414b are first elastic deformation members in the present invention, the gimbal 411 is a first supporting portion in the present invention, and the elastic connecting portions 413a and 413b are second in the present invention. The elastically deformable member, the rotation shaft i is the second rotation shaft in the present invention, and the support portion 403 is the second support portion in the present invention.

1,401…光走査装置、4a,4b,4c,4d,404a,404b,404c,404d,404e,404f,404g,404h…圧電ユニモルフ、13,412…ミラー、16a,16b,414a,414b…弾性連結部、21…支持層、23…駆動層、31…圧電膜層、32…上部電極層、33…下部電極層、41,42,43,44,51,52,53,54,61,62,71,72,73,74,75,76,77,81,82,83,84,85,86…凹部、100,140…シリコン基板   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,401 ... Optical scanning device, 4a, 4b, 4c, 4d, 404a, 404b, 404c, 404d, 404e, 404f, 404g, 404h ... Piezoelectric unimorph, 13, 412 ... Mirror, 16a, 16b, 414a, 414b ... Elasticity Connecting part, 21 ... support layer, 23 ... drive layer, 31 ... piezoelectric film layer, 32 ... upper electrode layer, 33 ... lower electrode layer, 41, 42, 43, 44, 51, 52, 53, 54, 61, 62 , 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 81, 82, 83, 84, 85, 86... Recess, 100, 140.

Claims (8)

光ビームを反射させる反射面を有する反射部(13,412)と、
前記反射部を捻り振動させるための第1回転軸となる第1弾性変形部材(16a,16b,414a,414b)と、
前記第1回転軸を中心にして前記反射部を捻り振動させるための駆動力を発生させる駆動部(4a,4b,4c,4d,404a,404b,404c,404d,404e,404f,404g,404h)とを備える光走査装置(1,401)であって、
前記駆動部は、圧電膜層(31)を第1電極層(32)と第2電極層(33)との間で挟んで形成された駆動層(23)と、前記駆動層を支持する支持層(21)とを、前記第1回転軸に対して垂直な方向に沿って積層して構成され、
さらに前記駆動部は、一端が固定端として固定されており、前記第1電極層と前記第2電極層との間に電圧が印加されることで屈曲して、他端が自由端として変位するように構成されており、
前記支持層には、深さが前記支持層の厚さと同一の凹部(41,42,43,44,51,52,53,54,61,62,71,72,73,74,75,76,77,81,82,83,84,85,86)が複数形成され、
前記支持層の面上において前記固定端から前記自由端に向かう方向を第1方向とし、前記支持層の面上において第1方向に対して垂直な方向を第2方向として、
前記第1方向に沿って隣接する2つの前記凹部の間隔が、前記固定端に近づくほど長くなるように、複数の前記凹部(71,72,73,74,75,76)が配置されている
ことを特徴とする光走査装置。
A reflecting portion (13, 412) having a reflecting surface for reflecting the light beam;
A first elastic deformation member (16a, 16b, 414a, 414b) serving as a first rotation shaft for torsionally vibrating the reflecting portion;
Driving units (4a, 4b, 4c, 4d, 404a, 404b, 404c, 404d, 404e, 404f, 404g, 404h) for generating a driving force for torsionally vibrating the reflecting portion around the first rotation axis An optical scanning device (1,401) comprising:
The drive unit includes a drive layer (23) formed by sandwiching the piezoelectric film layer (31) between the first electrode layer (32) and the second electrode layer (33), and a support for supporting the drive layer. A layer (21) is laminated along a direction perpendicular to the first rotation axis;
Furthermore, one end of the drive unit is fixed as a fixed end, and the drive unit bends when a voltage is applied between the first electrode layer and the second electrode layer, and the other end is displaced as a free end. Is configured as
The support layer has a recess (41, 42, 43, 44, 51, 52, 53, 54, 61, 62, 71, 72, 73, 74, 75, 76) having the same depth as the support layer. , 77, 81, 82, 83, 84, 85, 86) ,
A direction from the fixed end toward the free end on the surface of the support layer is a first direction, and a direction perpendicular to the first direction on the surface of the support layer is a second direction,
The plurality of recesses (71, 72, 73, 74, 75, 76) are arranged so that the interval between the two recesses adjacent to each other along the first direction becomes longer toward the fixed end. An optical scanning device.
光ビームを反射させる反射面を有する反射部(13,412)と、
前記反射部を捻り振動させるための第1回転軸となる第1弾性変形部材(16a,16b,414a,414b)と、
前記第1回転軸を中心にして前記反射部を捻り振動させるための駆動力を発生させる駆動部(4a,4b,4c,4d,404a,404b,404c,404d,404e,404f,404g,404h)とを備える光走査装置(1,401)であって、
前記駆動部は、圧電膜層(31)を第1電極層(32)と第2電極層(33)との間で挟んで形成された駆動層(23)と、前記駆動層を支持する支持層(21)とを、前記第1回転軸に対して垂直な方向に沿って積層して構成され、
さらに前記駆動部は、一端が固定端として固定されており、前記第1電極層と前記第2電極層との間に電圧が印加されることで屈曲して、他端が自由端として変位するように構成されており、
前記支持層には、深さが前記支持層の厚さと同一の凹部(41,42,43,44,51,52,53,54,61,62,71,72,73,74,75,76,77,81,82,83,84,85,86)が複数形成され、
前記支持層の面上において前記固定端から前記自由端に向かう方向を第1方向として、
前記凹部(81,82,83,84,85,86)の前記第1方向に沿った長さが、前記固定端に近づくほど短くなる
ことを特徴とする光走査装置。
A reflecting portion (13, 412) having a reflecting surface for reflecting the light beam;
A first elastic deformation member (16a, 16b, 414a, 414b) serving as a first rotation shaft for torsionally vibrating the reflecting portion;
Driving units (4a, 4b, 4c, 4d, 404a, 404b, 404c, 404d, 404e, 404f, 404g, 404h) for generating a driving force for torsionally vibrating the reflecting portion around the first rotation axis An optical scanning device (1,401) comprising:
The drive unit includes a drive layer (23) formed by sandwiching the piezoelectric film layer (31) between the first electrode layer (32) and the second electrode layer (33), and a support for supporting the drive layer. A layer (21) is laminated along a direction perpendicular to the first rotation axis;
Furthermore, one end of the drive unit is fixed as a fixed end, and the drive unit bends when a voltage is applied between the first electrode layer and the second electrode layer, and the other end is displaced as a free end. Is configured as
The support layer has a recess (41, 42, 43, 44, 51, 52, 53, 54, 61, 62, 71, 72, 73, 74, 75, 76) having the same depth as the support layer. , 77, 81, 82, 83, 84, 85, 86),
A direction from the fixed end toward the free end on the surface of the support layer is a first direction,
It said recess (81,82,83,84,85,86) of the length along the first direction, the optical scanning device you characterized by shorter closer to the fixed end.
光ビームを反射させる反射面を有する反射部(13,412)と、
前記反射部を捻り振動させるための第1回転軸となる第1弾性変形部材(16a,16b,414a,414b)と、
前記第1回転軸を中心にして前記反射部を捻り振動させるための駆動力を発生させる駆動部(4a,4b,4c,4d,404a,404b,404c,404d,404e,404f,404g,404h)とを備える光走査装置(1,401)であって、
前記駆動部は、圧電膜層(31)を第1電極層(32)と第2電極層(33)との間で挟んで形成された駆動層(23)と、前記駆動層を支持する支持層(21)とを、前記第1回転軸に対して垂直な方向に沿って積層して構成され、
さらに前記駆動部は、一端が固定端として固定されており、前記第1電極層と前記第2電極層との間に電圧が印加されることで屈曲して、他端が自由端として変位するように構成されており、
前記支持層には、深さが前記支持層の厚さと同一の凹部(41,42,43,44,51,52,53,54,61,62,71,72,73,74,75,76,77,81,82,83,84,85,86)が複数形成され、
前記支持層の面上において前記固定端から前記自由端に向かう方向を第1方向として、
前記第1方向に沿って隣接する2つの前記凹部のうち、前記固定端に近い前記凹部を第1凹部(61)とし、残りの前記凹部を第2凹部(62)として、
前記第1凹部の前記第1方向に沿った長さを第1凹部幅とし、
前記第1凹部と前記第2凹部との間の間隔を凹部間隔とし、
前記第1凹部幅は、前記第1凹部幅と前記凹部間隔との加算値の0.8〜0.9倍である
ことを特徴とする光走査装置。
A reflecting portion (13, 412) having a reflecting surface for reflecting the light beam;
A first elastic deformation member (16a, 16b, 414a, 414b) serving as a first rotation shaft for torsionally vibrating the reflecting portion;
Driving units (4a, 4b, 4c, 4d, 404a, 404b, 404c, 404d, 404e, 404f, 404g, 404h) for generating a driving force for torsionally vibrating the reflecting portion around the first rotation axis An optical scanning device (1,401) comprising:
The drive unit includes a drive layer (23) formed by sandwiching the piezoelectric film layer (31) between the first electrode layer (32) and the second electrode layer (33), and a support for supporting the drive layer. A layer (21) is laminated along a direction perpendicular to the first rotation axis;
Furthermore, one end of the drive unit is fixed as a fixed end, and the drive unit bends when a voltage is applied between the first electrode layer and the second electrode layer, and the other end is displaced as a free end. Is configured as
The support layer has a recess (41, 42, 43, 44, 51, 52, 53, 54, 61, 62, 71, 72, 73, 74, 75, 76) having the same depth as the support layer. , 77, 81, 82, 83, 84, 85, 86),
A direction from the fixed end toward the free end on the surface of the support layer is a first direction,
Of the two recesses adjacent along the first direction, the recess close to the fixed end is defined as a first recess (61), and the remaining recess is defined as a second recess (62).
The length of the first recess along the first direction is defined as a first recess width,
The interval between the first recess and the second recess is a recess interval,
Said first recess width, the optical scanning device you being a 0.8 to 0.9 times the sum of the said recess distance between the first recess width.
前記支持層の面上において前記固定端から前記自由端に向かう方向を第1方向とし、前記支持層の面上において第1方向に対して垂直な方向を第2方向として、
前記凹部(51,52,53,54)の前記第2方向に沿った長さが、前記支持層の前記第2方向に沿った長さよりも短い
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の光走査装置。
A direction from the fixed end toward the free end on the surface of the support layer is a first direction, and a direction perpendicular to the first direction on the surface of the support layer is a second direction,
The length along the second direction of the recess (51, 52, 53, 54) is, claims 1 to 3, characterized in that shorter than the length along the second direction of the support layer The optical scanning device according to any one of the above.
前記圧電膜層は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の光走査装置。
The optical scanning device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the piezoelectric film layer is made of lead zirconate titanate (PZT).
前記第1弾性変形部材(414a,414b)を支持する第1支持部(411)と、
前記第1支持部に連結された弾性変形可能な第2弾性変形部材(413a,413b)を有し、該第2弾性変形部材を第2回転軸として前記第1支持部を揺動可能に支持する第2支持部(403)とを備え、
前記第2回転軸は、前記第1回転軸と交差するように配置され、
前記第2回転軸を中心にして前記第1支持部を揺動させると共に、前記第1回転軸を中心にして前記反射部を揺動させることにより、前記反射面により反射された光ビームを2次元に走査する
ことを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の光走査装置(401)。
A first support part (411) for supporting the first elastic deformation member (414a, 414b);
A second elastically deformable member (413a, 413b) that is elastically deformable connected to the first support part, and the first support part is swingably supported by using the second elastically deformable member as a second rotating shaft. A second support portion (403) that
The second rotation axis is arranged to intersect the first rotation axis,
The first support portion is swung about the second rotation axis, and the reflection portion is swung about the first rotation axis, so that the light beam reflected by the reflection surface is 2 The optical scanning device (401) according to any one of claims 1 to 5 , wherein scanning is performed in a dimension.
前記第1弾性変形部材(16a,16b)を支持する第1支持部(12)と、
前記第1支持部に連結された弾性変形可能な第2弾性変形部材(15a,15b)を有し、該第2弾性変形部材を第2回転軸として前記第1支持部を揺動可能に支持する第2支持部(11)と、
前記第2支持部に連結された弾性変形可能な第3弾性変形部材(14a,14b)を有し、該第3弾性変形部材を第3回転軸として前記第2支持部を揺動可能に支持する第3支持部(3)とを備え、
前記第2回転軸は、前記第1回転軸と交差するように配置され、
前記第3回転軸は、前記第1回転軸および前記第2回転軸と交差するように配置され、
前記反射部、前記第1支持部、前記第2支持部、前記第3支持部、前記第1弾性変形部材、前記第2弾性変形部材、および前記第3弾性変形部材が、固有の周期的外力が作用した場合に大きい回転角で捻り振動する3自由度連成振動系を構成し、
前記3自由度連成振動系に前記固有の周期的外力を作用させることにより、前記第3回転軸を中心にして前記第2支持部を揺動させるとともに、前記第2回転軸を中心にして前記第1支持部を揺動させ、さらに前記第1回転軸を中心にして前記反射部を揺動させることにより、前記反射面により反射された光ビームを2次元に走査する
ことを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の光走査装置(1)。
A first support part (12) for supporting the first elastic deformation member (16a, 16b);
A second elastically deformable member (15a, 15b) that is elastically deformable connected to the first support part, and the first support part is swingably supported using the second elastically deformable member as a second rotating shaft. A second support part (11)
A third elastic deformation member (14a, 14b) that is elastically deformable connected to the second support part, and the second support part is swingably supported by using the third elastic deformation member as a third rotating shaft. And a third support part (3)
The second rotation axis is arranged to intersect the first rotation axis,
The third rotation axis is arranged to intersect the first rotation axis and the second rotation axis,
The reflective portion, the first support portion, the second support portion, the third support portion, the first elastic deformation member, the second elastic deformation member, and the third elastic deformation member have inherent periodic external forces. A three-degree-of-freedom coupled vibration system that twists and vibrates at a large rotation angle when
By causing the inherent periodic external force to act on the three-degree-of-freedom coupled vibration system, the second support portion is swung about the third rotation axis, and the second rotation axis is the center. The light beam reflected by the reflecting surface is scanned two-dimensionally by swinging the first support portion and further swinging the reflection portion about the first rotation axis. The optical scanning device (1) according to any one of claims 1 to 5 .
請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の光走査装置の製造方法であって、
第1シリコン基板(100)の一方の面側からエッチングすることにより前記凹部を形成する第1形成工程と、
前記第1シリコン基板の前記一方の面側で、前記第1シリコン基板と第2シリコン基板(140)とを張り合わす張合工程と、
前記第1シリコン基板の他方の面側に前記駆動部を形成する第2形成工程と、
前記第1シリコン基板の前記他方の面側からエッチングすることにより前記反射部および前記第1弾性変形部材を形成する第3形成工程と、
前記第1シリコン基板と前記第2シリコン基板とが張り合わされた面を張合面として、前記第2シリコン基板の前記張合面と反対側の面側からエッチングすることにより、前記反射部が捻り振動することができる空間を形成する第4形成工程とを備える
ことを特徴とする製造方法。
It is a manufacturing method of the optical scanning device according to any one of claims 1 to 7 ,
A first forming step of forming the recess by etching from one side of the first silicon substrate (100);
A bonding step of bonding the first silicon substrate and the second silicon substrate (140) on the one surface side of the first silicon substrate;
A second forming step of forming the drive unit on the other surface side of the first silicon substrate;
A third forming step of forming the reflective portion and the first elastic deformation member by etching from the other surface side of the first silicon substrate;
Etching from the surface side of the second silicon substrate opposite to the bonding surface by twisting the reflecting portion twisted by using the surface where the first silicon substrate and the second silicon substrate are bonded to each other as a bonding surface And a fourth forming step for forming a space that can vibrate.
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