JP6350057B2 - Optical scanning device - 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に関する。 The present invention relates to an optical scanning device that scans a light beam.
光ビームを反射するミラー部の向きを水平方向に変化させる圧電素子と、垂直方向に変化させる圧電素子とにより、２次元に光ビームを走査する光走査装置が知られている（例えば、特許文献１）。 2. Description of the Related Art An optical scanning device that scans a light beam in a two-dimensional manner using a piezoelectric element that changes the direction of a mirror part that reflects the light beam in a horizontal direction and a piezoelectric element that changes in a vertical direction is known (for example, Patent Documents). 1).
また、圧電素子によりミラー部の反射面の形状を変化させることで、反射された光ビームの焦点を調整することが知られている（例えば、特許文献２）。このような圧電素子により、特許文献１に記載の光走査装置のミラー部の反射面の形状を変化させることで、光ビームを３次元に走査することが可能となる。 It is also known to adjust the focal point of the reflected light beam by changing the shape of the reflecting surface of the mirror portion by using a piezoelectric element (for example, Patent Document 2). By changing the shape of the reflecting surface of the mirror portion of the optical scanning device described in Patent Document 1 with such a piezoelectric element, it becomes possible to scan the light beam in three dimensions.
ところで、ＰＺＴ等から構成される圧電膜と、圧電膜を挟む２つの電極層からなる多層構造の圧電素子が知られているが、このような圧電素子に繋がる配線も、同様の多層構造とすることが考えられる。 By the way, a piezoelectric element having a multilayer structure composed of a piezoelectric film composed of PZT or the like and two electrode layers sandwiching the piezoelectric film is known. The wiring connected to such a piezoelectric element has a similar multilayer structure. It is possible.
一方、上述した方法で光ビームを３次元に走査する場合、各圧電素子に繋がる配線が他の圧電素子の付近に配される場合があるが、配線が上述した多層構造を有していると、圧電素子に電圧を印可した際、これに繋がる配線も屈曲変形する。これにより、配線の付近の他の圧電素子の屈曲変形が妨げられ、光ビームの走査方向に乱れが生じる恐れがある。 On the other hand, when the light beam is scanned three-dimensionally by the method described above, the wiring connected to each piezoelectric element may be arranged in the vicinity of other piezoelectric elements, but when the wiring has the multilayer structure described above, When a voltage is applied to the piezoelectric element, the wiring connected thereto is also bent and deformed. As a result, bending deformation of other piezoelectric elements in the vicinity of the wiring is hindered, and there is a possibility that the scanning direction of the light beam is disturbed.
本願発明は、光ビームの走査軌跡が乱れないようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to prevent the scanning trajectory of a light beam from being disturbed.
上記課題に鑑みてなされた本開示に係る光走査装置（１）は、光ビームを反射させる反射面（１９）と、反射面の向き又は形状を変化させる第１の圧電素子（１４，３３）と、を有する反射部（３）と、基板（４５）と、基板に配された第２の圧電素子（４７，４９）とを有し、第２の圧電素子の屈曲変形により基板を変位させることで、反射部の向きを変化させる駆動部（９）と、第１の圧電素子に繋がっており、少なくともその一部が基板に配されている配線（２１，４０）と、を備える。 The optical scanning device (1) according to the present disclosure made in view of the above problems includes a reflective surface (19) that reflects a light beam, and a first piezoelectric element (14, 33) that changes the orientation or shape of the reflective surface. And a second piezoelectric element (47, 49) disposed on the substrate, the substrate being displaced by bending deformation of the second piezoelectric element. By this, the drive part (9) which changes the direction of a reflection part, and the wiring (21, 40) connected with the 1st piezoelectric element and at least one part are distribute | arranged to the board | substrate are provided.
そして、配線は、下部配線（２１ｃ，４０ｃ）と、下部配線の上に配された絶縁層（２１ｂ，２１ｄ，４０ｂ）と、絶縁層の上に配された上部配線（２１ａ，４０ａ）とから構成されており、基板に配された配線のうちの少なくとも一部は、絶縁層が非圧電性となっていること、を特徴とする。 The wiring is composed of a lower wiring (21c, 40c), an insulating layer (21b, 21d, 40b) disposed on the lower wiring, and an upper wiring (21a, 40a) disposed on the insulating layer. The insulating layer is non-piezoelectric in at least a part of the wiring arranged on the substrate.
このような構成によれば、第１の圧電素子に繋がる配線は、駆動部を構成する基板に配された部分のうちの少なくとも一部が、下部配線と非圧電性の絶縁層と上部配線とからなる多層構造となっている。このため、第１の圧電素子に電圧を印可しても、当該配線における当該一部が屈曲変形することは無く、当該配線の屈曲変形を抑えることができる。したがって、当該配線は第２の圧電素子が配された基板に配されているものの、光ビームの操作軌跡が乱れないようにすることができる。 According to such a configuration, the wiring connected to the first piezoelectric element includes at least a part of the portion disposed on the substrate constituting the driving unit, the lower wiring, the non-piezoelectric insulating layer, and the upper wiring. It has a multi-layer structure. For this reason, even if a voltage is applied to the first piezoelectric element, the part of the wiring is not bent and deformed, and the bending deformation of the wiring can be suppressed. Therefore, although the wiring is arranged on the substrate on which the second piezoelectric element is arranged, the operation locus of the light beam can be prevented from being disturbed.
また、本開示に係る光走査装置（１）は、光ビームを反射させる反射面（１９）と、反射面の向き又は形状を変化させる第１の圧電素子（１４，３３）と、を有する反射部（３）と、基板（４５）と、基板の上面に配された第２の圧電素子（４７，４９）とを有し、第２の圧電素子の屈曲変形により基板を変位させることで、反射部の向きを変化させる駆動部（９）と、を備える。そして、第１の圧電素子に繋がる配線（２２）は、非圧電性の導体により構成されており、基板における第２の圧電素子の下方に配されている。 In addition, the optical scanning device (1) according to the present disclosure includes a reflection surface (19) that reflects a light beam and a first piezoelectric element (14, 33) that changes the direction or shape of the reflection surface. A portion (3), a substrate (45), and a second piezoelectric element (47, 49) disposed on the upper surface of the substrate, and by displacing the substrate by bending deformation of the second piezoelectric element, And a drive unit (9) for changing the direction of the reflection unit. The wiring (22) connected to the first piezoelectric element is made of a non-piezoelectric conductor, and is arranged below the second piezoelectric element on the substrate.
このような構成によれば、第１の圧電素子に繋がる配線は、非圧電性の導体により構成されているため、第１の圧電素子に電圧を印可しても当該配線が屈曲変形することは無い。このため、当該配線は、第２の圧電素子が配された基板に配されているものの、基板の変位を妨げることは無いため、光ビームの操作軌跡が乱れないようにすることができる。 According to such a configuration, since the wiring connected to the first piezoelectric element is configured by the non-piezoelectric conductor, the wiring is not deformed even when a voltage is applied to the first piezoelectric element. No. For this reason, although the wiring is arranged on the substrate on which the second piezoelectric element is arranged, it does not hinder the displacement of the substrate, so that the operation locus of the light beam can be prevented from being disturbed.
また、本開示に係る光走査装置（１）は、光ビームを反射させる反射面（１９）と、反射面の向き又は形状を変化させる第１の圧電素子（１４，３３）と、を有する反射部（３）と、第１の方向に延びる第１の軸（１８）に沿って配置され、反射部の両端にそれぞれ接続された一対の梁部材（７）と、一対の梁部材を介して反射部を支持する支持部（５）と、第２の圧電素子（４７，４９）により屈曲変形し、第１の軸を中心に反射部の傾きを変化させる駆動部（９）と、第１の圧電素子に繋がる配線（２３）と、配線に繋がる端子（２４）と、を備える。そして、端子は、支持部に配されており、配線は、支持部及び梁部材に配されている。 In addition, the optical scanning device (1) according to the present disclosure includes a reflection surface (19) that reflects a light beam and a first piezoelectric element (14, 33) that changes the direction or shape of the reflection surface. A pair of beam members (7) disposed along the first axis (18) extending in the first direction and connected to both ends of the reflecting portion, and a pair of beam members A support section (5) that supports the reflection section, a drive section (9) that is bent and deformed by the second piezoelectric elements (47, 49), and changes the inclination of the reflection section about the first axis; A wiring (23) connected to the piezoelectric element and a terminal (24) connected to the wiring. And the terminal is distribute | arranged to the support part and the wiring is distribute | arranged to the support part and the beam member.
このような構成によれば、第１の圧電素子に繋がる端子が支持部に配されていると共に、端子と第１の圧電素子とを繋ぐ配線は梁部材と支持部とに配されており、当該配線は、第２の圧電素子が配された基板には配されていない。このため、第１の圧電素子に電圧を印可しても基板の変位を妨げることは無く、光ビームの操作軌跡が乱れないようにすることができる。 According to such a configuration, the terminal connected to the first piezoelectric element is arranged on the support part, and the wiring connecting the terminal and the first piezoelectric element is arranged on the beam member and the support part. The wiring is not arranged on the substrate on which the second piezoelectric element is arranged. For this reason, even if a voltage is applied to the first piezoelectric element, the displacement of the substrate is not hindered, and the operation locus of the light beam can be prevented from being disturbed.
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものでは無い。 In addition, the code | symbol in the parenthesis described in this column and a claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later as one aspect, Comprising: The technical scope of this invention is shown. It is not limited.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiment of the present invention is not limited to the following embodiment, and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention.
［第１実施形態］
［構成の説明］
第１実施形態の光走査装置１は、反射部３と、支持部５と、一対の第１の駆動部９とを備えている（図１〜図４参照）。
[First Embodiment]
[Description of configuration]
The optical scanning device 1 of 1st Embodiment is provided with the reflection part 3, the support part 5, and a pair of 1st drive part 9 (refer FIGS. 1-4).
反射部３は、さらに、外周部１０と、内周部１１と、一対の反射部内梁部材１２と、第２の駆動部１３とを備えている。
外周部１０は矩形の枠であり、その枠内に、円板状の内周部１１及び第２の駆動部１３が配置されている。
The reflecting portion 3 further includes an outer peripheral portion 10, an inner peripheral portion 11, a pair of reflecting portion inner beam members 12, and a second driving portion 13.
The outer peripheral part 10 is a rectangular frame, and the disc-shaped inner peripheral part 11 and the second driving part 13 are arranged in the frame.
内周部１１は、その表面全体を覆った状態で第３の駆動部１４が配されている。第３の駆動部１４は、内周部１１の上に積層された圧電素子として構成されており、上部電極１７、厚さ３μｍのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜１６、及び下部電極１５からなる多層構造を有する。上部電極１７及び下部電極１５は、それぞれ、厚さ０．２μｍのＰｔ膜と厚さ０．１μｍのＴｉ膜とを積層した膜である（図２参照）。なお、ＰＺＴ膜１６に替えて、圧電性を有する他の物質により構成される膜を設けても良い。 The inner peripheral portion 11 is provided with a third driving portion 14 in a state of covering the entire surface. The third drive unit 14 is configured as a piezoelectric element laminated on the inner peripheral part 11, and includes an upper electrode 17, a 3 μm thick PZT (lead zirconate titanate) film 16, and a lower electrode 15. It has the multilayer structure which becomes. Each of the upper electrode 17 and the lower electrode 15 is a film in which a Pt film having a thickness of 0.2 μm and a Ti film having a thickness of 0.1 μm are stacked (see FIG. 2). In place of the PZT film 16, a film made of another substance having piezoelectricity may be provided.
第３の駆動部１４は、配線２１により、支持部５に形成された端子２４に電気的に接続されている。配線２１は、上側の反射部内梁部材１２、上側の第２の駆動部１３を構成する基板３１、後述する接続部９Ａ、及び、右側の第１の駆動部９を構成する基板４５の上を通り、端子２４に至る。なお、ここでの上下左右は、図１における上下左右を意味し、光走査装置１を使用する状態での上下左右とは必ずしも一致しない。 The third drive unit 14 is electrically connected to a terminal 24 formed on the support unit 5 by a wiring 21. The wiring 21 is formed on the upper reflecting portion inner beam member 12, the substrate 31 constituting the upper second driving portion 13, the connecting portion 9A described later, and the substrate 45 constituting the right first driving portion 9. To the terminal 24. Note that the upper, lower, left, and right in this case mean the upper, lower, left, and right in FIG. 1 and do not necessarily match the upper, lower, left, and right in the state where the optical scanning device 1 is used.
第３の駆動部１４の上に、光ビームを反射させる反射面１９が配されている。反射面１９は、厚さ２μｍのアルミニウム薄膜である。内周部１１の裏面には、縁に沿ってリブが設けられており、リブの内側は外周部１０と比べて板厚が小さい。 A reflective surface 19 that reflects the light beam is disposed on the third drive unit 14. The reflecting surface 19 is an aluminum thin film having a thickness of 2 μm. On the back surface of the inner peripheral portion 11, ribs are provided along the edges, and the inner side of the rib has a smaller plate thickness than the outer peripheral portion 10.
一対の反射部内梁部材１２は、内周部１１の両端において、内周部１１と外周部１０とを曲げ振動可能に接続する。反射部内梁部材１２は棒状の部材である。反射部内梁部材１２は、内周部１１の中心を通り、上下方向に延びるＡ軸２０上に配置されている。反射部内梁部材１２は、外周部１０に比べて板厚が小さい。 The pair of reflecting portion inner beam members 12 connects the inner peripheral portion 11 and the outer peripheral portion 10 at both ends of the inner peripheral portion 11 so as to be capable of bending vibration. The reflection portion inner beam member 12 is a rod-shaped member. The reflecting portion inner beam member 12 is disposed on an A axis 20 that passes through the center of the inner peripheral portion 11 and extends in the vertical direction. The reflection part inner beam member 12 has a smaller plate thickness than the outer peripheral part 10.
第２の駆動部１３は、屈曲変形が可能な４つの駆動部材２６〜２９から構成される。駆動部材２６〜２９は同様の構造を有する。駆動部材２６は、外周部１０における左上部分と、上側の反射部内梁部材１２における左側とを接続する。駆動部材２７は、外周部１０における右上部分と、上側の反射部内梁部材１２における右側とを接続する。駆動部材２８は、外周部１０における右下部分と、下側の反射部内梁部材１２における右側とを接続する。駆動部材２９は、外周部１０における左下部分と、下側の反射部内梁部材１２における左側とを接続する。 The second drive unit 13 includes four drive members 26 to 29 that can be bent and deformed. The drive members 26 to 29 have the same structure. The drive member 26 connects the upper left portion of the outer peripheral portion 10 and the left side of the upper reflecting portion inner beam member 12. The driving member 27 connects the upper right portion of the outer peripheral portion 10 and the right side of the upper reflecting portion inner beam member 12. The drive member 28 connects the lower right portion of the outer peripheral portion 10 and the right side of the lower reflecting portion inner beam member 12. The drive member 29 connects the lower left portion of the outer peripheral portion 10 and the left side of the lower reflecting portion inner beam member 12.
駆動部材２６〜２９は、それぞれ、図２に示すように、板状の基板３１と、その上に形成された圧電素子３３とから構成される。圧電素子３３は、第３の駆動部１４と同様、上部電極３５、ＰＺＴ膜３７、及び下部電極３９からなる多層構造を有する。 As shown in FIG. 2, each of the driving members 26 to 29 includes a plate-like substrate 31 and a piezoelectric element 33 formed thereon. The piezoelectric element 33 has a multilayer structure including the upper electrode 35, the PZT film 37, and the lower electrode 39, similarly to the third driving unit 14.
駆動部材２６〜２９は、配線４０により端子４３に電気的に接続されている。端子４３は支持部５上に形成されており、配線４０は、後述する接続部９Ａ、及び、基板４５の上を通り、端子４３に至る。第２の駆動部１３は、外周部１０に比べて板厚が小さい。 The driving members 26 to 29 are electrically connected to the terminal 43 by the wiring 40. The terminal 43 is formed on the support portion 5, and the wiring 40 passes over the connection portion 9 </ b> A and the substrate 45 described later to reach the terminal 43. The second drive unit 13 has a smaller thickness than the outer peripheral part 10.
支持部５は、矩形の枠であり、その枠内に、反射部３、及び一対の第１の駆動部９が配置されている。
一対の第１の駆動部９は、反射部３の左右にそれぞれ１つずつ設けられている。２つの第１の駆動部９は同様の構造を有する。第１の駆動部９は、その下端９Ｃにおいて支持部５に接続するとともに、その上端９Ｄの側において、反射部３に接続している。さらに詳しくは、第１の駆動部９は、その上端９Ｄの側において、反射部３の方向に張り出す接続部９Ａを備えており、その接続部９Ａの先端を、反射部３における上端３Ａに接続させている。
The support unit 5 is a rectangular frame, and the reflection unit 3 and the pair of first drive units 9 are arranged in the frame.
A pair of first drive units 9 is provided on each of the left and right sides of the reflection unit 3. The two first drive units 9 have the same structure. The first drive unit 9 is connected to the support unit 5 at the lower end 9C, and is connected to the reflection unit 3 on the upper end 9D side. More specifically, the first drive unit 9 includes a connecting portion 9A that protrudes in the direction of the reflecting portion 3 on the upper end 9D side, and the tip of the connecting portion 9A is connected to the upper end 3A of the reflecting portion 3. Connected.
第１の駆動部９は、基板４５と、その上に形成された２枚の圧電素子４７，４９とを備えている。圧電素子４７，４９は、それぞれ、第１の駆動部９の下端９Ｃ側から、上端９Ｄ側まで達している。圧電素子４７，４９の層構成は圧電素子３３と同様である。圧電素子４７，４９の間には一定幅の隙間が存在する。基板４５は、圧電素子４７，４９の間において、それらの長手方向に沿ったスリット（基板４５が切り欠かれた部分）５１を有する。無論、スリット５１を有しない構成としても良い。 The first drive unit 9 includes a substrate 45 and two piezoelectric elements 47 and 49 formed thereon. The piezoelectric elements 47 and 49 respectively reach the upper end 9D side from the lower end 9C side of the first drive unit 9. The layer configuration of the piezoelectric elements 47 and 49 is the same as that of the piezoelectric element 33. A gap with a certain width exists between the piezoelectric elements 47 and 49. The substrate 45 has slits (portions where the substrate 45 is cut out) 51 in the longitudinal direction between the piezoelectric elements 47 and 49. Of course, it is good also as a structure which does not have the slit 51. FIG.
第１の駆動部９は、圧電素子４７，４９の屈曲動作により、屈曲変形可能である。第１の駆動部９のうち、変形部（圧電素子４７，４９が設けられており、屈曲方向に直交する方向での幅が十分小さい部分）９Ｂが屈曲変形する。その屈曲の方向は、第１の駆動部９のうち、上端９Ｄ側の部分が、図１の紙面の正面側に移動する方向である。圧電素子４７，４９は、それぞれ、配線５３により、端子５５に電気的に接続されている。配線５３及び端子５５は、ともに支持部５上に形成されている。 The first drive unit 9 can be bent and deformed by the bending operation of the piezoelectric elements 47 and 49. Of the first drive unit 9, the deformed portion (the portion where the piezoelectric elements 47 and 49 are provided and the width in the direction orthogonal to the bending direction is sufficiently small) 9B is bent and deformed. The bending direction is a direction in which the portion on the upper end 9D side of the first drive unit 9 moves to the front side of the paper surface of FIG. Each of the piezoelectric elements 47 and 49 is electrically connected to the terminal 55 through a wiring 53. Both the wiring 53 and the terminal 55 are formed on the support portion 5.
右側の第１の駆動部９における反射部３側には、圧電素子４７の長手方向に沿って、第２の駆動部１３に繋がる配線４０と、第３の駆動部１４に繋がる配線２１が配されている。また、左側の第１の駆動部９における反射部３側には、圧電素子４７の長手方向に沿って、第２の駆動部１３に繋がる配線４０が配されている。 A wiring 40 connected to the second driving unit 13 and a wiring 21 connected to the third driving unit 14 are arranged along the longitudinal direction of the piezoelectric element 47 on the reflection unit 3 side of the first driving unit 9 on the right side. Has been. A wiring 40 connected to the second drive unit 13 is disposed along the longitudinal direction of the piezoelectric element 47 on the reflection unit 3 side of the left first drive unit 9.
配線２１は、圧電素子４７が設けられている基板４５に配された下部配線２１ｃと、下部配線２１ｃの上に配された絶縁層２１ｂ，２１ｄと、絶縁層２１ｂ，２１ｄの上に配された上部配線２１ａとからなる多層構造となっている（図２〜図４参照）。下部配線２１ｃは第３の駆動部１４における下部電極１５に、上部配線２１ａは第３の駆動部１４における上部電極１７に繋がっている。 The wiring 21 is disposed on the lower wiring 21c disposed on the substrate 45 provided with the piezoelectric element 47, the insulating layers 21b and 21d disposed on the lower wiring 21c, and the insulating layers 21b and 21d. It has a multilayer structure composed of the upper wiring 21a (see FIGS. 2 to 4). The lower wiring 21 c is connected to the lower electrode 15 in the third driving unit 14, and the upper wiring 21 a is connected to the upper electrode 17 in the third driving unit 14.
ここで、上述したように、第１〜第３の駆動部を構成する圧電素子は、厚さ０．２μｍのＰｔ膜と厚さ０．１μｍのＴｉ膜とを積層して形成された下部電極及び上部電極と、ＰＺＴ膜とからなる多層構造となっている。 Here, as described above, the piezoelectric elements constituting the first to third drive units are the lower electrodes formed by laminating the Pt film having a thickness of 0.2 μm and the Ti film having a thickness of 0.1 μm. And a multi-layer structure including an upper electrode and a PZT film.
これに対し、配線２１における下部配線２１ｃ及び上部配線２１ａは、圧電素子の下部電極及び上部電極と同じ構成となっており、厚さ０．２μｍのＰｔ膜と厚さ０．１μｍのＴｉ膜とを積層して形成されている。 On the other hand, the lower wiring 21c and the upper wiring 21a in the wiring 21 have the same configuration as the lower electrode and the upper electrode of the piezoelectric element, and a 0.2 μm thick Pt film and a 0.1 μm thick Ti film Are laminated.
また、配線２１における絶縁層２１ｂ，２１ｄのうち、変形部９Ｂ以外の部位に配された絶縁層２１ｄは、圧電素子のＰＺＴ膜と同じ構成となっており、厚さ３μｍのＰＺＴの膜により構成されている。一方、変形部９Ｂに位置する絶縁層２１ｂは、ＰＺＴから圧電性を除去することで得られた物質により構成されており、厚さが３μｍとなっている（図４参照）。具体的には、絶縁層２１ｂは、例えば、レーザーアニールによりＰＺＴから鉛を除去して得られた物質（ペロブスカイト相ではない非圧電性の絶縁膜、一例として、Ｐｂ2Ｔｉ2Ｏ7とＰｂ2Ｚｒ2Ｏ7の混合物）により構成されていても良い。 Of the insulating layers 21b and 21d in the wiring 21, the insulating layer 21d disposed in a portion other than the deforming portion 9B has the same configuration as the PZT film of the piezoelectric element, and is configured by a PZT film having a thickness of 3 μm. Has been. On the other hand, the insulating layer 21b located in the deformed portion 9B is made of a material obtained by removing piezoelectricity from PZT and has a thickness of 3 μm (see FIG. 4). Specifically, the insulating layer 21b is formed of, for example, a material obtained by removing lead from PZT by laser annealing (a non-piezoelectric insulating film that is not a perovskite phase, for example, Pb 2 Ti 2 O 7 and Pb 2 Zr 2 O 7 mixture).
また、左右の第１の駆動部９に配され、第２の駆動部１３に繋がる配線４０も、配線２１と同様の構成を有している。すなわち、配線４０は、配線２１と同様、圧電素子３３の下部電極３９に繋がる下部配線４０ｃ、絶縁層４０ｂ、及び、圧電素子３３の上部電極３５に繋がる上部配線４０ａからなる多層構造を有している。そして、配線４０のうち、変形部９Ｂ以外の部位に配された部分の絶縁層４０ｂはＰＺＴ膜として構成されており、変形部９Ｂに配された部分の絶縁層４０ｂは、ＰＺＴから圧電性を除去することで得られた物質により構成されている。 Further, the wiring 40 arranged in the left and right first driving units 9 and connected to the second driving unit 13 has the same configuration as the wiring 21. That is, the wiring 40 has a multilayer structure including the lower wiring 40 c connected to the lower electrode 39 of the piezoelectric element 33, the insulating layer 40 b, and the upper wiring 40 a connected to the upper electrode 35 of the piezoelectric element 33, similar to the wiring 21. Yes. In the wiring 40, a portion of the insulating layer 40b disposed in a portion other than the deforming portion 9B is configured as a PZT film, and a portion of the insulating layer 40b disposed in the deforming portion 9B is piezoelectric from PZT. It is comprised by the substance obtained by removing.
［製造方法について］
第１実施形態の光走査装置１は、以下の方法で製造することができる。まず、Ｓｉからなる厚さ３５０μｍの支持層、ＳｉＯ２からなる厚さ２μｍの中間酸化膜、及びＳｉからなる厚さ１０μｍの活性層を積層したＳＯＩウエハを用意する。
[Production method]
The optical scanning device 1 of the first embodiment can be manufactured by the following method. First, an SOI wafer is prepared by laminating a support layer made of Si having a thickness of 350 μm, an intermediate oxide film made of SiO 2 having a thickness of 2 μm, and an active layer made of Si having a thickness of 10 μm.
次に、第１〜第３の駆動部９，１３，１４における圧電素子を構成する下部電極とＰＺＴ膜を、ＳＯＩウエハの片面に順次製膜し、所定の形状にエッチングする。次に、これらの圧電素子を構成する上部電極を製膜し、所定の形状にエッチングする。なお、これらの薄膜が形成されたＳＯＩウエハの面を表面（又は上面）とも記載する。 Next, the lower electrode and the PZT film constituting the piezoelectric elements in the first to third driving units 9, 13, and 14 are sequentially formed on one surface of the SOI wafer and etched into a predetermined shape. Next, the upper electrodes constituting these piezoelectric elements are formed and etched into a predetermined shape. Note that the surface of the SOI wafer on which these thin films are formed is also referred to as a surface (or upper surface).
これらのエッチングで、配線２１，４０，５３と、端子２４，４３，５５も形成するが、配線２１，４０を形成する際には、上部電極の形成前に、ＰＺＴ膜のうち、変形部９Ｂに配される部分に対してレーザーアニールを行う。これにより、当該部分から鉛を除去し、当該部分を、ペロブスカイト相ではない非圧電性の絶縁膜（一例として、Ｐｂ2Ｔｉ2Ｏ7とＰｂ2Ｚｒ2Ｏ7の混合物）とする。 By these etchings, the wirings 21, 40, 53 and the terminals 24, 43, 55 are also formed. When forming the wirings 21, 40, the deformed portion 9B of the PZT film is formed before the formation of the upper electrode. Laser annealing is performed on the portion disposed on the substrate. Thereby, lead is removed from the portion, and the portion is made into a non-piezoelectric insulating film (for example, a mixture of Pb 2 Ti 2 O 7 and Pb 2 Zr 2 O 7 ) that is not a perovskite phase.
次に、第３の駆動部１４を構成する圧電素子の上に、反射面１９を製膜する。
次に、このＳＯＩウエハを選択的にエッチングすることで、支持部５と、基板３１，４５と、接続部９Ａと、外周部１０と、反射部内梁部材１２と、内周部１１とを含む一体の部材を形成する。
Next, the reflecting surface 19 is formed on the piezoelectric element constituting the third driving unit 14.
Next, by selectively etching the SOI wafer, the support portion 5, the substrates 31, 45, the connection portion 9A, the outer peripheral portion 10, the reflecting portion inner beam member 12, and the inner peripheral portion 11 are included. An integral member is formed.
このとき、図２に示すように、支持部５、内周部１１の一部、及び外周部１０は、支持層２０１、中間酸化膜２０３、及び活性層２０５を有する。一方、基板３１，４５と、反射部内梁部材１２と、内周部１１の一部は、活性層２０５からなる。 At this time, as shown in FIG. 2, the support portion 5, a part of the inner peripheral portion 11, and the outer peripheral portion 10 have a support layer 201, an intermediate oxide film 203, and an active layer 205. On the other hand, the substrates 31 and 45, the reflecting portion inner beam member 12, and a part of the inner peripheral portion 11 are made of the active layer 205.
［動作について］
図１に基づき、光走査装置１の動作について説明する。一対の端子５５に、それぞれ第１駆動信号源１０１を接続し、６０Ｈｚの駆動信号Ｓ１を印加する。駆動信号Ｓ１により、第１の駆動部９における圧電素子４７，４９が屈曲し、接続部９Ａが、図１の紙面の正面に向かって移動する。反射部３の上端３Ａは第１の駆動部９の接続部９Ａに接続しているので、第１の駆動部９の上述した屈曲により、反射部３の上端３Ａは、図１における紙面における正面に向かって変位する。
[About operation]
The operation of the optical scanning device 1 will be described with reference to FIG. The first drive signal source 101 is connected to each of the pair of terminals 55, and a drive signal S1 of 60 Hz is applied. Due to the drive signal S1, the piezoelectric elements 47 and 49 in the first drive unit 9 are bent, and the connection unit 9A moves toward the front of the paper surface of FIG. Since the upper end 3A of the reflection unit 3 is connected to the connection unit 9A of the first drive unit 9, the upper end 3A of the reflection unit 3 is the front surface of the drawing in FIG. Displace towards
その結果、反射部３が、Ａ軸２０に直交するＢ軸１８を中心軸とする曲げ振動を行う。この振動は非共振振動である。
また、一対の端子４３のうちの一方に、第２駆動信号源１０３を直接接続すると共に、他方の端子４３に、位相反転回路１０５を介して第２駆動信号源１０３を接続する。この結果、一対の端子４３のうちの一方には、３０ｋＨｚの駆動信号Ｓ２が印加され、他方の端子４３には、駆動信号Ｓ２とは逆位相の駆動信号Ｓ３が印加される。
As a result, the reflecting portion 3 performs bending vibration with the B axis 18 orthogonal to the A axis 20 as the central axis. This vibration is non-resonant vibration.
Further, the second drive signal source 103 is directly connected to one of the pair of terminals 43, and the second drive signal source 103 is connected to the other terminal 43 via the phase inversion circuit 105. As a result, a drive signal S2 of 30 kHz is applied to one of the pair of terminals 43, and a drive signal S3 having a phase opposite to that of the drive signal S2 is applied to the other terminal 43.
駆動信号Ｓ２，Ｓ３により、第２の駆動部１３は、駆動部材２６，２９の左右方向の中央が上方に移動し、且つ、駆動部材２７，２８の左右方向の中央が下方に移動した状態と、駆動部材２６，２９の左右方向の中央が下方に移動し、且つ、駆動部材２７，２８の左右方向の中央が上方に移動した状態とに、交互に変位する。これにより、内周部１１に、反射部内梁部材１２（Ａ軸２０）を中心軸とする曲げ振動を行わせる。この振動は共振振動である。 Due to the drive signals S2 and S3, the second drive unit 13 is in a state where the left and right centers of the drive members 26 and 29 are moved upward and the left and right centers of the drive members 27 and 28 are moved downward. The left and right centers of the drive members 26 and 29 are moved downward and the left and right centers of the drive members 27 and 28 are moved upward alternately. This causes the inner peripheral portion 11 to perform bending vibration with the reflecting portion inner beam member 12 (A axis 20) as the central axis. This vibration is a resonance vibration.
さらに、焦点制御回路１０６からの駆動信号Ｓ４が端子２４に印可され、駆動信号Ｓ４により、第３の駆動部１４が屈曲変形し、これに伴い反射面１９も屈曲変形する。これにより、反射面１９から反射された光ビームの焦点が調整される。 Further, the drive signal S4 from the focus control circuit 106 is applied to the terminal 24, and the third drive unit 14 is bent and deformed by the drive signal S4, and the reflecting surface 19 is also bent and deformed accordingly. Thereby, the focus of the light beam reflected from the reflecting surface 19 is adjusted.
このように、反射部３の内周部１１に設けられた反射面１９は、Ａ軸２０及びＢ軸１８のそれぞれについて揺動可能であると共に、その焦点を調整可能である。このため、反射面１９で反射した光ビームを３次元に走査できる。 As described above, the reflection surface 19 provided on the inner peripheral portion 11 of the reflection portion 3 can swing about each of the A axis 20 and the B axis 18 and can adjust the focal point thereof. For this reason, the light beam reflected by the reflecting surface 19 can be scanned three-dimensionally.
［第２実施形態］
［構成の説明］
第２実施形態の光走査装置１は、第１実施形態の光走査装置１と同様の構成を有しているが、第２の駆動部１３に繋がる配線４１や、第３の駆動部１４に繋がる配線２２の配置位置や構成等が異なっている（図５参照）。
[Second Embodiment]
[Description of configuration]
The optical scanning device 1 of the second embodiment has the same configuration as that of the optical scanning device 1 of the first embodiment, but the wiring 41 connected to the second driving unit 13 and the third driving unit 14 are connected. The arrangement position, configuration, and the like of the interconnecting wires 22 are different (see FIG. 5).
第１実施形態と同様、配線２２は、上側の反射部内梁部材１２、上側の第２の駆動部１３を構成する基板３１、接続部９Ａ、及び、右側の第１の駆動部９を構成する基板４５の上を通り、端子２４に至る。配線２２は、第１，第２配線から構成されており、これらの配線は、これらの部位における配線２２の配置領域に並んで配される。なお、ここでの上下左右は、図５における上下左右を意味し、光走査装置１を使用する状態での上下左右とは必ずしも一致しない。 Similar to the first embodiment, the wiring 22 constitutes the upper reflecting portion inner beam member 12, the substrate 31 constituting the upper second driving portion 13, the connecting portion 9 </ b> A, and the right first driving portion 9. It passes over the substrate 45 and reaches the terminal 24. The wiring 22 is composed of first and second wirings, and these wirings are arranged side by side in the arrangement region of the wiring 22 in these parts. Note that the upper, lower, left, and right in this case mean the upper, lower, left, and right in FIG. 5 and do not necessarily match the upper, lower, left, and right in the state where the optical scanning device 1 is used.
第１配線は、第３の駆動部１４における上部電極１７に繋がっており、第２配線は、下部電極１５に繋がっている。また、第１，第２配線は、非圧電性の導体により構成されている。 The first wiring is connected to the upper electrode 17 in the third driving unit 14, and the second wiring is connected to the lower electrode 15. Further, the first and second wirings are constituted by non-piezoelectric conductors.
また、配線２２のうち、第１の駆動部９に配された部分は、圧電素子４７に覆われた状態で配される（換言すれば、配線２２は、右側の第１の駆動部９における内側に位置する圧電素子４７の下を通って端子２４に至る）。 Further, the portion of the wiring 22 that is disposed on the first driving unit 9 is disposed in a state of being covered with the piezoelectric element 47 (in other words, the wiring 22 is connected to the first driving unit 9 on the right side. And passes under the piezoelectric element 47 located on the inner side to reach the terminal 24).
すなわち、基板４５における圧電素子４７の配置領域には、第１配線２２ａと第２配線２２ｂが配され、第１配線２２ａ、及び、第２配線２２ｂを覆った状態で絶縁膜４６が積層されている。そして、絶縁膜４６の上に、圧電素子４７が積層されている（図６参照）。第１配線２２ａ及び第２配線２２ｂは、絶縁膜４６により、圧電素子４７の下部電極４７ｃと絶縁された状態になる。なお、絶縁膜４６は、例えば、ＳｉＯ2により構成されていても良い。 That is, the first wiring 22a and the second wiring 22b are arranged in the arrangement region of the piezoelectric element 47 on the substrate 45, and the insulating film 46 is laminated so as to cover the first wiring 22a and the second wiring 22b. Yes. A piezoelectric element 47 is laminated on the insulating film 46 (see FIG. 6). The first wiring 22 a and the second wiring 22 b are insulated from the lower electrode 47 c of the piezoelectric element 47 by the insulating film 46. The insulating film 46 may be made of, for example, SiO 2 .
一方、配線４１は、第１実施形態と同様、接続部９Ａ、及び、基板４５の上を通り、端子４３に至る。配線４１は、配線２２と同様、第２の駆動部１３を構成する圧電素子３３の上部電極３５に繋がる第１配線４１ａと、下部電極３９に繋がる第２配線４１ｂとから構成されており、第１，第２配線４１ａ，４１ｂは、配線４１の配置領域に並んで配される。また、この第１，第２配線４１ａ，４１ｂは、配線２２と同様、非圧電性の導体により構成されており、絶縁膜４６に覆われた状態となっている。 On the other hand, the wiring 41 passes over the connection portion 9A and the substrate 45 and reaches the terminal 43 as in the first embodiment. Similar to the wiring 22, the wiring 41 includes a first wiring 41 a that is connected to the upper electrode 35 of the piezoelectric element 33 that constitutes the second drive unit 13, and a second wiring 41 b that is connected to the lower electrode 39. The first and second wirings 41 a and 41 b are arranged side by side in the wiring 41 arrangement region. The first and second wirings 41 a and 41 b are made of a non-piezoelectric conductor like the wiring 22 and are covered with the insulating film 46.
［製造方法について］
第２実施形態の光走査装置１は、以下の方法で製造することができる。まず、第１実施形態と同様のＳＯＩウエハを用意する。
[Production method]
The optical scanning device 1 of the second embodiment can be manufactured by the following method. First, an SOI wafer similar to that of the first embodiment is prepared.
次に、配線２２，４１を形成する。具体的には、例えば、ＳＯＩウエハの表面における第１，第２配線の配置領域に不純物拡散を行うことで、配線２２，４１を形成しても良い。こうすることにより、製造プロセスを簡易的にすることができる。 Next, wirings 22 and 41 are formed. Specifically, for example, the wirings 22 and 41 may be formed by performing impurity diffusion in the arrangement region of the first and second wirings on the surface of the SOI wafer. By doing so, the manufacturing process can be simplified.
また、例えば、エッチングによりＳＯＩウエハの表面における第１，第２配線の配置領域に溝部を形成した後、これらの溝部に金属膜を製膜することで、配線２２，４１を形成しても良い。こうすることにより、不純物拡散により配線２２，４１を形成する場合に比べ、抵抗を低くすることができる。 Further, for example, after forming groove portions in the arrangement region of the first and second wirings on the surface of the SOI wafer by etching, the wirings 22 and 41 may be formed by forming a metal film in these groove portions. . By doing so, the resistance can be lowered as compared with the case where the wirings 22 and 41 are formed by impurity diffusion.
次に、右側の第１の駆動部９を構成する基板４５（配線２２が配される基板４５）の表面に、絶縁膜４６を製膜する。
次に、第１〜第３の駆動部９，１３，１４における圧電素子を構成する下部電極とＰＺＴ膜を、ＳＯＩウエハの片面に順次製膜し、所定の形状にエッチングする。なお、右側の第１の駆動部９を構成する下部電極とＰＺＴ膜は、絶縁膜４６の上に製膜される。
Next, the insulating film 46 is formed on the surface of the substrate 45 (the substrate 45 on which the wiring 22 is arranged) constituting the first driving unit 9 on the right side.
Next, the lower electrode and the PZT film constituting the piezoelectric elements in the first to third driving units 9, 13, and 14 are sequentially formed on one surface of the SOI wafer and etched into a predetermined shape. The lower electrode and the PZT film constituting the first drive unit 9 on the right side are formed on the insulating film 46.
次に、上部電極１７及び第１配線２２ａ、上部電極３５及び第１配線４１ａが、下部電極１５，３９と接触しないよう、図示しない絶縁膜を製膜し、これを所定の形状にエッチングする。 Next, an insulating film (not shown) is formed so that the upper electrode 17 and the first wiring 22a, the upper electrode 35 and the first wiring 41a do not contact the lower electrodes 15 and 39, and this is etched into a predetermined shape.
次に、第１〜第３の駆動部９，１３，１４における圧電素子を構成する上部電極を製膜し、所定の形状にエッチングする。これにより、第１〜第３の駆動部９，１３，１４における圧電素子と、配線５３と、端子２４，４３，５５が形成される。 Next, the upper electrode constituting the piezoelectric element in the first to third driving units 9, 13, and 14 is formed and etched into a predetermined shape. Thereby, the piezoelectric elements, the wiring 53, and the terminals 24, 43, and 55 in the first to third driving units 9, 13, and 14 are formed.
次に、第３の駆動部１４を構成する圧電素子の上に、反射面１９を製膜する。
次に、このＳＯＩウエハを選択的にエッチングすることで、支持部５と、基板３１，４５と、接続部９Ａと、外周部１０と、反射部内梁部材１２と、内周部１１とを含む一体の部材を形成する。
Next, the reflecting surface 19 is formed on the piezoelectric element constituting the third driving unit 14.
Next, by selectively etching the SOI wafer, the support portion 5, the substrates 31, 45, the connection portion 9A, the outer peripheral portion 10, the reflecting portion inner beam member 12, and the inner peripheral portion 11 are included. An integral member is formed.
このとき、第１実施形態と同様、支持部５、内周部１１の一部、及び外周部１０は、支持層２０１、中間酸化膜２０３、及び活性層２０５を有する。一方、基板３１，４５と、反射部内梁部材１２と、内周部１１の一部は、活性層２０５からなる。 At this time, as in the first embodiment, the support portion 5, a part of the inner peripheral portion 11, and the outer peripheral portion 10 include the support layer 201, the intermediate oxide film 203, and the active layer 205. On the other hand, the substrates 31 and 45, the reflecting portion inner beam member 12, and a part of the inner peripheral portion 11 are made of the active layer 205.
［動作について］
第２実施形態の光走査装置１もまた、第１実施形態と同様、端子５５に６０Ｈｚの駆動信号Ｓ１が印可されると共に、一対の端子４３の各々に３０ｋＨｚの駆動信号Ｓ２，Ｓ３が印加され、さらに、端子２４には、駆動信号Ｓ４が印可される（図５参照）。
[About operation]
Similarly to the first embodiment, the optical scanning device 1 of the second embodiment also applies the 60 Hz drive signal S1 to the terminal 55, and the 30 kHz drive signals S2 and S3 to each of the pair of terminals 43. Furthermore, the drive signal S4 is applied to the terminal 24 (see FIG. 5).
このため、第１実施形態と同様、反射部３がＢ軸１８を中心軸とする曲げ振動を行うと共に、内周部１１がＡ軸２０を中心軸とする曲げ振動を行い、さらに、第３の駆動部１４が屈曲変形し、反射面１９から反射された光ビームの焦点が調整される。このため、反射面１９で反射した光ビームを３次元に走査できる。 For this reason, as in the first embodiment, the reflecting portion 3 performs bending vibration with the B axis 18 as the central axis, the inner peripheral portion 11 performs bending vibration with the A axis 20 as the central axis, and the third portion. The driving unit 14 is bent and deformed, and the focus of the light beam reflected from the reflecting surface 19 is adjusted. For this reason, the light beam reflected by the reflecting surface 19 can be scanned three-dimensionally.
［第３実施形態］
［構成の説明］
第３実施形態の光走査装置１は、第１実施形態と同様の反射部３や、一対の第１の駆動部９や、第２の駆動部１３に繋がる配線４２等を備えている。しかし、第３実施形態の光走査装置１は、一対の梁部材７を備えている点や、支持部５の構成や、第３の駆動部１４に繋がる配線２３の構成や配置位置等において第１実施形態と相違している（図７参照）。
[Third Embodiment]
[Description of configuration]
The optical scanning device 1 according to the third embodiment includes a reflection unit 3 similar to that of the first embodiment, a pair of first drive units 9, wirings 42 connected to the second drive unit 13, and the like. However, the optical scanning device 1 according to the third embodiment is different in that it includes a pair of beam members 7, the configuration of the support unit 5, the configuration and arrangement position of the wiring 23 connected to the third drive unit 14, and the like. This is different from the first embodiment (see FIG. 7).
梁部材７は棒状の部材であり、Ｂ軸１８上に配置されている。また、反射部３における外周部１０は、その外側の両端において、一対の梁部材７に接続している。
支持部５は、第１実施形態と同様、矩形の枠であり、その枠内に、反射部３、及び一対の第１の駆動部９が配置されている。しかし、支持部５は、その内側において、一対の突出部５Ａ，５Ｂを有しており、この点において第１実施形態と相違する。突出部５Ａ，５Ｂは、反射部３を両側から挟むように配置されている。一対の梁部材７は、それぞれ、上述したとおり、一端において外周部１０に接続しているが、その反対側の端部において、突出部５Ａ，５Ｂに接続している。よって、突出部５Ａ，５Ｂは、一対の梁部材７を介して反射部３を支持する。
The beam member 7 is a rod-shaped member and is disposed on the B-axis 18. Moreover, the outer peripheral part 10 in the reflection part 3 is connected to a pair of beam members 7 at both outer ends.
The support portion 5 is a rectangular frame as in the first embodiment, and the reflection portion 3 and the pair of first drive portions 9 are disposed in the frame. However, the support part 5 has a pair of protrusion parts 5A and 5B on the inner side thereof, and is different from the first embodiment in this respect. The protruding portions 5A and 5B are arranged so as to sandwich the reflecting portion 3 from both sides. Each of the pair of beam members 7 is connected to the outer peripheral portion 10 at one end as described above, but is connected to the protruding portions 5A and 5B at the opposite end. Therefore, the protruding portions 5A and 5B support the reflecting portion 3 via the pair of beam members 7.
また、第３の駆動部１４は、配線２３により、支持部５に形成された端子２４に電気的に接続されている。配線２３は、下側の反射部内梁部材１２、下側の第２の駆動部１３を構成する基板３１、右側の梁部材７、及び、突出部５Ｂの上を通り、端子２４に至る。なお、ここでの上下左右は、図７における上下左右を意味し、光走査装置１を使用する状態での上下左右とは必ずしも一致しない。 In addition, the third drive unit 14 is electrically connected to a terminal 24 formed on the support unit 5 by a wiring 23. The wiring 23 passes over the lower reflecting portion inner beam member 12, the substrate 31 constituting the lower second driving portion 13, the right beam member 7, and the protruding portion 5 </ b> B to reach the terminal 24. Note that the upper, lower, left, and right in this case mean the upper, lower, left, and right in FIG. 7 and do not necessarily coincide with the upper, lower, left, and right in the state where the optical scanning device 1 is used.
配線２３は、下部配線と絶縁層と上部配線とからなる多層構造となっている。下部配線は第３の駆動部１４における下部電極１５に、上部配線は第３の駆動部１４における上部電極１７に繋がっている。配線２３は、第１実施形態の配線２１における変形部９Ｂ以外の部位に配置された部分と同様に構成されている。すなわち、下部配線及び上部配線は、圧電素子の下部電極及び上部電極と同様、厚さ０．２μｍのＰｔ膜と厚さ０．１μｍのＴｉ膜とを積層して形成される。また、絶縁層は、圧電素子のＰＺＴ膜と同様、厚さ３μｍのＰＺＴの膜により構成されている。 The wiring 23 has a multilayer structure including a lower wiring, an insulating layer, and an upper wiring. The lower wiring is connected to the lower electrode 15 in the third driving unit 14, and the upper wiring is connected to the upper electrode 17 in the third driving unit 14. The wiring 23 is configured in the same manner as a portion arranged in a portion other than the deforming portion 9B in the wiring 21 of the first embodiment. That is, the lower wiring and the upper wiring are formed by laminating a Pt film having a thickness of 0.2 μm and a Ti film having a thickness of 0.1 μm, like the lower electrode and the upper electrode of the piezoelectric element. The insulating layer is formed of a PZT film having a thickness of 3 μm, like the PZT film of the piezoelectric element.
一方、第２の駆動部１３に繋がる配線４２は、第１実施形態と同様に構成されている。
［製造方法について］
第３実施形態の光走査装置１は、以下の方法で製造することができる。まず、第１実施形態と同様のＳＯＩウエハを用意する。
On the other hand, the wiring 42 connected to the second drive unit 13 is configured in the same manner as in the first embodiment.
[Production method]
The optical scanning device 1 of the third embodiment can be manufactured by the following method. First, an SOI wafer similar to that of the first embodiment is prepared.
次に、第１〜第３の駆動部９，１３，１４における圧電素子を、ＳＯＩウエハの表面に製膜する。
次に、第１〜第３の駆動部９，１３，１４における圧電素子を構成する下部電極とＰＺＴ膜を、ＳＯＩウエハの片面に順次製膜し、所定の形状にエッチングする。次に、これらの圧電素子を構成する上部電極を製膜し、所定の形状にエッチングする。
Next, the piezoelectric elements in the first to third driving units 9, 13, and 14 are formed on the surface of the SOI wafer.
Next, the lower electrode and the PZT film constituting the piezoelectric elements in the first to third driving units 9, 13, and 14 are sequentially formed on one surface of the SOI wafer and etched into a predetermined shape. Next, the upper electrodes constituting these piezoelectric elements are formed and etched into a predetermined shape.
これらのエッチングで、配線２３，４２，５３と、端子２４，４３，５５も形成するが、配線４２を形成する際には、第１実施形態と同様、上部電極の形成前に、ＰＺＴ膜のうち、変形部９Ｂに配される部分に対してレーザーアニールを行う。これにより、当該部分を、ペロブスカイト相ではない非圧電性の絶縁膜（一例として、Ｐｂ2Ｔｉ2Ｏ7とＰｂ2Ｚｒ2Ｏ7の混合物）とする。 By these etchings, the wirings 23, 42, 53 and the terminals 24, 43, 55 are also formed. However, when forming the wirings 42, the PZT film is formed before the formation of the upper electrode, as in the first embodiment. Of these, laser annealing is performed on the portion disposed in the deformed portion 9B. Thus, the portion is made into a non-piezoelectric insulating film that is not a perovskite phase (for example, a mixture of Pb 2 Ti 2 O 7 and Pb 2 Zr 2 O 7 ).
次に、第３の駆動部１４を構成する圧電素子の上に、反射面１９を製膜する。
次に、このＳＯＩウエハを選択的にエッチングすることで、支持部５（突出部５Ａ，５Ｂを含む）、梁部材７、第１，第２の駆動部９，１３を構成する基板、接続部９Ａ、外周部１０、反射部内梁部材１２、及び内周部１１を含む一体の部材を形成する。
Next, the reflecting surface 19 is formed on the piezoelectric element constituting the third driving unit 14.
Next, by selectively etching this SOI wafer, the support portion 5 (including the protruding portions 5A and 5B), the beam member 7, the substrate constituting the first and second drive portions 9 and 13, and the connection portion 9A, the outer peripheral part 10, the reflection part inner beam member 12, and the integral peripheral part 11 are formed.
このとき、支持部５、内周部１１の一部、及び外周部１０は、支持層２０１、中間酸化膜２０３、及び活性層２０５を有する。一方、梁部材７、上記基板、接続部９Ａ、反射部内梁部材１２、及び内周部１１の一部は活性層２０５からなる。 At this time, the support portion 5, a part of the inner peripheral portion 11, and the outer peripheral portion 10 include the support layer 201, the intermediate oxide film 203, and the active layer 205. On the other hand, the beam member 7, the substrate, the connection portion 9 </ b> A, the reflection portion inner beam member 12, and a part of the inner peripheral portion 11 are formed of the active layer 205.
［動作の説明］
図７に基づき、光走査装置１の動作について説明する。一対の端子５５に、それぞれ第１駆動信号源１０１を接続し、第１実施形態と同様、６０Ｈｚの駆動信号Ｓ１を印加する。駆動信号Ｓ１により、第１の駆動部９における圧電素子４７，４９が屈曲し、接続部９Ａが、図７の紙面の正面に向かって移動する。反射部３の上端３Ａは第１の駆動部９の接続部９Ａに接続しているので、第１の駆動部９の上述した屈曲により、反射部３の上端３Ａは、図７における紙面における正面に向かって変位する。
[Description of operation]
The operation of the optical scanning device 1 will be described based on FIG. The first drive signal source 101 is connected to each of the pair of terminals 55, and the 60 Hz drive signal S1 is applied as in the first embodiment. Due to the drive signal S1, the piezoelectric elements 47 and 49 in the first drive unit 9 are bent, and the connection unit 9A moves toward the front of the paper surface of FIG. Since the upper end 3A of the reflecting portion 3 is connected to the connecting portion 9A of the first driving portion 9, the upper end 3A of the reflecting portion 3 is the front surface of the paper surface in FIG. Displace towards
その結果、反射部３が、梁部材７（Ｂ軸１８）を中心軸とする曲げ振動を行う。この振動は非共振振動である。
また、第１実施形態と同様、第２駆動信号源１０３及び位相反転回路１０５により、一対の端子４３のうちの一方には、３０ｋＨｚの駆動信号Ｓ２を、他方の端子４３には、駆動信号Ｓ２とは逆位相の駆動信号Ｓ３が印加される。これにより、第１実施形態と同様、内周部１１に、Ａ軸２０を中心軸とする曲げ振動が生じる。
As a result, the reflecting portion 3 performs bending vibration with the beam member 7 (B axis 18) as the central axis. This vibration is non-resonant vibration.
Similarly to the first embodiment, the second drive signal source 103 and the phase inverting circuit 105 allow the 30 kHz drive signal S2 to be applied to one of the pair of terminals 43, and the drive signal S2 to be applied to the other terminal 43. A drive signal S3 having an opposite phase to that is applied. Thereby, like the first embodiment, bending vibration with the A axis 20 as the central axis is generated in the inner peripheral portion 11.
さらに、第１実施形態と同様、駆動信号Ｓ４が端子２４に印可され、駆動信号Ｓ４により、第３の駆動部１４が屈曲変形し、反射面１９から反射された光ビームの焦点が調整される。 Further, as in the first embodiment, the drive signal S4 is applied to the terminal 24, the third drive unit 14 is bent and deformed by the drive signal S4, and the focus of the light beam reflected from the reflection surface 19 is adjusted. .
このように、反射部３の内周部１１に設けられた反射面１９は、Ａ軸２０及びＢ軸１８のそれぞれについて揺動可能であると共に、その焦点を調整可能である。このため、反射面１９で反射した光ビームを３次元に走査できる。 As described above, the reflection surface 19 provided on the inner peripheral portion 11 of the reflection portion 3 can swing about each of the A axis 20 and the B axis 18 and can adjust the focal point thereof. For this reason, the light beam reflected by the reflecting surface 19 can be scanned three-dimensionally.
［効果］
第１実施形態の光走査装置１によれば、第２，第３の駆動部１３，１４に繋がる配線２１，４０は、下部配線と非圧電性の絶縁層と上部配線とからなる多層構造となっている。これにより、配線２１，４０の配置領域の面積を低減することができ、光走査装置１を小型化することができる。
[effect]
According to the optical scanning device 1 of the first embodiment, the wirings 21 and 40 connected to the second and third driving units 13 and 14 have a multilayer structure including a lower wiring, a non-piezoelectric insulating layer, and an upper wiring. It has become. Thereby, the area of the arrangement | positioning area | region of the wiring 21 and 40 can be reduced, and the optical scanning device 1 can be reduced in size.
さらに、配線２１，４０における第１の駆動部９の変形部９Ｂに配された部分では、絶縁層は非圧電性となっている。
このため、第２，第３の駆動部１３，１４を構成する圧電素子に電圧を印可しても、配線２１，４０における変形部９Ｂに配された部分が屈曲変形することは無い。したがって、配線２１，４０は、第１の駆動部９を構成する基板４５に配されているものの、変形部９Ｂの変位により行われるＢ軸１８を中心軸とする曲げ振動を妨げることは無く、光ビームの操作軌跡が乱れないようにすることができる。
Furthermore, the insulating layer is non-piezoelectric in the portions of the wirings 21 and 40 that are disposed in the deformed portion 9B of the first drive unit 9.
For this reason, even if a voltage is applied to the piezoelectric elements constituting the second and third drive units 13 and 14, the portions of the wirings 21 and 40 that are disposed in the deformed portion 9 </ b> B do not bend and deform. Therefore, although the wirings 21 and 40 are arranged on the substrate 45 constituting the first driving unit 9, the wirings 21 and 40 do not hinder the bending vibration about the B axis 18 performed by the displacement of the deformation unit 9B. It is possible to prevent the operation trajectory of the light beam from being disturbed.
また、配線２１，４０の下部配線は、圧電素子を構成する下部電極と同時に製膜される。また、配線２１，４０の絶縁層は、圧電素子と同時にＰＺＴ膜を製膜し、さらに、変形部９Ｂに配された部分に対しレーザーアニールを行い、当該部分から鉛を除去することで生成される。また、配線２１，４０の上部配線は、圧電素子を構成する上部電極と同時に絶縁層の上に製膜される。これにより、製造プロセスを簡易的にすることができる。 In addition, the lower wirings of the wirings 21 and 40 are formed simultaneously with the lower electrode constituting the piezoelectric element. The insulating layers of the wirings 21 and 40 are formed by forming a PZT film at the same time as the piezoelectric element, performing laser annealing on the portion disposed in the deformed portion 9B, and removing lead from the portion. The The upper wirings of the wirings 21 and 40 are formed on the insulating layer simultaneously with the upper electrode constituting the piezoelectric element. Thereby, the manufacturing process can be simplified.
また、第２実施形態の光走査装置１によれば、第２，第３の駆動部１３，１４に繋がる配線２２，４１は、非圧電性の導体により構成されているため、第２，第３の駆動部１３，１４に電圧を印可しても、配線２２，４１が屈曲変形することは無い。このため、配線２２，４１は、第１の駆動部９を構成する基板４５に配されているものの、変形部９Ｂの変位により行われるＢ軸１８を中心軸とする曲げ振動を妨げることは無く、光ビームの操作軌跡が乱れないようにすることができる。 Further, according to the optical scanning device 1 of the second embodiment, since the wirings 22 and 41 connected to the second and third driving units 13 and 14 are configured by non-piezoelectric conductors, Even if a voltage is applied to the three driving units 13 and 14, the wirings 22 and 41 are not bent and deformed. For this reason, although the wirings 22 and 41 are arranged on the substrate 45 constituting the first driving unit 9, the wirings 22 and 41 do not hinder the bending vibration with the B axis 18 as the central axis performed by the displacement of the deformation unit 9B. The operation trajectory of the light beam can be prevented from being disturbed.
さらに、配線２２は、右側に配された第１の駆動部９を構成する圧電素子４７に覆われた状態で配されているため、第１の駆動部９を小型化することができる。
また、第３実施形態の光走査装置１によれば、第３の駆動部１４に繋がる端子２４は支持部５に配され、第３の駆動部１４に繋がる配線２３は右側の梁部材７と突出部５Ｂとに配されており、配線２３は、第１の駆動部９を構成する基板４５には配されていない。このため、第３の駆動部１４に電圧を印可しても、変形部９Ｂの変位により行われるＢ軸１８を中心軸とする曲げ振動を妨げることは無く、光ビームの操作軌跡が乱れないようにすることができる。
Furthermore, since the wiring 22 is arranged in a state of being covered with the piezoelectric element 47 that constitutes the first driving unit 9 arranged on the right side, the first driving unit 9 can be downsized.
Further, according to the optical scanning device 1 of the third embodiment, the terminal 24 connected to the third driving unit 14 is arranged on the support unit 5, and the wiring 23 connected to the third driving unit 14 is connected to the right beam member 7. The wirings 23 are not arranged on the substrate 45 constituting the first driving unit 9. For this reason, even when a voltage is applied to the third drive unit 14, the bending vibration about the B axis 18 performed by the displacement of the deformation unit 9B is not disturbed, and the operation locus of the light beam is not disturbed. Can be.
［他の実施形態］
（１）第１，第３実施形態において、第２，第３の駆動部１３，１４に繋がる各配線は、下部配線，絶縁層，上部配線からなる多層構造となっており、これらの配線のうち、第１の駆動部９における変形部９Ｂに位置する部分の絶縁層は、非圧電性の物質により構成されている。
[Other Embodiments]
(1) In the first and third embodiments, each wiring connected to the second and third driving units 13 and 14 has a multilayer structure including a lower wiring, an insulating layer, and an upper wiring. Among these, a portion of the insulating layer located in the deforming portion 9B in the first driving portion 9 is made of a non-piezoelectric material.
しかしながら、これに限らず、これらの配線の全ての区間における絶縁層を、非圧電性の物質により構成しても良いし、変形部９Ｂに位置する配線のうちの一部の区間の絶縁層を、非圧電性の物質により構成しても良い。また、これらの配線は、第２実施形態と同様、上側配線と下側配線を基板上に並べた構成としても良い。このような場合であっても、同様の効果を得ることができる。 However, the present invention is not limited to this, and the insulating layer in all sections of these wirings may be formed of a non-piezoelectric material, or the insulating layer in some sections of the wiring located in the deformed portion 9B. Alternatively, a non-piezoelectric material may be used. Also, these wirings may have a configuration in which the upper wiring and the lower wiring are arranged on the substrate, as in the second embodiment. Even in such a case, the same effect can be obtained.
（２）また、第１実施形態では、第２，第３の駆動部１３，１４に繋がる配線２１，４０の双方が、第１の駆動部９における変形部９Ｂに位置する部分の絶縁層が非圧電性となっている。しかしながら、配線２１，４０の一方についてのみ、変形部９Ｂに位置する部分の絶縁層を非圧電性とし、他方については、当該部分の絶縁層を圧電性のＰＺＴ膜により構成しても良い。このような場合であっても、同様の効果を得ることができる。 (2) Further, in the first embodiment, both the wirings 21 and 40 connected to the second and third drive units 13 and 14 are the insulating layers in the portions where the deformed portions 9B in the first drive unit 9 are located. It is non-piezoelectric. However, for only one of the wirings 21 and 40, the insulating layer in the portion located in the deformed portion 9B may be made non-piezoelectric, and for the other, the insulating layer in the portion may be formed of a piezoelectric PZT film. Even in such a case, the same effect can be obtained.
（３）また、第２実施形態では、第２，第３の駆動部１３，１４に繋がる配線２２，４１の双方が、第１，第２配線を並べた構成となっている。しかしながら、配線４１については、第１実施形態における配線４０と同じ構成としても良い。 (3) Moreover, in 2nd Embodiment, both the wiring 22 and 41 connected to the 2nd, 3rd drive parts 13 and 14 becomes the structure which arranged the 1st, 2nd wiring. However, the wiring 41 may have the same configuration as the wiring 40 in the first embodiment.
また、配線２２は、圧電素子４７に覆われた状態で配されているが、圧電素子４７に隣接して（配線４１と圧電素子４７の間に）配されていても良い。また、左右両側の配線４１は圧電素子４７に隣接して配されているが、配線２２と同様、圧電素子４７に覆われた状態で配されていても良い。 Further, although the wiring 22 is disposed in a state of being covered with the piezoelectric element 47, it may be disposed adjacent to the piezoelectric element 47 (between the wiring 41 and the piezoelectric element 47). Further, although the wirings 41 on both the left and right sides are arranged adjacent to the piezoelectric element 47, the wirings 41 may be arranged so as to be covered with the piezoelectric element 47 like the wiring 22.
このような場合であっても、同様の効果を得ることができる。
（４）また、第３実施形態では、第３の駆動部１４に繋がる配線２３は、第１実施形態の配線２１における変形部９Ｂ以外の部位に配置された部分と同様に構成されている。しかしながら、配線２３（特に、駆動部材２８に隣接して配された部分）は、第１実施形態の配線２１における変形部９Ｂに配置された部分や、第２実施形態の配線２２と同様に構成されていても良い。
Even in such a case, the same effect can be obtained.
(4) Moreover, in 3rd Embodiment, the wiring 23 connected to the 3rd drive part 14 is comprised similarly to the part arrange | positioned in parts other than the deformation | transformation part 9B in the wiring 21 of 1st Embodiment. However, the wiring 23 (particularly, the portion disposed adjacent to the driving member 28) is configured in the same manner as the portion disposed in the deformed portion 9B of the wiring 21 of the first embodiment and the wiring 22 of the second embodiment. May be.
また、第３実施形態では、第２の駆動部１３に繋がる配線４２は、第１実施形態と同様に構成されており、配線４２における第１の駆動部９の変形部９Ｂに配された部分の絶縁層は、ＰＺＴ膜から圧電性を除去して得られた物質により構成されている。 Further, in the third embodiment, the wiring 42 connected to the second drive unit 13 is configured in the same manner as in the first embodiment, and the portion of the wiring 42 disposed on the deformed portion 9B of the first drive unit 9. The insulating layer is made of a material obtained by removing piezoelectricity from the PZT film.
しかしながら、配線４２の絶縁層の当該部分をＰＺＴ膜により構成しても良いし、配線４２の絶縁層を、全てＰＺＴから圧電性を除去して得られた物質により構成しても良い。具体的には、該物質とは、ペロブスカイト相ではない非圧電性の絶縁膜（一例として、Ｐｂ2Ｔｉ2Ｏ7とＰｂ2Ｚｒ2Ｏ7の混合物）であっても良い。また、例えば、右側の配線４２を、右側の梁部材７、及び、突出部５Ｂの上を通り、端子４３に至るように配し、左側の配線４２を、左側の梁部材７、及び、突出部５Ａの上を通り、端子４３に至るように配しても良い。このような場合であっても、同様の効果を得ることができる。 However, the portion of the insulating layer of the wiring 42 may be formed of a PZT film, or the insulating layer of the wiring 42 may be formed of a material obtained by removing all piezoelectricity from PZT. Specifically, the substance may be a non-piezoelectric insulating film that is not a perovskite phase (for example, a mixture of Pb 2 Ti 2 O 7 and Pb 2 Zr 2 O 7 ). Further, for example, the right wiring 42 is arranged so as to pass over the right beam member 7 and the protruding portion 5B to reach the terminal 43, and the left wiring 42 is connected to the left beam member 7 and the protruding portion. It may be arranged so as to pass over the part 5 </ b> A and reach the terminal 43. Even in such a case, the same effect can be obtained.
（５）また、第１〜第３実施形態や、他の実施形態（１）〜（４）の光走査装置１は、反射部３には第２，第３の駆動部１３，１４が設けられているが、これらの駆動部のうちの一方のみを設ける構成としても良い。このような場合であっても、同様の効果を得ることができる。 (5) Further, in the optical scanning device 1 of the first to third embodiments and the other embodiments (1) to (4), the reflection unit 3 includes the second and third driving units 13 and 14. However, only one of these driving units may be provided. Even in such a case, the same effect can be obtained.
［特許請求の範囲との対応］
上記実施形態の説明で用いた用語と、特許請求の範囲の記載に用いた用語との対応を示す。
[Correspondence with Claims]
The correspondence between the terms used in the description of the above embodiment and the terms used in the description of the claims is shown.
第３の駆動部１４及び圧電素子３３が第１の圧電素子の一例に、第３の駆動部１４がＢ圧電素子の一例に、圧電素子３３がＡ圧電素子の一例に、圧電素子４７，４９が第２の圧電素子の一例に、第１の駆動部９が駆動部の一例に、ＰＺＴ膜３７，４７ｂが圧電膜の一例に、Ｂ軸１８が第１の軸の一例に、Ａ軸２０が第２の軸の一例に相当する。 The third driving unit 14 and the piezoelectric element 33 are examples of the first piezoelectric element, the third driving unit 14 is an example of the B piezoelectric element, the piezoelectric element 33 is an example of the A piezoelectric element, and the piezoelectric elements 47 and 49. Is an example of the second piezoelectric element, the first drive unit 9 is an example of the drive unit, the PZT films 37 and 47b are examples of the piezoelectric film, the B axis 18 is an example of the first axis, and the A axis 20 Corresponds to an example of the second axis.
１…光走査装置、３…反射部、５…支持部、７…梁部材、９…第１の駆動部、１２…反射部内梁部材、１３…第２の駆動部、１４…第３の駆動部、１５…下部電極、１６…ＰＺＴ膜、１７…上部電極、１８…Ｂ軸、１９…反射面、２０…Ａ軸、２１…配線、２２…配線、２３…配線、２４…端子、３３…圧電素子、３５…上部電極、３７…ＰＺＴ膜、３９…下部電極、４０…配線、４１…配線、４２…配線、４７…圧電素子、４９…圧電素子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical scanning device, 3 ... Reflection part, 5 ... Support part, 7 ... Beam member, 9 ... 1st drive part, 12 ... Reflection part inner beam member, 13 ... 2nd drive part, 14 ... 3rd drive , 15 ... lower electrode, 16 ... PZT film, 17 ... upper electrode, 18 ... B-axis, 19 ... reflective surface, 20 ... A-axis, 21 ... wiring, 22 ... wiring, 23 ... wiring, 24 ... terminal, 33 ... Piezoelectric element, 35 ... upper electrode, 37 ... PZT film, 39 ... lower electrode, 40 ... wiring, 41 ... wiring, 42 ... wiring, 47 ... piezoelectric element, 49 ... piezoelectric element.
Claims (4)
基板（４５）と、前記基板に配された第２の圧電素子（４７，４９）とを有し、前記第２の圧電素子の屈曲変形により前記基板を変位させることで、前記反射部の向きを変化させる駆動部（９）と、
前記第１の圧電素子に繋がっており、少なくともその一部が前記基板に配されている配線（２１，４０）と、
を備え、
前記配線は、下部配線（２１ｃ，４０ｃ）と、前記下部配線の上に配された絶縁層（２１ｂ，２１ｄ，４０ｂ）と、前記絶縁層の上に配された上部配線（２１ａ，４０ａ）とから構成されており、
前記基板に配された前記配線のうちの少なくとも一部は、前記絶縁層が非圧電性となっていること、
を特徴とする光走査装置（１）。 A reflecting portion (3) having a reflecting surface (19) for reflecting a light beam and a first piezoelectric element (14, 33) for changing the direction or shape of the reflecting surface;
It has a substrate (45) and second piezoelectric elements (47, 49) arranged on the substrate, and the substrate is displaced by bending deformation of the second piezoelectric element, whereby the orientation of the reflecting portion A drive unit (9) for changing
Wiring (21, 40) connected to the first piezoelectric element, at least part of which is arranged on the substrate;
With
The wiring includes a lower wiring (21c, 40c), an insulating layer (21b, 21d, 40b) disposed on the lower wiring, and an upper wiring (21a, 40a) disposed on the insulating layer. Consists of
At least a portion of the wiring disposed on the substrate has the insulating layer non-piezoelectric;
An optical scanning device (1) characterized by the above.
前記駆動部のうち、前記第２の圧電素子が屈曲変形することで変形する部分を、変形部（９Ｂ）とし、
前記変形部を構成する前記基板に配された前記配線は、前記絶縁層（２１ｄ）が非圧電性となっていること、
を特徴とする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1,
Of the driving unit, a portion that is deformed by bending and deforming the second piezoelectric element is defined as a deforming unit (9B).
In the wiring arranged on the substrate constituting the deforming portion, the insulating layer (21d) is non-piezoelectric,
An optical scanning device characterized by the above.
前記圧電素子は、下部電極（３９，４７ｃ）と、前記下部電極の上に配された圧電膜（３７，４７ｂ）と、前記圧電膜の上に配された上部電極（３５，４７ａ）とから構成されており、
非圧電性の前記絶縁層は、前記圧電膜をなす物質から圧電性を除去して得られた物質により構成されていること、
を特徴とする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1 or 2,
The piezoelectric element includes a lower electrode (39, 47c), a piezoelectric film (37, 47b) disposed on the lower electrode, and an upper electrode (35, 47a) disposed on the piezoelectric film. Configured,
The non-piezoelectric insulating layer is made of a material obtained by removing piezoelectricity from the material forming the piezoelectric film;
An optical scanning device characterized by the above.
前記第１の圧電素子として、第２の方向に延びる第２の軸（２０）を中心に前記反射面の傾きを変化させるＡ圧電素子（３３）と、前記反射面の形状を変化させ、前記反射面の焦点を調整するＢ圧電素子（１４）とが設けられており、
前記配線は、前記Ａ圧電素子と前記Ｂ圧電素子とのうちの双方又は一方に繋がっており、
前記駆動部は、前記第２の方向に交差する第１の方向に延びる第１の軸（１８）を中心に前記反射部の傾きを変化させること、
を特徴とする光走査装置。 In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 3 ,
As the first piezoelectric element, an A piezoelectric element (33) for changing the inclination of the reflecting surface around a second axis (20) extending in a second direction, and changing the shape of the reflecting surface, And a B piezoelectric element (14) for adjusting the focal point of the reflecting surface,
The wiring is connected to both or one of the A piezoelectric element and the B piezoelectric element,
The drive unit is configured to change the inclination of the reflection unit around a first axis (18) extending in a first direction intersecting the second direction;
An optical scanning device characterized by the above.
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