JP6737220B2 - Varifocal mirror - Google Patents
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Description
本発明は、圧電膜の圧電効果によって表面曲率を変化させる可変焦点ミラーに関するものである。 The present invention relates to a variable focus mirror that changes a surface curvature by a piezoelectric effect of a piezoelectric film.
従来より、圧電膜の圧電効果を用いて表面曲率を変化させる可変焦点ミラーが知られている（特許文献１参照）。可変焦点ミラーは、シリコン基板等の基板上に下部電極と圧電膜および上部電極を順に形成し、さらに上部電極の上にミラー部を形成した構造とされる。そして、下部電極および上部電極への電圧印加によって圧電膜に対して電圧を印加することで圧電膜を変位させ、ミラー部の表面曲率を変化させる。 Conventionally, a variable focus mirror that changes the surface curvature by using the piezoelectric effect of a piezoelectric film is known (see Patent Document 1). The variable focus mirror has a structure in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially formed on a substrate such as a silicon substrate, and a mirror portion is further formed on the upper electrode. Then, a voltage is applied to the piezoelectric film by applying a voltage to the lower electrode and the upper electrode to displace the piezoelectric film and change the surface curvature of the mirror portion.
このような可変焦点ミラーにおいて、更なる高感度化、つまり印加される電圧に応じた表面曲率の変化の大きさを高めるためには、下地となる基板を薄くすれば良いと考えられる。下地となる基板を薄くすることで、基板の剛性が低下し、より可変焦点ミラーが変位し易くなるためである。 In such a varifocal mirror, it is conceivable that the base substrate should be thinned in order to further improve the sensitivity, that is, to increase the magnitude of the change in the surface curvature depending on the applied voltage. This is because by making the base substrate thinner, the rigidity of the substrate is lowered and the varifocal mirror is more easily displaced.
しかしながら、基板を薄くし過ぎると、圧電膜などの膜応力により、圧電膜に対して電圧印加を行う前の初期状態からミラー部が屈曲した状態となることが確認された。このため、ミラー部の表面曲率が圧電膜への電圧印加のＯＦＦ時からＯＮ時において要求される曲率仕様を満たすことができなくなる。 However, it was confirmed that if the substrate is made too thin, the mirror portion will be bent from the initial state before voltage application to the piezoelectric film due to film stress of the piezoelectric film or the like. For this reason, the surface curvature of the mirror portion cannot satisfy the curvature specification required from when the voltage application to the piezoelectric film is OFF to when it is ON.
本発明は上記点に鑑みて、基板を薄くしても、ミラー部の表面曲率を所望の仕様にすることが可能な可変焦点ミラーを提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a varifocal mirror that allows the surface curvature of the mirror portion to have a desired specification even if the substrate is thin.
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、上面を有すると共にメンブレンを構成する基部（１１）を含む基板（１０）と、基部の上面に形成され、薄膜状の下部電極（１２ａ）と圧電膜（１２ｂ）および薄膜状の上部電極（１２ｃ）とが順に積層されたミラー部（１２）と、基部とミラー部との間に薄膜状の構造として配置され、第１電極部（１３ａ）と第２電極部（１３ｂ）および圧電層（１３ｃ）を有すると共に、第１電極部と第２電極部との間への電圧印加に基づいて、圧電層の圧電効果によって基部の上面に対する水平方向に伸びる力を発生させる応力調整部（１３）と、を備えている。
In order to achieve the above object, in the invention according to
このように、基部とミラー部との間に応力調整部を備え、応力調整部によってミラー部の初期応力を軽減する力を発生させることができる。このため、ミラー部が形成される基板の基部を薄くしても、ミラー部の初期応力を軽減してミラー部の表面曲率を調整することが可能となる。したがって、ミラー部の表面曲率を所望の仕様にすることが可能な可変焦点ミラーとすることが可能となる。 As described above, the stress adjusting portion is provided between the base portion and the mirror portion, and the stress adjusting portion can generate a force for reducing the initial stress of the mirror portion. Therefore, even if the base portion of the substrate on which the mirror portion is formed is made thin, it is possible to reduce the initial stress of the mirror portion and adjust the surface curvature of the mirror portion. Therefore, it becomes possible to provide a varifocal mirror in which the surface curvature of the mirror portion can be set to a desired specification.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。 Note that the reference numerals in parentheses of the above-mentioned means indicate an example of the correspondence relationship with the concrete means described in the embodiments described later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, the same or equivalent portions will be denoted by the same reference numerals for description.
（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。本実施形態の可変焦点ミラーは、例えばＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）技術を用いて形成されるＭＥＭＳスキャナ装置、すなわちマイクロレーザをＭＥＭＳミラーで反射させて障害物の検知を行うレーザスキャナ装置のミラーとして用いられる。以下、本実施形態にかかる可変焦点ミラーについて、図１〜図１０を参照して説明する。なお、図１に示す可変焦点ミラーは、レーザスキャナ装置におけるミラー部を構成する部分であり、実際には可変焦点ミラーの周囲に可変焦点ミラーの支持部や可変焦点ミラーを駆動するための各種駆動部等が備えられることでレーザスキャナ装置が構成されている。
(First embodiment)
The first embodiment will be described. The varifocal mirror of the present embodiment is, for example, a MEMS scanner device formed by using a MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) technique, that is, a laser scanner device that detects an obstacle by reflecting a microlaser with the MEMS mirror. Used as a mirror. Hereinafter, the variable focus mirror according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 10. Note that the varifocal mirror shown in FIG. 1 is a portion that constitutes a mirror portion in the laser scanner device, and in practice, various driving means for driving the varifocal mirror support portion and the varifocal mirror around the varifocal mirror. The laser scanner device is configured by including the units and the like.
図１に示すように、可変焦点ミラー１は、基板１０の上にミラー部１２および応力調整部１３を有する圧電デバイスが形成されることで構成されている。
As shown in FIG. 1, the
基板１０は、デバイス層１０ａ、埋め込み酸化層（以下、ＢＯＸ（Buried Oxideの略）層という）１０ｂ、ハンドル層１０ｃが順に貼り合わされた構造のＳＯＩ（Silicon on Insulatorの略）基板にて構成されている。
The
デバイス層１０ａは例えばＳｉ等で構成され、ＢＯＸ層１０ｂはＳｉＯ2等で構成され、ハンドル層１０ｃはシリコン基板等で構成される。デバイス層１０ａやＢＯＸ層１０ｂおよびハンドル層１０ｃは、可変焦点ミラー１を含むレーザスキャナ装置を構成する各部に対応した形状にパターニングされている。
The
具体的には、可変焦点ミラー１は、レーザスキャナ装置に照射された光ビームを反射させるものであり、基部１１とミラー部１２および応力調整部１３を備えた構成とされている。
Specifically, the
基部１１は、薄肉のメンブレンを構成するものであり、デバイス層１０ａを円形にパターニングすることにより形成された部分である。本実施形態では、デバイス層１０ａのうちの基部１１となる部分のみを図示してある。この基部１１の上面に、ミラー部１２が形成されており、基部１１とミラー部１２との間に応力調整部１３が形成されている。つまり、基部１１の上面に、応力調整部１３とミラー部１２とが順に積層されている。また、ミラー部１２のうち応力調整部１３と反対側の表面が反射面とされ、この反射面で光ビームを反射させられるようになっている。
The
図１に示すように、基部１１の内周部１１ａでは、ハンドル層１０ｃおよびＢＯＸ層１０ｂが除去されている。また、基部１１の外周部１１ｂでは、ハンドル層１０ｃおよびＢＯＸ層１０ｂが残されている。
As shown in FIG. 1, the
基部１１は、平坦面とされた上面を有し、例えば上面形状が円形などとされている。基部１１の内周部１１ａにおける上面に、応力調整部１３およびミラー部１２が積層されており、内周部１１ａよりも外縁側の外周部１１ｂの上面は応力調整部１３およびミラー部１２が形成されていない状態となっている。そして、基部１１のうちの内周部１１ａが、ミラー部１２が屈曲する際に、反射面と共に屈曲させられる。この基部１１が薄くされることで、可変焦点ミラー１の感度を高めている。
The
ミラー部１２は、上面形状が円形状とされ、反射面を球面状に屈曲させることで反射面による反射光の焦点位置を変化させるものであり、下部電極１２ａ、圧電膜１２ｂ、上部電極１２ｃが順に積層された構造の圧電素子により構成されている。
The
下部電極１２ａは、例えばプラチナ（Ｐｔ）や酸化ストロンチウムルテニウム（以下、ＳＲＯという）等の単層膜もしくは複数の積層膜によって構成され、薄膜状の電極とされている。圧電膜１２ｂは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴという）等によって構成されている。上部電極１２ｃは、例えばＰｔ、ＳＲＯによって構成され、薄膜状の電極とされている。なお、上部電極１２ｃの表面が反射面となっていても良いが、上部電極１２ｃの表面に反射面を構成するための膜を別途備えた構造としても良い。
The
下部電極１２ａと上部電極１２ｃは、それぞれ、図示しないが、配線を介して可変焦点ミラー１の制御装置に接続されている。この制御装置により下部電極１２ａおよび上部電極１２ｃに対して電圧印加が行われ、これらの間に電位差が発生させられると、圧電効果により圧電膜１２ｂが変形する。また、これに伴い、圧電膜１２ｂを含むミラー部１２と共に積層構造をなす基部１１および応力調整部１３が屈曲し、反射面が屈曲して、反射光の焦点位置が変化する。
Although not shown, the
応力調整部１３は、ミラー部１２を構成する圧電膜１２ｂなどの膜応力による基部１１の歪みを調整するための膜である。応力調整部１３は、図２に示すように、第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂを備えていると共に、第１電極部１３ａと第２電極部１３ｂとの間に備えられた圧電層１３ｃを備え、全体構造としては薄膜状とされている。
The
第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂは、例えばＰｔ、ＳＲＯによって構成されている。本実施形態の場合、第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂは、共に円環状部１３ａａ、１３ｂａと引出部１３ａｂ、１３ｂｂを備えた構成とされている。第１電極部１３ａについては、更に円形部１３ａｃも備えている。なお、円環状部１３ａａが第１円環状部、円環状部１３ｂａが第２円環状部、引出部１３ａｂが第１引出部、引出部１３ｂｂが第２引出部にそれぞれ相当する。
The
内周部１１ａにおける中心位置に円形部１３ａｃが配置され、その円形部１３ａｃを中心として円環状部１３ｂａと円環状部１３ａａとが交互に同心円状に配置されている。これにより、円形部１３ａｃもしくは円環状部１３ａａと円環状部１３ｂａとが、互いに対向配置させられている。
A circular portion 13ac is arranged at the center position of the inner
引出部１３ａｂと引出部１３ｂｂは、内周部１１ａの中心に対し、互いに径方向の反対方向に引き出されている。引出部１３ａｂは、円形部１３ａｃから図２の上方に向けて引き出され、円環状部１３ａａにも接続されている。引出部１３ｂｂは、円形部１３ａｃから離れた位置において、最も内周側の円環状部１３ｂａより図２の下方に向けて引き出され、それよりも外周側に位置する他の円環状部１３ｂａにも接続されている。
The lead-out portion 13ab and the lead-out portion 13bb are drawn out in directions opposite to each other in the radial direction with respect to the center of the inner
また、円環状部１３ａａのうち引出部１３ｂｂと対応する部分には切欠きが設けられており、円環状部１３ａａが引出部１３ｂｂとは接続されないようになっている。同様に、円環状部１３ｂａのうち引出部１３ａｂと対応する部分には切欠きが設けられており、円環状部１３ｂａが引出部１３ａｂとは接続されないようになっている。 Further, a notch is provided in a portion of the annular portion 13aa corresponding to the lead-out portion 13bb so that the annular portion 13aa is not connected to the lead-out portion 13bb. Similarly, a cutout is provided in a portion of the annular portion 13ba corresponding to the lead-out portion 13ab so that the annular portion 13ba is not connected to the lead-out portion 13ab.
さらに、各引出部１３ａｂ、１３ｂｂは、径方向外側の先端部において、図２に示すように、配線１４ａ、１４ｂにそれぞれ電気的に接続されている。これら配線１４ａ、１４ｂへの印加電圧についても制御装置によって制御可能とされており、第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂに所望の電圧を印加できるようになっている。なお、配線１４ａ、１４ｂについては、図１中には示されていないが、基部１１や後述する中間膜１６などの上に形成されている。
Furthermore, the lead-out portions 13ab and 13bb are electrically connected to the
圧電層１３ｃは、圧電作用を生じる材料、例えばＰＺＴによって構成されている。圧電層１３ｃは、第１電極部１３ａにおける円形部１３ａｃもしくは円環状部１３ａａと円環状部１３ｂａとの間に配置されている。換言すれば、圧電層１３ｃの側面に、第１電極部１３ａにおける円形部１３ａｃもしくは円環状部１３ａａと円環状部１３ｂａとが配置された構造とされている。一般的に、圧電膜は、電界の印加される方向に伸び、その垂直方向に縮む。このため、本実施形態では、圧電層１３ｃは、第１電極部１３ａと第２電極部１３ｂとの間に電圧を印加すると、圧電層１３ｃの側面より電界が加えられることで基部１１の平面方向において伸び、基部１１の法線方向に縮むという力が作用することになる。
The
なお、基部１１と応力調整部１３との間と、応力調整部１３とミラー部１２との間には、それぞれ絶縁膜で構成された下地膜１５や中間膜１６が配置されており、それぞれの間の絶縁が図られている。
A
以上のようにして、本実施形態にかかる可変焦点ミラー１が構成されている。続いて、このように構成された可変焦点ミラー１の作動メカニズムなどについて説明する。
The
まず、本実施形態の可変焦点ミラー１の作動メカニズムを説明するのに先立ち、応力調整部１３を形成していない従来構造の場合の応力の加わり方について図３を参照して説明する。
First, before explaining the operation mechanism of the
図３に示すように、応力調整部１３を備えていない構造の場合、ミラー部１２を構成する圧電膜１２ｂなどの膜応力により、下部電極１２ａと上部電極１２ｃとの間に電圧印加を行っていないときでも応力が発生した状態となっている。具体的には、図中矢印で示したように、圧電膜１２ｂ等のミラー部１２の構成膜に対し、初期応力として平面方向に縮む力が加わる。このため、ミラー部１２の初期応力によって、基部１１およびミラー部１２は、中央部の方が外周部よりも凹んだ形状、つまりミラー部１２が凹面鏡のような形状となってしまう。
As shown in FIG. 3, in the case of the structure that does not include the
通常、下部電極１２ａと上部電極１２ｃとの間に所望の電圧を印加することで、圧電膜１２ｂに対して、厚み方向に広がり、平面方向に縮む力を加えることでミラー部１２を凹面とする。ところが、上記したように、下部電極１２ａと上部電極１２ｃとの間に電圧印加を行う前からミラー部１２が凹面となってしまい、ミラー部１２の表面曲率が圧電膜１２ｂへの電圧印加のＯＦＦ時からＯＮ時において要求される曲率仕様を満たすことができなくなる。
Normally, by applying a desired voltage between the
これに対して、本実施形態にかかる可変焦点ミラー１では、応力調整部１３において、第１電極部１３ａと第２電極部１３ｂとの間に電圧を印加すると、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、圧電層１３ｃが基部１１の平面方向において伸び、基部１１の法線方向に縮むという動作を行う。このため、応力調整部１３に作用する力に基づいて、ミラー部１２の初期応力をキャンセルすることが可能になり、基部１１とミラー部１２および応力調整部１３が平坦面となるようにすることができる。なお、図４（ａ）および後述する図５（ｂ）、（ｃ）においては、応力調整部１３に作用する力を応力調整部１３全体にかかる力としてまとめて矢印を示したが、実際には、図４（ｂ）に示すように、各圧電層１３ｃそれぞれで力が発生させられる。
On the other hand, in the
より詳しくは、ミラー部１２や応力調整部１３への電圧印加の形態として、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す４パターンが挙げられる。なお、図中において、Ｖ１は、下部電極１２ａと上部電極１２ｃとの間の電位差、Ｖ２は、第１電極部１３ａと第２電極部１３ｂとの間の電位差を表している。下部電極１２ａおよび上部電極１２ｃへの電圧印加や第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂへの電圧印加を行ってＶ１、Ｖ２を所望の電位差とするときには、Ｖ１、Ｖ２をＯＮと表現している。また、下部電極１２ａおよび上部電極１２ｃへの電圧印加や第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂへの電圧印加を行わずＶ１、Ｖ２に所望の電位差を発生させていないときには、Ｖ１、Ｖ２をＯＦＦと表現している。
More specifically, as a mode of voltage application to the
パターン（１）では、Ｖ１＝ＯＦＦ、Ｖ２＝ＯＦＦとする。図５（ａ）に示すように、Ｖ１＝ＯＦＦ、Ｖ２＝ＯＦＦのときには、ミラー部１２の初期応力によって基部１１とミラー部１２および応力調整部１３は、中央部の方が外周部よりも凹んだ形状、つまりミラー部１２が凹面鏡のような形状となる。
In pattern (1), V1=OFF and V2=OFF. As shown in FIG. 5A, when V1=OFF and V2=OFF, the central portion of the
パターン（２）では、Ｖ１＝ＯＦＦ、Ｖ２＝ＯＮとする。図５（ｂ）に示すように、Ｖ１＝ＯＦＦ、Ｖ２＝ＯＮのときには、応力調整部１３における第１電極部１３ａと第２電極部１３ｂとの間に電圧が印加されることになる。このため、圧電層１３ｃに対して、基部１１の平面方向において伸び、基部１１の法線方向に縮むという力が作用する。したがって、ミラー部１２の初期応力を軽減、好ましくはキャンセルして、基部１１とミラー部１２および応力調整部１３が平坦面となるように、もしくは平坦面に近づくようにすることができる。
In pattern (2), V1=OFF and V2=ON. As shown in FIG. 5B, when V1=OFF and V2=ON, a voltage is applied between the
パターン（３）では、Ｖ１＝ＯＮ、Ｖ２＝ＯＮとする。図５（ｃ）に示すように、Ｖ１＝ＯＮ、Ｖ２＝ＯＮのときには、ミラー部１２の初期応力を軽減しつつ、下部電極１２ａと上部電極１２ｃとの間に電圧印加が行われることで、圧電膜１２ｂが変形する。これにより、基部１１とミラー部１２および応力調整部１３が変形し、ミラー部１２の表面曲率が変化して凹面鏡を構成することができる。
In the pattern (3), V1=ON and V2=ON. As shown in FIG. 5C, when V1=ON and V2=ON, voltage is applied between the
パターン（４）では、Ｖ１＝ＯＮ、Ｖ２＝ＯＦＦとする。図５（ｄ）に示すように、Ｖ１＝ＯＮ、Ｖ２＝ＯＦＦのときには、ミラー部１２の初期応力を軽減しないまま、下部電極１２ａと上部電極１２ｃとの間に電圧印加が行われることで、圧電膜１２ｂが変形する。これにより、ミラー部１２の初期応力および圧電効果に基づく圧電膜１２ｂの変形により、基部１１とミラー部１２および応力調整部１３がより大きく変形し、ミラー部１２の表面曲率が大きな凹面鏡を構成することができる。
In pattern (4), V1=ON and V2=OFF. As shown in FIG. 5D, when V1=ON and V2=OFF, voltage is applied between the
このように、パターン（１）〜（４）の４つのパターンを用いることが可能となる。そして、パターン（２）、（３）を用いれば、ミラー部１２が形成される基板１０の基部１１を薄くしても、ミラー部１２の初期応力を軽減してミラー部１２の表面曲率を調整することが可能となる。したがって、ミラー部１２の表面曲率を所望の仕様にすることが可能な可変焦点ミラー１とすることが可能となる。
In this way, it is possible to use the four patterns of patterns (1) to (4). By using the patterns (2) and (3), even if the
また、パターン（２）、（３）のみでなく、他のパターンも組み合わせることでミラー部１２の表面曲率を所望の仕様にすることもできる。
Further, not only the patterns (2) and (3) but also other patterns can be combined to make the surface curvature of the
例えば、図６に示すように、Ｖ２＝ＯＦＦの時の特性とＶ２＝ＯＮの時の特性がそれぞれ２本の実線のように示されたとする。この場合において、それぞれの特性におけるＶ１＝ＯＦＦの時とＶ１＝ＯＮの時、すなわち図中（１）〜（４）の時のミラー部１２の表面曲率が、上記したパターン（１）〜（４）の時の表面曲率と対応する。
For example, as shown in FIG. 6, it is assumed that the characteristics when V2=OFF and the characteristics when V2=ON are respectively shown by two solid lines. In this case, the surface curvatures of the
図６に示すように、下部電極１２ａと上部電極１２ｃとの間の電圧印加を行わない時、つまりＶ１＝ＯＦＦのときの曲率仕様と、これらの間の電圧印加を行う時、つまりＶ１＝ＯＮの時の曲率仕様がある。これらそれぞれの曲率仕様を満たすためには、パターン（２）とパターン（４）を実現する必要がある。
As shown in FIG. 6, when the voltage is not applied between the
このような場合には、図７に示すように、Ｖ１＝ＯＦＦ、Ｖ２＝ＯＮとしてパターン（２）を実現する場合と、Ｖ１＝ＯＮ、Ｖ２＝ＯＦＦとしてパターン（４）を実現する場合を交互に繰り返し行うことで、ミラー部１２の表面曲率を所望の仕様にすることが可能となる。
In such a case, as shown in FIG. 7, the case where the pattern (2) is realized with V1=OFF and V2=ON and the case where the pattern (4) is realized with V1=ON and V2=OFF are alternated. It is possible to set the surface curvature of the
続いて、本実施形態にかかる可変焦点ミラー１の製造方法について図８から図１０を参照して説明する。なお、図８から図１０は、可変焦点ミラー１の製造工程を示した図であるが、各図の（ａ）〜（ｄ）それぞれにおける上図が基部１１の中心位置を通過する場所での断面図、下図が基部１１の法線方向から見た上面レイアウト図である。ただし、図を簡略化するために、基板１０については省略してある。また、可変焦点ミラー１は、上記したようにレーザスキャナ装置等の一部として構成されるものであるが、可変焦点ミラー１の製造工程以外については、従来と同様の工程を行えば良いため、ここでは、可変焦点ミラー１の製造工程についてのみ説明する。
Next, a method of manufacturing the
まず、応力調整部１３の形成工程を行う。図８（ａ）に示すように、基部１１の上面に形成された下地膜１５の上に圧電層１３ｃを成膜する。そして、図示しないマスクを用いて、図８（ｂ）に示すように圧電層１３ｃをパターニングし、第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂの形成予定領域において圧電層１３ｃを除去して複数の溝を形成する。続いて、図８（ｃ）に示すように、複数の溝内を含めて圧電層１３ｃの表面に電極材料２０を成膜したのち、エッチバックなどによって圧電層１３ｃの表面が露出するまで電極材料２０を除去する。これにより、図８（ｄ）に示すように、第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂが形成され、応力調整部１３が形成される。
First, the step of forming the
次に、ミラー部１２の形成工程を行う。図９（ａ）に示すように、応力調整部１３の上に中間膜１６を成膜する。そして、図９（ｂ）に示すように、中間膜１６の上に下部電極１２ａ、圧電膜１２ｂおよび上部電極１２ｃを順に成膜する。この後、図示しないマスクを用いて、図９（ｃ）に示すように上部電極１２ｃ、圧電膜１２ｂおよび下部電極１２ａの不要部分を順に除去するようにパターニングする。さらに、図示しないマスクを用いて、図９（ｄ）に示すように圧電層１３ｃの不要部分を除去するようにパターニングする。このようにして、ミラー部１２が形成される。
Next, the step of forming the
この後、配線１４ａ、１４ｂなどの形成工程を行う。図１０（ａ）に示すように、ミラー部１２および応力調整部１３を覆うように保護膜や絶縁膜などの表面膜３０を形成する。そして、図１０（ｂ）に示すように、表面膜３０に対してコンタクトホール３０ａ〜３０ｄを形成する。その後、図１０（ｃ）に示すように、コンタクトホール３０ａ〜３０ｄ内を含めた表面膜３０の上に配線層３１を成膜したのち、これをパターニングすることで、図１０（ｄ）に示すように配線１４ａ〜１４ｄを形成する。配線１４ａは、コンタクトホール３０ａを通じて第１電極部１３ａに接続され、配線１４ｂは、コンタクトホール３０ｂを通じて第２電極部１３ｂに接続される。また、配線１４ｃ、１４ｄについては、図２中に示していないが、例えば配線１４ｃがコンタクトホール３０ｃを通じて上部電極１２ｃに接続され、配線１４ｄがコンタクトホール３０ｄを通じて下部電極１２ａに接続される。このようにして、本実施形態にかかる可変焦点ミラー１を製造することができる。
After that, a process of forming the
以上説明したように、本実施形態では、基部１１とミラー部１２との間に応力調整部１３を備え、応力調整部１３によってミラー部１２の初期応力を軽減する力を発生させる。このため、ミラー部１２が形成される基板１０の基部１１を薄くしても、ミラー部１２の初期応力を軽減してミラー部１２の表面曲率を調整することが可能となる。したがって、ミラー部１２の表面曲率を所望の仕様にすることが可能な可変焦点ミラー１とすることが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the
（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して応力調整部１３のレイアウトを変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second embodiment)
The second embodiment will be described. In this embodiment, the layout of the
図１１に示すように、本実施形態では、円形部１３ａｃを中心として同心円状に複数の円環状部１３ａａ、１３ｂａを備えているが、引出部１３ａｂ、１３ｂｂについては圧電層１３ｃと同じ階層に備えていない。ただし、配線１４ａ、１４ｂを内周部１１ａの径方向内側まで延設し、配線１４ａについては応力調整部１３の上層において、配線１４ａは円形部１３ａｃおよび円環状部１３ａａと接続され、配線１４ｂは円環状部１３ｂａと接続されるようにしている。
As shown in FIG. 11, in the present embodiment, a plurality of annular portions 13aa and 13ba are provided concentrically around the circular portion 13ac, but the lead portions 13ab and 13bb are provided in the same layer as the
このように、配線１４ａ、１４ｂを通じて、第１電極部１３ａの各部や第２電極部１３ｂの各部の電気的接続が行われるようにしても良い。このような構成にすることで、第１実施形態で円環状部１３ａａに設けた切欠きが無くなるため、対向する電極間に均一に電界を印加することができるため、均一に力を発生させることが可能となる。
In this way, each part of the
なお、ここでは図示していないが、このような構成を実現するには、配線１４ａ、１４ｂがミラー部１２の下層に位置していることが必要になる。このため、中間膜１６を２層の絶縁膜を積層する構造とし、２層の中間膜１６の間に配線１４ａ、１４ｂを形成した後で、ミラー部１２を形成するようにすれば良い。そして、２層の中間膜１６のうちの下層側に配線１４ａ、１４ｂと第１電極部１３ａや第２電極部１３ｂとの電気的接続を行うためのコンタクトホールを形成すれば良い。また、配線１４ｃ、１４ｄについては、別途、ミラー部１２を形成した後で形成すれば良い。
Although not shown here, in order to realize such a configuration, it is necessary that the
（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対して応力調整部１３のレイアウトを変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third Embodiment)
A third embodiment will be described. In the present embodiment as well, the layout of the
図１２に示すように、本実施形態では、円形部１３ａｃを中心として同心円状に複数の円環状部１３ａａ、１３ｂａを備えつつ、引出部１３ａｂ、１３ｂｂの引出方向を同方向としている。具体的には、引出部１３ａｂ、１３ｂｂを共に内周部１１ａの中心位置から紙面下方の径方向外方に向けて延設している。そして、引出部１３ａｂと円環状部１３ａａとが接続される側、引出部１３ｂｂと円環状部１３ｂａとが接続される側が反対側となるようにしており、本実施形態の場合、前者が紙面左側、後者が紙面右側となるようにしている。
As shown in FIG. 12, in the present embodiment, the pull-out portions 13ab, 13bb are in the same direction while the plurality of annular portions 13aa, 13ba are provided concentrically around the circular portion 13ac. Specifically, both the lead-out portions 13ab and 13bb extend from the center position of the inner
第１実施形態では円環状部１３ａａおよび円環状部１３ｂａに設けた切欠きにより、引出部１３ａｂ、１３ｂｂを結ぶ直線方向に発生する力が、その他の方向に発生する力より弱くなってしまう。これに対して、本実施形態形態のように、引出部１３ａｂ、１３ｂｂの引出方向を同方向とすることで、引出部１３ａｂの直線方向に発生する力を強めることができるため、より均一に力を発生させることが可能となる。また、第２実施形態の様に、中間膜１６を２層の絶縁膜にする必要が無いため、製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
In the first embodiment, due to the notches provided in the annular portion 13aa and the annular portion 13ba, the force generated in the linear direction connecting the lead-out portions 13ab, 13bb becomes weaker than the force generated in the other directions. On the other hand, as in the present embodiment, by making the pull-out directions of the pull-out portions 13ab and 13bb to be the same direction, the force generated in the linear direction of the pull-out portion 13ab can be increased, so that the force can be more uniformly applied. Can be generated. Further, unlike the second embodiment, the
（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対して応力調整部１３のレイアウトを変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Fourth Embodiment)
A fourth embodiment will be described. In the present embodiment as well, the layout of the
図１３に示すように、本実施形態では、第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂを共に渦巻状とし、渦巻状に巻回された第１電極部１３ａの間に渦巻状に巻回された第２電極部１３ｂが配置されるようにしている。そして、第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂそれぞれの端部のうち外周側の端部を隣接させ、それぞれを配線１４ａ、１４ｂに接続している。
As shown in FIG. 13, in the present embodiment, both the
このように、第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂを渦巻状にレイアウトするようにしても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
Thus, even if the
（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１〜第４実施形態に対して応力調整部１３における第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂの形成位置を変更したものであり、その他については第１〜第５実施形態と同様であるため、第１〜第５実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Fifth Embodiment)
A fifth embodiment will be described. In the present embodiment, the formation positions of the
図１４（ａ）に示すように、本実施形態では、第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂを圧電層１３ｃの上面に配置している。このように第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂを圧電層１３ｃの上面に配置する場合、図１４（ｂ）中に太破線で示すように、第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂに対して電圧印加を行った時に、圧電層１３ｃの上面より圧電層１３ｃ内に入り込むように電界が生じる。この電界により、圧電層１３ｃに圧電効果を生じさせられる。これにより、第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂの間において、圧電層１３ｃに対し、基部１１の平面方向において伸び、基部１１の法線方向に縮むという力を作用させられる。
As shown in FIG. 14A, in this embodiment, the
したがって、本実施形態のように、第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂを圧電層１３ｃの上面に配置した構造としても、第１〜第５実施形態と同様の効果を得ることができる。
Therefore, even with the structure in which the
また、本実施形態の構造とすれば、圧電層１３ｃを第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂの形状に合わせてパターニングして複数の溝を形成する必要がなくなるため、製造工程の簡略化を図ることも可能となる。さらに、第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂを圧電層１３ｃ上に形成すればよいため、これらを印刷手法等によって形成することもできる。特に、第４実施形態に示したように、第１電極部１３ａおよび第２電極部１３ｂを渦巻状のレイアウトとする場合、インクジェット方式の印刷手法によって一筆書きのように連続的な形成が可能となって、より製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
Further, according to the structure of the present embodiment, it is not necessary to pattern the
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be appropriately modified within the scope of the claims.
上記各実施形態で説明した可変焦点ミラー１を構成する各部の材料や形状などについては一例を示したに過ぎず、他の材料や形状とすることもできる。例えば、ミラー部１２が形成される下地となる基板１０としてＳＯＩ基板を用いたが、他の構造のもの、例えば単なるシリコン基板などを用いても良い。
The materials and shapes of the respective parts constituting the
また、上記各実施形態では、下部電極１２ａと上部電極１２ｃとの間の電圧印加について説明した。これは、基本的には、下部電極１２ａと上部電極１２ｃの一方に対して所定の電圧を印加し、他方を接地電位にすることで所定の電位差を発生させることを意味しているが、それぞれの電極に対して異なる電圧を印加して所望の電位差を発生させても良い。第１電極部１３ａと第２電極部１３ｂとの間の電圧印加についても同様である。
Further, in each of the above embodiments, the voltage application between the
また、上記各実施形態では、第１電極部１３ａに円形部１３ａｃを備えつつ、その周囲を囲むように円環状部１３ａａを備えた構造としたが、円形部１３ａｃを失くして円環状部１３ａａのみとしても良い。
In each of the above-described embodiments, the
１０ 基板
１１ 基部
１２ ミラー部
１２ａ 下部電極
１２ｂ 圧電膜
１２ｃ 上部電極
１３ 応力調整部
１３ａ 第１電極部
１３ｂ 第２電極部
１３ｃ 圧電層
10
Claims (7)
前記基部の上面に形成され、薄膜状の下部電極（１２ａ）と圧電膜（１２ｂ）および薄膜状の上部電極（１２ｃ）とが順に積層されたミラー部（１２）と、
前記基部と前記ミラー部との間に薄膜状の構造として配置され、第１電極部（１３ａ）と第２電極部（１３ｂ）および圧電層（１３ｃ）を有すると共に、前記第１電極部と前記第２電極部との間への電圧印加に基づいて、前記圧電層の圧電効果によって前記基部の上面に対する水平方向に伸びる力を発生させる応力調整部（１３）と、を備えている可変焦点ミラー。 A substrate (10) including a base (11) having an upper surface and forming a membrane;
A mirror part (12) formed on the upper surface of the base part, in which a thin film lower electrode (12a), a piezoelectric film (12b) and a thin film upper electrode (12c) are laminated in order;
It is arranged as a thin film structure between the base portion and the mirror portion, and has a first electrode portion (13a), a second electrode portion (13b) and a piezoelectric layer (13c), and the first electrode portion and the A varifocal mirror including: a stress adjusting unit (13) that generates a force that extends in a horizontal direction with respect to an upper surface of the base by a piezoelectric effect of the piezoelectric layer based on a voltage applied to the second electrode unit. ..
前記第２電極部は、該第２円環状部の中心位置に対する径方向の一方であって、前記第１引出部と反対方向に延設された第２引出部（１３ｂｂ）を有している請求項４に記載の可変焦点ミラー。 The first electrode portion has a first extraction portion (13ab) extending in one of the radial directions with respect to the center position of the first annular portion,
The second electrode portion has a second lead-out portion (13bb) extending in the direction opposite to the first lead-out portion in one of the radial directions with respect to the center position of the second annular portion. The variable focus mirror according to claim 4.
前記第２電極部は、該第２円環状部の中心位置に対する径方向の一方であって、前記第１引出部と同方向に延設された第２引出部（１３ｂｂ）を有している請求項４に記載の可変焦点ミラー。 The first electrode portion has a first extraction portion (13ab) extending in one of the radial directions with respect to the center position of the first annular portion,
The second electrode portion has a second lead-out portion (13bb) extending in the same direction as the first lead-out portion in one of the radial directions with respect to the center position of the second annular portion. The variable focus mirror according to claim 4.
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