JP6788186B2 - 光走査装置及び光走査装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置及び光走査装置の製造方法に関する。

従来から、入射光を反射させる光反射面を有する可動板と、可動板を回動可能に軸支するトーション梁と、トーション梁にねじり方向の力を作用させる駆動源とを具備する光走査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この光走査装置では、回動時の光反射面の歪みを抑制するため、可動板とトーション梁の接続部分付近を含む下面にリブを形成している。

特開２０１０−１２８１１６号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の光走査装置では、リブ近傍に応力が集中して破損が生じ易くなるという問題があった。また、破損まで至らなくても、リブ近傍に応力が繰り返し加わるため、材料疲労が生じて性能劣化を招くという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、光走査装置の破損や材料疲労を低減させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る光走査装置（１０００）は、光反射面を有するミラー（１１０）と、前記ミラー（１１０）を支持する可動枠（１６０）と、前記可動枠（１６０）を両側から支持する一対の駆動梁（１７０Ａ、１７０Ｂ）と、前記駆動梁（１７０Ａ、１７０Ｂ）に設けられ、所定の軸周りに前記可動枠（１６０）を揺動させる駆動源（１７１Ａ、１７１Ｂ）と、前記駆動梁（１７０Ａ、１７０Ｂ）を支持する固定枠（１８０）と、を有し、前記駆動源（１７１Ａ、１７１Ｂ）は、前記駆動梁（１７０Ａ、１７０Ｂ）の上に形成された下部電極（３）と、前記下部電極（３）の上に形成された圧電薄膜（４、６）と、前記圧電薄膜（４、６）の上に形成された上部電極（７）と、前記上部電極（７）上又は前記圧電薄膜（４、６）と前記上部電極（７）との間に形成され、前記駆動梁に圧縮応力を発生させる応力カウンター膜（８）と、を有し、前記駆動梁（１７０Ａ、１７０Ｂ）は、前記ミラー（１１０）が静止している状態において、前記固定枠（１８０）に対して撓んだ状態で支持され、前記駆動梁（１７０Ａ、１７０Ｂ）の下面にはリブ（１７５Ａ、１７５Ｂ、１７６Ａ、１７６Ｂ）が形成され、前記応力カウンター膜（８）は、圧縮応力を発生させることにより、前記リブ（１７５Ａ、１７５Ｂ、１７６Ａ、１７６Ｂ）が配置された前記駆動梁（１７０Ａ、１７０Ｂ）の下面の方向に前記駆動梁（１７０Ａ、１７０Ｂ）を撓ませる。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

開示の技術によれば、光走査装置の破損や材料疲労を低減させることができる。

第１実施形態に係る光走査装置の一例を示す斜視図（１） 第１実施形態に係る光走査装置の一例を示す斜視図（２） 第１実施形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の斜視図 第１実施形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す下面側の斜視図 図４のリブ近傍の応力を説明するための図 第２の駆動梁の上反りを説明するための図 第１実施形態に係る光走査装置の光走査部の他の例を示す上面側の斜視図 図４のリブを含む領域の部分断面図 第２実施形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の斜視図 実施例に係る光走査装置の動作前後におけるリブ近傍のＳＥＭ像 比較例に係る光走査装置の動作前後におけるリブ近傍のＳＥＭ像

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る光走査装置について説明する。図１及び図２は、第１実施形態に係る光走査装置の一例を示す斜視図であり、図１はパッケージカバーを取り外した状態の光走査装置を示し、図２はパッケージカバーを取り付けた状態の光走査装置を示している。

図１及び図２に示されるように、光走査装置１０００は、光走査部１００と、光走査部１００を搭載するセラミックパッケージ２００と、セラミックパッケージ２００上に配されて光走査部１００を覆うパッケージカバー３００とを有する。光走査装置１０００は、セラミックパッケージ２００の下側に、基板や制御回路等を備えてもよい。

光走査装置１０００において、パッケージカバー３００の略中央部には光反射面を有するミラー１１０の近傍を露出する開口部３００Ａが設けられている。開口部３００Ａは、ミラー１１０へのレーザ入射光Ｌｉ及びミラー１１０からのレーザ出射光Ｌｏ（走査光）を遮らない形状とされている。なお、開口部３００Ａにおいて、レーザ入射光Ｌｉが通る側は、レーザ出射光Ｌｏが通る側よりも小さく開口されている。すなわち、レーザ入射光Ｌｉ側が略半円形状に狭く開口しているのに対し、レーザ出射光Ｌｏ側は略矩形状に広く開口している。これは、レーザ入射光Ｌｉは一定の方向から入射するのでその方向のみを開口すればよいのに対し、レーザ出射光Ｌｏは２次元に走査されるため、２次元に走査されるレーザ出射光Ｌｏを遮らないように、走査される全範囲を開口する必要があるためである。

次に、光走査装置１０００の光走査部１００について説明する。図３は、第１実施形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の斜視図である。

図３に示されるように、光走査部１００は、ミラー１１０を揺動させて光源から照射されるレーザ入射光を走査する部分である。光走査部１００は、例えば圧電素子によりミラー１１０を駆動させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等である。光走査部１００は、一対の第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上面に形成された駆動源１７１Ａ、１７１Ｂにおいて、上部電極上又は圧電薄膜と上部電極との間に圧縮応力を発生させる応力カウンター膜８が形成されている。これにより、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂにより形成される平面と、固定枠１８０により形成される平面とが略同一平面となっている。以下、詳細に説明する。

光走査部１００は、ミラー１１０と、ミラー支持部１２０と、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂと、可動枠１６０と、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂと、固定枠１８０とを有する。また、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、それぞれ駆動源１５１Ａ、１５１Ｂを有する。また、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、それぞれ駆動源１７１Ａ、１７１Ｂを有する。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、ミラー１１０を上下又は左右に揺動してレーザ光を走査するアクチュエータとして機能する。

ミラー支持部１２０には、ミラー１１０の円周に沿うようにスリット１２２が形成されている。スリット１２２により、ミラー支持部１２０を軽量化しつつ捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂによる捻れをミラー１１０へ伝達することができる。

光走査部１００において、ミラー支持部１２０の上面にミラー１１０が支持され、ミラー支持部１２０は、両側にある捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの端部に連結されている。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは、揺動軸を構成し、軸方向に延在してミラー支持部１２０を軸方向両側から支持している。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂが捻れることにより、ミラー支持部１２０に支持されたミラー１１０が揺動し、ミラー１１０に照射された光の反射光を走査させる動作を行う。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは、それぞれが連結梁１４０Ａ、１４０Ｂに連結支持され、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂに連結されている。

第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂ、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂ、ミラー支持部１２０及びミラー１１０は、可動枠１６０によって外側から支持されている。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、可動枠１６０にそれぞれの一方の側が支持されている。第１の駆動梁１５０Ａの他方の側は内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。第１の駆動梁１５０Ｂの他方の側も同様に、内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。

第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと直交する方向に、ミラー１１０及びミラー支持部１２０を挟むように、対をなして設けられている。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの上面には、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂがそれぞれ形成されている。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの上面の圧電素子の薄膜（以下「圧電薄膜」ともいう。）の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、上部電極と下部電極に印加する駆動電圧の極性に応じて伸長したり縮小したりする。

このため、第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂとで異なる位相の駆動電圧を交互に印加すれば、ミラー１１０の左側と右側で第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂとが上下反対側に交互に振動する。これにより、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂを揺動軸又は回転軸として、ミラー１１０を軸周りに揺動させることができる。ミラー１１０が捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの軸周りに揺動する方向を、以後、水平方向と呼ぶ。例えば第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂによる水平駆動には、共振振動が用いられ、高速にミラー１１０を揺動駆動することができる。

また、可動枠１６０の外部には、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの一端が連結されている。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、可動枠１６０を左右両側から挟むように、対をなして設けられている。そして、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、可動枠１６０を両側から支持すると共に、光反射面の中心を通る所定の軸周りに揺動させる。第２の駆動梁１７０Ａは、第１の駆動梁１５０Ａと平行に延在する複数個（例えば偶数個）の矩形梁の各々が、隣接する矩形梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。そして、第２の駆動梁１７０Ａの他端は、固定枠１８０の内側に連結されている。第２の駆動梁１７０Ｂも同様に、第１の駆動梁１５０Ｂと平行に延在する複数個（例えば偶数個）の矩形梁の各々が、隣接する矩形梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。そして、第２の駆動梁１７０Ｂの他端は、固定枠１８０の内側に連結されている。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位ごとに駆動源１７１Ａ、１７１Ｂが形成されている。駆動源１７１Ａは、第２の駆動梁１７０Ａの上面の圧電薄膜の上に形成された上部電極と、上部電極の上面に形成された応力カウンター膜８と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。駆動源１７１Ｂは、第２の駆動梁１７０Ｂの上面の圧電薄膜の上に形成された上部電極と、上部電極の上面に形成された応力カウンター膜８と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。なお、応力カウンター膜８は、圧電薄膜が形成されていない領域には形成されていない。これは、圧電薄膜が形成されていない領域に応力カウンター膜８を形成すると、応力カウンター膜８により不必要な箇所に新たな応力が発生し、変形や破損の原因となるためである。駆動源１７１Ａ、１７１Ｂの詳細については後述する。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、矩形単位ごとに隣接している駆動源１７１Ａ、１７１Ｂ同士で、異なる極性の駆動電圧を印加することにより、隣接する矩形梁を上下反対方向に反らせ、各矩形梁の上下動の蓄積を可動枠１６０に伝達する。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、この動作により、平行方向と直交する方向である垂直方向にミラー１１０を揺動させる。例えば第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂによる垂直駆動には、非共振振動を用いることができる。

例えば、駆動源１７１Ａを、可動枠１６０側から右側に向かって並ぶ駆動源１７１Ａ１、１７１Ａ２、１７１Ａ３、１７１Ａ４、１７１Ａ５及び１７１Ａ６を含むものとする。また、駆動源１７１Ｂを、可動枠１６０側から左側に向かって並ぶ駆動源１７１Ｂ１、１７１Ｂ２、１７１Ｂ３、１７１Ｂ４、１７１Ｂ５及び１７１Ｂ６を含むものとする。この場合、駆動源１７１Ａ１、１７１Ｂ１、１７１Ａ３、１７１Ｂ３、１７１Ａ５、１７１Ｂ５を同波形、駆動源１７１Ａ２、１７１Ｂ２、１７１Ａ４、１７１Ｂ４、１７１Ａ６及び１７１Ｂ６を前者と位相の異なる同波形で駆動することで垂直方向へ遥動できる。

駆動源１５１Ａの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ａに含まれる所定の端子と接続されている。また、駆動源１５１Ｂの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。また、駆動源１７１Ａの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ａに含まれる所定の端子と接続されている。また、駆動源１７１Ｂの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。

また、光走査部１００は、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂに駆動電圧が印加されてミラー１１０が水平方向に遥動している状態におけるミラー１１０の水平方向の傾き具合（水平方向の振角）を検出する水平振角センサとして圧電センサ１９１、１９２を有する。圧電センサ１９１は連結梁１４０Ａに設けられ、圧電センサ１９２は連結梁１４０Ｂに設けられている。

また、光走査部１００は、駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに駆動電圧が印加されてミラー１１０が垂直方向に遥動している状態におけるミラー１１０の垂直方向の傾き具合（垂直方向の振角）を検出する垂直振角センサとして圧電センサ１９５、１９６を有する。圧電センサ１９５は第２の駆動梁１７０Ａの有する矩形梁の一つに設けられており、圧電センサ１９６は第２の駆動梁１７０Ｂの有する矩形梁の一つに設けられている。

圧電センサ１９１は、ミラー１１０の水平方向の傾き具合に伴い、捻れ梁１３０Ａから伝達される連結梁１４０Ａの変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１９２は、ミラー１１０の水平方向の傾き具合に伴い、捻れ梁１３０Ｂから伝達される連結梁１４０Ｂの変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１９５は、ミラー１１０の垂直方向の傾き具合に伴い、第２の駆動梁１７０Ａのうち圧電センサ１９５が設けられた矩形梁の変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１９６は、ミラー１１０の垂直方向の傾き具合に伴い、第２の駆動梁１７０Ｂのうち圧電センサ１９６が設けられた矩形梁の変位に対応する電流値を出力する。

本実施形態では、圧電センサ１９１、１９２の出力を用いてミラー１１０の水平方向の傾き具合を検出し、圧電センサ１９５、１９６の出力を用いてミラー１１０の垂直方向の傾き具合を検出する。なお、各圧電センサから出力される電流値からミラー１１０の傾き具合の検出を行う傾き検出部が光走査部１００の外部に設けられていてもよい。また、傾き検出部の検出結果に基づき駆動源１５１Ａ、１５１Ｂ、駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに供給する駆動電圧を制御する駆動制御部が光走査部１００の外部に設けられていてもよい。

圧電センサ１９１、１９２、１９５、１９６は、圧電薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。本実施形態では、各圧電センサの出力は、上部電極と下部電極とに接続されたセンサ配線の電流値となる。

圧電センサ１９１の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。また、圧電センサ１９５の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ａに含まれる所定の端子と接続されている。また、圧電センサ１９２の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。また、圧電センサ１９６の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。

図４は、第１実施形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す下面側の斜視図である。図４に示されるように、ミラー支持部１２０の下面には、リブ１２５が設けられている。リブ１２５を設けることで、駆動中にミラー１１０に歪みが発生することを抑制し、ミラー１１０を平坦に保つことができる。リブ１２５は、ミラー１１０の形状とほぼ外形が一致するように形成される。これにより、ミラー１１０を全体に亘って平坦にすることができる。また、ミラー支持部１２０に形成されたスリット１２２により、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂから伝達される応力をミラー支持部１２０内で分散させ、リブ１２５にまで応力が伝達することを防ぐことができる。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの下面において、可動枠１６０との連結部分（図４においてＡ４１、Ａ４２で示す領域）には、リブ１７５Ａ、１７５Ｂが設けられている。リブ１７５Ａ、１７５Ｂを設けることで、可動枠１６０と駆動梁を連結する部分を補強し、剛性を高めて変形を防止している。また、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの下面において、隣接する駆動梁同士を連結する部分（図４においてＡ４３、Ａ４４で示す領域）には、リブ１７６Ａ、１７６Ｂが設けられている。リブ１７６Ａ、１７６Ｂを設けることで、隣接する駆動梁同士を連結する部分を補強し、剛性を高めて変形を防止している。

次に、リブ１７５Ｂについて説明する。図５は、図４のリブ１７５Ｂ近傍の応力を説明するための図である。図５（ａ）は図４のリブ１７５Ｂ近傍の拡大図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の領域における応力の大きさを説明するための図である。図５（ｂ）では、白色に近いほど応力が大きく、黒色に近いほど応力が小さいことを示している。なお、以下では、リブ１７５Ｂを例に挙げて説明するが、リブ１７５Ａ、１７６Ａ、１７６Ｂについても同様である。

光走査部１００は、例えば支持層、埋め込み（ＢＯＸ：Buried Oxide）層及び活性層を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いて形成することができる。その場合、図４に示されるように、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂにおいて、曲げの起点となる領域Ａ４１、Ａ４２、Ａ４３、Ａ４４が、応力集中部分となる。応力集中部分に支持層、ＢＯＸ層及び活性層が存在すると破壊されやすく、特にシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）により形成されるＢＯＸ層が破壊されやすい。

すなわち、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの破壊の主な原因は、応力集中部分となる曲げの起点におけるＢＯＸ層の破壊である。そこで、応力集中部分にリブ１７５Ａ、１７５Ｂ、１７６Ａ、１７６Ｂを設けているが、例えば図５（ａ）に示されるように、リブ１７５Ｂの破線で囲まれた部分が外形端面よりも内側に位置するようにし、更に角を丸めることで応力を分散している。また、リブ１７５Ａ、１７６Ａ、１７６Ｂについてもリブ１７５Ｂと同様の構造により応力を分散している。なお、リブ１７５Ａ、１７５Ｂ、１７６Ａ、１７６Ｂの効果は、幅と高さにより決まるが、体積が大きいと１次共振周波数の低下を招くため、より少ない体積で高い変形防止効果を得る必要がある。リブ１７６Ａ、１７６Ｂでは、隣接する駆動梁の隙間部分の端部近傍に半円環状部分を設けることで、より少ない体積で高い変形防止効果を得ている。

しかしながら、光走査部１００においては、圧電薄膜、上部電極及び下部電極に起因する応力により、上部電極及び下部電極に電圧を印加していない状態（以下「初期状態」ともいう。）において、例えば図６に示されるように、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂが固定枠１８０に対して上反りする場合がある。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを固定枠１８０に対して上反りさせる応力を引張応力という。なお、図６は、第２の駆動梁の上反りを説明するための図である。また、初期状態において上反りした第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂに対し、上部電極及び下部電極に電圧を印加することにより、光走査部１００を駆動させると、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂが更に上反りすることになる。その結果、図５（ｂ）に示されるように、リブ１７５Ｂ近傍（図５（ｂ）においてＡ５で示す領域）に応力が集中して破損が生じやすくなる。また、破損まで至らなくても、リブ１７５Ｂ近傍に応力が繰り返し加わるため、材料疲労が生じて性能劣化を招く。

そこで、本実施形態の光走査装置では、駆動源１７１Ａ、１７１Ｂの上部電極上又は圧電薄膜と上部電極との間に第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを固定枠１８０に対して下反りにさせる応力を発生させる応力カウンター膜８を形成し、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反りを解消する。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを固定枠１８０に対して下反りにさせる応力を圧縮応力という。これにより、光走査装置１０００の破損や材料疲労を低減させることができる。

また、応力カウンター膜８を形成することにより、初期状態において、例えば図７に示されるように、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂに対して圧縮応力を発生させて、固定枠１８０に対して下方向に撓んだ状態（下反りの状態）になるようすることが好ましい。図７は、第１実施形態に係る光走査装置の光走査部の他の例を示す上面側の斜視図である。この場合、上部電極及び下部電極に電圧を印加することによって、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂが上方に反るように動作した場合、初期状態と比較してリブ１７５Ａ、１７５Ｂ、１７６Ａ、１７６Ｂ近傍に応力が集中することになる。しかし、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂが初期状態において下反りになっているので、上方に反るように動作した場合であっても、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂが固定枠１８０に対して上反りにならない、又は、上反りになりにくい。このため、初期状態において第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂに反りがない光走査部１００よりも光走査装置１０００の破損や材料疲労を低減させることができる。

尚、上述では、初期状態において第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂが固定枠１８０に対して下方向に撓んだ状態（下反りの状態）とすることを説明したが、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上部電極及び下部電極に電圧は印加するが、ミラー１１０は揺動せずに静止している状態においても、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂに発生させる圧縮応力によって、下方向に撓んだ状態（下反りの状態）となる。この時、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの撓み量は初期状態に比べて小さい。上記構成によっても光走査装置１０００の破損や材料疲労を低減させることができる。

次に、応力カウンター膜８について説明する。図８は、図４のリブ１７５Ｂを含む領域Ａ４２の部分断面図である。なお、図８においては、リブ１７５Ｂが形成される下面側を下方向として示している。

図８に示されるように、光走査部１００は、シリコン基板１の上面に、シリコン酸化膜２、下部電極３、第１の圧電薄膜４、中間電極５、第２の圧電薄膜６、上部電極７及び応力カウンター膜８がこの順番で積層された積層構造を有する。また、下部電極３、中間電極５及び上部電極７には、それぞれ層間絶縁膜９によって電気的に絶縁された配線１０、１１、１２が接続されている。また、層間絶縁膜９及び配線１０、１１、１２の上には、層間絶縁膜９及び配線１０、１１、１２を覆うように保護膜１３が形成されている。さらに、シリコン基板１の下面には、ＢＯＸ層１４及びリブ１７５Ｂが形成されている。

シリコン酸化膜２は、例えば熱酸化プロセスにより形成することができる。

下部電極３、中間電極５及び上部電極７は、例えば白金（Ｐｔ）等の導電性材料により形成されている。下部電極３、中間電極５及び上部電極７は、例えばスパッタリング法、電子ビーム蒸着法により形成することができる。

第１の圧電薄膜４及び第２の圧電薄膜６は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）薄膜により形成されている。ＰＺＴ薄膜は、一般に、ゾルゲル液を塗布し、熱処理（乾燥・焼成）するゾルゲル法により形成されるが、熱処理する工程において強い圧縮が発生する。これにより、図６を用いて説明したように、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂに引張応力が発生して固定枠１８０に対して上反りする。

応力カウンター膜８は、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂに圧縮応力を発生させる膜であり、第１の圧電薄膜４、第２の圧電薄膜６、下部電極３、中間電極５、上部電極７等により発生される引張応力によって固定枠１８０に対して上反りする第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂにカウンター圧を加える。これにより、図３に示されるように、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上反りが解消される、又は、図７に示されるように、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂが固定枠１８０に対して下反りになる。その結果、光走査部１００の破損や材料疲労を低減させることができる。

応力カウンター膜８は、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂに対して強い圧縮応力を発生させることができるという観点から、高融点材料により形成されていることが好ましい。具体的には、応力カウンター膜８は、例えばチタン（Ｔｉ）とタングステン（Ｗ）の合金であるＴｉＷ（Ｔｉ：Ｗ＝３０：７０［ａｔ％］）等の高融点金属により形成されていることが好ましい。これにより、応力カウンター膜８を電極として機能させることができ、素子形成プロセスを増加させることなく光走査部１００を形成することができる。

応力カウンター膜８は、例えばＤＣスパッタリング法により形成することができる。ＤＣスパッタリング法により応力カウンター膜８を形成するときの条件は、特に限定されないが、例えば常温、アルゴン（Ａｒ）雰囲気下とすることができる。応力カウンター膜８の膜厚は、例えば１００ｎｍ〜１０００ｎｍとすることができ、膜厚を調整することにより第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反り量を調整することができる。具体的には、応力カウンター膜８の膜厚を厚くすることにより第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反り量を大きくすることができ、応力カウンター膜８の膜厚を薄くすることにより第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反り量を小さくすることができる。

層間絶縁膜９は、例えばアルミ酸化膜（アルミナ：Ａｌ_２Ｏ_３）、シリコン酸化膜等の絶縁性材料により形成されている。層間絶縁膜９は、例えばスパッタリング法、化学気相堆積法を用いて形成することができる。

配線１０、１１、１２は、例えば金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料により形成されている。配線１０、１１、１２は、例えばスパッタリング法、電子ビーム蒸着法により形成することができる。

本実施形態では、下部電極３、第１の圧電薄膜４及び中間電極５によって第１の圧電素子が形成され、中間電極５、第２の圧電薄膜６及び上部電極７によって第２の圧電素子が形成されている。このように、２つの圧電素子（第１の圧電素子、第２の圧電素子）が直列に接続されているので、１つの圧電素子を用いる場合よりも第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反り量を大きくすることができる。なお、圧電素子は、例えば１つの圧電素子により構成されていてもよく、３つ以上の圧電素子により構成されていてもよい。

なお、応力カウンター膜８は、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂに対して圧縮応力を発生させる膜であればよく、絶縁性材料により形成されていてもよい。この場合、例えば応力カウンター膜８に開口を形成し、上部電極７と配線１２とが開口を介して電気的に接続されるようにする。

また、図８では、応力カウンター膜８が上部電極７上に形成されている場合を例に挙げて説明したが、応力カウンター膜８は第２の圧電薄膜６上、すなわち、第２の圧電薄膜６と上部電極７との間に形成されていてもよい。

以上に説明したように、第１実施形態に係る光走査装置１０００は、第２の圧電薄膜６上又は第２の圧電薄膜６と上部電極７との間に第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを固定枠１８０に対して下反りさせる圧縮応力を発生させる応力カウンター膜８が形成されている。これにより、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上反りを解消し、さらに、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを下反りにすることができる。その結果、光走査装置１０００の破損や材料疲労を低減させることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る光走査装置について説明する。図９は、第２実施形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の斜視図である。

図９に示されるように、第２実施形態に係る光走査装置は、応力カウンター膜８が第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上面の圧電薄膜（第２の圧電薄膜６）の上の一部の領域に形成されている点で第１の実施形態に係る光走査装置１０００と異なる。なお、その他の構成については、第１実施形態に係る光走査装置１０００と同様であるので、同様の構成については、説明を省略する。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位ごとに駆動源１７１Ａ、１７１Ｂが形成されている。駆動源１７１Ａは、第２の駆動梁１７０Ａの上面の圧電薄膜の上に形成された上部電極と、上部電極の上面における曲線部の近傍に形成された応力カウンター膜８と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とにより構成される。駆動源１７１Ｂは、第２の駆動梁１７０Ｂの上面の圧電薄膜の上に形成された上部電極と、上部電極の上面における曲線部の近傍に形成された応力カウンター膜８と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とにより構成される。

以上に説明したように、第２実施形態に係る光走査装置は、上部電極上又は圧電薄膜と上部電極との間に第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを固定枠１８０に対して下反りさせる圧縮応力を発生させる応力カウンター膜８が形成されている。これにより、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上反りを解消し、さらに、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを下反りにすることができる。その結果、光走査装置の破損や材料疲労を低減させることができる。

次に、実施例として、第１実施形態に係る光走査装置１０００を所定時間動作させたときの光走査部１００の破損の有無を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）を用いて評価した。なお、比較のために、応力カウンター膜８が形成されていない光走査部を備える光走査装置についても、所定時間動作させ、光走査部の破損の有無を、ＳＥＭを用いて評価した。

図１０は、実施例に係る光走査装置の動作前後におけるリブ近傍のＳＥＭ像である。図１１は、比較例に係る光走査装置の動作前後におけるリブ近傍のＳＥＭ像である。図１０（ａ）及び図１１（ａ）は光走査装置を動作させる前のＳＥＭ像を示し、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）は光走査装置を動作させた後のＳＥＭ像を示している。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示されるように、実施例に係る光走査装置１０００（応力カウンター膜８を有する光走査部１００を含む。）では、リブ近傍においてクラック等は発生しなかった。これは、上部電極上に第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂに対して圧縮応力を発生させる応力カウンター膜８を形成することによって、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上反りが解消され、又は、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂが下反りとなったからであると考えられる。

これに対して、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示されるように、比較例に係る光走査装置（応力カウンター膜８を有していない光走査部を含む。）では、破線で示す領域Ａ１１において、ＢＯＸ層とリブとの間にクラックが発生した。これは、圧電薄膜、電極等により発生される第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂに対する引張応力により第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂが上反りし、光走査装置を動作させることにより第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂが更に上反りし、リブ近傍に応力が集中したからであると考えられる。

以上、好ましい実施の形態について説明したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

１ シリコン基板
２ シリコン酸化膜
３ 下部電極
４ 第１の圧電薄膜
５ 中間電極
６ 第２の圧電薄膜
７ 上部電極
８ 応力カウンター膜
９ 層間絶縁膜
１０ 配線
１１ 配線
１２ 配線
１３ 保護膜
１４ ＢＯＸ層
１００ 光走査部
１１０ ミラー
１２０ ミラー支持部
１２２ スリット
１２５ リブ
１３０Ａ 梁
１３０Ｂ 梁
１４０Ａ 連結梁
１４０Ｂ 連結梁
１５０Ａ 第１の駆動梁
１５０Ｂ 第１の駆動梁
１５１Ａ 駆動源
１５１Ｂ 駆動源
１６０ 可動枠
１７０Ａ 第２の駆動梁
１７０Ｂ 第２の駆動梁
１７１Ａ 駆動源
１７１Ｂ 駆動源
１７５Ａ リブ
１７５Ｂ リブ
１７６Ａ リブ
１７６Ｂ リブ
１８０ 固定枠
１９０Ａ 端子群
１９０Ｂ 端子群
１９１ 圧電センサ
１９２ 圧電センサ
１９５ 圧電センサ
１９６ 圧電センサ
２００ セラミックパッケージ
３００ パッケージカバー
３００Ａ 開口部
１０００ 光走査装置

Claims (6)

1. 光反射面を有するミラーと、
   前記ミラーを支持する可動枠と、
   前記可動枠を両側から支持する一対の駆動梁と、
   前記駆動梁に設けられ、所定の軸周りに前記可動枠を揺動させる駆動源と、
   前記駆動梁を支持する固定枠と、
   を有し、
   前記駆動源は、
   前記駆動梁の上に形成された下部電極と、
   前記下部電極の上に形成された圧電薄膜と、
   前記圧電薄膜の上に形成された上部電極と、
   前記上部電極上又は前記圧電薄膜と前記上部電極との間に形成され、前記駆動梁に圧縮応力を発生させる応力カウンター膜と、
   を有し、
   前記駆動梁は、前記ミラーが静止している状態において、前記固定枠に対して撓んだ状態で支持され、
   前記駆動梁の下面にはリブが形成され、
   前記応力カウンター膜は、圧縮応力を発生させることにより、前記リブが配置された前記駆動梁の下面の方向に前記駆動梁を撓ませる、
   光走査装置。
2. 前記駆動梁は、前記光走査装置が動作するときに反る方向と反対方向に撓んだ状態で支持されている、
   請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記リブは、前記駆動梁と前記可動枠との連結部分の下面、及び隣接する前記駆動梁同士を連結する部分の下面に設けられている、
   請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記応力カウンター膜は、導電性材料により形成されている、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光走査装置。
5. 前記応力カウンター膜は、チタン及びタングステンの合金により形成されている、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光走査装置。
6. 光反射面を有するミラーと、前記ミラーを支持する可動枠と、前記可動枠を両側から支持する一対の駆動梁と、前記駆動梁に設けられ、所定の軸周りに前記可動枠を揺動させる駆動源と、前記駆動梁を支持する固定枠と、を有する光走査装置の製造方法であって、
   前記駆動梁の上に下部電極を形成する工程と、
   前記下部電極の上に圧電薄膜を形成する工程と、
   前記圧電薄膜の上に上部電極を形成する工程と、
   前記上部電極の上にＤＣスパッタリング法により、前記駆動梁に圧縮応力を発生させる応力カウンター膜を形成する工程と、
   を有し、
   前記駆動梁は、前記ミラーが静止している状態において、前記固定枠に対して撓んだ状態で支持され、
   前記駆動梁の下面にはリブが形成され、
   前記応力カウンター膜は、圧縮応力を発生させることにより、前記リブが配置された前記駆動梁の下面の方向に前記駆動梁を撓ませる、
   光走査装置の製造方法。