JP7108477B2 - optical deflector - Google Patents

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Description

本発明は、圧電駆動方式の光偏向器に関する。 The present invention relates to a piezoelectrically driven optical deflector.

従来、スキャナやピコプロジェクタでレーザ光を走査するため、ミラー部を回転軸線周りに往復回転させて、光源から入射した光をミラー部で反射させて出射するMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)型の光偏向器が知られている。 Conventionally, in order to scan laser light with a scanner or pico-projector, the mirror section is rotated back and forth around the rotation axis, and the incident light from the light source is reflected by the mirror section and emitted. Deflectors are known.

例えば、下記の特許文献1の圧電アクチュエータは、下層から順に基板としてのSi層、層間絶縁膜としてのSiO層、電極密着膜としてのTi層、下部電極膜としてのPt層、圧電膜としてのPZT層、上部電極膜としてのPt層、電極密着膜としてのTi層、パッシベーション膜としてのSiN層を有する(段落0061、図7)。 For example, the piezoelectric actuator disclosed in Patent Document 1 below includes, in order from the bottom, a Si layer as a substrate, a SiO2 layer as an interlayer insulating film, a Ti layer as an electrode adhesion film, a Pt layer as a lower electrode film, and a piezoelectric film as a It has a PZT layer, a Pt layer as an upper electrode film, a Ti layer as an electrode adhesion film, and a SiN layer as a passivation film (paragraph 0061, FIG. 7).

ここで、パッシベーション膜(窒化膜)は、配線が湿度や温度の影響で腐食することを防止するため、配線、圧電膜等の上面及び側面を被覆し、保護する構造となっている。 Here, the passivation film (nitride film) has a structure to cover and protect the top and side surfaces of the wiring, piezoelectric film, etc., in order to prevent the wiring from corroding due to humidity and temperature.

特開2015-169745号公報JP 2015-169745 A

しかしながら、窒化膜が接触する基板表面(例えば、Si活性層等)は、窒化膜との密着性が低下する傾向にある。特に、幅員が減少し、構造的に捩じり応力が加わる部分に配線を通す場合には、捩じり応力による回転方向の変位が生ずるため、窒化膜を原因とする亀裂剥離が発生しやすい。 However, the substrate surface (for example, Si active layer, etc.) with which the nitride film is in contact tends to have poor adhesion with the nitride film. In particular, when the wiring is passed through a portion where the width is reduced and torsional stress is applied structurally, displacement in the rotational direction occurs due to the torsional stress, so cracking and peeling due to the nitride film are likely to occur. .

特許文献1の光偏向器では、ミラー部の水平方向走査用センサの配線が損傷した場合、センサから信号を精度良く取り出すことができず、ミラー部の振れ角を正確に制御できないという問題があった。 In the optical deflector of Patent Document 1, if the wiring of the horizontal scanning sensor of the mirror section is damaged, the signal cannot be extracted from the sensor with high accuracy, and the deflection angle of the mirror section cannot be accurately controlled. rice field.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、応力がかかる部分の配線の亀裂剥離の発生を抑制した光偏向器を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical deflector that suppresses the occurrence of cracking and peeling of wiring in a portion to which stress is applied.

第1発明の光偏向器は、光を反射するミラー部と、前記ミラー部を包囲するように設けられ、内側枠体と外側枠体との二重構造を有する枠体と、前記ミラー部の中心を通る第1軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合され、他端部が前記枠体と結合される1対のトーションバーと、前記枠体を支持する支持体と、前記トーションバーを前記第1軸線の周りに往復回転させ、かつ、少なくとも一部分が前記枠体と結合された第1圧電アクチュエータと、前記枠体内に設けられて、前記第1圧電アクチュエータの変形量に応じた電圧を検出する圧電センサと、を備える光偏向器であって、
前記枠体の前記第1軸線に沿って前記トーションバーの前記他端部側から前記枠体の外側端部まで延在する第1延在部には、薄膜を積層した積層構造で構成され、前記圧電センサ又は前記第1圧電アクチュエータと接続され、前記第1延在部を通って前記支持体に延びる配線と、前記内側枠体と前記外側枠体とを接続する接続部と、が設けられ、
前記積層構造は、前記枠体を構成する基板の一面側に形成された絶縁膜、前記絶縁膜の上面に形成された層間膜、前記層間膜の上面に形成された電極膜及び前記電極膜を被覆する外層膜を有し、少なくとも前記接続部において、前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることを特徴とする。
An optical deflector according to a first aspect of the invention comprises a mirror portion that reflects light, a frame that surrounds the mirror portion and has a double structure of an inner frame and an outer frame, and the mirror portion. a pair of torsion bars, one end of which is coupled to the mirror portion and the other end of which is coupled to the frame, a support for supporting the frame, and the torsion bar on a first axis passing through the center of the a first piezoelectric actuator having a bar reciprocatingly rotated around the first axis and at least a portion of which is coupled to the frame; A piezoelectric sensor that detects voltage, and an optical deflector comprising:
A first extending portion extending from the other end side of the torsion bar to the outer end of the frame along the first axis of the frame has a laminated structure in which thin films are laminated, Wiring connected to the piezoelectric sensor or the first piezoelectric actuator and extending to the support through the first extending portion, and a connection portion connecting the inner frame and the outer frame are provided. ,
The laminated structure includes an insulating film formed on one side of a substrate constituting the frame, an interlayer film formed on the upper surface of the insulating film, an electrode film formed on the upper surface of the interlayer film, and the electrode film. It has an outer layer film covering it, and at least at the connecting portion , the wiring is formed so that the outer layer film does not come into contact with the substrate .

本発明の光偏向器は、第1圧電アクチュエータを駆動させることでトーションバーを第1軸線の周りに往復回転させ、トーションバーと結合したミラー部を動作させる。これにより、ミラー部は、半導体レーザ等の光を様々な方向に反射させることができる。このとき、圧電センサは第1圧電アクチュエータの変形量を検出しているので、ミラー部の振れ角を取得することができる。 The optical deflector of the present invention drives the first piezoelectric actuator to reciprocate the torsion bar about the first axis, thereby operating the mirror section coupled with the torsion bar. Accordingly, the mirror section can reflect light from a semiconductor laser or the like in various directions. At this time, since the piezoelectric sensor detects the amount of deformation of the first piezoelectric actuator, it is possible to acquire the deflection angle of the mirror section.

また、圧電センサと接続された配線は、枠体の一面側に形成された絶縁膜、その上面側の層間膜、その上面側の電極膜、電極膜を被覆する外層膜からなる積層構造であるが、第1軸線に沿ってトーションバーの他端部側の領域から枠体の外側端部まで延在する第1延在部、特に内側枠体と前記外側枠体とを接続する接続部においては、配線の外層膜が基板に接触しないように形成されている。 The wiring connected to the piezoelectric sensor has a laminated structure consisting of an insulating film formed on one side of the frame, an interlayer film on the upper surface side, an electrode film on the upper surface side, and an outer layer film covering the electrode film. is a first extending portion extending along the first axis from the region on the other end side of the torsion bar to the outer end of the frame, particularly the connecting portion connecting the inner frame and the outer frame is formed so that the outer layer film of the wiring does not come into contact with the substrate .

絶縁膜は、外層膜よりも高い密着性を確保することができ、応力が生じても剥がれ難い。これにより、第1延在部の外層膜に起因する亀裂剥離の発生を抑制することができる。 The insulating film can ensure higher adhesion than the outer layer film, and is less likely to peel off even when stress occurs. As a result, it is possible to suppress the occurrence of cracking and peeling due to the outer layer film of the first extending portion.

また、第1発明の光偏向器において、前記第1延在部から前記外側枠体の形状に沿った 方向に延びる前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることが好ましい。 Further, in the optical deflector of the first invention, the wiring extending from the first extending portion in a direction along the shape of the outer frame is formed so that the outer layer film does not come into contact with the substrate . is preferred.

圧電センサの配線は、第1延在部から外側枠体の形状に沿った方向に延びているため、第1軸線とは異なる方向の配線も含まれる。本発明では、第1延在部の第1軸線とは異なる方向の配線であっても、外層膜が基板に接触しないように形成する。これにより、配線の信頼性をさらに高めることができる。 Since the wiring of the piezoelectric sensor extends from the first extending portion in the direction along the shape of the outer frame, the wiring includes wiring in a direction different from the first axis. In the present invention, even if the wiring is in a direction different from the first axis of the first extending portion, it is formed so that the outer layer film does not come into contact with the substrate . Thereby, the reliability of wiring can be further improved.

また、第1発明の光偏向器において、前記ミラー部を、該ミラー部の中心を通り前記第1軸線と同一平面上で直交する第2軸線の周りに往復回転させるための第2圧電アクチュエータを備え、前記第2圧電アクチュエータは、複数の圧電カンチレバーが、前記第2軸線上に該圧電カンチレバーの長手方向が隣り合うように並べて配置され、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部が機械的に連結されていることが好ましい。 Further, in the optical deflector of the first invention, a second piezoelectric actuator for reciprocatingly rotating the mirror portion around a second axis line passing through the center of the mirror portion and perpendicular to the first axis line on the same plane. In the second piezoelectric actuator, a plurality of piezoelectric cantilevers are arranged side by side on the second axis so that the longitudinal directions of the piezoelectric cantilevers are adjacent to each other, and one end of the piezoelectric cantilever is mechanically bent so as to fold back with respect to the adjacent piezoelectric cantilevers. is preferably connected to

ミラー部を第2軸線の周りに往復回転させる第2圧電アクチュエータは、複数の圧電カンチレバーにより構成されている。圧電カンチレバーは、第2軸線上に圧電カンチレバーの長手方向が隣り合うように並べて配置されているので、それぞれの圧電カンチレバーは、電圧を印加したとき第2軸線の周りに屈曲変形する。 A second piezoelectric actuator that reciprocates the mirror portion about the second axis is composed of a plurality of piezoelectric cantilevers. Since the piezoelectric cantilevers are arranged side by side on the second axis so that the longitudinal direction of the piezoelectric cantilevers are adjacent to each other, each piezoelectric cantilever bends and deforms around the second axis when a voltage is applied.

また、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部が機械的に連結されているので、屈曲変形を累積させてミラー部の回転を大きくすることができる。これにより、第1、第2圧電アクチュエータを駆動させて光を2次元的に走査可能な光偏向器を実現することができる。 In addition, since one end portion is mechanically connected to the adjacent piezoelectric cantilever so as to be folded back, bending deformation can be accumulated and the rotation of the mirror portion can be increased. Accordingly, it is possible to realize an optical deflector that can two-dimensionally scan light by driving the first and second piezoelectric actuators.

第2発明の光偏向器は、光を反射するミラー部と、前記ミラー部を包囲するように設けられ、内側枠体と外側枠体との二重構造を有する枠体と、前記ミラー部の中心を通る第1軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合され、他端部が前記枠体と結合される1対のトーションバーと、前記トーションバーを前記第1軸線の周りに往復回転させ、かつ、少なくとも一部分が前記枠体と結合された第1圧電アクチュエータと、前記ミラー部を、該ミラー部の中心を通り前記第1軸線と同一平面上で直交する第2軸線の周りに往復回転させるための第2圧電アクチュエータと、前記第1圧電アクチュエータの変形量に応じた電圧を検出する圧電センサと、を備え、
前記第2圧電アクチュエータは、複数の圧電カンチレバーが、前記第2軸線上に該圧電カンチレバーの長手方向が隣り合うように並べて配置され、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部が機械的に連結される光偏向器であって、
前記枠体の前記第2軸線に沿って前記内側枠体の外側端部から前記第2圧電アクチュエータを構成する最も前記枠体側の前記圧電カンチレバーまで延在する第2延在部は、薄膜を積層した積層構造で構成され、前記圧電センサ、前記第1圧電アクチュエータ又は第2アクチュエータと接続された配線を有し
前記第2延在部に圧電膜と該圧電膜の電極膜がなく、前記配線のみが存在する場合、前記積層構造は、前記枠体を構成する基板の一面側に形成された絶縁膜、前記絶縁膜の上面に形成された層間膜、前記層間膜の上面に形成された電極膜及び前記電極膜を被覆する外層膜を有し、前記第2延在部において、前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることを特徴とする。
An optical deflector according to a second aspect of the invention comprises a mirror portion that reflects light, a frame surrounding the mirror portion and having a double structure of an inner frame and an outer frame, and the mirror portion. a pair of torsion bars having one end coupled to the mirror portion and the other end coupled to the frame on a first axis passing through the center of the torsion bar reciprocating around the first axis A first piezoelectric actuator that rotates and at least a portion of which is coupled to the frame, and the mirror section around a second axis passing through the center of the mirror section and perpendicular to the first axis on the same plane. A second piezoelectric actuator for reciprocating rotation , and a piezoelectric sensor for detecting a voltage corresponding to the amount of deformation of the first piezoelectric actuator ,
In the second piezoelectric actuator, a plurality of piezoelectric cantilevers are arranged side by side on the second axis so that the longitudinal directions of the piezoelectric cantilevers are adjacent to each other, and one end is mechanically connected to the adjacent piezoelectric cantilevers so as to be folded back. an optical deflector comprising:
A second extending portion extending from the outer end of the inner frame along the second axis of the frame to the piezoelectric cantilever closest to the frame constituting the second piezoelectric actuator includes a laminated thin film. having a wiring connected to the piezoelectric sensor, the first piezoelectric actuator, or the second actuator,
When the second extending portion does not have the piezoelectric film and the electrode film of the piezoelectric film, and only the wiring exists, the laminated structure includes an insulating film formed on one side of the substrate constituting the frame, the an interlayer film formed on an upper surface of an insulating film; an electrode film formed on an upper surface of the interlayer film; is formed so as not to come into contact with the substrate .

第2発明の光偏向器において、第2軸線に沿って内側枠体の外側端部から第2圧電アクチュエータを構成する最も前記枠体側の前記圧電カンチレバーまで延在する第2延在部については、第2圧電アクチュエータが駆動したとき、最も変位が大きい部分である。従って、第2延在部において、圧電センサ、第1圧電アクチュエータ又は第2アクチュエータと接続された配線の外層膜が基板に接触しないように形成することで、配線の信頼性を高めることができる。 In the optical deflector of the second aspect of the invention, the second extending portion extending along the second axis from the outer end of the inner frame to the piezoelectric cantilever closest to the frame constituting the second piezoelectric actuator includes: This is the portion with the largest displacement when the second piezoelectric actuator is driven. Therefore, by forming the outer layer film of the wiring connected to the piezoelectric sensor, the first piezoelectric actuator, or the second actuator so as not to contact the substrate in the second extending portion , the reliability of the wiring can be improved.

第3発明の光偏向器は、光を反射するミラー部と、前記ミラー部を包囲するように設けられた枠体と、前記ミラー部の中心を通る第1軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合され、他端部が前記枠体と結合される1対のトーションバーと、前記トーションバーを前記第1軸線の周りに往復回転させ、かつ、少なくとも一部分が前記枠体と結合された第1圧電アクチュエータと、前記ミラー部を、該ミラー部の中心を通り前記第1軸線と同一平面上で直交する第2軸線の周りに往復回転させるための第2圧電アクチュエータと、前記第1圧電アクチュエータの変形量に応じた電圧を検出する圧電センサと、を備え、前記第2圧電アクチュエータは、複数の圧電カンチレバーが、前記第2軸線上に該圧電カンチレバーの長手方向が隣り合うように並べて配置され、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部が機械的に連結される光偏向器であって、
薄膜を積層した積層構造で構成され、前記圧電センサ、前記第1圧電アクチュエータ又は第2アクチュエータと接続された配線をさらに備え、
前記圧電カンチレバーの折り返し部分に圧電膜と該圧電膜の電極膜がなく、前記配線のみが存在する場合、前記積層構造は、前記圧電カンチレバーの折り返し部分を構成する基板の一面側に形成された絶縁膜、前記絶縁膜の上面に形成された層間膜、前記層間膜の上面に形成された電極膜及び前記電極膜を被覆する外層膜を有し、前記圧電カンチレバーの折り返し部分において、前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることを特徴とする。
An optical deflector according to a third aspect of the invention comprises a mirror portion that reflects light, a frame that surrounds the mirror portion, and one end of which is positioned on a first axis passing through the center of the mirror portion. a pair of torsion bars connected to the frame and having the other end connected to the frame, the torsion bars reciprocally rotating about the first axis, and at least a portion of the torsion bar being connected to the frame a first piezoelectric actuator, a second piezoelectric actuator for reciprocally rotating the mirror section about a second axis passing through the center of the mirror section and perpendicular to the first axis on the same plane, and the first piezoelectric a piezoelectric sensor that detects a voltage corresponding to the amount of deformation of the actuator , wherein the second piezoelectric actuator has a plurality of piezoelectric cantilevers arranged side by side on the second axis such that the longitudinal direction of the piezoelectric cantilevers is adjacent to each other. and one end of the optical deflector is mechanically connected to the adjacent piezoelectric cantilever so as to be folded back,
further comprising a wiring configured with a laminated structure in which thin films are laminated and connected to the piezoelectric sensor, the first piezoelectric actuator or the second actuator,
When the piezoelectric film and the electrode film of the piezoelectric film do not exist in the folded portion of the piezoelectric cantilever and only the wiring exists, the laminated structure is an insulating film formed on one side of the substrate constituting the folded portion of the piezoelectric cantilever. an interlayer film formed on the upper surface of the insulating film; an electrode film formed on the upper surface of the interlayer film; and an outer layer film covering the electrode film. The outer layer film is formed so as not to contact the substrate .

第3発明の光偏向器において、第2圧電アクチュエータの圧電カンチレバーの折り返し部分を圧電センサ、第1圧電アクチュエータ又は第2アクチュエータと接続された配線が通過する場合、配線の外層膜が基板に接触しないように形成する。これにより、配線の信頼性をさらに高めることができる。 In the optical deflector of the third invention, when the wiring connected to the piezoelectric sensor, the first piezoelectric actuator or the second actuator passes through the folded portion of the piezoelectric cantilever of the second piezoelectric actuator, the outer layer film of the wiring does not contact the substrate . form like Thereby, the reliability of wiring can be further improved.

光スキャナモジュールの構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of an optical scanner module; 本発明の光偏向器の斜視図。1 is a perspective view of an optical deflector of the present invention; FIG. 蛇腹状圧電アクチュエータの動作を説明する図(駆動前)。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the bellows-shaped piezoelectric actuator (before driving); 蛇腹状圧電アクチュエータの動作を説明する図(駆動後)。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the bellows-shaped piezoelectric actuator (after driving); 図2の領域R(圧電センサの配置部分)の拡大図。FIG. 3 is an enlarged view of a region R (a portion where a piezoelectric sensor is arranged) in FIG. 2; 信号配線の断面図(従来例)。Sectional drawing of signal wiring (conventional example). 図4の信号配線のV-V断面図。FIG. 5 is a VV cross-sectional view of the signal wiring in FIG. 4; 一部の圧電膜を除去した光偏向器の拡大図(1)。An enlarged view (1) of an optical deflector with a part of the piezoelectric film removed. 一部の圧電膜を除去した光偏向器の拡大図(2)。An enlarged view (2) of the optical deflector from which a part of the piezoelectric film is removed. ミラー部の駆動試験の結果を示す図。FIG. 5 is a diagram showing the result of a driving test of the mirror section; 配線が領域U’を通過する構成を説明する図。FIG. 5 is a diagram for explaining a configuration in which wiring passes through a region U';

初めに、図1を参照して、光スキャナモジュールの構成を説明する。 First, the configuration of the optical scanner module will be described with reference to FIG.

光スキャナモジュール1は、例えば、ピコプロジェクタ、LiDAR(Light Detection and Randing)、ヘッドランプ等に用いられる部品であり、主に光偏向器2、レーザ光源3及び制御装置5で構成される。 The optical scanner module 1 is a component used in, for example, a pico projector, LiDAR (Light Detection and Landing), headlamp, etc., and is mainly composed of an optical deflector 2 , a laser light source 3 and a control device 5 .

本発明の実施形態の光偏向器2は、半導体プロセスやMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用して作製され、一定の方向から入射する光を回転するマイクロミラーで反射し、走査光として出射する。 The optical deflector 2 of the embodiment of the present invention is manufactured using a semiconductor process or MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology, reflects light incident from a fixed direction on a rotating micromirror, and emits it as scanning light. do.

光偏向器2のインナーフレームである可動枠8(本発明の「枠体」)には、ミラー部9、圧電アクチュエータ10、トーションバー13等が設けられている。レーザ光源3から入射するレーザ光4aは,ミラー部9で反射され、反射光(レーザ光4b)が、例えば、ピコプロジェクタの投影面を走査する。 A movable frame 8 (“frame body” of the present invention), which is an inner frame of the optical deflector 2, is provided with a mirror portion 9, a piezoelectric actuator 10, a torsion bar 13, and the like. The laser light 4a incident from the laser light source 3 is reflected by the mirror portion 9, and the reflected light (laser light 4b) scans, for example, the projection surface of the pico-projector.

このとき、制御装置5は、可動枠8及びレーザ光源3に制御信号を送信する。この制御信号により可動枠8内の圧電アクチュエータ10が駆動され、これと結合したトーションバー13が捩れることで、ミラー部9を回転させる。また、レーザ光源3のレーザ光4aは、制御信号によりオン、オフや輝度が制御される。 At this time, the control device 5 transmits control signals to the movable frame 8 and the laser light source 3 . The piezoelectric actuator 10 in the movable frame 8 is driven by this control signal, and the torsion bar 13 connected thereto is twisted, thereby rotating the mirror portion 9 . Also, the laser light 4a of the laser light source 3 is controlled in on/off and brightness by a control signal.

次に、図2を参照して、光偏向器の詳細について説明する。 Next, the details of the optical deflector will be described with reference to FIG.

ミラー部9は、初期状態において、中心Oから正面側に延び出す法線を、光偏向器2において、まっすぐ前方に向けて配設されている。ミラー部9は、Y軸(本発明の「第1軸線」)方向のトーションバー13に支持され、可動枠8の中心に配設されている。 In the initial state, the mirror section 9 is arranged so that the normal extending from the center O toward the front side faces straight forward in the optical deflector 2 . The mirror portion 9 is supported by a torsion bar 13 in the Y-axis (“first axis” of the present invention) direction and arranged at the center of the movable frame 8 .

ミラー部9の反射面は、Au,Pt,Al等の金属薄膜を、例えば、スパッタ法や電子ビーム蒸着法により形成する。なお、ミラー部9の形状は円形に限られず、楕円形やその他の形状であってもよい。 The reflecting surface of the mirror section 9 is formed by forming a metal thin film of Au, Pt, Al, or the like, for example, by sputtering or electron beam vapor deposition. Note that the shape of the mirror portion 9 is not limited to a circle, and may be oval or other shapes.

図示するように、可動枠8は、内側枠体8aと外側枠体8bとの二重構造を有する。圧電アクチュエータ10は、正面視左側の半環状圧電アクチュエータ10a、正面視右側の半環状圧電アクチュエータ10bとで構成され、内側枠体8aの上面に形成されている。すなわち、内側枠体8aは、複数の圧電体部が環状に並んで配置された環状の駆動部である。半環状圧電アクチュエータ10a,10bは、例えば、並んで配列された3つの部分から構成することができる。 As illustrated, the movable frame 8 has a double structure of an inner frame 8a and an outer frame 8b. The piezoelectric actuator 10 includes a semi-annular piezoelectric actuator 10a on the left side when viewed from the front and a semi-annular piezoelectric actuator 10b on the right side when viewed from the front, and is formed on the upper surface of the inner frame 8a. That is, the inner frame 8a is an annular driving portion in which a plurality of piezoelectric portions are arranged in a ring. The semi-annular piezoelectric actuators 10a, 10b can, for example, consist of three parts arranged side by side.

また、トーションバー13は、正面視上側のトーションバー13aと、正面視下側のトーションバー13bとで構成されている。トーションバー13a,13bは、一端部がミラー部9、他端部が内側枠体8aと結合している。トーションバー13a,13bがこのように結合していることで、ミラー部9のY軸方向の往復回転が安定する。 The torsion bar 13 is composed of an upper torsion bar 13a in front view and a lower torsion bar 13b in front view. The torsion bars 13a and 13b are connected to the mirror portion 9 at one end and to the inner frame 8a at the other end. By connecting the torsion bars 13a and 13b in this manner, the reciprocating rotation of the mirror portion 9 in the Y-axis direction is stabilized.

半環状圧電アクチュエータ10a,10b(本発明の「第1圧電アクチュエータ」)を 備える内側枠体8aは、ミラー部9を外側から包囲するように配設されている。半環状圧 電アクチュエータ10a,10bを備える内側枠体8aは、Y軸上でトーションバー13a,13bと結合し、外側枠体8bとも結合している。 An inner frame 8a having semi-annular piezoelectric actuators 10a and 10b (“first piezoelectric actuators” of the present invention) is arranged to surround the mirror portion 9 from the outside. An inner frame 8a with semi-annular piezoelectric actuators 10a, 10b is coupled on the Y-axis with torsion bars 13a, 13b and also with an outer frame 8b.

半環状圧電アクチュエータ10a,10bは、半導体プロセスにより、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の圧電膜を下部電極及び上部電極で挟み込んだ構造となっている。下部電極、上部電極を介して圧電膜に電圧を印加することで、半環状圧電アクチュエータ10a,10bを屈曲変形させ、トーションバー13a,13bを捩るという仕組みである。 The semi-annular piezoelectric actuators 10a and 10b have a structure in which a piezoelectric film of lead zirconate titanate (PZT) is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode by a semiconductor process. By applying a voltage to the piezoelectric film via the lower electrode and the upper electrode, the semi-annular piezoelectric actuators 10a and 10b are bent and deformed to twist the torsion bars 13a and 13b.

光偏向器2では、外枠支持体11の中央に可動枠8が配設され、可動枠8の両脇には、蛇腹状圧電アクチュエータ6a,6b(本発明の「第2圧電アクチュエータ」)が配設さ れている。蛇腹状圧電アクチュエータ6a,6bは、外側枠体8b(領域S)及び外枠支持体11のX軸(本発明の「第2軸線)上の端部と結合している。なお、X軸上においては、内側枠体8aと外側枠体8bとが結合している。 In the optical deflector 2, a movable frame 8 is disposed in the center of an outer frame support 11, and bellows-shaped piezoelectric actuators 6a and 6b ("second piezoelectric actuators" of the present invention) are provided on both sides of the movable frame 8. are placed. The bellows-shaped piezoelectric actuators 6a and 6b are connected to the ends of the outer frame 8b (region S) and the outer frame support 11 on the X- axis (the "second axis" of the present invention) . , the inner frame 8a and the outer frame 8b are connected.

詳細は後述するが、蛇腹状圧電アクチュエータ6a,6bは、複数のカンチレバーを長手方向が隣り合う向きに並べて、上下方向端部で折り返して直列結合した構造になっている。蛇腹状圧電アクチュエータ6a,6bを駆動させることにより、可動枠8がX軸の周りを往復回動する。 Although details will be described later, each of the bellows-shaped piezoelectric actuators 6a and 6b has a structure in which a plurality of cantilevers are arranged side by side in the longitudinal direction, folded back at the ends in the vertical direction, and connected in series. By driving the bellows-shaped piezoelectric actuators 6a and 6b, the movable frame 8 reciprocates around the X axis.

この結果、光偏向器2は、レーザ光4aをミラー部9で反射する際、光を光偏向器2の前方に出射して、さらにX軸方向とY軸方向の2方向に走査することができる。 As a result, when the laser beam 4a is reflected by the mirror portion 9, the optical deflector 2 emits the light in front of the optical deflector 2, and further scans in two directions of the X-axis direction and the Y-axis direction. can.

外枠支持体11の正面視左側には、電極パッド7a-1~7a-8(以下、電極パッド7aという)が配設され、外枠支持体11の正面視右側には、電極パッドb-1~7b-8(以下、電極パッド7bという)が配設されている。電極パッド7a,7bは、蛇腹状圧電アクチュエータ6a,6b及び半環状圧電アクチュエータ10a,10bの各電極に駆動電圧を印加できるように電気的に接続されている。 Electrode pads 7a-1 to 7a-8 (hereinafter referred to as electrode pads 7a) are arranged on the left side of the outer frame support 11 in front view, and electrode pads b- 1 to 7b-8 (hereinafter referred to as electrode pads 7b) are provided. The electrode pads 7a and 7b are electrically connected so as to apply a drive voltage to each electrode of the bellows-shaped piezoelectric actuators 6a and 6b and the semi-circular piezoelectric actuators 10a and 10b.

次に、図3A、図3Bを参照して、蛇腹状圧電アクチュエータの動作を説明する。 Next, the operation of the bellows-shaped piezoelectric actuator will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.

上述したように、実施形態の光偏向器2は、蛇腹状圧電アクチュエータ6a,6bを動作させることにより、ミラー部9のX軸方向の往復回転を可能としている。 As described above, the optical deflector 2 of the embodiment enables the mirror section 9 to reciprocate in the X-axis direction by operating the bellows-shaped piezoelectric actuators 6a and 6b.

図3Aは、光偏向器2を正面側から見たとき、左側に配設される蛇腹状圧電アクチュエータ6aを切り出した図である。蛇腹状圧電アクチュエータ6aは、圧電カンチレバーを5つ並べた形状である。各圧電カンチレバーは、主に圧電膜とそれを挟む電極膜とで構成される。以下では、可動枠8から離れた方より順に、圧電カンチレバー6a(1),6a(2),6a(3),6a(4),6a(5)と呼ぶ。 FIG. 3A is a cutout view of the bellows-shaped piezoelectric actuator 6a arranged on the left side when the optical deflector 2 is viewed from the front side. The bellows-shaped piezoelectric actuator 6a has a shape in which five piezoelectric cantilevers are arranged. Each piezoelectric cantilever is mainly composed of a piezoelectric film and electrode films sandwiching it. Hereinafter, the piezoelectric cantilevers 6a(1), 6a(2), 6a(3), 6a(4), and 6a(5) are referred to in order from the side remote from the movable frame 8. FIG.

例えば、蛇腹状圧電アクチュエータ6aにおいて、奇数番目の圧電カンチレバー6a(1),6a(3),6a(5)に第1の電圧を印加する。また、偶数番目の圧電カンチレバー6a(2),6a(4)に、第1の電圧とは逆位相の第2の電圧を印加する。 For example, in the bellows-shaped piezoelectric actuator 6a, a first voltage is applied to the odd-numbered piezoelectric cantilevers 6a(1), 6a(3), and 6a(5). A second voltage having a phase opposite to that of the first voltage is applied to the even-numbered piezoelectric cantilevers 6a(2) and 6a(4).

このようにすることで、図3Bに示すように、奇数番目の圧電カンチレバー6a(1),6a(3),6a(5)を下方向に屈曲変位させ、偶数番目の圧電カンチレバー6a(2),6a(4)を上方向に屈曲変位させることができる。なお、圧電カンチレバー6a(1)は、5つの圧電カンチレバーの中で最も幅が広く、また、外枠支持体11に接続しているため、ほとんど屈曲しない。 By doing so, as shown in FIG. 3B, the odd-numbered piezoelectric cantilevers 6a(1), 6a(3), and 6a(5) are bent downward, and the even-numbered piezoelectric cantilever 6a(2) is bent downward. , 6a(4) can be bent upward. The piezoelectric cantilever 6a(1) has the widest width among the five piezoelectric cantilevers and is connected to the outer frame support 11, so that it hardly bends.

図示しないが、蛇腹状圧電アクチュエータ6bについては、可動枠8に近い方より順に、圧電カンチレバー6b(1),6b(2),6b(3),6b(4),6b(5)とする。このとき、奇数番目の圧電カンチレバー6b(1),6b(3),6b(5)を下方向に屈曲変位させ、偶数番目の圧電カンチレバー6b(2),6b(4)を上方向に屈曲変位させることができる。 Although not shown, the bellows-shaped piezoelectric actuator 6b is referred to as piezoelectric cantilevers 6b(1), 6b(2), 6b(3), 6b(4), and 6b(5) in order from the side closest to the movable frame 8. FIG. At this time, the odd-numbered piezoelectric cantilevers 6b(1), 6b(3), 6b(5) are bent downward, and the even-numbered piezoelectric cantilevers 6b(2), 6b(4) are bent upward. can be made

これにより、ミラー部9の正面視下側(トーションバー13b側)よりミラー部9の上側(トーションバー13a側)が低くなる(上側が図中のZ軸方向に動く)ように、ミラー部9を変位させることができる。このようにして、ミラー部9をX軸方向の様々な角度にセットすることができる。 As a result, the mirror portion 9 is arranged such that the upper side (torsion bar 13a side) of the mirror portion 9 is lower than the lower side (torsion bar 13b side) of the mirror portion 9 (the upper side moves in the Z-axis direction in the drawing). can be displaced. In this manner, the mirror section 9 can be set at various angles in the X-axis direction.

次に、図4を参照して、ミラー部の振れ角を検出する圧電センサについて説明する。図4は、図2の領域Rの拡大図、すなわち、可動枠8内の圧電センサの配置部を示している。 Next, a piezoelectric sensor that detects the deflection angle of the mirror portion will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an enlarged view of region R in FIG.

圧電センサ30a,30bは水平方向走査用センサ(Hセンサ)であり、トーションバー13bと半環状圧電アクチュエータ10a,10bとの結合部に跨る位置に配設されている。 The piezoelectric sensors 30a and 30b are horizontal scanning sensors (H sensors), and are arranged at positions straddling the joints between the torsion bar 13b and the semi-annular piezoelectric actuators 10a and 10b.

圧電センサ30a、圧電センサ30bからは、位相は異なるが、ほぼ同じ数値の値を取得することができる。なお、圧電センサは少なくても1つあれば半環状圧電アクチュエータ10a,10bの歪みを検出することができる。 From the piezoelectric sensor 30a and the piezoelectric sensor 30b, substantially the same numerical values can be obtained although the phases are different. At least one piezoelectric sensor can detect the distortion of the semi-annular piezoelectric actuators 10a and 10b.

圧電センサ30a,30bは、複数の圧電体部からなる半環状圧電アクチュエータ10aを備える内側枠体8aの変位に応じた電圧を検出する。これにより、ミラー部9の振れ角を位相遅れなく検出することができる。 The piezoelectric sensors 30a and 30b detect voltage corresponding to the displacement of the inner frame 8a, which includes the semi-annular piezoelectric actuator 10a made up of a plurality of piezoelectric portions. As a result, the deflection angle of the mirror section 9 can be detected without phase delay.

内側枠体8aの変位は、圧電センサ30aと接続された信号配線32aから電極パッド7bを構成する電極の1つに送られる。また、内側枠体8aの変位は、圧電センサ30bと接続された信号配線32bからも電極パッド7bを構成する電極の1つに送られる。 The displacement of the inner frame 8a is sent from the signal wiring 32a connected to the piezoelectric sensor 30a to one of the electrodes forming the electrode pad 7b. The displacement of the inner frame 8a is also sent to one of the electrodes forming the electrode pad 7b from the signal wiring 32b connected to the piezoelectric sensor 30b.

信号配線32a,32bは、外側枠体8bの形状に沿った一方向に延びて、外側枠体8bと蛇腹状圧電アクチュエータ6bとを接続する部分(図2の領域S)から蛇腹状圧電アクチュエータ6bの積層構造の配線層を通過して、電極パッド7bに接続される。なお、圧電センサ30a,30bを構成する下部電極は、半環状圧電アクチュエータ10a,10bの下部電極と一体の連続膜であって、接地(共通GND)されている。 The signal wirings 32a and 32b extend in one direction along the shape of the outer frame 8b, and extend from the portion (region S in FIG. 2) connecting the outer frame 8b and the bellows-like piezoelectric actuator 6b to the bellows-like piezoelectric actuator 6b. is connected to the electrode pad 7b through the wiring layer of the laminated structure. The lower electrodes constituting the piezoelectric sensors 30a and 30b are continuous films integral with the lower electrodes of the semi-annular piezoelectric actuators 10a and 10b and are grounded (common GND).

圧電センサ30a,30bのセンサ信号は、電極パッド7bを介して制御装置5(図1参照)に送られる。これにより、制御装置5は、リアルタイムでミラー部9の振れ角をフィードバックして制御することができる。 Sensor signals from the piezoelectric sensors 30a and 30b are sent to the controller 5 (see FIG. 1) via the electrode pads 7b. As a result, the control device 5 can control the deflection angle of the mirror section 9 by feeding it back in real time.

ここで、トーションバー13bから内側枠体8aを越えて、外側枠体8bまで延在している領域U(本発明の「第1延在部」)については、ミラー部9が回転するとき最も応力がかかる部分である。さらに、信号配線32a,32bを保護する外層膜(SiN層)は、基板表面のSi活性層との密着性が低い。詳細は後述するが、この部分の配線剥離を原因に断線が生じないように、外層膜が基板表面(Si活性層)を被覆しない。すなわち、外層膜と基板表面(Si活性層)とが離間した状態となっている。 Here, regarding the region U (“first extension portion” in the present invention) extending from the torsion bar 13b beyond the inner frame 8a to the outer frame 8b, when the mirror portion 9 rotates, the maximum This is the part where stress is applied. Furthermore, the outer layer film (SiN layer) that protects the signal wirings 32a and 32b has low adhesion to the Si active layer on the substrate surface. Although the details will be described later, the outer layer film does not cover the substrate surface (Si active layer) so as not to cause disconnection due to the peeling of the wiring at this portion. That is, the outer layer film and the substrate surface (Si active layer) are separated from each other.

次に、図5A、図5Bを参照して、信号配線の断面構造について説明する。 Next, with reference to FIGS. 5A and 5B, the cross-sectional structure of the signal wiring will be described.

まず、図5Aに従来の信号配線(信号配線31という)の断面構造を示す。信号配線31は、下層から順に基板20(表面はSi活性層)、熱酸化絶縁膜(本発明の「絶縁膜」)としてのSiO層22、層間膜としてのSiN層24、配線の電極膜としてのAlNd層26、配線層を被覆して保護する外層膜(パッシべーション膜)としてのSiN層28を有する。なお、基板20は、図4では、圧電アクチュエータや圧電センサ等の構造が形成されていない部分である。 First, FIG. 5A shows a cross-sectional structure of a conventional signal wiring (referred to as signal wiring 31). The signal wiring 31 comprises, in order from the bottom, a substrate 20 (the surface is a Si active layer), a SiOx layer 22 as a thermally oxidized insulating film (the "insulating film" of the present invention), a SiN layer 24 as an interlayer film, and an electrode film for wiring. and an SiN layer 28 as an outer layer film (passivation film) that covers and protects the wiring layer. 4, the substrate 20 is a portion where structures such as piezoelectric actuators and piezoelectric sensors are not formed.

図示するように、SiN層28は、AlNd層26だけでなく、SiN層24の上面及び側面、SiO層22の側面、基板20のSi活性層の上面を被覆するように成膜されている。上述したように、SiN層28と基板20のSi活性層とは密着性が低いことに加え、領域Uでは配線の幅員が減少し、トーションバー13bによる捩り応力が生じるため、亀裂剥離が発生しやすい。 As shown, the SiN layer 28 is formed so as to cover not only the AlNd layer 26 but also the top and side surfaces of the SiN layer 24, the side surfaces of the SiOx layer 22, and the top surface of the Si active layer of the substrate 20. . As described above, in addition to the low adhesion between the SiN layer 28 and the Si active layer of the substrate 20, the width of the wiring is reduced in the region U, and torsional stress is generated by the torsion bar 13b. Cheap.

次に、図5Bに図4の信号配線32aの断面(V-V断面)構造を示す。信号配線32aが下層から順に基板20(Si活性層)、SiO層22、SiN層24、AlNd層26、SiN層28を有する点は同じである。しかし、本発明では、領域Uの信号配線32a,32b(外側枠体8bの形状に沿った信号配線の一部を含む)に限り、SiN層28が直接Si活性層に接触する部分をドライエッチングにより除去して、両方の膜が離間した構造としている。 Next, FIG. 5B shows a cross-sectional (VV cross section) structure of the signal wiring 32a of FIG. It is the same in that the signal wiring 32a has the substrate 20 (Si active layer), the SiOx layer 22, the SiN layer 24, the AlNd layer 26, and the SiN layer 28 in order from the bottom. However, in the present invention, only the signal wirings 32a and 32b in the region U (including part of the signal wirings along the shape of the outer frame 8b) are dry-etched for the portion where the SiN layer 28 is in direct contact with the Si active layer. are removed by , leaving both films separated from each other.

ドライエッチングの工程でエッチングパターンが従来と異なるだけで、工程が増加するものではない。なお、SiN層28が直接Si活性層に接触しないようにすればよいので、SiO層22の側面の一部までは被覆していてもよい。また、SiN層28とSi活性層とが直接接触しないように、基板20(Si活性層)の上面に、SiN層28と密着性が良い介在層を成膜しておくようにしてもよい。 Only the etching pattern in the dry etching process is different from the conventional one, and the number of processes is not increased. Since it is sufficient that the SiN layer 28 does not come into direct contact with the Si active layer, the side surface of the SiOx layer 22 may be partially covered. An intervening layer having good adhesion to the SiN layer 28 may be formed on the upper surface of the substrate 20 (Si active layer) so that the SiN layer 28 and the Si active layer do not come into direct contact with each other.

通常、SiO層22は、高温でSiを酸化させて成膜することから、プラズマCVD等で成膜するSiN層28よりも高い密着性を確保することができ、応力が生じても剥離が発生し難い。これにより、Si活性層とSiN層28との間の亀裂剥離を抑制することができるので、圧電センサ30a,30bのセンサ信号を精度良く取り出して、ミラー部9を正確に制御することができる。 Since the SiOx layer 22 is usually formed by oxidizing Si at a high temperature, it is possible to ensure higher adhesion than the SiN layer 28 formed by plasma CVD or the like, and peeling does not occur even when stress occurs. unlikely to occur. As a result, crack separation between the Si active layer and the SiN layer 28 can be suppressed, so sensor signals of the piezoelectric sensors 30a and 30b can be extracted with high accuracy, and the mirror section 9 can be controlled accurately.

今回、領域Uにある信号配線32a,32bについて、SiN層28が基板20のSi活性層を被覆しない構造としたが、これに限られるものではない。信号配線32a,32bは、図2の領域Sを通過させて電極パッド7bの方向に引き回すが、X軸上の領域Sは、蛇腹状圧電アクチュエータ6bによる変位が大きい部分である。 Although the SiN layer 28 does not cover the Si active layer of the substrate 20 for the signal wirings 32a and 32b in the region U this time, it is not limited to this. The signal wires 32a and 32b pass through the region S in FIG. 2 and are routed in the direction of the electrode pad 7b. The region S on the X-axis is a portion where the displacement caused by the bellows-shaped piezoelectric actuator 6b is large.

図6Aは、可動枠8と蛇腹状圧電アクチュエータ6bとを接続する部分の圧電膜を除去した光偏向器において、図2の領域Sに相当する部分を示している。この領域(本発明の「第2延在部」)の信号配線32a,32b、配線33についても、SiN層28が基板20のSi活性層を被覆しない構造としてもよい。これにより、信号配線の信頼性さらに高めることができる。 FIG. 6A shows a portion corresponding to the region S in FIG. 2 in the optical deflector from which the piezoelectric film of the portion connecting the movable frame 8 and the bellows-shaped piezoelectric actuator 6b is removed. The signal wirings 32a, 32b and the wirings 33 in this region (the “second extending portion” of the present invention) may also have a structure in which the SiN layer 28 does not cover the Si active layer of the substrate 20. FIG. Thereby, the reliability of the signal wiring can be further improved.

また、図2の領域Tは、蛇腹状圧電アクチュエータ6a,6bの折り返し部分まで圧電膜で被覆されているが、この部分の圧電膜は必須ではない。図6Bは、蛇腹状圧電アクチュエータ6aの折り返し部分の圧電膜を除去した光偏向器において、図2の領域Tに相当する部分を示している。この領域(本発明の「折り返し部分」)には、蛇腹状圧電アクチュエータ6aに駆動電圧を印加する配線及び圧電センサの検知電圧を出力する配線(配線34a~34d)が設けられているが、それらの配線の外層膜であるSiN層28が基板20のSi活性層を被覆しない構造としてもよい。 In addition, although the area T in FIG. 2 is covered with the piezoelectric film up to the folded portions of the bellows-shaped piezoelectric actuators 6a and 6b, the piezoelectric film in this portion is not essential. FIG. 6B shows a portion corresponding to the region T in FIG. 2 in the optical deflector in which the piezoelectric film of the folding portion of the bellows-shaped piezoelectric actuator 6a is removed. In this region (the “turned-back portion” of the present invention), wirings for applying a driving voltage to the bellows-shaped piezoelectric actuator 6a and wirings for outputting a detection voltage of the piezoelectric sensor (wirings 34a to 34d) are provided. A structure in which the SiN layer 28, which is the outer layer film of the wiring, does not cover the Si active layer of the substrate 20 may be employed.

次に、図7を参照して、光偏向器のミラー部を駆動させ、信号配線の従来の構造と本発明の構造とを比較した試験結果を示す。 Next, with reference to FIG. 7, test results are shown in which the mirror portion of the optical deflector is driven and the conventional signal wiring structure and the structure of the present invention are compared.

まず、ミラー部を共振周波数により振れ角を±13°として、12時間駆動させた場合には、信号配線の従来の構造、本発明の構造ともに、外層膜(SiN層)の剥離が生じなかった。 First, when the mirror section was driven for 12 hours with a deflection angle of ±13° depending on the resonance frequency, no peeling of the outer layer film (SiN layer) occurred in both the conventional structure of the signal wiring and the structure of the present invention. .

一方、ミラー部を共振周波数により振れ角を±18°として、12時間駆動させた場合には、本発明の信号配線は剥離を生じなかったが、従来の構造の信号配線では剥離が生じた。これにより、本発明の信号配線の構造は、一定の信頼性があることが確認された。 On the other hand, when the mirror section was driven for 12 hours with the deflection angle of ±18° depending on the resonance frequency, the signal wiring of the present invention did not peel, but the signal wiring of the conventional structure did. As a result, it was confirmed that the signal wiring structure of the present invention has a certain level of reliability.

上述の実施形態は一例に過ぎず、様々な変更形態が考えられる。信号配線32a,32bの積層構造は一例であって、電極密着膜や層間絶縁膜が適宜設けられていてもよい。 The above-described embodiment is merely an example, and various modifications are conceivable. The laminated structure of the signal wirings 32a and 32b is an example, and electrode adhesion films and interlayer insulating films may be provided as appropriate.

図4において、信号配線32a,32bは何れも右方向に引き回されていたが、左方向でもよいし、左右に1本ずつ分かれていてもよい。また、圧電センサ30a,30bの位置もトーションバー13b側に限られず、トーションバー13a側にあってもよい。 In FIG. 4, the signal wirings 32a and 32b are both routed to the right, but they may be routed to the left or may be divided into left and right. Further, the positions of the piezoelectric sensors 30a and 30b are not limited to the torsion bar 13b side, and may be on the torsion bar 13a side.

また、上述の実施形態では、主に圧電センサの信号配線についてSiN層が基板のSi活性層を被覆しない構造としたが、図6Bに示したように、圧電アクチュエータに駆動電圧を印加する配線についても同じである。なお、圧電アクチュエータの配線は、領域Sや領域T(図2参照)を通過し、場合によっては領域U(図4参照)も通過するので、これらの配線について圧電センサの信号配線と同様に加工すればよい。 In the above-described embodiment, the signal wiring of the piezoelectric sensor is mainly structured so that the SiN layer does not cover the Si active layer of the substrate. is the same. The wiring of the piezoelectric actuator passes through the regions S and T (see FIG. 2), and in some cases also passes through the region U (see FIG. 4). do it.

例えば、図8は、圧電アクチュエータに駆動電圧を印加する配線が領域U’を通過する構成を示している。なお、図中の配線は、実際には圧電膜(模様有り部分)の下層に配置されている。 For example, FIG. 8 shows a configuration in which wiring for applying drive voltages to piezoelectric actuators passes through region U'. It should be noted that the wiring in the drawing is actually arranged in the lower layer of the piezoelectric film (patterned portion).

領域U’は上述の領域Uと対称の位置、すなわち、トーションバー13aから内側枠体8aを越えて、外側枠体8bまで延在する領域である。上述した通り、領域U’を通過する圧電アクチュエータの配線35a,35bは、圧電センサの信号配線36と同様に可動枠8の一面側に形成される。 A region U' is a position symmetrical to the region U described above, that is, a region extending from the torsion bar 13a beyond the inner frame 8a to the outer frame 8b. As described above, the wirings 35a and 35b of the piezoelectric actuator passing through the region U' are formed on one side of the movable frame 8 in the same manner as the signal wiring 36 of the piezoelectric sensor.

配線35a,35bは、基板表面のSi活性層上の、熱酸化絶縁膜(本発明の「絶縁膜」)としてのSiO層、層間膜としてのSiN層、配線の電極膜としてのAlNd層、配線層を被覆して保護する外層膜(パッシベーション膜)としてのSiN層からなる積層構造を有する。そして、配線35a,35bは、外層膜のSiN層が可動枠8(基板20のSi活性層)を被覆しない構造となっている。 The wirings 35a and 35b are composed of a SiOx layer as a thermally oxidized insulating film (the "insulating film" of the present invention), a SiN layer as an interlayer film, an AlNd layer as an electrode film for wiring, and a It has a laminated structure consisting of a SiN layer as an outer layer film (passivation film) that covers and protects the wiring layer. The wirings 35a and 35b have a structure in which the SiN layer of the outer layer film does not cover the movable frame 8 (the Si active layer of the substrate 20).

図中の領域S,S’や領域T,T’(特に、枠体や圧電カンチレバーの折り返し部分が圧電膜で覆われていない場合)も同様に、圧電アクチュエータの配線の外層膜が、枠体又は圧電カンチレバーの折り返し部分を被覆しないように形成することで、窒化膜を原因とした配線の亀裂剥離の発生を抑制した光偏向器を製造することができる。 Regions S and S' and regions T and T' in the figure (especially when the frame and the folded portion of the piezoelectric cantilever are not covered with the piezoelectric film) are similarly the outer layer film of the wiring of the piezoelectric actuator. Alternatively, by forming the folded portion of the piezoelectric cantilever so as not to cover it, it is possible to manufacture an optical deflector that suppresses cracking and peeling of the wiring caused by the nitride film.

1…光スキャナモジュール、2…光偏向器、3…レーザ光源、4a,4b…レーザ光、5…制御装置、6a,6b…蛇腹状圧電アクチュエータ、7a1~7a8,7b1~7b8…電極パッド、8…可動枠、8a…内側枠体、8b…外側枠体、9…ミラー部、10a,10b…半環状圧電アクチュエータ、11…外枠支持体、13a,13b…トーションバー、20…基板、22…SiO層、24…SiN層、26…AlNd層、28…SiN層、30a,30b…圧電センサ、31,32a,32b,36…信号配線、33,34a~34d,35a,35b…配線。 REFERENCE SIGNS LIST 1 optical scanner module 2 optical deflector 3 laser light source 4a, 4b laser light 5 controller 6a, 6b accordion-shaped piezoelectric actuator 7a1 to 7a8, 7b1 to 7b8 electrode pad 8 Movable frame 8a Inner frame 8b Outer frame 9 Mirror section 10a, 10b Semi-annular piezoelectric actuator 11 Outer frame support 13a, 13b Torsion bar 20 Substrate 22 SiO x layer 24 SiN layer 26 AlNd layer 28 SiN layer 30a, 30b piezoelectric sensor 31, 32a, 32b, 36 signal wiring 33, 34a to 34d, 35a, 35b wiring.

Claims (5)

光を反射するミラー部と、
前記ミラー部を包囲するように設けられ、内側枠体と外側枠体との二重構造を有する枠体と、
前記ミラー部の中心を通る第1軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合され、他端部が前記枠体と結合される1対のトーションバーと、
前記枠体を支持する支持体と、
前記トーションバーを前記第1軸線の周りに往復回転させ、かつ、少なくとも一部分が前記枠体と結合された第1圧電アクチュエータと
前記枠体内に設けられて、前記第1圧電アクチュエータの変形量に応じた電圧を検出する圧電センサと、を備える光偏向器であって、
前記枠体の前記第1軸線に沿って前記トーションバーの前記他端部側から前記枠体の外側端部まで延在する第1延在部には、薄膜を積層した積層構造で構成され、前記圧電センサ又は前記第1圧電アクチュエータと接続され、前記第1延在部を通って前記支持体に延びる配線と、前記内側枠体と前記外側枠体とを接続する接続部と、が設けられ、
前記積層構造は、前記枠体を構成する基板の一面側に形成された絶縁膜、前記絶縁膜の上面に形成された層間膜、前記層間膜の上面に形成された電極膜及び前記電極膜を被覆する外層膜を有し、
少なくとも前記接続部において、前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることを特徴とする光偏向器。
a mirror portion that reflects light;
a frame body provided to surround the mirror section and having a double structure of an inner frame body and an outer frame body ;
a pair of torsion bars having one end coupled to the mirror and the other end coupled to the frame on a first axis passing through the center of the mirror;
a support that supports the frame;
a first piezoelectric actuator that reciprocates the torsion bar about the first axis and at least a portion of which is coupled to the frame ;
a piezoelectric sensor that is provided in the frame and detects a voltage corresponding to the amount of deformation of the first piezoelectric actuator, the optical deflector comprising:
A first extending portion extending from the other end side of the torsion bar to the outer end of the frame along the first axis of the frame has a laminated structure in which thin films are laminated, Wiring connected to the piezoelectric sensor or the first piezoelectric actuator and extending to the support through the first extending portion, and a connection portion connecting the inner frame and the outer frame are provided. ,
The laminated structure includes an insulating film formed on one side of a substrate constituting the frame, an interlayer film formed on the upper surface of the insulating film, an electrode film formed on the upper surface of the interlayer film, and the electrode film. having an outer layer membrane to cover,
The optical deflector, wherein the wiring is formed so that the outer layer film does not come into contact with the substrate at least at the connecting portion .
請求項1に記載の光偏向器において、
前記第1延在部から前記外側枠体の形状に沿った方向に延びる前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることを特徴とする光偏向器。
The optical deflector according to claim 1 ,
The optical deflector, wherein the wiring extending from the first extending portion in a direction along the shape of the outer frame is formed so that the outer layer film does not come into contact with the substrate .
請求項1又は2に記載の光偏向器において、
前記ミラー部を、該ミラー部の中心を通り前記第1軸線と同一平面上で直交する第2軸線の周りに往復回転させるための第2圧電アクチュエータと、を備え、
前記第2圧電アクチュエータは、複数の圧電カンチレバーが、前記第2軸線上に該圧電カンチレバーの長手方向が隣り合うように並べて配置され、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部が機械的に連結されていることを特徴とする光偏向器。
3. The optical deflector according to claim 1, wherein
a second piezoelectric actuator for reciprocatingly rotating the mirror section around a second axis passing through the center of the mirror section and perpendicular to the first axis on the same plane;
In the second piezoelectric actuator, a plurality of piezoelectric cantilevers are arranged side by side on the second axis so that the longitudinal directions of the piezoelectric cantilevers are adjacent to each other, and one end is mechanically connected to the adjacent piezoelectric cantilevers so as to be folded back. An optical deflector characterized by:
光を反射するミラー部と、
前記ミラー部を包囲するように設けられ、内側枠体と外側枠体との二重構造を有する枠体と、
前記ミラー部の中心を通る第1軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合され、他端部が前記枠体と結合される1対のトーションバーと、
前記トーションバーを前記第1軸線の周りに往復回転させ、かつ、少なくとも一部分が前記枠体と結合された第1圧電アクチュエータと、
前記ミラー部を、該ミラー部の中心を通り前記第1軸線と同一平面上で直交する第2軸線の周りに往復回転させるための第2圧電アクチュエータと、
前記第1圧電アクチュエータの変形量に応じた電圧を検出する圧電センサと、を備え、
前記第2圧電アクチュエータは、複数の圧電カンチレバーが、前記第2軸線上に該圧電カンチレバーの長手方向が隣り合うように並べて配置され、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部が機械的に連結される光偏向器であって、
前記枠体の前記第2軸線に沿って前記内側枠体の外側端部から前記第2圧電アクチュエータを構成する最も前記枠体側の前記圧電カンチレバーまで延在する第2延在部は、薄膜を積層した積層構造で構成され、前記圧電センサ、前記第1圧電アクチュエータ又は第2アクチュエータと接続された配線を有し
前記第2延在部に圧電膜と該圧電膜の電極膜がなく、前記配線のみが存在する場合、前記積層構造は、前記枠体を構成する基板の一面側に形成された絶縁膜、前記絶縁膜の上面に形成された層間膜、前記層間膜の上面に形成された電極膜及び前記電極膜を被覆する外層膜を有し、
前記第2延在部において、前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることを特徴とする光偏向器。
a mirror portion that reflects light;
a frame body provided to surround the mirror section and having a double structure of an inner frame body and an outer frame body ;
a pair of torsion bars having one end coupled to the mirror and the other end coupled to the frame on a first axis passing through the center of the mirror;
a first piezoelectric actuator that reciprocates the torsion bar about the first axis and at least a portion of which is coupled to the frame;
a second piezoelectric actuator for reciprocatingly rotating the mirror section around a second axis passing through the center of the mirror section and perpendicular to the first axis on the same plane;
a piezoelectric sensor that detects a voltage corresponding to the amount of deformation of the first piezoelectric actuator ,
In the second piezoelectric actuator, a plurality of piezoelectric cantilevers are arranged side by side on the second axis so that the longitudinal directions of the piezoelectric cantilevers are adjacent to each other, and one end is mechanically connected to the adjacent piezoelectric cantilevers so as to be folded back. an optical deflector comprising:
A second extending portion extending from the outer end of the inner frame along the second axis of the frame to the piezoelectric cantilever closest to the frame constituting the second piezoelectric actuator includes a laminated thin film. having a wiring connected to the piezoelectric sensor, the first piezoelectric actuator, or the second actuator,
When the second extending portion does not have the piezoelectric film and the electrode film of the piezoelectric film, and only the wiring exists, the laminated structure includes an insulating film formed on one side of the substrate constituting the frame, the an interlayer film formed on the upper surface of an insulating film, an electrode film formed on the upper surface of the interlayer film, and an outer layer film covering the electrode film;
The optical deflector, wherein the wiring in the second extending portion is formed so that the outer layer film does not come into contact with the substrate .
光を反射するミラー部と、
前記ミラー部を包囲するように設けられた枠体と、
前記ミラー部の中
心を通る第1軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合され、他端部が前記枠体と結合される1対のトーションバーと、
前記トーションバーを前記第1軸線の周りに往復回転させ、かつ、少なくとも一部分が前記枠体と結合された第1圧電アクチュエータと、
前記ミラー部を、該ミラー部の中心を通り前記第1軸線と同一平面上で直交する第2軸線の周りに往復回転させるための第2圧電アクチュエータと、
前記第1圧電アクチュエータの変形量に応じた電圧を検出する圧電センサと、を備え、
前記第2圧電アクチュエータは、複数の圧電カンチレバーが、前記第2軸線上に該圧電カンチレバーの長手方向が隣り合うように並べて配置され、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部が機械的に連結される光偏向器であって、
薄膜を積層した積層構造で構成され、前記圧電センサ、前記第1圧電アクチュエータ又は第2アクチュエータと接続された配線をさらに備え、
前記圧電カンチレバーの折り返し部分に圧電膜と該圧電膜の電極膜がなく、前記配線のみが存在する場合、前記積層構造は、前記圧電カンチレバーの折り返し部分を構成する基板の一面側に形成された絶縁膜、前記絶縁膜の上面に形成された層間膜、前記層間膜の上面に形成された電極膜及び前記電極膜を被覆する外層膜を有し、
前記圧電カンチレバーの折り返し部分において、前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることを特徴とする光偏向器。
a mirror portion that reflects light;
a frame provided to surround the mirror;
a pair of torsion bars having one end coupled to the mirror and the other end coupled to the frame on a first axis passing through the center of the mirror;
a first piezoelectric actuator that reciprocates the torsion bar about the first axis and at least a portion of which is coupled to the frame;
a second piezoelectric actuator for reciprocatingly rotating the mirror section around a second axis passing through the center of the mirror section and perpendicular to the first axis on the same plane;
a piezoelectric sensor that detects a voltage corresponding to the amount of deformation of the first piezoelectric actuator ,
In the second piezoelectric actuator, a plurality of piezoelectric cantilevers are arranged side by side on the second axis so that the longitudinal directions of the piezoelectric cantilevers are adjacent to each other, and one end is mechanically connected to the adjacent piezoelectric cantilevers so as to be folded back. an optical deflector comprising:
further comprising a wiring configured with a laminated structure in which thin films are laminated and connected to the piezoelectric sensor, the first piezoelectric actuator or the second actuator,
When the piezoelectric film and the electrode film of the piezoelectric film do not exist in the folded portion of the piezoelectric cantilever and only the wiring exists, the laminated structure is an insulating film formed on one side of the substrate constituting the folded portion of the piezoelectric cantilever. an interlayer film formed on the upper surface of the insulating film, an electrode film formed on the upper surface of the interlayer film, and an outer layer film covering the electrode film;
An optical deflector, wherein the wiring is formed so that the outer layer film does not come into contact with the substrate at the folded portion of the piezoelectric cantilever.
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