JPWO2018179589A1 - 光走査装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
光走査装置（１）は、ミラー（３）と駆動梁（７）とを備えている。駆動梁（７）は、圧電部（１２）を備えている。圧電部（１２）では、複数の第１溝によって、圧電体（１５）が複数に区画されている。アンカー（１１）に接続されている一端側に近づくにしたがって、圧電体（１５）のＸ軸方向の長さが短くなるように形成され、リンク梁（９）に接続されている他端側に近づくにしたがって、圧電体（１５）のＸ軸方向の長さが短くなるように形成されている。
Description
本発明は、光走査装置およびその製造方法に関し、特に、駆動梁を備えた光走査装置と、そのような光走査装置の製造方法とに関するものである。
従来、ミラーを支持する駆動梁を駆動させて、ミラーに入射した光が反射する方向を変化させる光走査装置が知られている。たとえば、特許文献１に記載されている光走査装置では、ミラー部が、２本のトーションバーによって支持されている。ミラー部には、ミラー反射面が形成されている。ミラー反射面とトーションバーとの間には、ミラー部に加わる応力を緩和するために、応力緩和領域が設けられている。応力緩和領域には、円弧状のスリットが形成されている。
また、特許文献２に記載されている光スキャナでは、ミラーがミラー枠によって振動可能に保持されている。ユニモルフが、軸部を介してミラー枠を振動可能に保持している。軸部には、接続セクションが設けられている。ミラー枠には、接続セクションに作用する応力を緩和させるために、ミラー枠の慣性モーメントを調整する調整部材が設けられている。
特許文献３に記載されているミラー駆動装置では、反射面を有するミラー部が、トーションバーによって支持されている。トーションバーが、圧電アクチュエータ部に接続されている。圧電アクチュエータ部には、圧電アクチュエータ部を変位させる圧電変換部が配置されている。圧電変換部では、圧電アクチュエータ部を効率的に駆動させるために、圧電体の応力に応じて電極が分割配置されている。
上述したように、従来、光走査装置等では、可動するミラーを支持する部材に作用する応力を考慮した構造が提案されている。
本発明は、そのような開発の一環でなされたものであり、一の目的は、駆動梁を駆動させる圧電体に作用する応力を緩和させることができる光走査装置を提供することであり、他の目的は、そのような光走査装置の製造方法を提供することである。
本発明に係る光走査装置は、反射体と駆動梁とを有している。反射体は、光を反射する反射面を有する。駆動梁は、一端と他端とを有し、一端が固定端として固定され、他端が駆動端としてリンク梁を介して反射体に接続されている。駆動梁は、梁本体と圧電部とを有している。梁本体は、第１方向に幅を有し、一端から他端へ向かって第１方向と交差する第２方向に延在する。圧電部は、梁本体に接するように形成されている。圧電部は、それぞれ第１方向に延在するとともに、第２方向に互いに間隔を隔てて形成された複数の第１溝を含む溝によって区画された圧電体を備えている。圧電体では、固定端に近づくにしたがって、圧電体の第２方向の長さが短くなるように区画され、駆動端に近づくにしたがって、圧電体の第２方向の長さが短くなるように区画されている。
本発明に係る光走査装置の製造方法は、光を反射する反射面を有する反射体を、リンク梁を介して駆動させる駆動梁を備えた光走査装置の製造方法であって、駆動梁および反射体を形成する工程は、以下の工程を備えている。基板を用意する。基板を覆うように、第１導電膜を形成する。第１導電膜を覆うように、圧電膜を形成する。圧電膜を覆うように、第２導電膜を形成する。第２導電膜、圧電膜および第１導電膜のそれぞれに加工を行うことにより、圧電体を有する圧電部を形成する。基板に加工を行うことにより、反射体およびリンク梁を形成するとともに、圧電部に接触し、一端が基板に固定され、他端がリンク梁を介して反射体に接続される梁本体を形成する。圧電部を形成する工程は、圧電膜に、第１方向に延在するとともに、第１方向と交差する第２方向に互いに間隔を隔てて位置する複数の第１溝を含む溝を形成することにより、圧電体を溝によって区画する工程を備えている。圧電体を溝によって区画する工程では、梁本体の一端側になる部分に近づくにしたがって、圧電体の第２方向の長さが短くなるように区画され、梁本体の他端側になる部分に近づくにしたがって、圧電体の第２方向の長さが短くなるように区画される。
本発明に係る光走査装置によれば、圧電部の圧電体は、溝によって区画されており、固定端に近づくにしたがって、圧電体の第２方向に長さが短くなるように区画され、駆動端に近づくにしたがって、圧電体の第２方向の長さが短くなるように区画されている。これにより、駆動梁を駆動させる圧電体に作用する応力を緩和させることができる。
本発明に係る光走査装置の製造方法によれば、圧電体を溝によって区画する工程では、梁本体の一端側になる部分に近づくにしたがって、圧電体の第２方向の長さが短くなるように区画され、梁本体の他端側になる部分に近づくにしたがって、圧電体の第２方向の長さが短くなるように区画される。これにより、駆動梁を駆動させる圧電体に作用する応力を緩和させることができる光走査装置を製造することができる。
実施の形態１．
実施の形態１に係る光走査装置について説明する。
実施の形態１に係る光走査装置について説明する。
図１に示すように、光走査装置１は、反射鏡５が形成されたミラー３と、ミラー３の向きを変える４つの駆動梁７とを備えている。駆動梁７のそれぞれは、幅を有して帯状に延在する。駆動梁７の長手方向の一端は、固定端としてアンカー１１に固定されている。駆動梁７の長手方向の他端は、駆動端として、リンク梁９を介してミラー３に接続されている。リンク梁９は、ミラー３の外周をほぼ４等分する４ヶ所の位置のそれぞれに取り付けられている。リンク梁９は、駆動梁７の短手方向から梁本体７ａの駆動端に接続されている。
次に、駆動梁７の構造について、より詳しく説明する。図１に示されているように、ここでは、方向等の説明の便宜上、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いて説明する。光走査装置１が配置されている面（紙面）をＸ−Ｙ平面とする。Ｚ軸は、Ｘ−Ｙ平面に直交する。断面線ＩＩ−ＩＩが示されている駆動梁７を例に挙げる。
図１および図２に示すように、駆動梁７は、梁本体７ａと圧電部１２とを備えている。圧電部１２は、梁本体７ａに接するように形成されている。図２において、梁本体７ａは、Ｙ軸方向（短手方向）に幅を有し、Ｘ軸方向（長手方向）に延在する。圧電部１２は、下部電極１３、圧電体１５および上部電極１７を備えている。駆動梁７の幅は、１０〜１０００μｍ程度であり、駆動梁７の長さは、１００〜１００００μｍ程度である。また、下部電極１３の厚さは、０．０５〜０．５μｍ程度であり、圧電体１５の厚さは、０．５〜５μｍ程度であり、上部電極１７の厚さは、０．０５〜０．５μｍ程度である。なお、梁本体７ａと下部電極１３との間には、絶縁膜（図示せず）が介在している。
圧電部１２では、Ｙ軸方向に延在するとともに、Ｘ軸方向に互いに間隔を隔てて形成された複数の第１溝１８ａによって、複数に区画された圧電体１５が形成されている。駆動梁７が駆動する際には、梁本体７ａの長手方向の中央部に配置される圧電体１５に作用する応力に比べて、梁本体７ａの一端側に配置される圧電体１５と、梁本体７ａの他端側に配置される圧電体１５とのそれぞれに作用する応力の方が大きい。複数に区画された圧電体１５では、相対的に大きな応力が作用する圧電体１５のＸ軸方向の長さが、相対的に小さい応力が作用する圧電体１５のＸ軸方向の長さよりも短く設定される。
すなわち、複数に区画された圧電体１５では、アンカー１１に接続されている梁本体７ａの一端側に近づくにしたがって、圧電体１５のＸ軸方向の長さが短くなるように形成されている。また、リンク梁９に接続されている梁本体７ａの他端側に近づくにしたがって、圧電体１５のＸ軸方向の長さが短くなるように形成されている。
より具体的に説明する。図２に示すように、Ｘ軸方向に延在する梁本体７ａの中央部には、圧電体１５ｃ、１５ｄが配置されている。梁本体７ａの一端側には、圧電体１５ａ、１５ｂが配置されている。梁本体７ａの他端側には、圧電体１５ｅ、１５ｆが配置されている。圧電体１５ａ、１５ｂのそれぞれのＸ軸方向の長さは、圧電体１５ｃ、１５ｄのそれぞれのＸ軸方向の長さよりも短く設定されている。さらに、圧電体１５ａのＸ軸方向の長さは、圧電体１５ｂのＸ軸方向の長さよりも短く設定されている。圧電体１５ｅ、１５ｆのそれぞれのＸ軸方向の長さは、圧電体１５ｃ、１５ｄのそれぞれのＸ軸方向の長さよりも短く設定されている。さらに、圧電体１５ｆのＸ軸方向の長さは、圧電体１５ｅのＸ軸方向の長さよりも短く設定されている。
ミラー３、駆動梁７、リンク梁９およびアンカー１１を構成する主な材料として、シリコンが挙げられる。そのシリコンとして、たとえば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板のシリコンを適用することができる。ＳＯＩ基板を使用することで、ミラー３および駆動梁７のそれぞれの厚さを変えることができる。ミラー３では、厚さを厚くすることでミラー３の変形を抑制することができる。一方、駆動梁７では、厚さを薄くすることで剛性が低くなり、変位量を増加させることができる。また、シリコンとしては、単結晶シリコンの他に、たとえば、ポリシリコンを適用してもよい。
反射鏡５は、反射率が比較的高い金属膜によって形成される。そのような金属膜として、たとえば、Ａｕ（金）膜が好適である。シリコンの表面に金膜が直接形成されると、Ａｕ膜とシリコンとの密着性が弱いために、Ａｕ膜がシリコンの表面から剥がれてしまう可能性が高い。そのため、Ａｕ膜とシリコンの表面との間に、密着層を介在させることが望ましい。密着層としては、たとえば、Ｃｒ（クロム膜）／Ｎｉ（ニッケル）膜／Ａｕ膜、または、Ｔｉ（チタン）膜／Ｐｔ（白金）膜／Ａｕ膜等の積層膜が好ましい。反射鏡５のサイズは、直径１００〜１００００μｍ程度である。
反射鏡５の金属膜としては、Ａｕ膜の他に、たとえば、Ｐｔ（白金）膜またはＡｇ（銀）膜等を適用してもよい。使用する光の波長に合わせて、より反射率が大きい金属膜を適用することが好ましい。また、光走査装置１として、ミラー３を含む構造体を、たとえば、真空封止など、気密封止によってパッケージする場合がある。そのような場合には、酸化しやすい材料、たとえば、Ａｌ（アルミニウム）膜等によってミラー３を形成することも可能である。
上述した金属膜の形成方法としては、たとえば、スパッタ法によって形成するのが好適である。スパッタ法によって形成された金属膜では、膜質が良好とされる。スパッタ法の他に、たとえば、蒸着法等によって形成してもよい。
圧電体１５の材料として、圧電定数が大きいとされるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）が好適である。圧電体１５の材料としては、圧電効果を有する材料であればよく、チタン酸ジルコン酸鉛の他に、たとえば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、または、ニオブ酸ナトリウムカリウム（ＫＮＮ：（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）等を適用してもよい。
次に、上述した光走査装置１の製造方法の一例として、ＳＯＩ基板を用いて製造する場合について説明する。
図３に示すように、まず、ＳＯＩ基板２１を用意する。ＳＯＩ基板２１では、シリコン基板２３（基板ウェハ）の表面に、シリコン酸化膜２５（中間層）を介在させてシリコン層２７（活性層）が形成されている。そのシリコン層２７の表面に、シリコン酸化膜２９が形成されている。また、シリコン基板２３の裏面には、シリコン酸化膜３１が形成されている。シリコン基板２３の厚さは、１００〜１０００μｍ程度であり、シリコン層２７の厚さは、２〜２００μｍ程度である。
ＳＯＩ基板２１の表面と裏面とにシリコン酸化膜２９、３１が形成されていない場合には、あらかじめ、シリコン層２７の表面にシリコン酸化膜２９を形成し、シリコン基板２３の裏面にシリコン酸化膜３１を形成する。シリコン酸化膜２９、３１の形成方法としては、各種あるが、熱酸化法が好適である。熱酸化法では、膜質が良いシリコン酸化膜を、ＳＯＩ基板２１の表面と裏面との双方に形成することができる。なお、ＳＯＩ基板の他に、単結晶シリコン基板を適用してもよい。この場合には、後述する基板の裏面のエッチングを時間によって制御する必要がある。
次に、ＳＯＩ基板２１の表面に、圧電部となる各膜が形成される。図４に示すように、シリコン酸化膜２９の表面を覆うように、下部電極となる第１導電膜３３が形成される。次に、第１導電膜３３を覆うように、圧電体となる圧電膜３５が形成される。次に、圧電膜３５を覆うように、上部電極となる第２導電膜３７が形成される。
第１導電膜３３および第２導電膜３７のそれぞれとして、たとえば、Ｔｉ（チタン）膜とＰｔ（白金）膜との積層膜（Ｔｉ／Ｐｔ）が好ましい。この積層膜は、圧電体の駆動電極として一般的である。この積層膜の他に、通電可能な膜であって、上下に位置する膜との密着性を確保することができる膜であればよい。圧電膜３５として、上述したように、ＰＺＴが好ましいが、ＡｌＮまたはＫＮＮ等を適用してもよい。圧電膜３５の形成方法として、膜質が良好なスパッタ法が好ましい。圧電膜３５としてＰＺＴを適用する場合には、ゾル−ゲル法等によって形成してもよい。
次に、図５に示すように、第２導電膜３７をパターニングすることによって、上部電極１７が形成される。パターニングは、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）法によって行うのが好適である。エッチング処理を行う際の保護膜として、レジストを使用することが好適である。ＲＩＥ法の他に、エッチャント液を用いた、ウェットエッチング法を適用してもよい。
いずれのエッチング方法においても、第２導電膜３７の下に位置する圧電膜３５がエッチングされにくい条件（ガス、溶液等）を採用する必要がある。ＲＩＥ法を適用する場合には、Ｃｌ２／Ａｒ系のガスを用いるのが好適である。上部電極１７が形成された後、レジストが除去される。レジストの除去方法として、Ｏ２アッシングが好適である。また、剥離液を用いてレジストを除去してもよい。
次に、図６に示すように、圧電膜３５をパターニングすることによって、圧電体１５（１５ａ〜１５ｆ）が形成される。このとき、圧電体１５のＸ軸方向（駆動梁の長手方向）の長さが、それぞれ所望の長さになるように、第１溝１８ａが形成される。ここでは、第１溝１８ａは、第１導電膜３３に達するように形成される。パターニングは、ＲＩＥ法によって行うのが好適である。エッチング処理を行う際の保護膜として、レジストを使用することが好適である。ＲＩＥ法の他に、ウェットエッチング法を適用してもよい。
いずれのエッチング方法においても、圧電膜３５の下に位置する第１導電膜３３がエッチングされにくい条件（ガス、溶液等）を採用する必要がある。圧電膜３５としてＰＺＴを適用し、ＲＩＥ法によってパターニングする場合には、Ｃｌ２／ＢＣｌ３／ＣＨ４系のガスを用いるのが好適である。圧電体１５が形成された後、レジストが除去される。
次に、図７に示すように、第１導電膜３３をパターニングすることによって、下部電極１３が形成される。パターニングは、ＲＩＥ法によって行うのが好適である。エッチング処理を行う際の保護膜として、レジストを使用することが好適である。ＲＩＥ法の他に、ウェットエッチング法を適用してもよい。
いずれのエッチング方法においても、第１導電膜３３の下に位置するシリコン酸化膜２９がエッチングされにくい条件（ガス、溶液等）を採用する必要がある。ＲＩＥ法を適用する場合には、Ｃｌ２／Ａｒ系のガスを用いるのが好適である。下部電極１３が形成された後、レジストが除去される。
なお、上述した製造方法では、圧電部となるそれぞれの膜を積層した後に、パターニングを順次行うことによって圧電部を形成する場合について説明した。この他に、圧電部となるそれぞれの膜ごとにパターニングを行うようにしてもよい。この場合には、リフトオフ法によって形成することも可能である。
次に、圧電体１５および上部電極１７等を覆うように、絶縁膜（図示せず）が形成される。次に、図８に示すように、その絶縁膜をパターニングすることによって、絶縁膜３９が形成される。絶縁膜３９は、上部電極１７を露出する態様で圧電体１５を覆うように形成される。
絶縁膜３９としては、たとえば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはシリコン酸化窒化膜等が好適である。下部電極１３および上部電極１７が金属膜によって形成され、圧電体１５が圧電膜によって形成されている。このため、絶縁膜３９は、比較的低い温度のもとで形成されることが好ましい。低い温度のもとで形成される絶縁膜３９として、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）系酸化膜が好適である。
上部電極１７がＴｉ膜／Ｐｔ膜の積層膜によって形成されている場合等では、内部応力または膜質にも依存するが、Ｐｔ膜とＴＥＯＳ系酸化膜との密着性が悪い場合がある。この場合には、両者の密着性をよくするために、Ｐｔ膜上にＴｉ膜を形成することが好ましく、上部電極１７は、Ｔｉ膜／Ｐｔ膜／Ｔｉ膜の積層膜によって形成されていることが好ましい。パターニングは、ＲＩＥ法によって行うのが好適である。エッチング処理を行う際の保護膜として、レジストを使用することが好適である。ＲＩＥ法の他に、ウェットエッチング法を適用してもよい。
いずれのエッチング方法においても、絶縁膜３９の下に位置するシリコン酸化膜２９がエッチングされにくい条件（ガス、溶液等）を採用する必要がある。ＲＩＥ法によってパターニングする場合には、ＣＦ４系のガスを用いるのが好適である。絶縁膜３９がパターニングされた後、レジストが除去される。
次に、露出した上部電極１７の表面を覆うように、導電膜（図示せず）が形成される。次に、図９に示すように、その導電膜をパターニングすることにより、配線電極４１が形成される。導電膜として、たとえば、上部電極１７等と同様に、Ｔｉ膜／Ｐｔ膜等の積層膜が好ましい。また、導電膜は、スパッタ法によって形成されることが好ましい。パターニングは、ＲＩＥ法によって行うのが好適である。エッチング処理を行う際の保護膜として、レジストを使用することが好適である。ＲＩＥ法の他に、ウェットエッチング法を適用してもよい。
いずれのエッチング方法においても、配線電極４１となる導電膜の下に位置する絶縁膜３９がエッチングされにくい条件（ガス、溶液等）を採用する必要がある。ＲＩＥ法によってパターニングする場合には、Ｃｌ２／Ａｒ系のガスを用いるのが好適である。配線電極４１がパターニングされた後、レジストが除去される。
次に、シリコン酸化膜２９等を覆うように、反射鏡となる膜（図示せず）が形成される。次に、図１０に示すように、その膜をパターニングすることにより、反射鏡５が形成される。反射鏡となる膜として、たとえば、Ｃｒ膜／Ｎｉ膜／Ａｕ膜、または、Ｔｉ膜／Ｐｔ膜／Ａｕ膜等の積層膜が好適である。この積層膜は、下地との密着性がよく、反射率が高い。また、その積層膜は、スパッタ法によって形成されることが好ましい。
Ａｕ膜が形成されている場合は、エッチャント液によるウェットエッチングが好ましい。この他に、リフトオフ法によって形成してもよい。また、ＩＢＥ（Ion Beam Etching：イオンビームエッチング）法によって形成してもよい。反射鏡５がパターニングされた後、レジストが除去される。
なお、配線電極４１と反射鏡５とを同時に形成するようにしてもよい。この場合には、配線電極４１と反射鏡５との双方に使用可能な膜を形成することが好ましい。反射鏡５を形成する条件（膜種、パターニング等）に合わせて、配線電極４１を形成するのが好ましい。
次に、光走査装置１の表面となる部分に加工が行われる。図１１に示すように、シリコン酸化膜２９がパターニングされる。シリコン酸化膜２９のパターニングは、ＲＩＥ法によって行うのが好適である。ＲＩＥ法を適用する場合には、Ｃｌ４系のガスを用いるのが好適である。エッチング処理を行う際の保護膜として、レジストを使用することが好適である。ＲＩＥ法の他に、ウェットエッチング法を適用してもよい。
次に、シリコン層２７にエッチング処理が行われる。シリコン酸化膜２９をパターニングする際のレジストとシリコン酸化膜２９とを保護膜として、エッチング処理が行われる。エッチング処理は、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductive Coupling Plasma-RIE：誘導結合方式ＲＩＥ）法によって行うのが好適である。エッチング処理は、シリコン酸化膜２５の表面が露出するまで行われる。エッチング処理の後、レジストが除去される。
次に、光走査装置１の裏面となる部分に加工が行われる。まず、シリコン酸化膜３１がパターニングされる。パターニングは、ＲＩＥ法によって行うのが好適である。エッチング処理を行う際の保護膜として、レジストを使用することが好適である。ＲＩＥ法を適用する場合には、Ｃｌ４系のガスを用いるのが好適である。ＲＩＥ法の他に、ウェットエッチング法を適用してもよい。
次に、図１２に示すように、シリコン基板２３にエッチング処理が行われる。シリコン酸化膜３１をパターニングする際のレジストを保護膜として、エッチング処理が行われる。エッチング処理は、ＩＣＰ−ＲＩＥ法によって行うのが好適である。
次に、シリコン酸化膜２５にエッチング処理が行われる。エッチング処理は、ＲＩＥ法によって行うのが好適である。ＲＩＥ法を適用する場合には、ＣＦ４系のガスを用いるのが好適である。エッチング処理の後、レジストが除去される。その後、ＳＯＩ基板２１をダイシングすることによって、光走査装置１が完成する。
次に、上述した光走査装置１の動作について、図１および図２に基づいて説明する。圧電部１２の下部電極１３と上部電極１７との間に所望の電圧を印加すると、圧電効果によって、圧電体１５が伸縮する。このとき、光走査装置１では、梁本体７ａの表面に圧電部１２が形成されたモノモルフ構造が採られていることから、駆動梁７（梁本体７ａ）は、Ｚ軸方向に変位することになる。駆動梁７がＺ軸方向に変位することで、リンク梁９を介して、ミラー３の向きが変えられる。ミラー３の向きを経時的に変えることで、ミラー３によって反射する光を走査させることができる。また、光走査装置１が有する共振周波数付近の周波数をもって駆動梁７を振動させることで、比較的低い電圧によってより大きな変位を伴う動作が可能になる。
上述した光走査装置１では、圧電部１２の圧電体１５が、第１溝１８ａによって区画されている。次に、圧電体１５が区画されている理由について説明する。
図１３に、圧電部１２（圧電体１５）が区画されていない駆動梁７を模式的に示す。座標は、図２に倣って、変位していない駆動梁７の長手方向をＸ軸、高さ方向をＺ軸とする。圧電部１２（圧電体１５）のヤング率をＥ、駆動梁７の長さをＬ、駆動梁７の先端（駆動端）の変位をＵ、中立軸ＮＡからの距離をｚ、アンカー１１からの距離をｘとする。なお、中立軸ＮＡとは、駆動梁７に曲げモーメントを作用させた場合に、圧縮応力も引張り応力も生じていない軸（面）をいう。圧電部１２（圧電体１５）に発生する応力σは、次の（式１）によって表される。
σ＝６Ｅｚ（２ｘ−Ｌ）Ｕ／Ｌ３ …（式１）
上記（式１）より、圧電部１２（圧電体１５）に発生する応力σは、駆動梁７の中央（ｘ＝Ｌ／２）では、０であり、駆動梁７における固定端（ｘ＝０）または駆動端（ｘ＝Ｌ）に近づくほど大きくなることがわかる。また、中立軸ＮＡから離れて、圧電部１２（圧電体１５）の表面に近づくほど大きくなることがわかる。したがって、駆動梁７において、下部電極１３と圧電体１５との界面に十分な密着力があった場合、圧電体１５の表面における応力が圧電体１５の破壊応力を超えると、圧電体１５が、その表面から破壊されるおそれがある。
上記（式１）より、圧電部１２（圧電体１５）に発生する応力σは、駆動梁７の中央（ｘ＝Ｌ／２）では、０であり、駆動梁７における固定端（ｘ＝０）または駆動端（ｘ＝Ｌ）に近づくほど大きくなることがわかる。また、中立軸ＮＡから離れて、圧電部１２（圧電体１５）の表面に近づくほど大きくなることがわかる。したがって、駆動梁７において、下部電極１３と圧電体１５との界面に十分な密着力があった場合、圧電体１５の表面における応力が圧電体１５の破壊応力を超えると、圧電体１５が、その表面から破壊されるおそれがある。
そこで、圧電体１５が表面から破壊されるのを防止するために、図１４および図１５に示すように、圧電部１２（圧電体１５）を複数に区画することが考えられる。圧電体１５を第１溝１８ａによって複数に区画することで、圧電体１５の表面（上面）が不連続となり、圧電部１２（圧電体１５）に生じる応力を低減させることができる。区画する長さを短く設定すればするほど、圧電部１２（圧電体１５）に生じる応力を小さくすることがで
きる。
きる。
次に、区画する長さについて説明する。まず、図１６に、模擬的に区画された圧電部１２（圧電体１５）を示す。この図に基づいて、圧電部１２（圧電体１５）の長さを見積もる。この見積もりでは、梁本体７ａの曲げおよび圧電体１５の厚さ方向の伸縮による影響を無視する。
アンカー１１に固定されている駆動梁７の固定端を基準位置Ｐとし、ここでは、圧電部１２と梁本体７ａとの界面の位置を基準位置Ｐとする。駆動梁７が変位していない状態において、駆動梁７が延在する長手方向をＸ軸とし、高さ方向をＺ軸とし、駆動梁７のＸ軸方向の長さをＬとする。なお、基準位置Ｐを中立軸に設定してもよい。
また、駆動梁７が変位した状態において、基準位置Ｐから駆動梁７の駆動端（界面）までのＺ軸方向の変位をＵとし、基準位置ＰからＸ軸方向の距離をｘとし、その距離ｘにおける基準位置Ｐから界面までのＺ軸方向の変位をｕとする。変位ｕは、次の（式２）によって表される。
ｕ＝２ｘ２Ｕ（３／２−ｘ／Ｌ）／Ｌ２ …（式２）
この（式２）から、区画するＸ軸方向の長さをΔｘとし、区画された圧電部１２（圧電体１５）における固定端側の端部と駆動端側の端部との変位差をΔｕとすると、変位差Δｕは、次の（式３）によって表される。
この（式２）から、区画するＸ軸方向の長さをΔｘとし、区画された圧電部１２（圧電体１５）における固定端側の端部と駆動端側の端部との変位差をΔｕとすると、変位差Δｕは、次の（式３）によって表される。
Δｕ＝２ＵΔｘ｛３（２ｘ＋Δｘ）／２−（３ｘ２＋３ｘΔｘ＋Δｘ２）／Ｌ｝／Ｌ２ …（式３）
次に、変位した駆動梁７（梁本体７ａ）の位置ｘにおける接線（接面）と、変位していない駆動梁７の表面（Ｘ軸）とのなす角度をθとすると、角度θは、次の（式４）によって表される。
次に、変位した駆動梁７（梁本体７ａ）の位置ｘにおける接線（接面）と、変位していない駆動梁７の表面（Ｘ軸）とのなす角度をθとすると、角度θは、次の（式４）によって表される。
θ＝６Ｕｘ（１−ｘ／Ｌ）／Ｌ２ …（式４）
次に、区画された圧電部１２（圧電体１５）のひずみをγとすると、角度θが小さい場合には、ひずみγは、次の（式５）によって表される。
次に、区画された圧電部１２（圧電体１５）のひずみをγとすると、角度θが小さい場合には、ひずみγは、次の（式５）によって表される。
γ＝（Δｕ−θΔｘ）／Δｘ
＝Δｕ／Δｘ−θ
＝２ＵΔｘ（３／２−３ｘ／Ｌ−Δｘ／Ｌ）／Ｌ２ …（式５）
次に、圧電部１２（圧電体１５）の横弾性係数をＧとし、圧電部１２（圧電体１５）に発生するせん断応力をτとすると、せん断応力τは、次の（式６）によって表される。
＝Δｕ／Δｘ−θ
＝２ＵΔｘ（３／２−３ｘ／Ｌ−Δｘ／Ｌ）／Ｌ２ …（式５）
次に、圧電部１２（圧電体１５）の横弾性係数をＧとし、圧電部１２（圧電体１５）に発生するせん断応力をτとすると、せん断応力τは、次の（式６）によって表される。
τ＝γＧ …（式６）
このせん断応力τの値が、破壊応力を超えないように圧電部１２（圧電体１５）を区画する長さを決定すればよい。
このせん断応力τの値が、破壊応力を超えないように圧電部１２（圧電体１５）を区画する長さを決定すればよい。
上記（式５）から、区画する長さΔｘを小さくするほど、発生する応力を低くできることがわかる。さらに、各位置ｘにおいて、この値が一定になるように区画することで、全体的な応力の発生を一定にすることができる。
（式５）および（式６）の２次方程式を解くことによって、区画する長さΔｘは、（Ｌ／２＋（２Ｌ３τ／ＵＧ）１／２／３）≦ｘ≦Ｌの範囲において、次の（式７）によって表すことができる。
Δｘ＝［（３Ｌ／２−３ｘ）−｛（３Ｌ／２−３ｘ）２−２Ｌ３τ／（ＵＧ）｝１／２］／２ …（式７）
ここで、たとえば、駆動梁７の長さＬを１０００μｍ、駆動梁の駆動端の変位Ｕを１００μｍ、横弾性係数Ｇを２９．８５ＧＰａ、発生する応力τを３００ＭＰａとした場合の、距離ｘと区画する長さΔｘとの関係を、図１７にグラフとして示す。発生する応力τを３００ＭＰａ以下に抑えるためには、それぞれの位置ｘにおける区画する長さを、その位置ｘにおいてグラフに示されている区画長さΔｘ以下の長さに設定すればよい。また、グラフに示されるように、固定端に近づくにしたがって、区画する長さを短くすればよい。
ここで、たとえば、駆動梁７の長さＬを１０００μｍ、駆動梁の駆動端の変位Ｕを１００μｍ、横弾性係数Ｇを２９．８５ＧＰａ、発生する応力τを３００ＭＰａとした場合の、距離ｘと区画する長さΔｘとの関係を、図１７にグラフとして示す。発生する応力τを３００ＭＰａ以下に抑えるためには、それぞれの位置ｘにおける区画する長さを、その位置ｘにおいてグラフに示されている区画長さΔｘ以下の長さに設定すればよい。また、グラフに示されるように、固定端に近づくにしたがって、区画する長さを短くすればよい。
上述した解析は、最初に述べたように、区画する長さが比較的短く、また、駆動梁７の曲げによる影響が小さい場合に有効とされる。実用的には、駆動梁７の曲げによる応力の影響、駆動梁７の厚さ方向の伸縮による影響、駆動梁７の有効な駆動力、駆動梁７の形状および駆動状態を考慮して、有限要素法シミュレータなどを使用して解析することが好ましい。いずれにせよ、区画する長さを短くするほど、圧電部１２（圧電体１５）に生じる応力を減少させることができる。
なお、アンカー１１に固定される駆動梁７の固定端側について解析を行ったが、リンク梁９に接続される駆動梁７の駆動端側についても、同様の解析が当てはまる。したがって、駆動端に近づくにしたがって、圧電部１２（圧電体１５）を区画する長さを短くすればよい。
また、上述した光走査装置１では、区画される複数の圧電体１５に対して共通な下部電極１３が形成されている場合について説明したが、図１８に示すように、区画される複数の圧電体１５のそれぞれに下部電極１３を設けるようにしてもよい。
（光走査装置およびその製造方法の態様）
１．上述した光走査装置１は、以下の態様である。
１．上述した光走査装置１は、以下の態様である。
光を反射する反射面（５）を有する反射体（３）と、
一端と他端とを有し、前記一端が固定端として固定され、前記他端が駆動端としてリンク梁（９）を介して前記反射体（３）に接続された駆動梁（７）と
を有する。
一端と他端とを有し、前記一端が固定端として固定され、前記他端が駆動端としてリンク梁（９）を介して前記反射体（３）に接続された駆動梁（７）と
を有する。
前記駆動梁（７）は、
第１方向に幅を有し、前記一端から前記他端へ向かって前記第１方向と交差する第２方向に延在する梁本体（７ａ）と、
前記梁本体（７ａ）に接するように形成された圧電部（１２）と、
を有する。
第１方向に幅を有し、前記一端から前記他端へ向かって前記第１方向と交差する第２方向に延在する梁本体（７ａ）と、
前記梁本体（７ａ）に接するように形成された圧電部（１２）と、
を有する。
前記圧電部（１２）は、それぞれ前記第１方向に延在するとともに、前記第２方向に互いに間隔を隔てて形成された複数の第１溝（１８ａ）を含む溝（１８ａ、１８ｂ）によって区画された圧電体（１５）を備えている。
前記圧電体（１５）では、前記固定端に近づくにしたがって、前記圧電体（１５）の前記第２方向の長さが短くなるように区画され、前記駆動端に近づくにしたがって、前記圧電体（１５）の前記第２方向の長さが短くなるように区画されている。
この態様によれば、駆動梁（７）を駆動させる圧電体（１５）に作用する応力を緩和させることができる。
２．また、上述した光走査装置１は、以下の態様を含む。
前記駆動梁（７）における前記固定端を基準位置とし、前記駆動梁（７）が変位していない状態において、前記駆動梁（７）が延在する前記第２方向をＸ軸とし、前記第１方向と前記第２方向とに交差する方向をＺ軸とし、前記駆動梁（７）の前記Ｘ軸方向の長さをＬとし、前記基準位置から前記Ｘ軸方向の距離をｘとする。
前記駆動梁（７）における前記固定端を基準位置とし、前記駆動梁（７）が変位していない状態において、前記駆動梁（７）が延在する前記第２方向をＸ軸とし、前記第１方向と前記第２方向とに交差する方向をＺ軸とし、前記駆動梁（７）の前記Ｘ軸方向の長さをＬとし、前記基準位置から前記Ｘ軸方向の距離をｘとする。
前記駆動梁（７）が変位した状態において、前記基準位置から前記駆動端までの前記Ｚ軸方向の変位をＵとし、前記圧電体（１５）の横弾性係数をＧとし、前記圧電体（１５）に発生するせん断応力をτとし、前記距離ｘに位置する区画された前記圧電体（１５）の前記Ｘ軸方向の長さをΔｘとする。
前記Δｘは、以下の式、
Δｘ＝［（３Ｌ／２−３ｘ）−｛（３Ｌ／２−３ｘ）２−２Ｌ３τ／（ＵＧ）｝１／２］／２、
によって算出される長さ以下に設定されている。
Δｘ＝［（３Ｌ／２−３ｘ）−｛（３Ｌ／２−３ｘ）２−２Ｌ３τ／（ＵＧ）｝１／２］／２、
によって算出される長さ以下に設定されている。
この態様によれば、駆動梁（７）を駆動させる圧電体（１５）に作用する応力を確実に緩和させることができる。
３．さらに、上述した光走査装置１は、以下の態様を含む。
前記圧電部（１２）は、
前記圧電体（１５）の下面と前記梁本体（７ａ）の間に形成された下部電極（１３）と、
前記圧電体（１５）の上面に接するように形成された上部電極（１７）と
を含む。
前記圧電部（１２）は、
前記圧電体（１５）の下面と前記梁本体（７ａ）の間に形成された下部電極（１３）と、
前記圧電体（１５）の上面に接するように形成された上部電極（１７）と
を含む。
４． さらに、上述した光走査装置１は、以下の態様を含む。
前記溝（１８ａ、１８ｂ）の深さは、前記圧電体（１５）と前記下部電極（１３）との界面に達する深さである。
前記溝（１８ａ、１８ｂ）の深さは、前記圧電体（１５）と前記下部電極（１３）との界面に達する深さである。
この態様によれば、区画される圧電体（１５）に対して共通の下部電極（１３）を備えることになり、配線が複雑になるのを防ぐことができる。
５． さらに、上述した光走査装置１は、以下の態様を含む。
前記溝（１８ａ、１８ｂ）の深さは、前記梁本体（７ａ）に達する深さである。
前記溝（１８ａ、１８ｂ）の深さは、前記梁本体（７ａ）に達する深さである。
６．上述した光走査装置１の製造方法は、以下の態様である。
光を反射する反射面（５）を有する反射体（３）を、リンク梁（９）を介して駆動させる駆動梁（７）を備えた光走査装置の製造方法である。
光を反射する反射面（５）を有する反射体（３）を、リンク梁（９）を介して駆動させる駆動梁（７）を備えた光走査装置の製造方法である。
前記駆動梁（７）および前記反射体（３）を形成する工程は、
基板（２１）を用意する工程と、
前記基板（２１）を覆うように、第１導電膜（３３）を形成する工程と、
前記第１導電膜（３３）を覆うように、圧電膜（３５）を形成する工程と、
前記圧電膜（３５）を覆うように、第２導電膜（３７）を形成する工程と、
前記第２導電膜（３７）、前記圧電膜（３５）および前記第１導電膜（３３）のそれぞれに加工を行うことにより、圧電体（１５）を有する圧電部（１２）を形成する工程と、
前記基板（２１）に加工を行うことにより、前記反射体（３）および前記リンク梁（９）を形成するとともに、前記圧電部（１２）に接触し、一端が前記基板（２１）に固定され、他端が前記リンク梁（９）を介して前記反射体（３）に接続される梁本体（７ａ）を形成する工程と
を含む。
基板（２１）を用意する工程と、
前記基板（２１）を覆うように、第１導電膜（３３）を形成する工程と、
前記第１導電膜（３３）を覆うように、圧電膜（３５）を形成する工程と、
前記圧電膜（３５）を覆うように、第２導電膜（３７）を形成する工程と、
前記第２導電膜（３７）、前記圧電膜（３５）および前記第１導電膜（３３）のそれぞれに加工を行うことにより、圧電体（１５）を有する圧電部（１２）を形成する工程と、
前記基板（２１）に加工を行うことにより、前記反射体（３）および前記リンク梁（９）を形成するとともに、前記圧電部（１２）に接触し、一端が前記基板（２１）に固定され、他端が前記リンク梁（９）を介して前記反射体（３）に接続される梁本体（７ａ）を形成する工程と
を含む。
前記圧電部（１２）を形成する工程は、前記圧電膜（３５）に、第１方向に延在するとともに、前記第１方向と交差する第２方向に互いに間隔を隔てて位置する複数の第１溝（１８ａ）を含む溝（１８ａ、１８ｂ）を形成することにより、前記圧電体（１５）を前記溝（１８ａ、１８ｂ）によって区画する工程を備えている。
前記圧電体（１５）を前記溝（１８ａ、１８ｂ）によって区画する工程では、前記梁本体（７ａ）の前記一端になる部分に近づくにしたがって、前記圧電体（１５）の前記第２方向の長さが短くなるように区画され、前記梁本体（７ａ）の前記他端になる部分に近づくにしたがって、前記圧電体（１５）の前記第２方向の長さが短くなるように区画される。
この態様によれば、駆動梁（７）を駆動させる圧電体（１５）に作用する応力を緩和させることができる光走査装置を製造することができる。
７．また、上述した光走査装置１の製造方法は、以下の態様を含む。
前記圧電体（１５）を前記溝（１８ａ、１８ｂ）によって区画する工程では、前記溝（１８ａ、１８ｂ）は、前記第１導電膜（３３）に達するように形成される。
前記圧電体（１５）を前記溝（１８ａ、１８ｂ）によって区画する工程では、前記溝（１８ａ、１８ｂ）は、前記第１導電膜（３３）に達するように形成される。
この態様によれば、区画される圧電体（１５）に共通の下部電極（１３）が形成されて、配線が複雑になるのを防ぐことができる。
実施の形態２．
実施の形態２に係る光走査装置について説明する。
実施の形態２に係る光走査装置について説明する。
図１９および図２０に示すように、光走査装置１の圧電部１２では、Ｘ軸方向に延在するとともに、Ｙ軸方向に互いに間隔を隔てて形成された複数の第２溝１８ｂによって、複数に区画された圧電体１５（１５ｆａ、１５ｆｂ、１５ｆｃ）が形成されている。すなわち、圧電部１２（圧電体１５）では、駆動梁７の長手方向が区画されているとともに、駆動梁７の短手方向（幅方向）にも区画されている。なお、これ以外の構成については、図１および図２に示す光走査装置１と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
駆動梁７が、単純に上下に変位する運動だけを行う場合は、圧電部１２（圧電体１５）を幅方向にも区画する必要はない。しかしながら、図１９に示すように、駆動梁７の駆動端には、リンク梁９が接続されている。リンク梁９は、駆動梁７の短手方向に沿って駆動梁７に接続されている。このため、駆動梁７を上下に変位させた場合には、駆動端に接続されているリンク梁９を介して、駆動梁７にはねじれの力が印加されて、駆動梁７はねじられることになる。
そうすると、駆動梁７の長手方向について説明した応力の議論が、駆動梁７の短手方向（幅方向）についても、成り立つことがいえる。したがって、圧電部１２（圧電体１５）を幅方向にも区画することで、圧電部１２（圧電体１５）の幅方向に生じる応力を低減させることができる。
図２０では、圧電体１５ｆａ、１５ｆｂ、１５ｆｃのそれぞれのＹ軸方向（幅方向）の長さが、ほぼ同じ長さに設定されている場合について示されているが、リンク梁９が接続されている部分に近づくにしたがって、圧電体１５のＹ軸方向の長さを短くすればよい。図２１に示すように、リンク梁９が接続されている駆動梁７の部分の界面を基準位置Ｑとし、駆動梁７が変位していない状態において、駆動梁７が延在する短手方向をＹ軸とし、高さ方向をＺ軸とし、駆動梁７のＹ軸方向の長さ（幅）をＷとする。
また、駆動梁７が変位した状態において、基準位置Ｑから駆動梁７の反対側の端の界面までのＺ軸方向の変位をＵとし、基準位置ＱからＹ軸方向の距離をｙとし、その距離ｙにおける基準位置Ｑから界面までのＺ軸方向の変位をｕとする。そうすると、駆動梁７の長手方向について行った計算と同様の計算を行うことによって、短手方向の区画長さΔｙは、次の（式８）によって表される。
Δｙ＝［（３Ｗ／２−３ｙ）−｛（３Ｗ／２−３ｙ）２−２Ｗ３τ／（ＵＧ）｝１／２］／２ …（式８）
この知見を踏まえた駆動梁７の圧電体１５のパターンの例について説明する。
この知見を踏まえた駆動梁７の圧電体１５のパターンの例について説明する。
図２２に示す駆動梁７では、Ｙ軸方向（短手方向、幅方向）が区画された圧電体１５ｆａ、１５ｆｂ、１５ｆｃ、１５ｆｄ、１５ｆｅ、１５ｆｆを含む圧電体１５が配置されている。梁本体７ａのＹ軸方向の中央部には、圧電体１５ｆｃ、１５ｆｄが配置されている。梁本体７ａのリンク梁９が接続されている側には、圧電体１５ｆａ、１５ｆｂが配置されている。梁本体７ａのリンク梁９が接続されている側とは反対側には、圧電体１５ｆｅ、１５ｆｆが配置されている。
圧電体１５ｆａ、１５ｆｂのそれぞれのＹ軸方向の長さは、圧電体１５ｆｃ、１５ｆｄのそれぞれのＹ軸方向の長さよりも短く設定されている。さらに、圧電体１５ｆａのＹ軸方向の長さは、圧電体１５ｆｂのＹ軸方向の長さよりも短く設定されている。圧電体１５ｆｅ、１５ｆｆのそれぞれのＹ軸方向の長さは、圧電体１５ｆｃ、１５ｆｄのそれぞれのＹ軸方向の長さよりも短く設定されている。さらに、圧電体１５ｆｆのＹ軸方向の長さは、圧電体１５ｆｅのＹ軸方向の長さよりも短く設定されている。
図２３に示す駆動梁７では、Ｙ軸方向（短手方向、幅方向）が区画された圧電体１５ｆａ、１５ｆｂ、１５ｆｃ、１５ｆｄ、１５ｆｅ、１５ｆｆと、圧電体１５ｅａ、１５ｅｂ、１５ｅｃ、１５ｅｄ、１５ｅｅ、１５ｅｆとを含む圧電体１５が配置されている。圧電体１５ｆａ〜１５ｆｆと圧電体１５ｅａ〜１５ｅｆとのそれぞれでは、Ｙ軸方向の長さの関係は、図２２に示す圧電体１５ｆａ〜１５ｆｆのＹ軸方向の長さの関係と同じである。さらに、この駆動梁７では、圧電体１５ｆａ〜１５ｆｆのＸ軸方向の長さは、圧電体１５ｅａ〜１５ｅｆのＸ軸方向の長さよりも短く設定されている。
図２４に示す駆動梁７では、図１９に示す圧電部１２（圧電体１５）と、図１に示す圧電部１２（圧電体１５）とを組み合わせた配置とされる。駆動梁７における長手方向の中央部から固定端側までの領域には、圧電部１２（圧電体１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）が配置されている。駆動梁７における長手方向の中央部から駆動端側までの領域には、圧電部１２（圧電体１５ｆａ、１５ｆｂ、１５ｆｃ）が配置されている。
上述した光走査装置１の駆動梁７では、圧電部１２（圧電体１５）を長手方向に区画するとともに、短手方向（幅方向）にも区画することで、圧電部１２（圧電体１５）の幅方向に生じる応力を減少させることができる。
（光走査装置およびその製造方法の態様）
１．上述した光走査装置１は、以下の態様である。
１．上述した光走査装置１は、以下の態様である。
前記溝（１８ａ、１８ｂ）は、それぞれ前記第２方向に延在するとともに、前記第１方向に互いに間隔を隔てて形成された複数の第２溝（１８ｂ）を含む。
前記圧電体（１５）は、前記複数の第２溝（１８ｂ）によってさらに区画されている。
２．また、上述した光走査装置１は、以下の態様を含む。
２．また、上述した光走査装置１は、以下の態様を含む。
前記リンク梁（９）は、前記第１方向から前記駆動端に接続されている。
前記圧電体（１５）では、前記リンク梁（９）が接続されている前記駆動端の部分に近づくにしたがって、前記圧電体（１５）の前記第１方向の長さが短くなるように区画されている。
前記圧電体（１５）では、前記リンク梁（９）が接続されている前記駆動端の部分に近づくにしたがって、前記圧電体（１５）の前記第１方向の長さが短くなるように区画されている。
この態様によれば、駆動梁（７）を駆動させる圧電体（１５）に作用する応力をより効果的に緩和させることができる。
３．上述した光走査装置１の製造方法は、以下の態様である。
前記圧電体（１５）を前記溝（１８ａ、１８ｂ）によって区画する工程では、
前記第２方向に延在するとともに、前記第１方向に互いに間隔を隔てて位置する複数の第２溝（１８ｂ）を形成することにより、前記圧電体（１５）をさらに区画する。
前記圧電体（１５）を前記溝（１８ａ、１８ｂ）によって区画する工程では、
前記第２方向に延在するとともに、前記第１方向に互いに間隔を隔てて位置する複数の第２溝（１８ｂ）を形成することにより、前記圧電体（１５）をさらに区画する。
前記梁本体（７ａ）の前記リンク梁（９）に接続されることになる部分に近づくにしたがって、前記圧電体（１５）の前記第１方向の長さが短くなるように区画される。
この態様によれば、駆動梁（７）を駆動させる圧電体（１５）に作用する応力をより効果的に緩和させることができる光走査装置を製造することができる。
実施の形態３．
実施の形態３に係る光走査装置における駆動梁について説明する。
実施の形態３に係る光走査装置における駆動梁について説明する。
図２５に示すように、駆動梁７では、圧電部１２の圧電体１５と下部電極１３との界面が、中立軸ＮＡに一致している。なお、これ以外の構成については、図１等に示す光走査装置１の駆動梁７と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
前述したように、中立軸ＮＡとは、駆動梁７に曲げモーメントを作用させた場合に、圧縮応力も引張り応力も生じていない軸（面）のことであり、中立軸では、発生する応力は理論的には０となる。ここで、圧電体１５の厚さをｈ１、圧電体１５のヤング率をＥ１、梁本体７ａおよび下部電極１３の厚さをｈ２、梁本体７ａおよび下部電極１３のヤング率をＥ２とする。圧電体１５と下部電極１３との界面を中立軸ＮＡに一致させるには、次の（式９）満たすように厚さｈ１、ｈ２を設定すればよい。
（ｈ２／ｈ１）２＝Ｅ１／Ｅ２ …（式９）
たとえば、圧電体１５をＰＺＴとし、梁本体７ａをシリコンとし、ヤング率Ｅ１を７７．６ＧＰａとし、ヤング率Ｅ２を１３１ＧＰａとした場合において、圧電体１５の厚さｈ１を３μｍとした場合を想定する。そうすると、梁本体７ａおよび下部電極１３の厚さｈ２は、２．３μｍとなる。厚さｈ１および厚さｈ２をそれぞれ見積もられた厚さに設定することで、圧電体１５と下部電極１３との界面を中立軸ＮＡに一致させることができる。
たとえば、圧電体１５をＰＺＴとし、梁本体７ａをシリコンとし、ヤング率Ｅ１を７７．６ＧＰａとし、ヤング率Ｅ２を１３１ＧＰａとした場合において、圧電体１５の厚さｈ１を３μｍとした場合を想定する。そうすると、梁本体７ａおよび下部電極１３の厚さｈ２は、２．３μｍとなる。厚さｈ１および厚さｈ２をそれぞれ見積もられた厚さに設定することで、圧電体１５と下部電極１３との界面を中立軸ＮＡに一致させることができる。
上述した光走査装置１では、駆動梁７における圧電体１５と下部電極１３との界面を中立軸ＮＡに一致させることで、駆動梁７の梁本体７ａに発生する応力をより減少させることができる。
（光走査装置およびその製造方法の態様）
１．上述した光走査装置１は、以下の態様である。
１．上述した光走査装置１は、以下の態様である。
前記圧電体（１５）と前記下部電極（１３）との界面に中立軸（ＮＡ）が位置する。
この態様によれば、梁本体（７ａ）に発生する応力をより減少させることができる。
この態様によれば、梁本体（７ａ）に発生する応力をより減少させることができる。
実施の形態４．
実施の形態４に係る光走査装置における駆動梁について説明する。
実施の形態４に係る光走査装置における駆動梁について説明する。
図２６に示すように、駆動梁７では、第１溝１８ａの深さは、圧電体１５と下部電極１３との界面よりも浅い。第１溝１８ａは、上部電極１７の表面から圧電体１５の厚さ方向の途中の位置まで形成されている。なお、これ以外の構成については、図１等に示す光走査装置１の駆動梁７と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
前述したように、圧電体１５に発生する応力は、圧電体１５の表面に近いほど大きくなる。発生する応力が、圧電体１５が破壊される破壊応力を超えると、圧電体１５は破壊されてしまう。
そこで、駆動梁７では、破壊応力以上の応力が発生することが想定される領域（領域Ａ）に第１溝１８ａが形成されている。第１溝１８ａは、圧電体１５の表面から、領域Ａまでの深さにわたって形成されている。領域Ａよりも深い位置には、第１溝１８ａは形成されていない。
ここで、破壊応力をσｍａｘとし、圧電部１２（圧電体１５）に発生する応力をσとする。また、図２６に示すように、中立軸ＮＡからのＺ軸方向の長さをｚとする。そうすると、（式１）に示す関係から、次の（式１０）を満たす中立軸ＮＡからの距離ｚが求められる。
σ＝６Ｅｚ（２ｘ−Ｌ）Ｕ／Ｌ３＜σｍａｘ …（式１０）
したがって、圧電部１２の表面から、中立軸ＮＡからの距離ｚの位置（位置Ａ）まで第１溝１８ａを形成し、その位置Ａより深い領域では第１溝１８ａを形成しなくてよい。
したがって、圧電部１２の表面から、中立軸ＮＡからの距離ｚの位置（位置Ａ）まで第１溝１８ａを形成し、その位置Ａより深い領域では第１溝１８ａを形成しなくてよい。
上述した光走査装置１の圧電体１５では、位置Ａから、圧電体１５と下部電極１３との界面まで、圧電体１５（圧電膜３５（図４参照））の部分が残されていることで、圧電効果による駆動力を確保しながら、駆動梁７に発生する応力を低減することができる。
なお、上述した光走査装置１および実施の形態２、３に係る光走査装置１のそれぞれは、実施の形態１において説明した一連の製造工程のうち、特に、圧電膜をパターニングするパターンまたはその溝の深さを変更することによって、製造することができる。
（光走査装置およびその製造方法の態様）
１．上述した光走査装置１は、以下の態様である。
１．上述した光走査装置１は、以下の態様である。
前記溝（１８ａ、１８ｂ）の深さは、前記圧電体（１５）と前記下部電極（１３）との界面の位置よりも浅い。
この態様によれば、圧電体（１５）の圧電効果による駆動力を確保しながら、駆動梁（７）に発生する応力を低減することができる。
２．上述した光走査装置１の製造方法は、以下の態様である。
前記圧電体（１５）を前記溝（１８ａ、１８ｂ）によって区画する工程では、前記溝（１８ａ、１８ｂ）は、前記圧電膜（３５）の途中まで形成される。
前記圧電体（１５）を前記溝（１８ａ、１８ｂ）によって区画する工程では、前記溝（１８ａ、１８ｂ）は、前記圧電膜（３５）の途中まで形成される。
この態様によれば、圧電体（１５）の圧電効果による駆動力を確保しながら、駆動梁（７）に発生する応力を低減することができる光走査装置を製造することができる。
実施の形態５．
実施の形態５に係る光走査装置について説明する。
実施の形態５に係る光走査装置について説明する。
図２７に示すように、駆動梁７は、第１駆動梁７１と第２駆動梁７２とを有する。第１駆動梁７１と第２駆動梁７２とは、連結部４２を介して折り曲げられるように配置されている。
第１駆動梁７１の一端は、固定端としてアンカー１１に固定されている。第１駆動梁７１の他端は、連結部４２に接続されている。第２駆動梁７２の一端は、連結部４２に接続されている。第２駆動梁７２の他端は、駆動端として、リンク梁９を介してミラー３に接続されている。
たとえば、紙面（図２７）に向かって上に位置する駆動梁７を例に挙げて、より具体的に説明する。この駆動梁７では、第１駆動梁７１と第２駆動梁７２とは、それぞれＸ軸方向（長手方向）に延在する。第１駆動梁７１と第２駆動梁７２とは、Ｙ軸方向に間隔を隔てて配置されている。
第１駆動梁７１では、連結部４２に接続されている他端側に近づくにしたがって、圧電部１２のＸ軸方向の長さが短くなるように形成されている。第２駆動梁７２では、連結部４２に接続されている一端側に近づくにしたがって、圧電体１５のＸ軸方向の長さが短くなるように形成されている。なお、これ以外の構成については、図１等に示す光走査装置１の駆動梁７と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
上述した光走査装置１では、駆動梁７として、第１駆動梁７１と第２駆動梁７２とが連結部４２を介して折り曲げられている折り曲げ梁が適用されている。このような駆動梁７では、アンカー１１に固定されている第１駆動梁７１の一端側と同様に、連結部４２に接続されている第１駆動梁７１の他端側においても、他端側に近づくにしたがって、第１駆動梁７１に発生する応力は大きくなる。
また、リンク梁９に接続されている第２駆動梁７２の他端側と同様に、連結部４２に接続されている第２駆動梁７２の一端側においても、一端側に近づくにしたがって、第２駆動梁７２に発生する応力は大きくなる。
このため、第１駆動梁７１では、連結部４２に接続されている一端側に近づくにしたがって、圧電体１５の長さ（延在方向）が短くなるように形成することが望ましい。また、第２駆動梁７２では、連結部４２に接続されている他端側に近づくにしたがって、圧電体１５の長さ（延在方向）が短くなるように形成することが望ましい。
第１駆動梁７１および第２駆動梁７２のそれぞれにおいて、上述した（式７）を用いて圧電体１５の区画長さを算出することができる。すなわち、第１駆動梁７１では、駆動梁７が変位した状態における、第１駆動梁７１の一端側のＺ軸方向の変位と、第１駆動梁７１の他端側のＺ軸方向の変位との差を、（式７）における変位Ｕとして代入することで、圧電体１５の区画長さΔｘを求めることができる。
また、第２駆動梁７２では、駆動梁７が変位した状態における、第２駆動梁７２の一端側のＺ軸方向の変位と、第２駆動梁７２の他端側のＺ軸方向の変位との差を、（式７）における変位Ｕとして代入することで、圧電体１５の区画長さΔｘを求めることができる。
上述した光走査装置１の第１駆動梁７１では、連結部４２に接続されている一端側に近づくにしたがって、圧電体１５の長さが短くなるように形成されている。また、第２駆動梁７２では、連結部４２に接続されている他端側に近づくにしたがって、圧電体１５の長さが短くなるように形成されている。
これにより、折り曲げ梁が適用されている光走査装置においても、第１駆動梁７１および第２駆動梁７２のそれぞれに発生する応力を効果的に緩和させることができる。
（光走査装置の態様）
上述した光走査装置１は、以下の態様である。
上述した光走査装置１は、以下の態様である。
前記駆動梁（７、７１、７２）は、前記一端と前記他端との間に設けられた連結部（４２）を介して折り曲げられており、
前記駆動梁（７、７１、７２）では、前記連結部（４２）に近づくにしたがって、前記圧電体（１２）の前記第２方向の長さが短くなるように区画されている。
前記駆動梁（７、７１、７２）では、前記連結部（４２）に近づくにしたがって、前記圧電体（１２）の前記第２方向の長さが短くなるように区画されている。
この態様によれば、折り曲げ梁の場合においても、駆動梁（７）が駆動する際に、圧電体（１５）に作用する応力をより効果的に緩和させることができる。
（各実施の形態の変形例）
各実施の形態に係る光走査装置１では、ミラー３には、４つの駆動梁７が接続されているが、駆動梁７の数としては、４つに限られるものではない（図１等参照）。ここで、変形例の一つとして、ミラーに、２つの駆動梁が接続されている光走査装置を挙げる。図２８および図２９に、その光走査装置の概念図を示す。
各実施の形態に係る光走査装置１では、ミラー３には、４つの駆動梁７が接続されているが、駆動梁７の数としては、４つに限られるものではない（図１等参照）。ここで、変形例の一つとして、ミラーに、２つの駆動梁が接続されている光走査装置を挙げる。図２８および図２９に、その光走査装置の概念図を示す。
図２８および図２９に示すように、ミラー３の外周における第１の位置と、その第１の位置に対して中心を挟んで反対側の外周における第２の位置とに、リンク梁９を介して駆動梁７が接続されている。駆動梁７には、溝によって区画された圧電体を含む圧電部１２が形成されている。なお、これ以外の構成については、図１等に示す光走査装置の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付す。この光走査装置の場合には、ミラー３は、１軸回転の動作になる。
なお、ミラー３には、３つ以上の駆動梁７が接続されていてもよい。この場合には、駆動梁を振動させる位相を調整することによって、ミラー３を全周にわたり、自由に傾けることができる。たとえば、ミラー３に、４つの駆動梁７が接続されている場合（図１等参照）には、駆動梁７を振動させる位相を９０°ずつずらすことで、ミラー３をすりこぎ運動するように振動させることも可能である。また、各駆動梁７の動作周波数をずらして振動させることで、ミラー３をリサージュ動作させることも可能となる。
各実施の形態において説明した光走査装置については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。また、光走査装置の各部の厚さまたは寸法の数値は一例であって、挙げられた数値に限られるものではない。
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、圧電体を適用した駆動梁によって反射体を駆動させる光走査装置に有効に利用される。
１ 光走査装置、３ ミラー、５ 反射鏡、７ 駆動梁、７ａ 梁本体、９ リンク梁、１１ アンカー、１２ 圧電部、１３ 下部電極、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｆａ、１５ｆｂ、１５ｆｃ、１５ｆｄ、１５ｆｅ、１５ｆｆ、１５ｅａ、１５ｅｂ、１５ｅｃ、１５ｅｄ、１５ｅｅ、１５ｅｆ 圧電体、１７ 上部電極、１８ａ 第１溝、１８ｂ 第２溝、２１ ＳＯＩ基板、２３ シリコン基板、２５ シリコン酸化膜、２７ シリコン層、２９ シリコン酸化膜、３１ 裏面酸化膜、３３ 第１導電膜、３５ 圧電膜、３７ 第２導電膜、３９ 絶縁膜、４１ 配線電極、４２ 連結部、７１ 第１駆動梁、７２ 第２駆動梁、Ｐ、Ｑ 基準位置、ＮＡ 中立軸。
いずれのエッチング方法においても、第２導電膜３７の下に位置する圧電膜３５がエッチングされにくい条件（ガス、溶液等）を採用する必要がある。ＲＩＥ法を適用する場合には、Ｃｌ ２ ／Ａｒ系のガスを用いるのが好適である。上部電極１７が形成された後、レジストが除去される。レジストの除去方法として、Ｏ ２ アッシングが好適である。また、剥離液を用いてレジストを除去してもよい。
いずれのエッチング方法においても、圧電膜３５の下に位置する第１導電膜３３がエッチングされにくい条件（ガス、溶液等）を採用する必要がある。圧電膜３５としてＰＺＴを適用し、ＲＩＥ法によってパターニングする場合には、Ｃｌ ２ ／ＢＣｌ ３ ／ＣＨ ４ 系のガスを用いるのが好適である。圧電体１５が形成された後、レジストが除去される。
いずれのエッチング方法においても、第１導電膜３３の下に位置するシリコン酸化膜２９がエッチングされにくい条件（ガス、溶液等）を採用する必要がある。ＲＩＥ法を適用する場合には、Ｃｌ ２ ／Ａｒ系のガスを用いるのが好適である。下部電極１３が形成された後、レジストが除去される。
いずれのエッチング方法においても、絶縁膜３９の下に位置するシリコン酸化膜２９がエッチングされにくい条件（ガス、溶液等）を採用する必要がある。ＲＩＥ法によってパターニングする場合には、ＣＦ ４ 系のガスを用いるのが好適である。絶縁膜３９がパターニングされた後、レジストが除去される。
いずれのエッチング方法においても、配線電極４１となる導電膜の下に位置する絶縁膜３９がエッチングされにくい条件（ガス、溶液等）を採用する必要がある。ＲＩＥ法によってパターニングする場合には、Ｃｌ ２ ／Ａｒ系のガスを用いるのが好適である。配線電極４１がパターニングされた後、レジストが除去される。
次に、光走査装置１の表面となる部分に加工が行われる。図１１に示すように、シリコン酸化膜２９がパターニングされる。シリコン酸化膜２９のパターニングは、ＲＩＥ法によって行うのが好適である。ＲＩＥ法を適用する場合には、ＣＦ ４ 系のガスを用いるのが好適である。エッチング処理を行う際の保護膜として、レジストを使用することが好適である。ＲＩＥ法の他に、ウェットエッチング法を適用してもよい。
次に、光走査装置１の裏面となる部分に加工が行われる。まず、シリコン酸化膜３１がパターニングされる。パターニングは、ＲＩＥ法によって行うのが好適である。エッチング処理を行う際の保護膜として、レジストを使用することが好適である。ＲＩＥ法を適用する場合には、ＣＦ ４ 系のガスを用いるのが好適である。ＲＩＥ法の他に、ウェットエッチング法を適用してもよい。
次に、シリコン酸化膜２５にエッチング処理が行われる。エッチング処理は、ＲＩＥ法によって行うのが好適である。ＲＩＥ法を適用する場合には、ＣＦ ４ 系のガスを用いるのが好適である。エッチング処理の後、レジストが除去される。その後、ＳＯＩ基板２１をダイシングすることによって、光走査装置１が完成する。
２．また、上述した光走査装置１は、以下の態様を含む。
前記駆動梁（７）における前記固定端を基準位置とし、前記駆動梁（７）が変位していない状態において、前記駆動梁（７）が延在する前記第２方向をＸ軸方向とし、前記第１方向と前記第２方向とに交差する方向をＺ軸方向とし、前記駆動梁（７）の前記Ｘ軸方向の長さをＬとし、前記基準位置から前記Ｘ軸方向の距離をｘとする。
前記駆動梁（７）における前記固定端を基準位置とし、前記駆動梁（７）が変位していない状態において、前記駆動梁（７）が延在する前記第２方向をＸ軸方向とし、前記第１方向と前記第２方向とに交差する方向をＺ軸方向とし、前記駆動梁（７）の前記Ｘ軸方向の長さをＬとし、前記基準位置から前記Ｘ軸方向の距離をｘとする。
第１駆動梁７１では、連結部４２に接続されている他端側に近づくにしたがって、圧電体１５のＸ軸方向の長さが短くなるように形成されている。第２駆動梁７２では、連結部４２に接続されている一端側に近づくにしたがって、圧電体１５のＸ軸方向の長さが短くなるように形成されている。なお、これ以外の構成については、図１等に示す光走査装置１の駆動梁７と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
Claims (14)
- 光を反射する反射面を有する反射体と、
一端と他端とを有し、前記一端が固定端として固定され、前記他端が駆動端としてリンク梁を介して前記反射体に接続された駆動梁と
を有し、
前記駆動梁は、
第１方向に幅を有し、前記第１方向と交差する第２方向に延在する梁本体と、
前記梁本体に接するように形成された圧電部と
を有し、
前記圧電部は、それぞれ前記第１方向に延在するとともに、前記第２方向に互いに間隔を隔てて形成された複数の第１溝を含む溝によって区画された圧電体を備え、
前記圧電体では、前記固定端に近づくにしたがって、前記圧電体の前記第２方向の長さが短くなるように区画され、前記駆動端に近づくにしたがって、前記圧電体の前記第２方向の長さが短くなるように区画されている、光走査装置。 - 前記駆動梁における前記固定端を基準位置とし、前記駆動梁が変位していない状態において、前記駆動梁が延在する前記第２方向をＸ軸とし、前記第１方向と前記第２方向とに交差する方向をＺ軸とし、前記駆動梁の前記Ｘ軸方向の長さをＬとし、前記基準位置から前記Ｘ軸方向の距離をｘとし、
前記駆動梁が変位した状態において、前記基準位置から前記駆動端までの前記Ｚ軸方向の変位をＵとし、前記圧電体の横弾性係数をＧとし、前記圧電体に発生するせん断応力をτとし、前記距離ｘに位置する区画された前記圧電体の前記Ｘ軸方向の長さをΔｘとすると、
前記Δｘは、以下の式、
Δｘ＝［（３Ｌ／２−３ｘ）−｛（３Ｌ／２−３ｘ）２−２Ｌ３τ／（ＵＧ）｝１／２］／２、
によって算出される長さ以下に設定された、請求項１記載の光走査装置。 - 前記溝は、それぞれ前記第２方向に延在するとともに、前記第１方向に互いに間隔を隔てて形成された複数の第２溝を含み、
前記圧電体は、前記複数の第２溝によってさらに区画されている、請求項１記載の光走査装置。 - 前記リンク梁は、前記第１方向から前記駆動端に接続されており、
前記圧電体では、前記リンク梁が接続されている前記駆動端の部分に近づくにしたがって、前記圧電体の前記第１方向の長さが短くなるように区画されている、請求項３記載の光走査装置。 - 前記駆動梁は、前記一端と前記他端との間に設けられた連結部を介して折り曲げられており、
前記駆動梁では、前記連結部に近づくにしたがって、前記圧電体の前記第２方向の長さが短くなるように区画されている、請求項１記載の光走査装置。 - 前記圧電部は、
前記圧電体の下面と前記梁本体の間に形成された下部電極と、
前記圧電体の上面に接するように形成された上部電極と
を含む、請求項１記載の光走査装置。 - 前記圧電体と前記下部電極との界面に中立軸が位置する、請求項６記載の光走査装置。
- 前記溝の深さは、前記圧電体と前記下部電極との界面に達する深さである、請求項６記載の光走査装置。
- 前記溝の深さは、前記圧電体と前記下部電極との界面の位置よりも浅い、請求項６記載の光走査装置。
- 前記溝の深さは、前記梁本体に達する深さである、請求項６記載の光走査装置。
- 光を反射する反射面を有する反射体を、リンク梁を介して駆動させる駆動梁を備えた光走査装置の製造方法であって、
前記駆動梁および前記反射体を形成する工程は、
基板を用意する工程と、
前記基板を覆うように、第１導電膜を形成する工程と、
前記第１導電膜を覆うように、圧電膜を形成する工程と、
前記圧電膜を覆うように、第２導電膜を形成する工程と、
前記第２導電膜、前記圧電膜および前記第１導電膜のそれぞれに加工を行うことにより、圧電体を有する圧電部を形成する工程と、
前記基板に加工を行うことにより、前記反射体および前記リンク梁を形成するとともに、前記圧電部に接触し、一端が前記基板に固定され、他端が前記リンク梁を介して前記反射体に接続される梁本体を形成する工程と
を含み、
前記圧電部を形成する工程は、前記圧電膜に、第１方向に延在するとともに、前記第１方向と交差する第２方向に互いに間隔を隔てて位置する複数の第１溝を含む溝を形成することにより、前記圧電体を前記溝によって区画する工程を備え、
前記圧電体を前記溝によって区画する工程では、前記梁本体の前記一端になる部分に近づくにしたがって、前記圧電体の前記第２方向の長さが短くなるように区画され、前記梁本体の前記他端になる部分に近づくにしたがって、前記圧電体の前記第２方向の長さが短くなるように区画される、光走査装置の製造方法。 - 前記圧電体を前記溝によって区画する工程では、
前記第２方向に延在するとともに、前記第１方向に互いに間隔を隔てて位置する複数の第２溝を形成することにより、前記圧電体をさらに区画し、
前記梁本体の前記リンク梁に接続されることになる部分に近づくにしたがって、前記圧電体の前記第１方向の長さが短くなるように区画される、請求項１１記載の光走査装置の製造方法。 - 前記圧電体を前記溝によって区画する工程では、前記溝は、前記第１導電膜に達するように形成される、請求項１１記載の光走査装置の製造方法。
- 前記圧電体を前記溝によって区画する工程では、前記溝は、前記圧電膜の途中まで形成される、請求項１１記載の光走査装置の製造方法。
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