WO2022259912A1 - 光走査装置、電子機器 - Google Patents

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WO2022259912A1
WO2022259912A1 PCT/JP2022/022091 JP2022022091W WO2022259912A1 WO 2022259912 A1 WO2022259912 A1 WO 2022259912A1 JP 2022022091 W JP2022022091 W JP 2022022091W WO 2022259912 A1 WO2022259912 A1 WO 2022259912A1
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electrode
capacitance
layer
optical scanning
scanning device
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PCT/JP2022/022091
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優太朗 小田
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スタンレー電気株式会社
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    • B81B3/0086—Electrical characteristics, e.g. reducing driving voltage, improving resistance to peak voltage
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/03—Static structures
    • B81B2203/0353—Holes

Definitions

  • the present disclosure relates to optical scanning devices and electronic devices.
  • An optical scanning device that scans incident laser light in two-dimensional directions is known. Conventional examples of optical scanning devices are described, for example, in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 listed below. In such an optical scanning device, it is necessary to detect the deflection angle of the movable mirror that scans the laser light, and noise is likely to be mixed in the signal used for that purpose.
  • One of the purposes of the specific aspects of the present disclosure is to reduce the noise of the signal used to detect the deflection angle of the movable mirror.
  • An optical scanning device includes: (a) a mirror having a reflecting surface; (b) a driving unit that oscillates the mirror; and (d) a dummy capacitance unit that generates a dummy capacitance substantially equivalent to the capacitance in the initial state of the detection unit, and (e) the detection unit, It has a movable electrode whose position changes in relation to the movement of the driving section and a fixed electrode which does not relate to the movement of the driving section, and is configured to generate the electrostatic capacitance between the movable electrode and the fixed electrode.
  • the dummy capacitance section has a first electrode and a second electrode, and is configured to generate the dummy capacitance between the first electrode and the second electrode;
  • the movable electrode, the fixed electrode, the first electrode, and the second electrode are provided on the same active layer, which is a semiconductor layer, and are separated from each other, and the active layers sandwich an insulating layer. and
  • a second parasitic capacitance generated between the provided active layer and the support layer is substantially equivalent;
  • a signal path is configured, and the dummy capacitance and the second parasitic capacitance are connected in series to configure a second signal path.
  • FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the optical scanning device (optical deflector) according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is an enlarged view of the deflection angle detector.
  • FIG. 2B is an enlarged view of the dummy comb structure.
  • FIG. 3A is an enlarged view of the detection pad.
  • FIG. 3B is an enlarged view of a dummy detection pad.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the vicinity of read signal input pads.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view corresponding to the aa line direction shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the sites where parasitic capacitance is generated.
  • FIG. 7 is a plan view for explaining capacitive components formed in each part of the optical scanning device.
  • FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the optical scanning device (optical deflector) according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is an enlarged view of the deflection angle detector.
  • FIG. 2B
  • FIG. 8A is a cross-sectional view showing a connection relationship of portions forming capacitive components in the optical scanning device.
  • FIG. 8B is an equivalent circuit diagram showing the connection relationship of each capacitive component.
  • 9A is a waveform diagram showing an example of the read signal
  • FIG. 9B is a waveform diagram showing an example of the voltage signal Vout1
  • FIG. 9C is a waveform diagram showing an example of the voltage signal Vout2
  • FIG. 9D is a waveform diagram showing an example
  • FIG. 9D is an enlarged waveform diagram showing an example of a differential signal between voltage signals V out1 and V out2
  • 10A to 10G are process diagrams showing an example of a method for manufacturing an optical scanning device.
  • FIG. 12 is a plan view showing the configuration of the optical scanning device of the second embodiment.
  • 13 is a partially enlarged view of the optical scanning device shown in FIG. 12.
  • FIG. 14 is a partially enlarged view of the optical scanning device shown in FIG. 12.
  • FIG. 15A and 15B are partial cross-sectional views of the optical scanning device of the second embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view showing the configuration of an optical scanning device (optical deflector) 1 according to the first embodiment.
  • the surface on which the laser beam to be scanned is incident is the front surface, and the opposite surface is the back surface.
  • FIG. 1 shows a plan view seen from the surface side.
  • the optical scanning device 1 of this embodiment has a generally bilaterally symmetrical structure in a plan view.
  • the optical scanning device 1 mainly includes a reflecting portion (mirror) 2, a torsion bar 3, an inner piezoelectric actuator 4, an inner frame portion 5, an outer piezoelectric actuator (driving portion) 6, and an outer frame portion (frame) 7.
  • the left-right direction in the drawing is defined as the X-axis, the vertical direction as the Y-axis, and the thickness direction of the optical scanning device 1 (the direction orthogonal to the paper surface) as the Z-axis. These axes are assumed to be orthogonal at the center o of the optical scanning device 1 .
  • the reflecting section 2 is a movable mirror having a substantially circular reflecting surface in plan view, and is configured to be swingable about the Y-axis and the X-axis by an inner piezoelectric actuator 4 and an outer piezoelectric actuator 6 .
  • an inner piezoelectric actuator 4 and an outer piezoelectric actuator 6 By reflecting the laser light by such a reflecting section 2, the laser light made incident on the reflecting section 2 can be scanned in two-dimensional directions.
  • the torsion bars 3 are provided above and below the reflecting section 2 one by one in plan view.
  • the torsion bar 3 extends from the reflecting portion 2 along the Y-axis direction and is coupled to the inner circumference of the inner frame portion 5 . Also, the torsion bar 3 is connected to the upper and lower ends of the left and right inner piezoelectric actuators 4 .
  • the inner piezoelectric actuator 4 and the outer piezoelectric actuator 6 are provided on the left and right sides of the reflector 2 in plan view, respectively.
  • the inner piezoelectric actuators 4 are connected to each other and have a nearly elliptical shape extending along the Y-axis in plan view.
  • the outer piezoelectric actuator 6 is interposed between the inner frame portion 5 and the outer frame portion 7 .
  • the outer piezoelectric actuators 6 each include a plurality of piezoelectric cantilevers 13 .
  • the piezoelectric cantilevers 13 the one closest to the reflecting section 2 and the one furthest away are shorter in the Y-axis direction than the other piezoelectric cantilevers 13 .
  • the inner frame portion 5 surrounds the reflecting portion 2 and the torsion bar 3.
  • the inner frame portion 5 has an almost elliptical shape extending along the Y-axis as a whole in plan view.
  • the driving pads 15 and the driving GND pads 16 are provided on the left and right upper sides of the outer frame portion 7 in plan view.
  • the driving pad 15 has a plurality of circular portions in plan view.
  • the driving pads 15 and the driving GND pads 16 are electrically/physically connected to the outside through bonding wires (not shown) when the optical scanning device 1 is packaged.
  • the drive pad 15 and drive GND pad 16 on the right side of the figure are used to supply a drive voltage to the inner piezoelectric actuator 4 on the right side of the figure.
  • the drive pad 15 and drive GND pad 16 on the left side of the figure are used to supply drive voltage to the inner piezoelectric actuator 4 on the left side of the figure.
  • Each inner piezoelectric actuator 4 is interposed between the torsion bar 3 and the inner frame portion 5, and by twisting the torsion bar 3, causes the reflecting portion 2 to oscillate around the Y-axis at the first frequency. Resonance is used for this oscillation.
  • the first frequency is, for example, 15 kHz to 25 kHz.
  • Each outer piezoelectric actuator 6 is supplied with a drive voltage of the second frequency via a drive pad 15 and a drive GND pad 16 . Thereby, the reflector 2 oscillates around the X-axis at the second frequency. Resonance is not used for oscillation about the X axis.
  • the second frequency is lower than the first frequency described above, and is set to 60 Hz, for example.
  • a laser beam incident on the reflecting section 2 from a light source (not shown) is reflected in directions corresponding to the swing angles (deflection angles) of the reflecting section 2 around the X-axis and the Y-axis.
  • the direction of reflection changes from moment to moment according to the change in the deflection angle of the reflector 2 .
  • the laser light reflected by the reflector 2 is scanned around the Y-axis at the first frequency and around the X-axis at the second frequency.
  • a deflection angle detection unit (detection unit) 20 is for detecting the deflection angle of the reflection unit 2 by detecting the movement associated with the non-resonant vibration of the outer piezoelectric actuator 6 as a change in capacitance.
  • 20a and a movable electrode 20b are configured integrally with the outer frame portion 7 .
  • the fixed electrode 20a has a comb-teeth electrode 20c as shown in FIG. 2(A).
  • the movable electrode 20b has a comb-teeth electrode 20d as shown in FIG.
  • the comb-teeth electrode 20c and the comb-teeth electrode 20d are arranged such that their electrode branches are alternately arranged one by one along the X-axis direction.
  • the position of the comb-teeth electrode 20c of the fixed electrode 20a does not change regardless of the movement of the outer piezoelectric actuator 6, and the position of the comb-teeth electrode 20d of the movable electrode 20b changes with the movement of the outer piezoelectric actuator 6.
  • a capacitive component electrostatic capacitance
  • the dummy comb-tooth structure portion 21 is a portion provided in a pair with the deflection angle detection portion 20, and includes a fixed electrode 21a and a movable electrode 21b.
  • the fixed electrode 21 a is configured integrally with the outer frame portion 7 .
  • the movable electrode 21b has a comb-teeth electrode 21d as shown in an enlarged view in FIG. 2(B).
  • no comb-teeth electrode is provided on the fixed electrode 21a. Therefore, no capacitive component is formed in the dummy comb-teeth structure portion 21 .
  • the dummy comb structure 21 is provided to balance the weight between the left and right outer piezoelectric actuators 6 .
  • the dummy comb structure 21 and the deflection angle detector 20 are electrically connected to each other by a Si layer 53 (see FIG. 5, which will be described later), which is an active layer, through a groove 17 provided between the respective fixed electrodes 20a and 21a. physically and physically separate.
  • the trenches 17 extend to the SiO 2 layer 52 and are electrically and physically separated.
  • the detection pad 22 is connected to the fixed electrode 20a and arranged at the lower right end in the drawing.
  • the detection GND pad 24 is arranged above the detection pad 22 in the figure.
  • the detection pad 22 has a comb-teeth electrode 22a.
  • Island-like dummy electrode branches 24a are provided between the electrode branches of the comb-teeth electrode 22a.
  • the dummy electrode branches 24a are not connected to the detection GND pads 24 and the like, and are separated like islands.
  • a comb-teeth structure 26 is formed by the comb-teeth electrode 22a and each dummy electrode branch 24a.
  • the comb-tooth structure 26 is a part for balancing with the dummy detection part 27 and equalizing the etching area.
  • the GND pad 24 for detection, the comb-teeth electrode 22a, and the dummy electrode branch 24a are electrically and physically separated from each other by the Si layer 53 by the groove 17.
  • the dummy detection pad 23 is connected to the fixed electrode 21a and arranged at the lower left end in the drawing.
  • the detection GND pad 25 is arranged above the dummy detection pad 23 in the figure.
  • the dummy detection pad 23 is connected with a comb-teeth electrode (first electrode) 23a
  • the detection GND pad 25 is connected with a comb-teeth electrode (second electrode).
  • 25a are connected, and a dummy detection section (dummy capacitance section) 27 is configured by these comb-teeth electrodes 23a and 25a.
  • the comb-teeth electrodes 23 a and 25 a are electrically and physically separated from each other by the Si layer 53 by the grooves 17 .
  • the magnitude of the capacitance component (dummy capacitance) formed by the dummy detection section 27 is substantially equivalent to the capacitance component formed by the comb electrodes 20c and 20d of the deflection angle detection section 20 in the initial state. is designed to Note that the initial state refers to a state in which the outer piezoelectric actuator 6 does not change.
  • the dummy detection portion 27 is formed on the outer frame portion 7 so that the capacitance component does not change depending on the deflection angle.
  • the read signal input pad 28 is arranged above the detection GND pad 25 on the left end side in the figure.
  • the read signal input pad 29 is arranged on the right side of the drawing above the detection GND pad 24 .
  • These reading signal input pads 28 and 29 are used to input signals (reading signals) used for reading deflection angles.
  • FIG. 4 shows an enlarged plan view of the vicinity of the read signal input pad 28. As shown in FIG. Although an enlarged view is omitted, the signal input pad 29 has the same structure.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view corresponding to the aa line direction shown in FIG.
  • the optical scanning device 1 of the present embodiment has a SiO 2 (silicon dioxide) layer as an etching stop layer on one surface side (upper side in the figure) of a Si (silicon) layer 51 as a support layer for holding the reflecting section 2 and the like. 52 is provided, and a Si layer 53 is provided thereon as an active layer for element formation.
  • SiO 2 silicon dioxide
  • the optical scanning device 1 includes, in order from the bottom in the drawing, a SiO2 layer 50 as an insulating layer, a Si layer 51 as a supporting layer that holds the element, and an SiO2 layer as an etching stop layer.
  • (BOX layer) 52 Si layer 53 as an active layer for forming an element
  • SiO 2 layer 54 as an insulating layer from the piezoelectric drive section on the upper layer side
  • Pt (platinum) layer 55 as a lower electrode layer
  • piezoelectric It includes a PZT (lead zirconate titanate) layer 56 as a body layer and a Pt layer 57 as an upper electrode layer.
  • PZT lead zirconate titanate
  • the reflecting portion 2 is formed by forming a reinforcing rib layer 60 formed by partially etching the Si layer 51 as a base, a SiO 2 layer 52 , a Si layer 53 , an SiO 2 layer 54 and a Pt layer 55 . It is constructed by stacking.
  • the left and right inner piezoelectric actuators 4 as resonance drive units are formed by laminating a Si layer 53, a SiO2 layer 54, a Pt layer 55, a PZT layer 56, and a Pt layer 57.
  • each of the piezoelectric cantilevers 13 of the left and right outer piezoelectric actuators 6 as non-resonant drive portions is formed by laminating a Si layer 53, a SiO2 layer 54, a Pt layer 55, a PZT layer 56, and a Pt layer 57. .
  • the fixed electrode 20a and its comb-teeth electrode 20c, and the movable electrode 20b and its comb-teeth electrode 20d, which constitute the deflection angle detection section 20, are each composed of the Si layer 53.
  • the Si layer 51 as a support layer can be used as the base of the device.
  • the comb-teeth electrode 20d of the movable electrode 20b is connected to the detection GND pad 24 by the Si layer 53 surrounded by grooves.
  • the comb-teeth electrode 20 c of the fixed electrode 20 a is integrated with the outer frame portion 7 .
  • the comb-teeth electrode 21 d that constitutes the dummy comb-teeth structure portion 21 is composed of the Si layer 53 .
  • the left and right detection GND pads 24 , 25 are provided on the Si layer 53 laminated on the SiO 2 layer 50 , the Si layer 51 , and the SiO 2 layer 52 . Further, the left and right signal reading signal input pads 28 and 29 are exposed to the same side as the reflecting surface of the reflecting section 2 by etching up to the SiO 2 layer 52 on the Si layer 51 as a support layer. It is configured to allow Thereby, it is possible to electrically connect to the Si layer 51 from the upper surface side of the optical scanning device 1 (the side on which the laser beam is incident).
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the sites where parasitic capacitance is generated.
  • FIG. 6 shows a plan view of the optical scanning device 1 as viewed from the rear side, and four portions 71, 72, 73, and 74 where parasitic capacitance is generated are shown in dark gray. Since the optical scanning device 1 of this embodiment uses an SOI (Silicon on Insulator) structure as shown in FIG. , a parasitic capacitance is formed because the SiO 2 layer 52 is sandwiched between the layers.
  • the portions 71 and 72 correspond to areas where the driving pad 15 and the driving GND pad 16 are formed, respectively.
  • the parts 73 and 74 respectively correspond to areas where the fixed electrodes 20a and 21a are formed.
  • the portions 73 and 74 are separated by the groove 17 described above.
  • FIG. 7 is a plan view for explaining capacitive components formed in each part of the optical scanning device.
  • FIG. 7 is a reduced plan view of FIG. 1 to show the locations where capacitive components are formed.
  • the capacitive component corresponding to the formation regions of the driving pad 15 and the driving GND pad 16 on the upper left side in the drawing is assumed to be Cr-L .
  • the capacitive component corresponding to the formation regions of the drive pad 15 and the drive GND pad 16 on the upper right side in the drawing is assumed to be Cr-R .
  • the capacitive components (first parasitic capacitance and second parasitic capacitance) corresponding to the forming regions of the fixed electrodes 20a and 21a are assumed to be C s ⁇ L and C s ⁇ R , respectively.
  • Cv be a capacitive component formed in the deflection angle detection unit 20 (capacitance of the detection unit).
  • Cd be a capacitance component (dummy capacitance) formed in the dummy detection unit 27 .
  • FIG. 8A is a cross-sectional view showing a connection relationship of portions forming capacitive components in the optical scanning device.
  • the portion related to the capacitive component is deformed for easy understanding.
  • the capacitive component CsL is formed on the signal path leading from the Si layer 51, which is the support layer, to the dummy detection pad 23.
  • the capacitive component CsR is formed on the signal path leading from the Si layer 51 as the support layer to the detection pad 22 .
  • the capacitive component C r ⁇ L and the capacitive component C r ⁇ R are respectively formed on the signal paths leading from the Si layer 51 as the supporting layer to the GND pad 24 for detection.
  • a capacitive component (dummy capacitance) Cd is formed in the dummy detection section 27 and connected to the detection GND pad 24 (that is, GND potential).
  • a capacitive component (detection capacitance) Cv is formed in the deflection angle detection section 20 and connected to a detection GND pad 24 (that is, GND potential).
  • FIG. 8B is an equivalent circuit diagram showing the connection relationship of each capacitive component. As shown, the capacitive component CsL and the capacitive component Cd are connected in series, the capacitive component CsR and the capacitive component Cv are connected in series, and these are connected in parallel. Capacitance components C r ⁇ R and C r ⁇ L are connected in parallel to these signal paths (first signal path, second signal path).
  • the circuit connection lines indicated by solid lines represent connections through the Si layer 53 which is the active layer, and the circuit connection lines shown by dotted lines represent connections through the Si layer 51 which is the support layer. .
  • a read signal input from the read signal input pad 28 is input in parallel to each of the capacitance components C s ⁇ L , C s ⁇ R , C r ⁇ R , and C r ⁇ L through the Si layer 51 of the support layer. be.
  • the read signal passing through the capacitive components C r ⁇ R and C r ⁇ L reaches the GND potential as it is, but the read signal passing through the capacitive components C s ⁇ L and C s ⁇ R changes the capacitive components C d and C v . It reaches the GND potential through the
  • a voltage signal Vout1 obtained by dividing the voltage by the capacitance component Cs -L and the capacitance component Cd is obtained from the dummy detection pad 23.
  • FIG. A voltage signal V out2 obtained by dividing the voltage by the capacitive component C s ⁇ R and the capacitive component C v is obtained from the detection pad 22 . Therefore, by taking the difference between these voltage signals V out1 and V out2 , it is possible to obtain a signal in which the common in-phase noise components are canceled. This improves the detection accuracy of the deflection angle. Moreover, since it is not necessary to add a new layer as a support layer (base), an increase in cost can be suppressed.
  • FIG. 9A is a waveform diagram showing an example of the read signal
  • FIG. 9B is a waveform diagram showing an example of the voltage signal Vout1
  • FIG. 9C is a waveform diagram showing an example of the voltage signal Vout2
  • FIG. 9D is a waveform diagram showing an example
  • FIG. 9D is an enlarged waveform diagram showing an example of a differential signal between voltage signals V out1 and V out2 ;
  • V in (t) be the read signal that is the input voltage at time t
  • N(t) be the noise
  • v(t) be the differential signal between the voltage signals V out1 (t) and V out2 (t).
  • Vout1 (t) Vin (t)+N(t)
  • Vout2 (t) Vin (t)+v(t)+N(t)
  • Vout2(t)-Vout1 ( t) v(t)
  • the capacitive component Cv and the capacitive component Cd are substantially equal, and the equivalent circuit is made symmetrical. out2 are equal.
  • the deflection angle detector 20 operates and the capacitive component Cv decreases, that is, when the impedance increases, the voltage signal Vout2 increases relative to the voltage signal Vout1 according to the voltage division rule.
  • the opposite phenomenon occurs when the capacitive component Cv increases. Therefore, by obtaining the difference between the voltage signal V out1 and the voltage signal V out2 , the common noise component is cancelled, and the change in voltage can be detected by the deflection angle detector 20 . Specifically, as shown in FIG.
  • the capacitive component Cv changes according to the frequency of the outer piezoelectric actuator 6, which is a non-resonant driving section, so the impedance also changes periodically.
  • the voltage signal V out2 also changes periodically. Since there are two points at which the capacitance is maximized per period, the variation period 90 of the difference signal is twice the drive frequency. Also, the change 91 of the difference signal corresponds to the change of the deflection angle.
  • 10(A) to 10(G) and 11(A) to 11(F) are process diagrams showing an example of a method of manufacturing an optical scanning device.
  • An example of a method for manufacturing the optical scanning device 1 will be briefly described below with reference to the drawings.
  • a substrate on which a SiO2 layer 50, a Si layer 51, a SiO2 layer 52, a Si layer 53, and a SiO2 layer 54 are laminated is prepared ( FIG . 10(A)).
  • a Pt layer 55 is formed on the side not in contact with 53 (FIG. 10(B)).
  • a PZT layer 56 is formed on one side of the Pt layer 55 (the side not in contact with the SiO 2 layer 54) (FIG. 10C), and further one side of the PZT layer 56 (the side not in contact with the Pt layer 55).
  • a Pt layer 57 is formed on the surface (FIG. 10(D)). Any known method may be used as the film forming method.
  • the Pt layer 57 and the PZT layer 56 are patterned into a predetermined shape (Fig. 10(E)).
  • Any known method may be used for the patterning here.
  • this embodiment uses a method of forming a mask pattern using a resist film (photosensitive film), performing etching, and then peeling off the resist film (the same applies to patterning in subsequent steps).
  • the Pt layer 55 is patterned into a predetermined shape (FIG. 10(F)), and then the SiO 2 layer 54 is patterned into a predetermined shape (FIG. 10(G)). Furthermore, the Si layer 53 is patterned into a predetermined shape (FIG. 11(A)), and then the SiO 2 layer 52 is patterned into a predetermined shape (FIG. 11(B)).
  • the SiO 2 layer 50 on the back side is patterned into a predetermined shape (FIG. 11(C)), the Si layer 51 is patterned into a predetermined shape (FIG. 11(D)), and the rib portion 60 is formed (FIG. 11(D)). FIG. 11(E)).
  • the SiO 2 layer 52 is patterned into a predetermined shape (FIG. 11(F)).
  • the optical scanning device 1 is completed.
  • the optical scanning device 1 can be applied to any electronic device that requires laser beam scanning.
  • it can be applied to pico projectors used in head-up displays and wearable devices.
  • the present invention can also be applied to a device that changes the light distribution pattern according to the presence of an oncoming vehicle, a preceding vehicle, a pedestrian, or various other objects when irradiating light forward of the vehicle.
  • it can be applied to an object detection device such as LiDAR (Light Detection And Ranging).
  • object detection device such as LiDAR (Light Detection And Ranging).
  • MEMS sensors such as acceleration sensors, angular velocity sensors, pressure sensors, and myoelectric sensors.
  • FIG. 12 is a plan view from the back side of the optical scanning device according to the second embodiment.
  • 13 and 14 are partially enlarged views of the optical scanning device shown in FIG. 12, respectively.
  • the overall configuration of the optical scanning device 1a according to the second embodiment is the same as that of the optical scanning device 1 according to the above-described first embodiment, and only the structure of the Si layer 51, which is the supporting layer, is different.
  • the structure of the Si layer 51 of the optical scanning device 1a according to the second embodiment, which is different from the optical scanning device 1 of the first embodiment will be omitted, and the structure of the Si layer 51 will be described in detail.
  • the Si layer 51 of the optical scanning device 1a is an active layer that constitutes a capacitive component C s ⁇ L and a capacitive component C s ⁇ R , which are capacitive components corresponding to the formation regions of the fixed electrodes 20a and 21a.
  • a plurality of through-holes 80 are provided in a region overlapping with a certain Si layer 53 (that is, a portion related to generation of parasitic capacitance).
  • the through holes 80 are arranged in rows in the horizontal direction and the vertical direction in the drawing, but the arrangement of the through holes 80 is not limited to this.
  • the area where each through-hole 80 is arranged corresponds to the above-described portions 73 and 74 (see FIG. 6).
  • a plurality of through-holes 81 are similarly provided in the regions 71 and 72 described above, that is, the regions where the driving pads 15 and the driving GND pads 16 are formed.
  • the size of each of the through holes 80 and 81 for example, if each of the through holes 80 and 81 has a substantially square shape as shown in the drawing, one side thereof can be about 50 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • 15A and 15B are partial cross-sectional views of the optical scanning device of the second embodiment.
  • 15A is a sectional view corresponding to line aa shown in FIG. 13, and
  • FIG. 15B is a sectional view corresponding to line bb shown in FIG.
  • the through hole 80 is formed by partially removing the Si layer 51 as the support layer to reach the SiO 2 layer (BOX layer) 52 .
  • the Si layer 51, which is the support layer is not removed and the SiO 2 layer (BOX layer) 52 is not exposed in the portion where the through hole 80 does not exist.
  • each through hole 81 has the same structure.
  • These through holes 80 and 81 are formed in the step of etching the Si layer 51 during the manufacturing process of the optical scanning device 1 described in the first embodiment (see FIG. 11E). It is possible to Since the Si layer 51, which is a support layer, also has a role of ensuring the mechanical strength of the optical scanning device 1a, only partial removal by the through holes 80 and 81 can prevent a decrease in mechanical strength. .
  • each through- hole 80 By providing each through- hole 80, the overlapping area between the Si layer 51 as the support layer and the Si layer 53 as the active layer can be reduced.
  • the value of sR can be reduced.
  • the difference between the capacitive component Cv and the capacitive component Cs -R which are the capacitive components to be detected, becomes smaller, so that the amount of change in the voltage by the deflection angle detecting section 20 can be increased.
  • the capacitive component Cv which is the capacitive component to be detected
  • the electrodes are formed in a direction orthogonal to the support layer.
  • the parasitic capacitance generated by the overlapping portion of the Si layer 53 and the Si layer 51, which is the support layer, tends to increase in value because it is formed in a direction parallel to the support layer and the like.
  • the capacitance component Cv may be about 1 pF, while the capacitance component Cs -R may be about several tens of pF.
  • the resonance drive section in each of the above-described embodiments may be used for non-resonance drive, or the non-resonance drive section may be used for resonance drive.
  • the case of using a piezoelectric drive type actuator was exemplified, but an antistatic drive type or electromagnetic drive type actuator may be used.
  • the capacitance component of the dummy detection section is formed by comb-teeth electrodes, it may be formed by parallel plate electrodes.
  • the through-holes 80 and 81 are illustrated as substantially square in plan view as an example, they are not limited to this, and can be made in various plan view shapes such as circles, triangles, and hexagons. Further, the through holes 80 and 81 may not all have the same shape when viewed from above, and may have different shapes when viewed from above.
  • Optical scanning device 2: Reflector (movable mirror), 3: Torsion bar, 4: Inner piezoelectric actuator, 5: Inner frame, 6: Outer piezoelectric actuator, 7: Outer frame (frame), 13: Piezoelectric Cantilever 15: Drive pad 16: Drive GND pad 17: Groove 20: Deflection angle detector 20a: Fixed electrode 20b: Movable electrode 20c, 20d: Comb electrode 21: Dummy comb structure Part 21a: Fixed electrode 21b: Movable electrode 22: Detection pad 22a: Comb electrode 23: Dummy detection pad 23a: Comb electrode 24: GND pad for detection 24a: Dummy electrode branch 25: GND pad for detection, 25a: comb-teeth electrode, 26, 27: comb-teeth structure, 28, 29: read signal input pad, 50: SiO 2 layer, 51: Si layer, 52: SiO 2 layer (BOX layer), 53: Si layer, 54: SiO2 layer, 55: Pt layer, 56: PZT (lea

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Abstract

本発明は、可動ミラーの偏向角の検知に用いる信号のノイズを低減することを目的とする。　本発明の光走査装置は、ミラー、駆動部、検出部、ダミー容量部を含む。検出部は、駆動部の動きに関わる可動電極と駆動部の動きに関わらない固定電極との間に静電容量を生じる。ダミー容量部は、第１電極と第２電極との間にダミー静電容量を生じる。可動電極、固定電極、第１電極、第２電極は、同一の活性層（５３）に設けられて各々が分離しており、活性層（５３）は、絶縁層（５２）を挟んで、共通の支持層（５１）と対向配置されている。固定電極が設けられた活性層（５３）と支持層（５１）との間に生じる第１寄生容量（Ｃｓ－Ｒ）と、第１電極が設けられた活性層（５３）と支持層（５１）との間に生じる第２寄生容量（Ｃｓ－Ｌ）とが略等価である。検出部の静電容量（Ｃｖ）と第１寄生容量（Ｃｓ－Ｒ）とが直列接続されて第１信号経路を構成し、ダミー静電容量（Ｃｄ）と第２寄生容量（Ｃｓ－Ｌ）と直列接続されて第２信号経路を構成する。

Description

光走査装置、電子機器
　本開示は、光走査装置、電子機器に関する。
　入射するレーザ光を２次元方向に走査する光走査装置が知られている。光走査装置の従来例は、例えば下記の特許文献１や非特許文献１などに記載されている。このような光走査装置では、レーザ光を走査する可動ミラーの偏向角を検知する必要があるがその際に用いる信号にノイズが混入しやすい。
特開２００４－２４５８９０号公報 Hee-Moon Jeong et al.,"Slow scanning electromagnetic MEMS scannaer for laser display",Proc.SPIE6887,MOEMS and Maniaturized Systems VII,688704(8 February 2008).
　本開示に係る具体的態様は、可動ミラーの偏向角の検知に用いる信号のノイズを低減することを目的の１つとする。
［１］本開示に係る一態様の光走査装置は、（ａ）反射面を有するミラーと、（ｂ）前記ミラーを揺動させる駆動部と、（ｃ）前記駆動部の動きを静電容量の変化により検出する検出部と、（ｄ）前記検出部の初期状態の前記静電容量と略等価なダミー静電容量を生じさせるダミー容量部と、を含み、（ｅ）前記検出部は、前記駆動部の動きに関わって位置が変動する可動電極と、前記駆動部の動きに関わらない固定電極とを有し、当該可動電極と固定電極との間に前記静電容量を生じるように構成されており、（ｆ）前記ダミー容量部は、第１電極と第２電極を有し、当該第１電極と第２電極との間に前記ダミー静電容量を生じるように構成されており、（ｇ）前記可動電極、前記固定電極、前記第１電極及び前記第２電極は、同一の半導体層である活性層に設けられて各々が分離しており、前記活性層は、絶縁層を挟んで、共通の半導体層である支持層と対向配置されており、（ｈ）前記固定電極が設けられた前記活性層と前記支持層との間に生じる第１寄生容量と、前記第１電極が設けられた前記活性層と前記支持層との間に生じる第２寄生容量とが略等価であり、（ｉ）前記検出部の静電容量と前記第１寄生容量とが直列接続されて第１信号経路を構成し、前記ダミー静電容量と前記第２寄生容量と直列接続されて第２信号経路を構成する、光走査装置である。
［２］本開示に係る一態様の電子機器は、前記［１］の光走査装置を備える電子機器である。
　上記構成によれば、可動ミラーの偏向角の検知に用いる信号のノイズを低減することが可能となる。
図１は、第１実施形態の光走査装置（光偏向器）の構成を示す平面図である。 図２（Ａ）は、偏向角検出部の拡大図である。図２（Ｂ）は、ダミー櫛歯構造部の拡大図である。 図３（Ａ）は検出用パッドの拡大図である。図３（Ｂ）は、ダミー検出用パッドの拡大図である。 図４は、読み取り信号入力用パッドの近傍の拡大図である。 図５は、図１に示すａ－ａ線方向に対応する模式的な断面図である。 図６は、寄生容量の発生部位を説明するための図である。 図７は、光走査装置の各部位において形成される容量成分を説明するための平面図である。 図８（Ａ）は、光走査装置において容量成分を形成する箇所の接続関係を示した断面図である。図８（Ｂ）は、各容量成分の接続関係を示した等価回路図である。 図９（Ａ）は、読み取り信号の一例を示す波形図であり、図９（Ｂ）は、電圧信号Ｖout1の一例を示す波形図であり、図９（Ｃ）は、電圧信号Ｖout2の一例を示す波形図であり、図９（Ｄ）は、電圧信号Ｖout1、Ｖout2の差分信号の一例を示す拡大波形図である。 図１０（Ａ）～図１０（Ｇ）は、光走査装置の製造方法の一例を示す工程図である。 図１１（Ａ）～図１１（Ｆ）は、光走査装置の製造方法の一例を示す工程図である。 図１２は、第２実施形態の光走査装置の構成を示す平面図である。 図１３は、図１２に示す光走査装置の部分拡大図である。 図１４は、図１２に示す光走査装置の部分拡大図である。 図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は、第２実施形態の光走査装置の部分断面図である。
（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態の光走査装置（光偏向器）１の構成を示す平面図である。本実施形態では、走査対象となるレーザ光が入射される側の面を表面とし、これと反対側の面を裏面とする。図１では表面側から見た平面図が示されている。図示のように本実施形態の光走査装置１は、平面視において概ね左右対称な構造を有している。
　光走査装置１は、主な構成として、反射部（ミラー）２、トーションバー３、内側圧電アクチュエータ４、内側枠部５、外側圧電アクチュエータ（駆動部）６、及び外側枠部（フレーム）７を備える。図示の左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸、光走査装置１の厚さ方向（紙面に直交する方向）をＺ軸と定義する。これらの軸は光走査装置１の中心ｏにおいて直交するものとする。
　反射部２は、平面視において略円形状の反射面を有する可動ミラーであり、内側圧電アクチュエータ４及び外側圧電アクチュエータ６によってＹ軸及びＸ軸回りに揺動可能に構成されている。このような反射部２によってレーザ光を反射させることで、反射部２へ入射させたレーザ光を２次元方向に走査することができる。
　トーションバー３は、平面視において反射部２の上下に１つずつ設けられている。トーションバー３は、反射部２からＹ軸方向に沿って延びており、内側枠部５の内周に結合している。また、トーションバー３は、左右の内側圧電アクチュエータ４の上下端に結合している。
　内側圧電アクチュエータ４及び外側圧電アクチュエータ６は、それぞれ平面視において反射部２に対して左右に１つずつ設けられている。
　内側圧電アクチュエータ４は、相互に結合しており、平面視で全体としてＹ軸に沿って延びる楕円形に近い形状となっている。
　外側圧電アクチュエータ６は、内側枠部５と外側枠部７との間に介在する。外側圧電アクチュエータ６は、それぞれ、複数の圧電カンチレバー１３を含んで構成されている。各圧電カンチレバー１３のうち、反射部２に最も近いものと最も遠いものは、それ以外の圧電カンチレバー１３に比べてＹ軸方向長さが短い。また、各圧電カンチレバー１３は、反射部２に近いものほどをＸ軸方向幅が相対的に小さい。
　内側枠部５は、反射部２及びトーションバー３を包囲している。内側枠部５は、平面視で全体としてＹ軸に沿って延びる楕円形に近い形状となっている。
　駆動用パッド１５及び駆動用ＧＮＤパッド１６は、平面視において外側枠部７の左右上側にそれぞれ設けられている。駆動用パッド１５は、平面視において円形状の部位を複数有している。駆動用パッド１５と駆動用ＧＮＤパッド１６は、光走査装置１がパッケージングされた際にボンディングワイヤ（図示せず）を介して外部と電気的／物理的に接続される。
　図中右側の駆動用パッド１５及び駆動用ＧＮＤパッド１６は、図中右側の内側圧電アクチュエータ４へ駆動電圧を供給するために用いられる。同様に、図中左側の駆動用パッド１５及び駆動用ＧＮＤパッド１６は、図中左側の内側圧電アクチュエータ４へ駆動電圧を供給するために用いられる。各内側圧電アクチュエータ４は、トーションバー３と内側枠部５との間に介在しており、トーションバー３をねじることにより、反射部２をＹ軸回りに第１周波数で揺動させる。この揺動には共振が利用される。第１周波数は、例えば１５ｋＨｚ～２５ｋＨｚである。
　各外側圧電アクチュエータ６は、駆動用パッド１５及び駆動用ＧＮＤパッド１６を介して第２周波数の駆動電圧が与えられる。それにより、反射部２は、Ｘ軸回りに第２周波数で揺動する。Ｘ軸回りの揺動には共振が利用されない。第２周波数は、上記した第１周波数よりも低く、例えば６０Ｈｚに設定される。
　図示しない光源から反射部２に入射するレーザ光は、反射部２のＸ軸回り及びＹ軸回りの振れ角（偏向角）に応じた方向へ反射される。反射方向（偏向方向）は、反射部２の振れ角の変化に応じて時々刻々と変化する。それにより、反射部２で反射されたレーザ光は、Ｙ軸回りに第１周波数で走査されつつＸ軸回りに第２周波数で走査される。
　偏向角検出部（検出部）２０は、外側圧電アクチュエータ６による非共振振動に伴う動きを静電容量の変化として検出することによって反射部２の偏向角を検出するためのものであり、固定電極２０ａと可動電極２０ｂを含んで構成されている。固定電極２０ａは、外側枠部７と一体に構成されている。この固定電極２０ａは、図２（Ａ）に拡大図を示すように櫛歯電極２０ｃを有する。可動電極２０ｂは、図２（Ａ）に拡大図を示すように櫛歯電極２０ｄを有する。櫛歯電極２０ｃと櫛歯電極２０ｄは、Ｘ軸方向に沿って互いの電極枝が１つずつ交互に並ぶように配置されている。固定電極２０ａの櫛歯電極２０ｃは外側圧電アクチュエータ６の動きに関わらず位置が変動しないものであり、可動電極２０ｂの櫛歯電極２０ｄは外側圧電アクチュエータ６の動きに関わって位置が変動するものである。櫛歯電極２０ｃと櫛歯電極２０ｄとの間で容量成分（静電容量）が形成され、その大きさは櫛歯電極２０ｄの位置変化に応じて変化する。
　ダミー櫛歯構造部２１は、偏向角検出部２０と対をなして設けられた部位であり、固定電極２１ａと可動電極２１ｂを含んで構成されている。固定電極２１ａは、外側枠部７と一体に構成されている。可動電極２１ｂは、図２（Ｂ）に拡大図を示すように櫛歯電極２１ｄを有する。ダミー櫛歯構造部２１では固定電極２１ａには櫛歯電極が設けられていない。このため、ダミー櫛歯構造部２１では容量成分は形成されない。ダミー櫛歯構造部２１は、左右の外側圧電アクチュエータ６の間で重量バランスをとるために設けられている。
　上記のダミー櫛歯構造部２１と偏向角検出部２０とは、各々の固定電極２０ａ、２１ａの間に設けられた溝１７により活性層であるＳｉ層５３（後述の図５参照）で互いに電気的及び物理的に分離している。溝１７はＳｉＯ２層５２まで達し電気的及び物理的に分離している。
　検出用パッド２２は、固定電極２０ａと接続されており、図中右下側の端部に配置されている。検出用ＧＮＤパッド２４は、図中において検出用パッド２２の上側に配置されている。図３（Ａ）に拡大図を示すように、検出用パッド２２は、櫛歯電極２２ａを有している。また、この櫛歯電極２２ａの各電極枝の間にはそれぞれ島状のダミー電極枝２４ａが設けられている。ダミー電極枝２４ａは、検出用ＧＮＤパッド２４等とは接続されておらず、島状に分離している。櫛歯電極２２ａと各ダミー電極枝２４ａによって櫛歯構造部２６が構成されている。この櫛歯構造部２６は、ダミー検出部２７との間でバランスをとり、エッチング面積を同等にするための部分である。検出用ＧＮＤパッド２４、櫛歯電極２２ａ、ダミー電極枝２４ａは溝１７によりＳｉ層５３で互いに電気的及び物理的に分離している。
　ダミー検出用パッド２３は、固定電極２１ａと接続されており、図中左下側の端部に配置されている。検出用ＧＮＤパッド２５は、図中においてダミー検出用パッド２３の上側に配置されている。図３（Ｂ）に拡大図を示すように、ダミー検出用パッド２３には櫛歯電極（第１電極）２３ａが接続されており、検出用ＧＮＤパッド２５には櫛歯電極（第２電極）２５ａが接続されており、これらの櫛歯電極２３ａ、２５ａによってダミー検出部（ダミー容量部）２７が構成されている。櫛歯電極２３ａ、２５ａは溝１７によりＳｉ層５３で互いに電気的及び物理的に分離している。このダミー検出部２７により形成される容量成分（ダミー静電容量）の大きさは、偏向角検出部２０の櫛歯電極２０ｃと櫛歯電極２０ｄが初期状態において形成する容量成分と略等価になるように設計されている。なお、初期状態とは外側圧電アクチュエータ６の変動が生じていない状態をいう。ダミー検出部２７は、偏向角によって容量成分が変化しないように外側枠部７に形成されている。
　読み取り信号入力用パッド２８は、図中において左端側で検出用ＧＮＤパッド２５の上側に配置されている。読み取り信号入力用パッド２９は、図中において右端側で検出用ＧＮＤパッド２４の上側に配置されている。これらの読み取り信号入力用パッド２８、２９は、偏向角の読み取りのために用いる信号（読み取り信号）の入力に用いられる。図４に、読み取り信号入力用パッド２８の近傍を拡大して示した平面図を示す。なお、拡大図を省略するが信号入力用パッド２９も同様の構造である。
　図５は、図１に示すａ－ａ線方向に対応する模式的な断面図である。なお、図５では、積層構造や各部の構成を理解しやすくするために光走査装置１の構造がデフォルメして示されている。本実施形態の光走査装置１は、反射部２等を保持するための支持層としてのＳｉ（珪素）層５１の一面側（図中上側）にエッチングストップ層としてのＳｉＯ２（二酸化珪素）層５２を設け、その上に素子形成のための活性層としてのＳｉ層５３を設けた構造を基本骨格としている。
　具体的には、光走査装置１は、図中の下側から順に、絶縁層としてのＳｉＯ２層５０、素子を保持する役割の支持層としてのＳｉ層５１、エッチングストップ層としてのＳｉＯ２層（ＢＯＸ層）５２、素子を形成するための活性層としてのＳｉ層５３、上層側の圧電駆動部との絶縁層としてのＳｉＯ２層５４、下部電極層としてのＰｔ（白金）層５５、圧電体層としてのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）層５６、上部電極層としてのＰｔ層５７を含んで構成されている。これら各層は、所定形状にパターニングされている。
　図示のように、反射部２は、Ｓｉ層５１を途中までエッチングすることで形成された補強用のリブ層６０を基礎としてＳｉＯ２層５２、Ｓｉ層５３、ＳｉＯ２層５４、Ｐｔ層５５を積層して構成されている。
　共振駆動部としての左右の内側圧電アクチュエータ４は、Ｓｉ層５３、ＳｉＯ２層５４、Ｐｔ層５５、ＰＺＴ層５６、Ｐｔ層５７を積層して構成されている。同様に、非共振駆動部としての左右の外側圧電アクチュエータ６の各圧電カンチレバー１３は、Ｓｉ層５３、ＳｉＯ２層５４、Ｐｔ層５５、ＰＺＴ層５６、Ｐｔ層５７を積層して構成されている。
　偏向角検出部２０を構成する固定電極２０ａとその櫛歯電極２０ｃ及び可動電極２０ｂとその櫛歯電極２０ｄは、それぞれＳｉ層５３によって構成されている。つまり、固定電極２０ａと可動電極２０ｂが同一の半導体層に形成されている。これにより、支持層としてのＳｉ層５１は素子の土台として利用することができる。可動電極２０ｂの櫛歯電極２０ｄは、検出用ＧＮＤパッド２４まで溝で囲まれたＳｉ層５３で繋がっている。固定電極２０ａの櫛歯電極２０ｃは、外側枠部７と一体になっている。
　同様に、ダミー櫛歯構造部２１を構成する櫛歯電極２１ｄは、Ｓｉ層５３によって構成されている。
　左右の各検出用ＧＮＤパッド２４、２５は、ＳｉＯ２層５０、Ｓｉ層５１、ＳｉＯ２層５２に積層されたＳｉ層５３に設けられている。また、左右の各信号読み取り信号入力用パッド２８、２９は、支持層としてのＳｉ層５１上のＳｉＯ２層５２までをエッチングすることでＳｉ層５１を反射部２の反射面と同じ側に露出させるように構成されている。これにより、光走査装置１の上面側（レーザ光を入射させる側）からＳｉ層５１に電気的に接続可能となっている。
　図６は、寄生容量の発生部位を説明するための図である。図６では光走査装置１を裏面側から見た平面図が示され、かつ寄生容量の発生する４つの部位７１、７２、７３、７４が濃いグレーで示されている。本実施形態の光走査装置１は、図５に示したようにＳＯＩ（Silicon　on　Insulator）構造を利用しているので、支持層であるＳｉ層５１と活性層であるＳｉ層５３とが重なる部位においては各層の間にＳｉＯ２層５２が挟まれているため寄生容量が形成される。部位７１、７２は、それぞれ駆動用パッド１５及び駆動用ＧＮＤパッド１６などの形成された領域に対応する。部位７３、７４は、それぞれ固定電極２０ａ、２１ａなどの形成される領域に対応する。部位７３と部位７４は上記した溝１７によって分離されている。
　図７は、光走査装置の各部位において形成される容量成分を説明するための平面図である。図７は、図１に示した平面図を縮小し、容量成分の形成箇所を示したものである。図中の左上側の駆動用パッド１５及び駆動用ＧＮＤパッド１６などの形成領域に対応する容量成分をＣｒ－Ｌとする。図中の右上側の駆動用パッド１５及び駆動用ＧＮＤパッド１６などの形成領域に対応する容量成分をＣｒ－Ｒとする。また、固定電極２０ａ、２１ａなどの形成領域に対応する容量成分（第１寄生容量、第２寄生容量）をそれぞれＣｓ－Ｌ、Ｃｓ－Ｒとする。また、偏向角検出部２０において形成される容量成分（検出部の静電容量）をＣｖとする。ダミー検出部２７において形成される容量成分（ダミー静電容量）をＣｄとする。
　図８（Ａ）は、光走査装置において容量成分を形成する箇所の接続関係を示した断面図である。ここでは、理解を容易にするために容量成分に関係する部分がデフォルメして示されている。図示のように、容量成分Ｃｓ－Ｌは、支持層であるＳｉ層５１からダミー検出用パッド２３へ通じる信号経路上で形成される。容量成分Ｃｓ－Ｒは、支持層であるＳｉ層５１から検出用パッド２２へ通じる信号経路上で形成される。容量成分Ｃr－Ｌと容量成分Ｃr－Ｒは、それぞれ支持層であるＳｉ層５１から検出用ＧＮＤパッド２４へ通じる信号経路上で形成される。また、容量成分（ダミー静電容量）Ｃｄは、ダミー検出部２７において形成され、検出用ＧＮＤパッド２４（すなわちＧＮＤ電位）に繋がる。また、容量成分（検出容量）Ｃｖは、偏向角検出部２０において形成され、検出用ＧＮＤパッド２４（すなわちＧＮＤ電位）に繋がる。
　図８（Ｂ）は、各容量成分の接続関係を示した等価回路図である。図示のように、容量成分Ｃｓ－Ｌと容量成分Ｃｄは直列接続され、容量成分Ｃｓ－Ｒと容量成分Ｃｖは直列接続され、これらが並列に接続される。また、これらの信号経路（第１信号経路、第２信号経路）に対して、容量成分Ｃｒ－ＲとＣｒ－Ｌがそれぞれ並列に接続される。なお、図中、実線で示す回路接続線は活性層であるＳｉ層５３を介しての接続を表し、点線で示す回路接続線は支持層であるＳｉ層５１を介しての接続を表している。
　読み取り信号入力用パッド２８から入力される読み取り信号は、支持層のＳｉ層５１を介して各容量成分Ｃｓ－Ｌ、Ｃｓ－Ｒ、Ｃｒ－Ｒ、Ｃｒ－Ｌに並列に入力される。各容量成分Ｃｒ－Ｒ、Ｃｒ－Ｌを通る読み取り信号はそのままＧＮＤ電位に至るが、各容量成分Ｃｓ－Ｌ、Ｃｓ－Ｒを通る読み取り信号は各容量成分Ｃｄ、Ｃｖを介してＧＮＤ電位に至る。
　ダミー検出用パッド２３からは容量成分Ｃｓ－Ｌと容量成分Ｃｄとで分圧された電圧信号Ｖout1が得られる。検出用パッド２２からは容量成分Ｃｓ－Rと容量成分Ｃｖとで分圧された電圧信号Ｖout2が得られる。従って、これらの電圧信号Ｖout1、Ｖout2の差分をとることで、それぞれに共通する同位相のノイズ成分が打ち消された信号を得ることができる。それにより、偏向角の検出精度が向上する。また、支持層（土台）として新たな層を追加する必要がないので、コストアップを抑えることができる。
　図９（Ａ）は、読み取り信号の一例を示す波形図であり、図９（Ｂ）は、電圧信号Ｖout1の一例を示す波形図であり、図９（Ｃ）は、電圧信号Ｖout2の一例を示す波形図であり、図９（Ｄ）は、電圧信号Ｖout1、Ｖout2の差分信号の一例を示す拡大波形図である。ここで、ある時刻ｔにおける入力電圧である読み取り信号をＶin(t)とし、ノイズをＮ(t)とし、電圧信号Ｖout1(t)、Ｖout2(t)の差分信号をｖ(t)とすると、以下のように表せる。
　Ｖout1(t)＝Ｖin(t)＋Ｎ(t)
　Ｖout2(t)＝Ｖin(t)＋ｖ(t)＋Ｎ(t)
　Ｖout2(t)－Ｖout1(t)＝ｖ(t)
　偏向角検出部２０が初期位置にある場合、容量成分Ｃｖと容量成分Ｃｄとが略等しく、かつ等価回路が対称になるようにしているので、理論上、電圧信号Ｖout1と電圧信号Ｖout2は等しい。偏向角検出部２０が動作して容量成分Ｃｖが減少した場合、つまりインピーダンスが増加した場合を考えると、分圧則から電圧信号Ｖout2は電圧信号Ｖout1を基準として相対的に増加する。容量成分Ｃｖが増加した場合には逆の現象が起こる。従って、電圧信号Ｖout1と電圧信号Ｖout2の差分をとることで、共通するノイズ成分が打ち消され、偏向角検出部２０による電圧の変化分を検出することができる。詳細には、図９（Ｄ）に示すように、容量成分Ｃｖは非共振駆動部である外側圧電アクチュエータ６の周波数に応じて変化しているので、インピーダンスも周期的に変化し、それに応じて電圧信号Ｖout2も周期的に変化する。１周期あたりに静電容量が最大になるポイントが２カ所あるので、差分信号の変動周期９０は駆動周波数の２倍となる。また、差分信号の変化分９１は、偏向角の変化分に対応するものである。
　図１０（Ａ）～図１０（Ｇ）及び図１１（Ａ）～図１１（Ｆ）は、光走査装置の製造方法の一例を示す工程図である。以下、各図を参照しながら光走査装置１の製造方法の一例を簡単に説明する。
　まず、ＳｉＯ２層５０、Ｓｉ層５１、ＳｉＯ２層５２、Ｓｉ層５３、ＳｉＯ２層５４の積層された基板を用意し（図１０（Ａ））、ＳｉＯ２層５４の一面側（Ｓｉ層５３と接しない側）にＰｔ層５５を成膜する（図１０（Ｂ））。次いで、Ｐｔ層５５の一面側（ＳｉＯ２層５４と接しない側）にＰＺＴ層５６を成膜し（図１０（Ｃ））、更にＰＺＴ層５６の一面側（Ｐｔ層５５と接しない側）にＰｔ層５７を成膜する（図１０（Ｄ））。なお、成膜方法については公知の如何なる方法を用いてもよい。
　次に、Ｐｔ層５７とＰＺＴ層５６を所定形状にパターニングする（図１０（Ｅ））。ここでのパターニングについても公知の如何なる方法を用いてもよい。一例として本実施形態では、レジスト膜（感光膜）を用いてマスクパターンを形成した後、エッチングを行い、その後にレジスト膜を剥離するという方法を用いる（以降の各工程におけるパターニングでも同様）。
　次に、Ｐｔ層５５を所定形状にパターニングし（図１０（Ｆ））、次いでＳｉＯ２層５４を所定形状にパターニングする（図１０（Ｇ））。更に、Ｓｉ層５３を所定形状にパターニングし（図１１（Ａ））、次いでＳｉＯ２層５２を所定形状にパターニングする（図１１（Ｂ））。
　次に、裏面側のＳｉＯ２層５０を所定形状にパターニングする（図１１（Ｃ））、次いでＳｉ層５１を所定形状にパターニングし（図１１（Ｄ））、更にリブ部６０を形成する（図１１（Ｅ））。その後、ＳｉＯ２層５２を所定形状にパターニングする（図１１（Ｆ））。以上により、上記実施形態に係る光走査装置１が完成する。
　以上のような第１実施形態によれば、可動ミラーの偏向角の検知に用いる信号のノイズを低減することが可能となる。
　上記した第１実施形態に係る光走査装置１は、レーザ光の走査を必要とするあらゆる電子機器に適用することが可能である。一例を挙げると、ヘッドアップディスプレイやウェアラブルデバイスに用いられるピコプロジェクターに適用することができる。また、車両前方へ光を照射する際に、対向車両や先行車両、あるいは歩行者や各種物体の存在に応じて配光パターンを変化させる装置に適用することができる。あるいは、ＬｉＤＡＲ（Light　Detection　And　Ranging）などの物体検知装置に適用することができる。さらに、加速度センサ、角速度センサ、圧力センサ、筋電センサなど種々のＭＥＭＳセンサに適用することができる。
（第２実施形態）
　図１２は、第２実施形態に係る光走査装置の裏面側からの平面図である。また、図１３、図１４は、それぞれ図１２に示す光走査装置の部分拡大図である。なお、第２実施形態に係る光走査装置１ａの全体構成は上記した第１実施形態に係る光走査装置１と共通であり、支持層であるＳｉ層５１の構造のみが異なっている。以下、第２実施形態に係る光走査装置１ａについて、第１実施形態の光走査装置１との共通点については説明を省略し、相違点に係るＳｉ層５１の構造を詳細に説明する。
　図示のように、光走査装置１ａのＳｉ層５１は、固定電極２０ａ、２１ａなどの形成領域に対応する容量成分である容量成分Ｃｓ－Ｌ、容量成分Ｃｓ－Ｒを構成する活性層であるＳｉ層５３と重なる領域（すなわち寄生容量の発生に関連する部位）において複数の貫通孔８０が設けられている。図示の例では各貫通孔８０が図中の左右方向、上下方向にそれぞれ列をなして配置されているが、各貫通孔８０の配置はこれに限定されない。各貫通孔８０の配置される領域は、上記した部位７３、７４に対応する（図６参照）。また、上記した部位７１、７２、すなわち駆動用パッド１５及び駆動用ＧＮＤパッド１６などの形成された領域においても同様にして複数の貫通孔８１が設けられている。各貫通孔８０、８１の大きさについては、例えば各々が図示のように略正方形状である場合に、それらの１辺を５０μｍ～１５０μｍ程度にすることができる。
　図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は、第２実施形態の光走査装置の部分断面図である。図１５（Ａ）は図１３に示すａ－ａ線に対応する断面図であり、図１５（Ｂ）は図１３に示すｂ－ｂ線に対応する断面図である。図１５（Ａ）に示すように、貫通孔８０は、支持層であるＳｉ層５１を部分的に除去してＳｉＯ２層（ＢＯＸ層）５２に達するようにして形成されている。他方、図１５（Ｂ）に示すように、貫通孔８０の存在しない部分では支持層であるＳｉ層５１は除去されておらず、ＳｉＯ２層（ＢＯＸ層）５２は露出していない。なお、図示を省略するが各貫通孔８１についても同様の構造である。このような各貫通孔８０、８１については、上記した第１実施形態において説明した光走査装置１の製造プロセス中のＳｉ層５１のエッチングを行う工程（図１１（Ｅ）参照）において合わせて形成することが可能である。支持層であるＳｉ層５１については光走査装置１ａの機械的強度を担保する役割もあるので、各貫通孔８０、８１によって部分的な除去に留めることで機械的強度の低下を防ぐことができる。
　各貫通孔８０を設けることで、支持層であるＳｉ層５１と活性層であるＳｉ層５３との重なり面積を削減することができるので、寄生容量である容量成分Ｃｓ－Ｌ及び容量成分Ｃｓ－Ｒの値を小さくすることができる。これにより、検出対象の容量成分である容量成分Ｃｖと容量成分Ｃｓ－Ｒとの差が小さくなるので、偏向角検出部２０による電圧の変化分をより大きくすることができる。
　詳細には、検出対象の容量成分である容量成分Ｃｖについては支持層などに対して直交方向に電極を形成する構成であるためにその値を大きくするのが難しく、他方で、活性層であるＳｉ層５３と支持層であるＳｉ層５１との重なり部分により生じる寄生容量は支持層などに対して平行方向に形成されるものであるためにその値が大きくなりやすい。各貫通孔８０を設けない場合には、例えば容量成分Ｃｖが１ｐＦ程度であるのに対して、容量成分Ｃｓ－Ｒが数１０ｐＦ程度になることがある。原理上、容量成分Ｃｖと容量成分Ｃｓ－Ｒとの比（Ｃｓ－Ｒ／Ｃｖ）が１付近で偏向角検出部２０による電圧の変化分が最大値となる。容量成分Ｃｓ－Ｒがより小さくなることでＣｓ－Ｒ／Ｃｖの値が１に近づくので、電圧の変化分をより大きくすることができる。
（変形実施例）
　なお、本開示は上記した各実施形態の内容に限定されるものではなく、本開示の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した各実施形態における共振駆動部を非共振駆動で利用してもよいし、非共振駆動部を共振駆動で利用してもよい。また、上記した各実施形態では圧電駆動方式のアクチュエータを用いる場合を例示していたが、制電駆動方式や電磁駆動方式のアクチュエータでもよい。また、ダミー検出部の容量成分を櫛歯電極で形成していたが平行平板電極で形成してもよい。また、上記した各実施形態では読み取り信号入力用パッドを２つ設けていたが、１つでもよいし３つ以上設けてもよい。また、読み取り信号を逆側（可動電極側）から印加してもよい。また、各貫通孔８０、８１の平面視形状については一例として略正方形を図示していたがこれに限定されず、円形、三角形、六角形など種々の平面視形状にすることができる。また、各貫通孔８０、８１の平面視形状が全て同じでなくてもよく、異なる平面視形状のものが混在していてもよい。
　１：光走査装置、２：反射部（可動ミラー）、３：トーションバー、４：内側圧電アクチュエータ、５：内側枠部、６：外側圧電アクチュエータ、７：外側枠部（フレーム）、１３：圧電カンチレバー、１５：駆動用パッド、１６：駆動用ＧＮＤパッド、１７：溝、２０：偏向角検出部、２０ａ：固定電極、２０ｂ：可動電極、２０ｃ、２０ｄ：櫛歯電極、２１：ダミー櫛歯構造部、２１ａ：固定電極、２１ｂ：可動電極、２２：検出用パッド、２２ａ：櫛歯電極、２３：ダミー検出用パッド、２３ａ：櫛歯電極、２４：検出用ＧＮＤパッド、２４ａ：ダミー電極枝、２５：検出用ＧＮＤパッド、２５ａ：櫛歯電極、２６、２７：櫛歯構造部、２８、２９：読み取り信号入力用パッド、５０：ＳｉＯ２層、５１：Ｓｉ層、５２：ＳｉＯ２層（ＢＯＸ層）、５３：Ｓｉ層、５４：ＳｉＯ２層、５５：Ｐｔ層、５６：ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）層、５７：Ｐｔ層、８０、８１：貫通孔

Claims (9)

  1. 　反射面を有するミラーと、
    　前記ミラーを揺動させる駆動部と、
    　前記駆動部の動きを静電容量の変化により検出する検出部と、
    　前記検出部の初期状態の前記静電容量と略等価なダミー静電容量を生じさせるダミー容量部と、
    を含み、
    　前記検出部は、前記駆動部の動きに関わって位置が変動する可動電極と、前記駆動部の動きに関わらない固定電極とを有し、当該可動電極と固定電極との間に前記静電容量を生じるように構成されており、
    　前記ダミー容量部は、第１電極と第２電極を有し、当該第１電極と第２電極との間に前記ダミー静電容量を生じるように構成されており、
    　前記可動電極、前記固定電極、前記第１電極及び前記第２電極は、同一の半導体層である活性層に設けられて各々が分離しており、
    　前記活性層は、絶縁層を挟んで、共通の半導体層である支持層と対向配置されており、
    　前記固定電極が設けられた前記活性層と前記支持層との間に生じる第１寄生容量と、前記第１電極が設けられた前記活性層と前記支持層との間に生じる第２寄生容量とが略等価であり、
    　前記検出部の静電容量と前記第１寄生容量とが直列接続されて第１信号経路を構成し、前記ダミー静電容量と前記第２寄生容量と直列接続されて第２信号経路を構成する、
    　光走査装置。
  2. 　前記第１信号経路と前記第２信号経路とが並列接続されており、
    　前記活性層は、前記検出部の静電容量と前記第１寄生容量との分圧が得られる検出用パッドと、前記ダミー静電容量と前記第２寄生容量との分圧が得られるダミー検出力パッドとを有する、
    　請求項１に記載の光走査装置。
  3. 　前記支持層は、前記ミラーの前記反射面と同じ側に露出するように構成された信号入力用パッドを有する、
    　請求項１又は２に記載の光走査装置。
  4. 　前記固定電極の平面視面積と前記第１電極の平面視面積が略等しい、
    　請求項１～３の何れか１項に記載の光走査装置。
  5. 　前記可動電極と前記固定電極は、各々が櫛歯電極を有しており、当該櫛歯電極の相互間で前記静電容量が生じる、
    　請求項１～４の何れか１項に記載の光走査装置。
  6. 　前記第１電極と前記第２電極は、各々が櫛歯電極を有しており、当該櫛歯電極の相互間で前記ダミー静電容量が生じる、
    　請求項１～５の何れか１項に記載の光走査装置。
  7. 　前記支持層に読み取り信号が入力され、前記検出部の静電容量と前記第１寄生容量との分圧と、前記ダミー静電容量と前記第２寄生容量との分圧との差分に基づいて前記ミラーの偏向角が求められる、
    　請求項１～６の何れか１項に記載の光走査装置。
  8. 　前記支持層は、前記第１寄生容量及び前記第２寄生容量の各々の発生に関連する部位において、各々が前記絶縁層まで達する複数の貫通孔を有する、
    　請求項１～７の何れか１項に記載の光走査装置。
  9. 　請求項１～８の何れか１項に記載の光走査装置を備える電子機器。
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