JP2016045321A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】焦点可変ミラーを圧電膜にて構成しつつ、小型化を図ると共に、ミラー駆動配線への電圧印加に伴う共振走査部の共振周波数の変化を抑制する。【解決手段】ミラー駆動配線３０を焦点可変ミラー２０から共振走査部１０の内部を通じて延設する。また、共振走査部１０における共振走査用電圧が印加される共振走査用電極１４とミラー駆動配線３０とにおける表層導体層３４との間に溝を設けて絶縁しつつ、表層導体層３４と導電性基材３１との間に圧電膜ではなく非圧電性絶縁膜３３を配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、焦点可変ミラーを有する光走査装置に関するものである。

従来、特許文献１において、強制走査部、共振走査部、ミラー部および固定部を有し、ミラー部が共振走査部に支持されていると共に、共振走査部が強制走査部に支持された構造を有する光走査装置が提案されている。この光走査装置では、強制走査部と共振走査部に備えられた圧電膜に与える印加電圧により、ミラー部による結像位置を２次元的に走査可能としている。具体的には、共振走査部は、アクチュエータ部および梁部を有した構成とされ、アクチュエータ部とミラー部とを梁部を介して連結した構成とされている。そして、このような構成において、アクチュエータ部および梁部を通じてミラー部に対して電圧を印加することで、梁部の固有の共振周波数に基づく固有振動によってミラー部を駆動している。

特開２００８−４０２４０号公報

上記したような２次元的に結像位置を走査できる光走査装置において、結像位置を３次元的に走査可能とすることが考えられる。例えば、ミラー部として、圧電膜を使った焦点可変ミラーを配することで、結像位置を３次元的に走査可能な光走査装置を実現することができる。具体的には、焦点可変ミラーを導電性基材の上に圧電膜とミラー用電極を積層した構造とし、ミラー用電極と導電性基材との間に電位差を発生させることで、圧電膜に対して電圧を印加し、ミラー部の焦点を可変とする構造にできる。このような構造は、導電性基材の上に圧電膜やミラー用電極を配することによって構成できるため、一般的な半導体プロセスを用いた簡便な製造プロセスによって製造可能である。

ここで、上記のような構造によって３次元的に走査可能な光走査装置を実現する場合、焦点可変ミラーの圧電膜への電圧印加用の配線、つまりミラー用電極に接続されるミラー駆動配線は、ミラー部の周辺を囲む共振走査部を通過するように配置されることになる。具体的には、共振走査部よりも外側の強制走査部から共振走査部を構成するアクチュエータ部および梁部を通じてミラー部に至るようにミラー駆動配線を延設することになる。

しかしながら、焦点可変ミラーを上記構成とする場合、共振走査部も、導電性基材の上に圧電膜と共振走査用電極を積層した構造によって構成され、そこを通過するように配置されるミラー駆動配線も、圧電膜の上に配されることになる。特に、素子サイズを小さくすることを考慮すると、単純に圧電膜の上にミラー駆動配線を配置することになる。この場合、ミラー駆動配線を通じて焦点可変ミラーへ電圧を印加する際に、ミラー駆動配線と導電性基材との間に配置される圧電膜にも電圧が印加されることになり、それによって圧電膜が変形し、共振走査部の共振周波数が変化するという問題を発生させる。

この問題を解決する方法として、アクチュエータ部の外側に張り出させるように共振走査部の面積を拡大し、共振走査用電極より外側にミラー駆動配線を配置し、アクチュエータ部とミラー駆動配線とが絶縁されるようにする構造も考えられる。ところが、共振走査部の面積を拡大するスペースが必要になり、光走査装置の小型化を図ることができない。

本発明は上記点に鑑みて、結像位置を３次元的に走査可能な光走査装置において、焦点可変ミラーを圧電膜にて構成しつつ、小型化を図ると共に、ミラー駆動配線への電圧印加に伴う共振走査部の共振周波数の変化を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１ないし３に記載の発明では、剛体（１ａ）および梁部（１ｂ）を有する基板（１）と、下部導電性層（３ａ）と層間絶縁膜（３ｂ）および上部導電性層（３ｃ）を含み、剛体および梁部の上および剛体および梁部より外側に張り出すように形成された複数層の積層体（３）と、を有し、積層体のうち剛体より外側に張り出す部分によって構成されたアクチュエータ部を有すると共に剛体および梁部の一部の上に形成された共振走査部（１０）と、積層体のうち梁部の残部の上および該梁部より外側に張り出すように形成された部分によって構成された焦点可変ミラー（２０）とが複数層の積層体がパターニングされることにより形成されている。

このような光走査装置において、複数の積層体がパターニングされることで形成され、焦点可変ミラーから共振走査部の内部を通じて共振走査部よりも外側へ引き出された、焦点可変ミラーへのミラー駆動用電圧の印加を行うためのミラー駆動配線（３０）を有し、共振走査部では層間絶縁膜が圧電膜（１３）によって構成されており、ミラー駆動配線では層間絶縁膜が非圧電性絶縁膜（３３）によって構成されていることを特徴としている。

このように、ミラー駆動配線では層間絶縁膜を非圧電性絶縁膜としているため、焦点可変ミラーを駆動する際にミラー駆動配線に電圧印加を行っても、非圧電性絶縁膜が変形しない、もしくは殆ど変形しないようにできる。したがって、ミラー駆動配線への電圧印加に伴う共振走査部の共振周波数の変化を抑制することが可能となる。そして、このように共振走査部の共振周波数の変化を抑制できる構造のミラー駆動配線を共振走査部の内部を通じて延設している。このため、ミラー駆動配線を共振走査部の外側を通じて形成する場合のように、共振走査部の面積を拡大するスペースが必要にならず、光走査装置の小型化を図ることが可能となる。

請求項４または５に記載の発明では、基板は半導体基板で構成され、該半導体基板の上に絶縁膜（２）を介して複数層の積層体が形成されており、半導体基板のうち共振走査部の下方に位置する部分に拡散層が形成され、該拡散層によって、焦点可変ミラーから共振走査部の下方を通じて共振走査部よりも外側へ引き出された、焦点可変ミラーへのミラー駆動用電圧の印加を行うためのミラー駆動配線（３０）が構成されていることを特徴としている。

このように、拡散層によってミラー駆動配線を形成しても良い。このような構成としても、ミラー駆動配線の間に圧電膜が配置されていないため、これらの間に電位差が発生しても、ミラー駆動配線への電圧印加に伴う共振走査部の共振周波数の変化を抑制することができる。また、積層体のうちの共振走査部の下方にミラー駆動配線を配置していることから、共振走査部の面積を拡大するスペースが必要にならず、光走査装置の小型化を図ることが可能となる。

請求項６に記載の発明では、複数の積層体がパターニングされることで形成され、焦点可変ミラーから共振走査部の内部を通じて共振走査部よりも外側へ引き出された、焦点可変ミラーへのミラー駆動用電圧の印加を行うためのミラー駆動配線（３０）を有し、共振走査部およびミラー駆動配線における層間絶縁膜は圧電膜（１３、３７）によって構成されており、焦点可変ミラーに対してミラー駆動配線を通じてミラー駆動電圧が印加されると共に、共振走査部にミラー駆動電圧がミラー駆動配線に印加されることによる共振走査部の共振周波数変化を打ち消す逆位相信号を含む共振走査用電圧が印加されることを特徴としている。

このようにすることで、圧電膜の変形によって生じ得る共振周波数変化を打ち消され、ミラー駆動配線への電圧印加に伴う共振走査部の共振周波数の変化を抑制することが可能となる。そして、このように共振走査部の共振周波数の変化を抑制できる構造のミラー駆動配線も共振走査部の内部を通じて延設されている。このため、ミラー駆動配線を共振走査部の外側を通じて形成する場合のように、共振走査部の面積を拡大するスペースが必要にならず、光走査装置の小型化を図ることが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかる光走査装置１００の全体を示した斜視図である。 図１に示す光走査装置１００の上面レイアウト図である。 図２中のIII−III’断面図である。 図２中のIV−IV'断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる光走査装置１００の全体を示した斜視図である。 図５に示す光走査装置１００の上面レイアウト図である。 図６中のVII−VII’断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる光走査装置１００に備えられたミラー駆動配線３０の近傍の断面図である。 焦点可変ミラー２０に対して印加するミラー駆動用電圧の波形を示した図である。 共振走査部１０に対して印加する共振走査用電圧の波形を示した図である。 他の実施形態で説明する光走査装置１００に備えられたミラー駆動配線３０の近傍の断面図である。 他の実施形態で説明する光走査装置１００に備えられたミラー駆動配線３０の近傍の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる光走査装置について、図１〜図４を参照して説明する。なお、図２は、断面図ではないが、図を見易くするために、部分的にハッチングを示してある。

図１〜図４に示す光走査装置１００は、共振走査部１０と焦点可変ミラー２０などを備えた構成とされている。図１および図２では、光走査装置１００のうち共振走査部１０および焦点可変ミラー２０のみを図示してあるが、これらが図示しない強制走査部もしくは単なる基板に支持されることで、光走査装置１００が構成されている。

共振走査部１０および焦点可変ミラー２０は、本実施形態では、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の上に形成した複数層の積層体をパターニングすることにより構成されている。具体的には、図３に示すように、シリコン基板１の上に、絶縁膜２を介して下部導電性層３ａや層間絶縁膜３ｂおよび上部導電性層３ｃなどによって構成される積層体３が形成されている。これらのうち、シリコン基板１、絶縁膜２および下部導電性層３ａとしてＳＯＩ基板が用いられている。シリコン基板１がパターニングされることによって剛体１ａや梁部１ｂおよび支持部１ｃが構成されており、これらの上およびこれらから部分的に張り出すように複数層の積層体３が形成されている。そして、積層体３がパターニングされることで共振走査部１０および焦点可変ミラー２０の各部が構成されている。なお、ここではシリコン基板１、絶縁膜２および下部導電性層３ａをＳＯＩ基板によって構成する場合について説明しているが、シリコン基板１の部分をＳＯＩ基板によって構成し、その上に、絶縁膜２や積層体３を備えた構造としても良い。また、ＳＯＩ基板を用いることなく、単にシリコン基板１の上に絶縁膜２や積層体３を形成する構造としても良い。

共振走査部１０は、本実施形態では外形が四角形状で構成されており、内部に四角形状の開口部を有した構成とされている。そして、共振走査部１０は、四角形状とされた外形のうちの一辺（図１および図２中の上側の辺）の両端に位置する角部にて、支持部１ｃを介して図示しない強制走査部もしくは単なる基板に支持されている。本実施形態の場合、図示していないが、シリコン基板１が共振走査部１０および共振走査部１０の外側に残されることで、共振走査部１０がそれよりも外側の位置におけるシリコン基板１に支持されている。また、図１中に破線で示したように、四角形状で構成された共振走査部１０のうちの外枠部分にシリコン基板１が残されており、共振走査部１０の外形の剛性が確保されている。

図３および図４に示すように、共振走査部１０に備えられた複数層の積層体３は、導電性基材１１、下地膜１２、圧電膜１３および共振走査用電極１４を積層したもので構成されている。

導電性基材１１は、下部導電性層３ａによって形成される下部電極層に相当するものであり、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、導電性金属酸化物もしくは不純物をドープしたシリコン（Ｓｉ）などによって構成されている。導電性基材１１は、共振走査部１０よりも外側まで延設されており、光走査装置１００の外部において接地電位となる部位に接続されるか、もしくは、外部電源から共振走査用電圧が印加される。本実施形態の場合、導電性基材１１を接地電位となる部位に接続している。

下地膜１２は、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、導電性金属酸化物、アルミナなどによって構成されている。この下地膜１２は、上層に配置される圧電膜１３の結晶性を良好にするために形成されているものであり、導電性基材１１の上に圧電膜１３を結晶性良く良好に形成できるのであれば、下地膜１２は形成しなくても良い。また、下地膜１２を導電性層で構成する場合には、この下地膜１２も下部導電性層３ａによって形成される下部電極層となり得るため、その場合には、導電性基材１１を絶縁性基材に代えても良い。すなわち、下地膜１２によって下部電極層（下部導電性層３ａ）の一部を構成しても良いし、下地膜１２のみによって下部電極層（下部導電性層３ａ）を構成しても良い。逆に、導電性基材１１によって下部電極層（下部導電性層３ａ）の一部を構成しても良いし、導電性基材１１のみによって下部電極層（下部導電性層３ａ）を構成しても良い。

圧電膜１３は、層間絶縁膜３ｂの一部を構成するものであり、一般的に使用されている圧電材料によって構成されており、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜によって構成されている。圧電膜１３は、圧電膜１３の下層に位置する下部電極層と上層に位置する上部電極層との間に電位差が発生させられると、その電位差に基づいて変形する。

共振走査用電極１４は、上部導電性層３ｃによって構成される上部電極層を構成するものであり、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）もしくは導電性金属酸化物などによって構成されている。共振走査用電極１４は、共振走査部１０よりも外側まで延設されており、光走査装置１００の外部に備えられる共振走査電源から共振走査用電圧が印加されるか、もしくは、光走査装置１００の外部において接地電位となる部位に接続される。本実施形態の場合、共振走査用電極１４に共振走査用電圧を印加している。

このような構造によって共振走査部１０が構成されており、共振走査部１０のうちの剛体１ａよりも内側の部分、つまり積層体３のみによる薄膜によって構成される部分がアクチュエータ部として機能する。つまり、上部電極層となる共振走査用電極１４と下部電極層となる導電性基材１１（もしくは下地膜１２）のいずれか一方に共振走査用電圧を印加し、これらの間に電位差を生じさせると、それにより、アクチュエータ部において圧電膜１３が変形する。これにより、アクチュエータ部を振動させることができ、梁部１ｂを共振振動させて、焦点可変ミラー２０の高速軸を調整できるようになっている。

共振走査部１０のうち、剛体１ａが備えられた四角形状の枠体部分についてはシリコン基板１の厚みとされているが、剛体１ａと焦点可変ミラー２０とを連結している梁部１ｂについては任意の厚みに調整されていても良い。すなわち、梁部１ｂについては、アクチュエータ部の振動に基づいて共振振動させられることから、その共振振動の共振周波数に合わせて厚みを調整する場合がある。

なお、本実施形態では、共振走査部１０のうち、焦点可変ミラー２０を挟んだ上下両側、具体的には焦点可変ミラー２０を連結している梁部１ｂの長手方向の両端位置において、積層体３を貫通するスリット３ｄが形成されている。このようなスリット３ｄを形成することにより、剛体１ａのうち焦点可変ミラー２０を挟んだ梁部１ｂの長手方向両側に位置する相対する二辺からアクチュエータ部を離間させることができる。これにより、アクチュエータ部がより変形し易くなるようにすることができる。

焦点可変ミラー２０は、四角形状とされた共振走査部１０における四角形状の開口部の内側に配置されており、開口部の相対する二辺の中央部に配置される梁部１ｂを介して支持されている。

焦点可変ミラー２０に備えられた複数層の積層体３は、導電性基材２１、下地膜２２、圧電膜２３およびミラー用電極２４を積層したもので構成されている。これら導電性基材２１、下地膜２２、圧電膜２３およびミラー用電極２４は、それぞれ、共振走査部１０を構成する導電性基材１１、下地膜１２、圧電膜１３および共振走査用電極１４と同じもので構成されている。すなわち、本実施形態の場合、複数層の積層体３をパターニングすることで、共振走査部１０および焦点可変ミラー２０を形成している。このため、導電性基材１１、下地膜１２、圧電膜１３および共振走査用電極１４と導電性基材２１、下地膜２２、圧電膜２３およびミラー用電極２４は、同じもので構成されている。

例えば、導電性基材２１や導電性層で構成される場合の下地膜２２は下部導電性層３ａによって構成されており、下部電極層を構成するものとなる。圧電膜２３は層間絶縁膜３ｂによって構成されている。また、ミラー用電極２４は、上部導電性層３ｃによって構成されており、上部電極層を構成するものとなる。

ただし、導電性基材２１とミラー用電極２４の少なくとも一方は導電性基材１１や共振走査用電極１４と電気的に分離されている。例えば、本実施形態の場合、ミラー用電極２４が共振走査用電極１４と電気的に分離されている。これにより、ミラー用電極２４と共振走査用電極１４とに別々の電位を印加することができるようになっている。

さらに、本実施形態では、図１および図２に示すように、焦点可変ミラー２０から共振走査部１０の内部、つまり梁部１ｂ上およびアクチュエータ部から剛体１ａ上を通じて共振走査部１０よりも外側に至るように、ミラー駆動配線３０が形成されている。ミラー駆動配線３０は、図４に示すように、導電性基材３１、下地膜３２、非圧電性絶縁膜３３および表層導体層３４を積層したもので構成されている。これらのうち、導電性基材３１、下地膜３２および表層導体層３４は、それぞれ、焦点可変ミラー２０を構成する導電性基材２１、下地膜２２およびミラー用電極２４と同じもので構成されている。すなわち、導電性基材３１や導電性層で構成される場合の下地膜３２は下部導電性層３ａによって構成されており、下部配線層を構成するものとなる。また、ミラー用電極２４は、上部導電性層３ｃによって構成されており、上部配線層を構成するものとなる。

一方、非圧電性絶縁膜３３は、層間絶縁膜３ｂの一部を構成するものであるが、圧電膜２３と異なる非圧電性のもので構成されており、導電性基材３１と表層導体層３４との間に電位差が生じても変形しないもしくは殆ど変形しないものとなっている。例えば、非圧電性絶縁膜３３は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）や圧電膜の構成材料に対してイオン注入を行って結晶性を破壊したもの、もしくは、レーザアニールによって熱的に圧電性を劣化させたものによって構成される。例えば、圧電膜の構成材料をＰＺＴとする場合、レーザアニールによって鉛を蒸発させることで、圧電性を劣化させることができる。

導電性基材３１は、焦点可変ミラー２０の下部電極層を構成する導電性基材２１に繋がっており、導電性基材２１に対して所望の電圧を印加する下部配線層を構成する。また、表層導体層３４は、焦点可変ミラー２０の上部電極層を構成するミラー用電極２４に接続されており、ミラー用電極２４に対して所望の電圧を印加する上部配線層を構成する。本実施形態の場合、例えば、ミラー駆動配線３０における導電性基材３１を光走査装置１００の外部において接地電位となる部位に接続することで、導電性基材３１に接続される焦点可変ミラー２０の導電性基材２１が接地電位となるようにしている。また、ミラー駆動配線３０における表層導体層３４には外部電源からミラー駆動用電圧が印加されるようになっており、表層導体層３４に接続される焦点可変ミラー２０のミラー用電極２４にミラー駆動用電圧が印加されるようにしている。

また、図２および図４に示すように、導電性基材３１と表層導体層３４の少なくとも一方は、共振走査部１０の導電性基材１１や共振走査用電極１４と電気的に分離されている。例えば、本実施形態の場合、表層導体層３４と共振走査用電極１４との間が溝とされることでこれらが電気的に分離されている。これにより、表層導体層３４と共振走査用電極１４とに別々の電位を印加することができるようになっている。

なお、本実施形態では、表層導体層３４を共振走査用電極１４やミラー用電極２４と同じもので構成しているが、表層導体層３４を他の材料、例えばアルミニウム（Ａｌ）などで構成しても良い。また、図３では、表層導体層３４と共振走査用電極１４との間に形成された溝が導電性基材１１、３１まで達した構造となっているが、表層導体層３４と共振走査用電極１４との間のみに形成されていても良い。

以上のような構造によって、本実施形態にかかる光走査装置１００が構成されている。このように構成された光走査装置１００は、例えば共振走査部１０の共振走査用電極１４に対して共振走査用電圧を印加するとことで、アクチュエータ部における圧電膜１３を変形させ、梁部１ｂを共振振動させることで、高速軸の共振走査を行う。また、例えばミラー駆動配線３０における表層導体層３４を通じて焦点可変ミラー２０のミラー用電極２４に対してミラー駆動用電圧を印加することで、焦点可変ミラー２０における圧電膜２３を変形させる。これにより、焦点可変ミラー２０が湾曲する。すなわち、電圧印加前の状態における焦点可変ミラー２０が平面状態であり、当該平面を水平面と想定し、さらに梁部１ｂを中心線と想定した場合に、電圧印加時には中心線から離れるほど水平面からの距離が離れるように焦点可変ミラー２０が湾曲する。

なお、ここでは電圧印加前の状態で焦点可変ミラー２０が平面状態である場合を例に挙げたが、表面側において中央部が突出した凸面、表面側に中央部が凹んだ凹面とされていても良い。また、電圧印加時に中心線から離れるほど水平面からの距離が離れるように焦点可変ミラー２０が湾曲する例を挙げているが、電圧印加時に周辺が水平面と同一で中心位置で水平面からの距離が離れる形態とされていても良い。

このようにして、焦点可変ミラー２０の焦点、つまり焦点可変ミラー２０で反射した光の結像位置を３次元的に走査することが可能となる。

そして、このような３次元的に結像位置を走査可能な光走査装置１００において、ミラー駆動配線３０を焦点可変ミラー２０から共振走査部１０の内部を通じて延設している。また、共振走査部１０における共振走査用電圧が印加される共振走査用電極１４とミラー駆動配線３０とにおける表層導体層３４との間に溝を設けて絶縁しており、さらに表層導体層３４と導電性基材３１との間に圧電膜ではなく非圧電性絶縁膜３３を配置している。

このように、表層導体層３４と導電性基材３１との間を非圧電性絶縁膜３３としているため、焦点可変ミラー２０を駆動する際にミラー駆動配線３０に電圧印加を行っても、非圧電性絶縁膜３３が変形しない、もしくは殆ど変形しないようにできる。したがって、ミラー駆動配線３０への電圧印加に伴う共振走査部１０の共振周波数の変化を抑制することが可能となる。そして、このように共振走査部１０の共振周波数の変化を抑制できる構造のミラー駆動配線３０を共振走査部１０の内部を通じて延設している。このため、ミラー駆動配線３０を共振走査部１０の外側を通じて形成する場合のように、共振走査部１０の面積を拡大するスペースが必要にならず、光走査装置１００の小型化を図ることが可能となる。

よって、結像位置を３次元的に走査可能な光走査装置１００において、焦点可変ミラー２０を圧電膜２３にて構成しつつ、小型化を図ると共に、ミラー駆動配線３０への電圧印加に伴う共振走査部１０の共振周波数の変化を抑制することが可能となる。

なお、このような構成の光走査装置１００は、例えば、次のような製造方法によって製造される。まず、シリコン基板１の上に絶縁膜２を介して導電性基材１１、２１、３１の構成材料および下地膜１２、２２、３２の構成材料（下部導電性層３ａ）を順に配置したのち、その上に圧電膜１３、２３の構成材料（層間絶縁膜３ｂ）を成膜する。そして、圧電膜１３、２３の構成材料のうちのミラー駆動配線３０の形成予定位置を非圧電性絶縁膜３３に置き換える。例えば、圧電膜１３、２３の構成材料のうちのミラー駆動配線３０の形成予定位置にイオン注入を行って結晶性を破壊したり、レーザアニールによって熱的に圧電性を劣化させることで非圧電性絶縁膜３３に変異させる。または、圧電膜１３、２３の構成材料のうちのミラー駆動配線３０の形成予定位置をエッチングしたのち、その内部を埋め込むように非圧電性絶縁材料を成膜してから、非圧電性絶縁材料の不要部分を除去することで非圧電性絶縁膜３３を形成しても良い。さらに、圧電膜１３、２３および非圧電性絶縁膜３３の上に共振走査用電極１４やミラー用電極２４および表層導体層３４の構成材料を成膜したのち、パターニングして共振走査用電極１４やミラー用電極２４および表層導体層３４を形成する。この後、シリコン基板１を裏面側からエッチングすることで、剛体１ａや梁部１ｂおよび支持部１ｃ等が残るようにパターニングする。これにより、本実施形態にかかる光走査装置１００を形成できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してミラー駆動配線３０の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５〜図７を参照して、本実施形態にかかる光走査装置１００について説明する。図５〜図７に示されるように、本実施形態の光走査装置１００もシリコン基板１の上に絶縁膜２を介して複数層の積層体３を形成することで構成されている。しかしながら、積層体３によって共振走査部１０や焦点可変ミラー２０を構成しているものの、ミラー駆動配線３０については積層体３によって構成していない。

具体的には、図７に示すように、共振走査部１０のうちのアクチュエータ部にも弾性変形可能な程度に剛体１ａの部分よりも薄くなるようにシリコン基板１を残し、この薄くしたシリコン基板１の表層部に不純物をドープした拡散層を形成している。そして、拡散層によって上部配線層３５および下部配線層３６を構成している。上部配線層３５は、焦点可変ミラー２０における上部電極層を構成するミラー用電極２４に電気的に接続されており、下部配線層３６は、焦点可変ミラー２０における下部電極層を構成する導電性基材２１に電気的に接続されている。

例えば、上部配線層３５および下部配線層３６は、積層体３のうち共振走査部１０の下方を通過して焦点可変ミラー２０の近傍まで延設されている。そして、図示しないが、焦点可変ミラー２０の近傍において、絶縁膜２にコンタクトホールが形成されており、コンタクトホールを通じて下部配線層３６が導電性基材２１に電気的に接続されている。また、焦点可変ミラー２０の近傍において、圧電膜２３および導電性基材２１に貫通孔が形成されていると共に貫通孔内に例えば酸化膜などの絶縁膜が形成されることで絶縁処理が施されている。そして、この貫通孔内にミラー用電極２４の一部が埋め込まれることで、上部配線層３５がミラー用電極２４に電気的に接続されている。

このように、拡散層によってミラー駆動配線３０を構成する上部配線層３５および下部配線層３６を形成しても良い。このような構成としても、上部配線層３５と下部配線層３６との間に圧電膜が配置されていないため、これらの間に電位差が発生しても、ミラー駆動配線３０への電圧印加に伴う共振走査部１０の共振周波数の変化を抑制することができる。また、積層体３のうちの共振走査部１０の下方に上部配線層３５と下部配線層３６を配置していることから、共振走査部１０の面積を拡大するスペースが必要にならず、光走査装置１００の小型化を図ることが可能となる。

なお、ここでは上部配線層３５および下部配線層３６を積層体３のうち共振走査部１０を構成する部分の下方に配置したが、上部配線層３５および下部配線層３６の上方において積層体３を除去しておいても良い。また、上部配線層３５および下部配線層３６については、積層体３のうち共振走査部１０を構成する部分の下方に配置する場合には、積層体３を成膜する前に予めシリコン基板１の表層部に不純物をイオン注入および熱拡散することによって形成しておけば良い。また、上部配線層３５および下部配線層３６の上方において積層体３を除去する場合には、積層体３を部分的に除去した部分において絶縁膜２も除去する。そして、その除去した部分において不純物をイオン注入および熱拡散させて上部配線層３５および下部配線層３６を形成すれば良い。この場合、層間絶縁膜や接続用配線を形成するなどによって、下部配線層３６と導電性基材２１との電気的な接続や上部配線層３５とミラー用電極２４との電気的接続を行うことができる。

また、ここでは共振走査部１０のうちのアクチュエータ部において剛体１ａの部分よりもシリコン基板１を薄くなるようにしたが、薄くしない構造としても良い。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してミラー駆動配線３０の構成を変更すると共に、光走査装置１００の駆動方法を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図８を参照して、本実施形態にかかる光走査装置１００の構成について説明する。本実施形態の光走査装置１００は、基本的には第１実施形態と同様の構造を有しており、斜視形状および上面形状は、図１、図２に示した第１実施形態の光走査装置１００とほぼ同じであるが、図８に示すようにミラー駆動配線３０の構造を第１実施形態に対して変更している。具体的には、第１実施形態においてミラー駆動配線３０に備えていた非圧電性絶縁膜３３に変えて、圧電膜３７を備えるようにしている。

このように、圧電膜３７を備える場合、焦点可変ミラー２０を駆動する際に表層導体層３４と導電性基材３１との間に電位差が発生すると、それに基づいて圧電膜３７が変形して共振周波数の変化を引き起こし得る。このため、本実施形態では、焦点可変ミラー２０のミラー用電極２４にミラー駆動用電圧を印加する際に、圧電膜３７の変形によって生じ得る共振周波数変化を打ち消すように、共振走査部１０に対して印加する共振走査用電圧に逆位相信号を含める。これにより、圧電膜３７の変形によって生じ得る共振周波数変化を打ち消すように共振走査部１０の圧電膜１３を変形させる。

具体的には、図９に示すように、焦点可変ミラー２０に対して印加するミラー駆動用電圧が正弦波形とされる場合、図１０に示すように、共振走査部１０に対して正弦波に高周波成分を加えた共振走査用電圧を印加する。このようにすることで、圧電膜３７の変形によって生じ得る共振周波数変化を打ち消され、ミラー駆動配線３０への電圧印加に伴う共振走査部１０の共振周波数の変化を抑制することが可能となる。そして、このように共振走査部１０の共振周波数の変化を抑制できる構造のミラー駆動配線３０も共振走査部１０の内部を通じて延設されている。このため、ミラー駆動配線３０を共振走査部１０の外側を通じて形成する場合のように、共振走査部１０の面積を拡大するスペースが必要にならず、光走査装置１００の小型化を図ることが可能となる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記第１実施形態では、図３に示すように、共振走査部１０における圧電膜１３とミラー駆動配線３０における非圧電性絶縁膜３３とが同一平面となるような構成としているが、必ずしも同一平面である必要はない。例えば、図１１（ａ）に示すように非圧電性絶縁膜３３の一部が圧電膜１３の上に部分的に形成される構造であっても良いし、図１１（ｂ）に示すように圧電膜１３の一部が非圧電性絶縁膜３３の上に部分的に形成される構造であっても良い。いずれの場合も、下側に配置される膜を先に成膜しておき、それをパターニングしてから、上側に配置される膜を成膜し、それをパターニングすることで図１１（ａ）、（ｂ）に示す構造を構成できる。

また、上記第１実施形態では、ミラー駆動配線３０のうち共振走査部１０内に位置している部分の全域において非圧電性絶縁膜３３としている。しかしながら、少なくとも、ミラー駆動配線３０のうち、共振走査用電圧が印加されるときに弾性変形が行われるアクチュエータ部内に位置する部分について非圧電性絶縁膜３３としていれば良い。

また、上記各実施形態で説明したミラー駆動配線３０のレイアウトは一例を示しただけであり、他のレイアウトであっても良い。すなわち、焦点可変ミラー２０から共振走査部１０の内部、つまり梁部１ｂ上およびアクチュエータ部から剛体１ａ上を通じて共振走査部１０よりも外側に至るように、ミラー駆動配線３０が形成されていれば良い。

同様に、光走査装置１００の上面形状や各部の形状、さらには各部を構成する材料についても任意であり、上記実施形態で説明した以外の形状や材料とされていても構わない。例えば、剛体１ａや梁部１ｂおよび支持部１ｃを構成する半導体基板としてシリコン基板１を用いたが、他の半導体材料が用いられていても良いし、第２実施形態で説明したような拡散層を形成しないのであれば、半導体材料以外で構成される基板であっても良い。さらに、上記したように、シリコン基板１の部分をＳＯＩ基板に置き換えても良い。また、第１、第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、アクチュエータ部においてシリコン基板１を薄くして残す構造としても良い。

１０ 共振走査部
１１、２１、３１ 導電性基材
１２、２２、３２ 下地膜
１３、２３ 圧電膜
１４ 共振走査用電極
２０ 焦点可変ミラー
２４ ミラー用電極
３０ ミラー駆動配線
３３ 非圧電性絶縁膜
３４ 表層導体層

Claims (6)

1. 剛体（１ａ）および梁部（１ｂ）を有する基板（１）と、
   下部導電性層（３ａ）と層間絶縁膜（３ｂ）および上部導電性層（３ｃ）を含み、前記剛体および前記梁部の上および前記剛体および前記梁部より外側に張り出すように形成された複数層の積層体（３）と、を有し、
   前記積層体のうち前記剛体より外側に張り出す部分によって構成されたアクチュエータ部を有すると共に前記剛体および前記梁部の一部の上に形成された共振走査部（１０）と、前記積層体のうち前記梁部の残部の上および該梁部より外側に張り出すように形成された部分によって構成された焦点可変ミラー（２０）とが、前記複数層の積層体がパターニングされることで形成されてなる光走査装置であって、
   前記複数の積層体がパターニングされることで形成され、前記焦点可変ミラーから前記共振走査部を通じて前記共振走査部よりも外側へ引き出された、前記焦点可変ミラーへのミラー駆動用電圧の印加を行うためのミラー駆動配線（３０）を有し、
   前記共振走査部では前記層間絶縁膜が圧電膜（１３）によって構成されており、前記ミラー駆動配線では前記層間絶縁膜が非圧電性絶縁膜（３３）によって構成されていることを特徴とする光走査装置。
2. 前記ミラー駆動配線のうち、少なくとも前記共振走査部における前記アクチュエータ部内に位置している部分において、前記層間絶縁膜が前記非圧電性絶縁膜によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記層間絶縁膜は圧電性材料によって構成されており、前記ミラー駆動配線における前記非圧電性絶縁膜とされた部分がイオン注入によって結晶性が破壊されているか、もしくはレーザアニールによって圧電性が劣化させられていることで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 剛体（１ａ）および梁部（１ｂ）を有する基板（１）と、
   下部導電性層（３ａ）と層間絶縁膜（３ｂ）および上部導電性層（３ｃ）を含み、前記剛体および前記梁部の上および前記剛体および前記梁部より外側に張り出すように形成された複数層の積層体（３）と、を有し、
   前記積層体のうち前記剛体より外側に張り出す部分によって構成されたアクチュエータ部を有すると共に前記剛体および前記梁部の一部の上に形成された共振走査部（１０）と、前記積層体のうち前記梁部の残部の上および該梁部より外側に張り出すように形成された部分によって構成された焦点可変ミラー（２０）とが、前記複数層の積層体がパターニングされることで形成されてなる光走査装置であって、
   前記基板は半導体基板で構成され、該半導体基板の上に絶縁膜（２）を介して前記積層体が形成されており、前記半導体基板のうち前記共振走査部の下方に位置する部分に拡散層が形成され、該拡散層によって、前記焦点可変ミラーから前記共振走査部の下方を通じて前記共振走査部よりも外側へ引き出された、前記焦点可変ミラーへのミラー駆動用電圧の印加を行うためのミラー駆動配線（３０）が構成されていることを特徴とする光走査装置。
5. 前記半導体基板は、前記アクチュエータ部の下方にも前記剛体となる部分よりも薄くされた状態で配置されており、該アクチュエータ部の下方を通過して前記ミラー駆動配線が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 剛体（１ａ）および梁部（１ｂ）を有する基板（１）と、
   下部導電性層（３ａ）と層間絶縁膜（３ｂ）および上部導電性層（３ｃ）を含み、前記剛体および前記梁部の上および前記剛体および前記梁部より外側に張り出すように形成された複数層の積層体（３）と、を有し、
   前記積層体のうち前記剛体より外側に張り出す部分によって構成されたアクチュエータ部を有すると共に前記剛体および前記梁部の一部の上に形成された共振走査部（１０）と、前記積層体のうち前記梁部の残部の上および該梁部より外側に張り出すように形成された部分によって構成された焦点可変ミラー（２０）とが、前記複数層の積層体がパターニングされることで形成されてなる光走査装置であって、
   前記複数の積層体がパターニングされることで形成され、前記焦点可変ミラーから前記共振走査部の内部を通じて前記共振走査部よりも外側へ引き出された、前記焦点可変ミラーへのミラー駆動用電圧の印加を行うためのミラー駆動配線（３０）を有し、
   前記共振走査部および前記ミラー駆動配線における前記層間絶縁膜は圧電膜（１３、３７）によって構成されており、前記焦点可変ミラーに対して前記ミラー駆動配線を通じてミラー駆動電圧が印加されると共に、前記共振走査部に前記ミラー駆動電圧が前記ミラー駆動配線に印加されることによる前記共振走査部の共振周波数変化を打ち消す逆位相信号を含む共振走査用電圧が印加されることを特徴とする光走査装置。

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