WO2009088058A1 - 光スキャナ及び光スキャナの製造方法 - Google Patents
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- G02B26/0858—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means
Definitions
- the present invention relates to an optical scanner and its manufacture.
- a piezoelectric element or the like is laminated on a main body formed using an elastic material such as silicon.
- a reflection mirror part is arranged at the center part of a rectangular frame, and both sides of the reflection mirror part and the frame are connected by two elastic parts to form a main body part.
- an upper electrode, a piezoelectric element, and a lower electrode are stacked so as to straddle the two elastic portions and the frame on both sides of the reflection mirror portion of the main body portion.
- a microactuator configured to apply a driving voltage between the upper electrode and the lower electrode so that the reflecting mirror unit can be driven in a direction perpendicular to the reflecting surface (for example, a patent) Reference 1).
- Japanese Patent Laying-Open No. 2006-320089 paragraphs (0047) to (0056), FIG. 3 (a)
- the upper electrode in order to oscillate the reflection mirror portion around the longitudinal direction of the two elastic portions, the upper electrode is divided into two parts corresponding to the two elastic portions. This is realized by applying an alternating voltage having the same phase (for example, the alternating voltage is AC1V to 40V) to the upper electrodes formed on the pair of elastic portions opposed to each other with the reflection mirror portion interposed therebetween. Is possible. Then, in order to control the amplitude of the reflection mirror portion around the swing axis, it is conceivable to measure the amount of distortion of the elastic portion by measuring the voltage generated in the piezoelectric element to which no alternating voltage is applied.
- the alternating voltage having the same phase for example, the alternating voltage is AC1V to 40V
- the voltage generated in the piezoelectric element to which no alternating voltage is applied is a weak voltage (for example, AC number mV)
- the ground potential of the alternating voltage is fluctuated, that is, buried in noise.
- the strain amount of the elastic portion is a weak voltage (for example, AC number mV)
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an optical scanner capable of improving the detection accuracy for detecting the amplitude of the mirror portion around the swing axis. With the goal.
- an optical scanner is an optical scanner that scans light in a predetermined direction by displacing a mirror unit around a swing axis, and is coupled to both sides of the mirror unit in the swing axis direction.
- Each pair of elastic portions arranged symmetrically with respect to the swing axis, a fixed frame to which the outer edge portions of each pair of elastic portions are connected, and the fixed frame from the surface portion of each pair of elastic portions
- a pair of lower electrodes stacked over the surface of the pair of electrodes, a pair of piezoelectric elements stacked on the pair of lower electrodes so as to include the upper side of each pair of elastic parts, and the pair of piezoelectric elements
- a pair of upper electrodes divided and stacked for each of the pair of elastic portions, and the pair of lower electrodes is divided so as to correspond to the pair of upper electrodes, respectively. It is characterized by.
- the pair of lower electrodes and the pair of upper electrodes stacked with the piezoelectric element interposed therebetween are divided for each elastic part, so that the ground potential of the piezoelectric element to which the drive voltage is applied, The ground potential of the piezoelectric element to which no drive voltage is applied can be separated.
- the pair of piezoelectric elements may be divided so as to correspond to individual elastic portions of the pair of elastic portions.
- a driving voltage is applied only to a piezoelectric element formed on one elastic part of the pair of elastic parts provided on one side of the mirror part of the pair of elastic parts. And you may make it detect the voltage or electric current which generate
- each piezoelectric element formed in each elastic portion disposed at one opposing position facing the swing axis direction across the mirror portion of the pair of elastic portions drive voltages having the same phase are applied to each other, and a voltage or current generated in at least one piezoelectric element among the piezoelectric elements formed in the respective elastic portions arranged at the other opposing position is detected. Also good.
- each elastic part arranged at the other opposing position adjacent to each elastic part on the driving side arranged at one opposing position that opposes the swing axis direction across the mirror part.
- the voltage or current generated in each piezoelectric element can be detected, and the actual operation state of the drive-side elastic portion can be detected more reliably.
- each piezoelectric element formed in each elastic portion disposed at one diagonal position opposite to each other in the diagonal direction across the mirror portion of the pair of elastic portions Driving voltages having opposite phases to each other are applied, and a voltage or current generated in at least one piezoelectric element among the piezoelectric elements formed in each elastic portion arranged at each other diagonal position is detected. May be.
- the optical scanner manufacturing method of the present invention is an optical scanner manufacturing method that scans light in a predetermined direction by displacing and driving the mirror portion around the swing axis, and is connected to both sides of the mirror portion in the swing axis direction.
- the lower electrode is connected to each pair of upper electrodes. Each is divided so as to correspond.
- the lower electrode divided by the shadow mask method, the etching method, or the like is provided so as to correspond to the upper electrode from the surface portion of each pair of elastic portions to the surface portion of the fixed frame.
- the piezoelectric element and the upper electrode can be laminated in order.
- the lower electrode and the upper electrode stacked with the piezoelectric element interposed therebetween are divided for each elastic part, so that the ground potential of the piezoelectric element to which the driving voltage is applied and the piezoelectric to which the driving voltage is not applied.
- the ground potential of the element can be separated.
- the pair of piezoelectric elements may be divided so as to correspond to individual elastic portions of the pair of elastic portions.
- the piezoelectric elements are formed by being divided on the fixed frame by a shadow mask method, an etching method, or the like so as to correspond to the individual elastic portions of each pair of elastic portions. For this reason, unnecessary distortion of the piezoelectric element to which the drive voltage is applied is prevented from being applied to the piezoelectric element to which the drive voltage is not applied, and the voltage or current generated in the piezoelectric element to which the drive voltage is not applied is prevented. It becomes possible to further reduce the noise component.
- the optical scanner of the present invention is an optical scanner that scans light in a predetermined direction by driving the mirror portion around the swing axis, and is coupled to both sides of the mirror portion in the swing axis direction.
- a pair of elastic portions arranged symmetrically with respect to each other, a fixed frame to which an outer edge of each of the pair of elastic portions is connected, and a surface portion of the pair of elastic portions from the surface portion of the fixed frame to the surface portion of the fixed frame
- a pair of driving lower electrodes stacked across and a surface portion of at least one elastic portion of each of the pair of elastic portions stacked apart from the driving lower electrode toward the mirror portion.
- the detection lower electrode and the driving lower electrode stacked on the surface of at least one elastic portion of each pair of elastic portions are formed apart from each other.
- the ground potential of the drive piezoelectric element to which the drive voltage is applied can be separated from the ground potential of the detection piezoelectric element, so that the swing amplitude around the swing axis of the mirror portion is applied to the drive voltage.
- the detection lower electrode, the detection piezoelectric element, and the detection upper electrode may be laminated on the respective surface portions of the pair of elastic portions.
- the detection lower electrode, the detection piezoelectric element, and the detection upper electrode are stacked on the respective surface portions of each pair of elastic portions, they are configured symmetrically with respect to the mirror portion. It is possible to suppress molding distortion.
- the detection piezoelectric element is provided in each of the pair of elastic portions, it is possible to measure the strain amount of an arbitrary elastic portion.
- the driving voltage is applied only to the driving piezoelectric element formed on one elastic part of the pair of elastic parts provided on one side of the mirror part of the pair of elastic parts.
- a voltage or current generated in at least one detection piezoelectric element including the detection piezoelectric element formed in the one elastic part among the detection piezoelectric elements formed in the pair of elastic parts. May be detected.
- a drive voltage having the same phase as each other is applied to the piezoelectric element, and a pair of elastic parts arranged at the one opposing position of the piezoelectric elements for detection formed on the elastic parts of the pair is formed.
- a voltage or current generated in at least two detection piezoelectric elements including the detection piezoelectric element may be detected.
- a voltage or a current generated in a pair of detection piezoelectric elements formed in each elastic part on the driving side arranged at one opposing position facing in the swing axis direction across the mirror part It becomes possible to detect, and it is possible to more reliably detect the actual operation state of the drive side elastic portion.
- each piezoelectric element formed in each elastic portion disposed at one diagonal position opposite to each other in the diagonal direction across the mirror portion of the pair of elastic portions A pair of detection electrodes formed on each elastic portion disposed at the one diagonal position of the piezoelectric elements for detection formed on each pair of elastic portions by applying drive voltages having opposite phases to each other. You may make it detect the voltage or electric current which generate
- the voltage or current generated in a pair of detection piezoelectric elements formed in each elastic portion on the driving side, which is disposed at one diagonal position facing the diagonal direction across the mirror portion, is generated. It becomes possible to detect, and it is possible to more reliably detect the actual operation state of the drive side elastic portion. In addition, it is possible to use addition, average, or difference of voltages or currents generated in the detection piezoelectric elements formed in the respective elastic portions to which no drive voltage is applied, so that detection accuracy can be improved.
- the optical scanner manufacturing method of the present invention is an optical scanner manufacturing method that scans light in a predetermined direction by displacing and driving the mirror portion around the swing axis, and is connected to both sides of the mirror portion in the swing axis direction.
- a pair of driving lower electrodes disposed from the surface portion of the elastic portion to the surface portion of the fixed frame, and a surface portion of at least one elastic portion of the pair of elastic portions with respect to the driving lower electrode
- a pair of driving piezoelectric elements and the detection bottom A piezoelectric element forming step of laminating a detection piezoelectric element disposed on each electrode, and each pair of driving elements disposed separately on each of the pair of elastic parts on the pair of driving piezoelectric elements. And an upper electrode forming step of laminating the upper electrode and the upper electrode for detection disposed on the detection piezoelectric element.
- the lower electrode for detection and the lower electrode for driving stacked on the surface of at least one elastic portion of each pair of elastic portions are formed apart from each other.
- the ground potential of the drive piezoelectric element to which the drive voltage is applied can be separated from the ground potential of the detection piezoelectric element, so that the swing amplitude around the swing axis of the mirror portion is applied to the drive voltage.
- the detection lower electrode, the detection piezoelectric element, and the detection upper electrode may be laminated on the respective surface portions of the pair of elastic portions. Good.
- the detection lower electrode, the detection piezoelectric element, and the detection upper electrode are laminated on the respective surface portions of each pair of elastic portions, so It can be configured symmetrically, and molding distortion can be suppressed.
- the detection piezoelectric element is provided in each of the pair of elastic portions, it is possible to measure the strain amount of an arbitrary elastic portion.
- FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing a schematic configuration of an optical scanner according to Embodiment 1.
- FIG. It is explanatory drawing which shows preparation of a fixed frame, a reflective mirror part, and each beam part. It is explanatory drawing which shows preparation of each lower electrode. It is explanatory drawing which shows preparation of each piezoelectric element. It is explanatory drawing which shows preparation of each upper electrode.
- FIG. 6 is a schematic diagram showing a cross section taken along the line X1-X1 of FIG.
- FIG. 6 is a schematic view showing a cross section taken along the line X2-X2 of FIG. It is explanatory drawing which shows an example of the rocking
- FIG. 6 is a plan view illustrating a main body of an optical scanner according to Embodiment 2.
- FIG. It is a schematic diagram which shows the X3-X3 arrow cross section of FIG.
- FIG. 10 is a plan view illustrating a main body portion of an optical scanner according to a third embodiment. It is a schematic diagram which shows the X4-X4 arrow cross section of FIG. It is a schematic diagram which shows the X5-X5 arrow cross section of FIG.
- FIG. 10 is a plan view illustrating a main body portion of an optical scanner according to a fourth embodiment.
- FIG. 10 is an exploded perspective view schematically illustrating a schematic configuration of an optical scanner according to a fifth embodiment. It is explanatory drawing which shows preparation of a fixed frame, a reflective mirror part, and each beam part. It is explanatory drawing which shows preparation of each lower electrode for a drive, and each lower electrode for a detection. It is explanatory drawing which shows preparation of each piezoelectric element for a drive, and each piezoelectric element for a detection. It is explanatory drawing which shows preparation of each upper electrode for a drive, and each upper electrode for a detection.
- FIG. 21 is a schematic diagram showing a cross section taken along arrow X6-X6 in FIG. 20; FIG.
- FIG. 21 is a schematic diagram showing a cross section taken along arrow X7-X7 in FIG. 20; It is explanatory drawing which shows an example of the rocking
- FIG. 1 is an exploded perspective view schematically illustrating a schematic configuration of the optical scanner 1 according to the first embodiment.
- the optical scanner 1 is configured by mounting a main body 2 on a base 3.
- the main body 2 is formed using an elastic material such as silicon.
- the thickness of the main body 2 is about 30 ⁇ m to 200 ⁇ m.
- the main body 2 generally has a through hole 5 through which light can pass and has a thin plate rectangular shape.
- the main body 2 is provided with a fixed frame 6 on the outer side, and on the inner side is provided with a vibrating body 10 having a reflection mirror portion 8 having a reflection surface 7 and having a substantially circular shape in plan view.
- the reflection mirror unit 8 is not limited to a circle but may be a quadrangle or a polygon.
- the base 3 includes a support 12 to which the fixing frame 6 is to be mounted and a vibrating body 10 in the mounting state with the main body 2, as shown in the lower part of FIG. 1. And a concave portion 13 facing each other.
- the recess 13 is formed to have a shape that does not interfere with the base 3 even when the vibrating body 10 is displaced by vibration in a state where the main body 2 is mounted on the base 3.
- the reflecting surface 7 of the reflecting mirror unit 8 is swung around a swinging shaft 15 that is also a symmetric center line thereof.
- the vibrating body 10 further extends from both side surface portions on the swing shaft 15 of the reflection mirror portion 8 on the same surface in the outer direction, and a pair of beam portions 16A for joining the reflection mirror portion 8 to the fixed frame 6, 16B is provided. That is, the pair of beam portions 16A and 16B extend in opposite directions from the both side surface portions of the reflection mirror portion 8, respectively.
- one beam portion 16A (on the left side in FIG. 1) is in a symmetrical position in the direction perpendicular to one mirror side leaf spring portion 17A disposed on the swing shaft 15 and the swing shaft 15.
- a pair of frame side leaf spring portions 18A and 18B to be arranged, and a connecting portion 20A for connecting the mirror side leaf spring portion 17A and the pair of frame side leaf spring portions 18A and 18B to each other are configured.
- the other beam portion 16B (on the right side in FIG. 1) is in a symmetrical position in a direction perpendicular to the one mirror side leaf spring portion 17B disposed on the swing shaft 15 and the swing shaft 15.
- a pair of frame side leaf spring portions 18C and 18D to be arranged, and a connecting portion 20B for connecting the mirror side leaf spring portion 17B and the pair of frame side leaf spring portions 18C and 18D to each other are configured.
- the pair of frame side leaf spring portions 18A, 18B and the pair of frame side leaf spring portions 18C, 18D sandwich the reflection mirror portion 8 and each frame side leaf spring portion 18A, 18D
- plate spring part 18B and 18C is arrange
- the pair of frame side leaf springs 18A and 18B and the pair of frame side leaf springs 18C and 18D include the frame side leaf springs 18A and 18C and the frame side leaf springs 18B and 18D with the reflection mirror part 8 interposed therebetween. These are arranged so as to face each other diagonally.
- plate spring part 17A, 17B is each connection part 20A, which corresponds from one of a pair of edge which mutually opposes on the rocking
- each of the connection portions 20 ⁇ / b> A and 20 ⁇ / b> B extends in a direction orthogonal to the swing shaft 15.
- plate spring parts 18C, 18D are the rocking
- a pair of lower electrodes 21A laminated in a thickness of 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m from the pair of frame side plate spring portions 18A and 18B to the fixed frame 6 as described later. , 21B are formed.
- the pair of lower electrodes 21A and 21B are separated so as to face each other with the swing shaft 15 in between.
- a pair of lower electrodes 21C laminated with a thickness of 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m as will be described later from each of the pair of frame side leaf spring portions 18C, 18D to the fixed frame 6. , 21D are formed.
- the pair of lower electrodes 21C and 21D are separated so as to face each other with the swing shaft 15 in between.
- a predetermined gap is formed from the pair of frame side leaf spring portions 18A and 18B to the outer peripheral portion on the fixed frame 6 side of each of the lower electrodes 21A and 21B.
- a piezoelectric element 22A laminated with a thickness of 1 ⁇ m to 3 ⁇ m is formed. Accordingly, the piezoelectric element 22A is formed to extend from the fixed frame 6 onto the frame side leaf spring portions 18A and 18B, and is formed so as to cover the separation portion between the pair of lower electrodes 21A and 21B.
- a predetermined gap is formed from the pair of frame side leaf spring portions 18C and 18D to the outer peripheral portion of the lower electrodes 21C and 21D on the fixed frame 6 side, respectively.
- a piezoelectric element 22B laminated with a thickness of 1 ⁇ m to 3 ⁇ m is formed. Accordingly, the piezoelectric element 22B is formed to extend from the fixed frame 6 onto the frame side leaf spring portions 18C and 18D, and is formed so as to cover the separation portion between the pair of lower electrodes 21C and 21D.
- 0.2 ⁇ m is formed on the upper side of the piezoelectric element 22A so as to form a predetermined gap from the outer peripheral part of the piezoelectric element 22A on the fixed frame 6 side from each of the pair of frame side leaf spring portions 18A and 18B.
- a pair of upper electrodes 23A and 23B laminated with a thickness of ⁇ 0.6 ⁇ m are formed.
- the pair of upper electrodes 23A and 23B are separated so as to face each other with the swing shaft 15 in between.
- 0.2 ⁇ m is formed on the upper side of the piezoelectric element 22B so as to form a predetermined gap from the outer peripheral part on the fixed frame 6 side of the piezoelectric element 22B from each of the pair of frame side leaf spring portions 18C and 18D.
- a pair of upper electrodes 23C and 23D laminated with a thickness of ⁇ 0.6 ⁇ m are formed.
- the pair of upper electrodes 23C and 23D are separated so as to face each other with the swing shaft 15 in between.
- the portions formed on the fixed frame 6 of the lower electrodes 21A to 21D and the upper electrodes 23A to 23D are wire-bonded to be formed on the frame side leaf spring portions 18A to 18D.
- a drive voltage can be applied to the piezoelectric element, or the generated voltage can be detected (see FIG. 8). That is, it is possible to apply the drive voltage and detect the generated voltage without applying a load to each of the frame side leaf spring portions 18A to 18D.
- FIG. 2 is an explanatory view showing the production of the fixed frame 6, the reflection mirror portion 8, and the beam portions 16A and 16B.
- FIG. 3 is an explanatory view showing the fabrication of the lower electrodes 21A to 21D.
- FIG. 4 is an explanatory view showing the production of each piezoelectric element 22A, 22B.
- FIG. 5 is an explanatory view showing the fabrication of the upper electrodes 23A to 23D.
- FIG. 6 is a schematic diagram showing a cross section taken along arrow X1-X1 in FIG.
- FIG. 7 is a schematic diagram showing a cross section taken along arrow X2-X2 of FIG.
- a resist film is formed on a thin rectangular silicon substrate having a thickness of about 30 ⁇ m to 200 ⁇ m except for the portion of the through hole 5, masked, etched, and penetrated. After the holes 5 are formed, the resist film is removed. As a result, the mirror side leaf spring portions 17A and 17B, the connection portions 20A and 20B, and the frame side leaf spring portions 18A to 18D constituting the fixed frame 6, the reflection mirror portion 8 and the beam portions 16A and 16B are formed.
- a resist film is formed on the portion excluding the portion where the lower electrodes 21A to 21D on the upper side of the fixed frame 6 and the frame side leaf spring portions 18A to 18D are formed, and after masking, (Pt), gold (Au), or the like is laminated by 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m to form the lower electrodes 21A to 21D, and then the resist film is removed.
- 0.05 ⁇ m of titanium (Ti) may be laminated on each of the lower electrodes 21A to 21D, followed by 0.5 ⁇ m of platinum (Pt) on the upper side, and then the resist film may be removed.
- the lower electrodes 21A to 21D are formed in a state of being separated from the frame side leaf springs 18A to 18D over the fixed frame 6, respectively.
- variety is each made the rocking
- a resist film is formed and masked so as to be formed over the entire width in 15 directions. Then, after etching and dividing into a pair of lower electrodes 21A and 21B and a pair of lower electrodes 21C and 21D, the resist film may be removed. Further, the lower electrodes 21A to 21D may be formed by an etching method instead of the shadow mask method.
- the piezoelectric elements 22A and 22B are formed so that the piezoelectric elements 22A and 22B are formed above the lower electrodes 21A and 21B and the lower electrodes 21C and 21D.
- a resist film is formed on the portion except for and masked.
- piezoelectric elements such as PZT are laminated by 1 ⁇ m to 3 ⁇ m to form the piezoelectric elements 22A and 22B, and then the resist film is removed.
- the piezoelectric element 22A is formed to extend from the fixed frame 6 onto the frame side leaf springs 18A, 18B, and each pair of lower electrodes 21A, 21B. It forms so that the isolation
- the upper electrodes 23A to 23D are formed on the upper side of the piezoelectric elements 22A and 22B so as to form the upper electrodes 23A to 23D from the frame side leaf springs 18A to 18D to the fixed frame 6, respectively.
- a resist film is formed and masked on portions other than the surface portion on which ⁇ 23D is formed.
- platinum (Pt), gold (Au), or the like is laminated by 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m to form the upper electrodes 23A to 23D, and then the resist film is removed.
- 0.05 ⁇ m of titanium (Ti) may be stacked on each of the upper electrodes 23A to 23D, and then 0.5 ⁇ m of platinum (Pt) may be stacked on the upper side thereof, and then the resist film may be removed.
- Ti titanium
- Pt platinum
- the upper electrodes 23A to 23D are formed in a state of being separated from the frame side leaf spring portions 18A to 18D over the fixed frame 6, respectively.
- the lower electrode material, the piezoelectric element material, and the upper electrode material are sequentially deposited, and the lower electrode layer, the piezoelectric element layer, and the upper electrode layer are sequentially stacked, and each lower electrode 21A is stacked.
- the piezoelectric elements 22A and 22B, and the upper electrodes 23A to 23D were sequentially formed by a physical vapor deposition (PVD) method or a vacuum deposition method.
- PVD physical vapor deposition
- an inert gas is introduced into a vacuum while a DC voltage or an AC voltage is applied between the substrate and the target, and the ionized inert gas is collided with the target to be blown off.
- AD There is also an AD method in which a film is formed by sputtering for spraying a substance onto a substrate or by spraying nano-sized fine particles.
- the present invention is not limited thereto, and at least one of the lower electrode layer, the piezoelectric element layer, and the upper electrode layer may be formed by a chemical vapor deposition method (CVD: Chemical Vapor Deposition).
- FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of the swing drive and operation detection of the reflection mirror unit 8.
- the piezoelectric elements 22A and 22B formed on the pair of frame side leaf spring portions 18A and 18D facing the swing axis 15 with the reflection mirror portion 8 interposed therebetween function as a drive source and vibrate.
- the body 10 is torsionally vibrated around the swing shaft 15, and the reflecting mirror portion 8 is swung around the swing shaft 15.
- Each of the piezoelectric elements 22A and 22B formed on the pair of frame side leaf springs 18B and 18C opposed to the swing axis 15 with the reflection mirror 8 interposed therebetween functions as a sensor for detecting the operation, and the reflection mirror The swing amplitude of the unit 8 is detected.
- the piezoelectric elements 22A and 22B formed on the pair of frame side leaf springs 18B and 18C that face each other in the direction of the swing axis 15 with the reflection mirror portion 8 interposed therebetween may be used as a drive source.
- the piezoelectric elements 22A and 22B formed on the pair of frame side leaf springs 18A and 18D opposed to the direction of the swing axis 15 with the reflection mirror 8 interposed therebetween may be used as sensors for detecting the operation.
- an alternating voltage of a predetermined drive voltage (for example, about 1 V to 40 V) is applied to the lower electrode 21A and the upper electrode 23A formed on the frame side leaf spring portion 18A via the drive circuit 31.
- a predetermined drive voltage for example, about 1 V to 40 V
- the piezoelectric element 22A formed on the frame-side leaf spring portion 18A is displaced in the direction orthogonal to the application direction, that is, in the length direction.
- the lower electrode 21D and the upper electrode 23D formed on the frame side leaf spring portion 18D are connected to the same voltage (for example, about 1V to 40V) in phase with the output voltage of the drive circuit 31 via the drive circuit 32. ) Is applied.
- the piezoelectric element 22B formed on the frame side leaf spring portion 18D is displaced in the direction orthogonal to the application direction, that is, in the length direction.
- plate spring part 18A, 18D uses each fixed frame 6 side as a fixed end, each reflection mirror part 8 side is set as a free end, and each free according to whether each displacement is upward or downward. The edge is displaced upward or downward. As a result, the reflection mirror unit 8 is swung around the swing shaft 15.
- the frame side leaf spring portions 18B and 18C have the fixed frame 6 side as a fixed end, the reflection mirror portion 8 side as a free end, and each free end swings around the swing axis 15 of the reflection mirror portion 8.
- the frame side leaf springs 18A and 18D are displaced in the opposite direction via the connection parts 20A and 20B.
- the piezoelectric elements 22A and 22B formed on the frame side leaf springs 18B and 18C are displaced in the length direction, so that a predetermined voltage (for example, several mV) in a direction perpendicular to the length direction is generated. In other words, an alternating voltage having a phase opposite to that of the driving power supply of each of the driving circuits 31 and 32 is generated.
- the voltage between the lower electrode 21B and the upper electrode 23B formed on the frame side leaf spring portion 18B, and the lower electrode 21C and the upper electrode 23C formed on the frame side leaf spring portion 18C. Is input to the displacement detection circuit 33, and the respective voltages are added or averaged, whereby the oscillation amplitude of the reflection mirror unit 8 can be detected based on the calculated voltage.
- the lower electrodes 21A and 21B and the lower electrodes 21C and 21D are formed separately on the fixed frame 6 along the swing shaft 15, so that the ground potential of the drive circuits 31 and 32 is The ground potentials of the lower electrodes 21B and 21C can be electrically separated.
- the control circuit unit controls the driving circuits 31 and 32.
- the drive circuits 31 and 32 are driven and controlled, and the swing amplitude of the reflection mirror unit 8 can be precisely controlled.
- FIG. 9 is a combination table 41 showing an example of another combination of swing driving and motion detection of the reflecting mirror unit 8.
- the frame side leaf springs 18A to 18D in the state shown in FIG. Let it be a beam D.
- the combination table 41 includes “No” indicating the order of the combination, and “electrode of the beam A” indicating the usage state of the lower electrode 21A and the upper electrode 23A formed on the frame side leaf spring portion 18A.
- electrode of the beam A indicating the usage state of the lower electrode 21A and the upper electrode 23A formed on the frame side leaf spring portion 18A.
- the lower electrode 21B and the upper electrode 23B formed on the frame-side leaf spring portion 18B and the lower electrode 21C and the upper electrode 23C formed on the frame-side leaf spring portion 18C. It consists of “the electrode of beam C” representing the use state, and “the electrode of beam D” representing the use state of the lower electrode 21D and the upper electrode 23D formed on the frame side leaf spring portion 18D.
- An alternating voltage having the same phase is applied to 21A and 21D and the upper electrodes 23A and 23D by the drive circuits 31 and 32, respectively.
- the generated voltage generated in one of the lower electrode 21B and the upper electrode 23B formed on the frame side plate spring portion 18B or the lower electrode 21C and the upper electrode 23C formed on the frame side plate spring portion 18C is displaced. It is possible to detect the oscillation amplitude of the reflection mirror unit 8 based on this voltage, which is input to the detection circuit 33.
- an alternating voltage is applied by the drive circuit 31 to the lower electrode 21A and the upper electrode 23A formed on the frame side leaf spring portion 18A, and the reflection mirror portion. 8 is swung around the swing shaft 15. Then, the generated voltage generated in all or two of the lower electrodes 21B to 21D and the upper electrodes 23B to 23D formed on the frame side leaf springs 18B to 18D is input to the displacement detection circuit 33.
- the displacement detection circuit 33 receives the swing amplitude of the reflection mirror unit 8 based on the calculated voltage.
- an alternating voltage is applied by the drive circuit 31 to the lower electrode 21A and the upper electrode 23A formed on the frame side leaf spring portion 18A, and the reflection mirror portion. 8 is swung around the swing shaft 15. Then, the generated voltage generated in one of the lower electrodes 21B to 21D and the upper electrodes 23B to 23D formed on the frame side leaf springs 18B to 18D is input to the displacement detection circuit 33, and this voltage is supplied to this voltage. Based on this, it is possible to detect the swing amplitude of the reflection mirror unit 8.
- the lower electrodes 21A and 21C formed on the pair of frame-side leaf spring portions 18A and 18C that face diagonally across the reflection mirror portion 8 and the upper portions An alternating phase alternating voltage is applied to the electrodes 23A and 23C by the drive circuits 31 and 32, respectively. Then, displacement detection is performed on the voltage generated in each of the lower electrodes 21B and 21D and the upper electrodes 23B and 23D formed on the pair of frame-side leaf springs 18B and 18D that are opposed diagonally across the reflection mirror unit 8. By inputting to the circuit 33 and taking the addition, difference, or average of the voltages, the swing amplitude of the reflection mirror unit 8 can be detected based on the calculated voltage.
- the lower electrodes 21A formed on the pair of frame-side leaf spring portions 18A, 18C opposed to each other diagonally across the reflection mirror portion 8 An alternating voltage having an opposite phase is applied to 21C and the upper electrodes 23A and 23C by the drive circuits 31 and 32, respectively. And it generate
- the frame-side leaf springs 18A to 18D in the state where the frame-side leaf springs 18A to 18D are turned upside down and horizontally turned from the state shown in FIG. A, beam B, beam C, or beam D may be used.
- the lower electrodes 21A and 21B and the upper electrodes 23A and 23B stacked with the piezoelectric element 22A of the main body 2 interposed therebetween are along the swing shaft 15. And are divided and stacked on the fixed frame 6.
- the lower electrodes 21C and 21D and the upper electrodes 23C and 23D stacked with the piezoelectric element 22B interposed therebetween are divided and stacked on the fixed frame 6 along the swing shaft 15.
- each lower electrode 21A, 21B Is divided on the fixed frame 6, it is possible to avoid the interference of the ground potential noise due to the voltage difference from the drive voltage, and to improve the detection accuracy of the voltage generated in the other piezoelectric element 22A.
- each lower electrode 21C, 21D Since it is divided on the fixed frame 6, it is possible to avoid the interference of ground potential noise due to the voltage difference from the drive voltage, and to improve the detection accuracy of the voltage generated in the other piezoelectric element 22B.
- each drive circuit 31 is connected to each of the lower electrodes 21A and 21D and the upper electrodes 23A and 23D formed on the pair of frame side leaf spring portions 18A and 18D facing each other in the direction of the swing axis 15 with the reflection mirror portion 8 interposed therebetween.
- An alternating voltage having the same phase is applied via 32 to oscillate the reflection mirror unit 8 about the oscillation axis 15.
- a voltage generated in at least one of the lower electrodes 21B and 21C and the upper electrodes 23B and 23C formed in the pair of adjacent frame side leaf spring portions 18B and 18C is input to the displacement detection circuit 33.
- the generated voltage can be detected, and the actual operation state of each frame-side leaf spring portion 18A, 18D on the driving side can be detected more reliably. Further, the generated voltages generated in the lower electrodes 21B and 21C and the upper electrodes 23B and 23C formed in the pair of frame side leaf spring portions 18B and 18C are input to the displacement detection circuit 33, and the voltages are added or averaged. As a result, it is possible to improve the detection accuracy.
- an alternating voltage is applied to the lower electrode 21A and the upper electrode 23A formed on the frame side leaf spring portion 18A by the drive circuit 31, and the reflection mirror portion 8 is swung around the swing shaft 15. Then, displacement detection is performed on the generated voltage generated in all, two, or one of the lower electrodes 21B to 21D and the upper electrodes 23B to 23D formed on the frame side leaf springs 18B to 18D. It is possible to improve detection accuracy by inputting to the circuit 33 and taking the average or difference of each voltage. Further, the generated voltage generated in the lower electrode 21B and the upper electrode 23B formed on the frame side leaf spring portion 18B adjacent to the frame side leaf spring portion 18A is input to the displacement detection circuit 33, so that the frame side leaf spring portion 18A can be realized. It becomes possible to detect the state of operation more reliably.
- each of the lower electrodes 21A, 21C and the upper electrodes 23A, 23C formed on the pair of frame side leaf springs 18A, 18C opposed diagonally across the reflection mirror unit 8 is connected to each of the drive circuits 31, 32. Apply reverse phase alternating voltage. And it generate
- FIG. The voltage is input to the displacement detection circuit 33.
- the generated voltage can be detected, and the actual operation state of each frame-side leaf spring portion 18A, 18D on the driving side can be detected more reliably.
- the generated voltage generated in each of the lower electrodes 21B and 21D and the upper electrodes 23B and 23D formed in the pair of frame side leaf springs 18B and 18D is input to the displacement detection circuit 33, and the difference or difference between the voltages is input. By averaging, detection accuracy can be improved.
- FIG. 10 is a plan view illustrating the main body 51 of the optical scanner 50 according to the second embodiment.
- FIG. 11 is a schematic diagram showing a cross section taken along arrow X3-X3 in FIG. 10 and 11, the same reference numerals as those of the optical scanner 1 according to the first embodiment indicate the same or corresponding parts as those of the optical scanner 1 according to the first embodiment.
- the main body 51 of the optical scanner 50 has substantially the same configuration as the main body 2, but the lower electrodes 21 ⁇ / b> A of the main body 51 are replaced with the piezoelectric elements 22 ⁇ / b> A and 22 ⁇ / b> B.
- Each of the piezoelectric elements 52A to 52D may be formed on the upper side of each of .about.21D. Accordingly, the pair of piezoelectric elements 52A and 52B are divided so as to face each other with the swing shaft 15 interposed therebetween. The pair of piezoelectric elements 52C and 52D are divided so as to face each other with the swing shaft 15 interposed therebetween.
- each of the piezoelectric elements 52A to 52D will be described.
- the lower electrodes 21A to 21D are formed above the fixed frame 6 and the frame side leaf springs 18A to 18D.
- a resist film is formed on a portion other than a portion where the piezoelectric elements 52A to 52D are formed so that the piezoelectric elements 52A to 52D are formed above the lower electrodes 21A to 21D, or separately prepared.
- Masking is performed using a metal piece from which a shape portion forming each of the piezoelectric elements 52A to 52D is cut out.
- piezoelectric elements such as PZT are laminated by 1 ⁇ m to 3 ⁇ m to form the piezoelectric elements 52A to 52D, and then the resist film or the metal piece is removed.
- the piezoelectric elements 52A to 52D are divided and stacked on the fixed frame 6 for each of the frame-side plate spring portions 18A to 18D, so that the piezoelectric element to which the driving voltage is applied is applied to the piezoelectric element to which no driving voltage is applied.
- the method for swinging and driving the reflecting mirror 8 of the main body 51 is the same as that in the first embodiment.
- FIG. 12 is a plan view illustrating the main body 61 of the optical scanner 60 according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a schematic diagram showing a cross section taken along line X4-X4 of FIG.
- FIG. 14 is a schematic diagram showing a cross section taken along arrow X5-X5 in FIG.
- the same reference numerals as those of the optical scanner 1 according to the first embodiment denote the same or corresponding parts as those of the optical scanner 1 according to the first embodiment.
- the main body 61 of the optical scanner 60 has almost the same configuration as the main body 2.
- the portion where the lower electrodes 21A to 21D of the fixed frame 62 which is a thin rectangular silicon substrate having a thickness of about 30 ⁇ m to 200 ⁇ m, and the portion including the outer peripheral edge thereof are recessed to about half the thickness. Recesses 63 and 64 formed by etching are provided.
- the lower electrodes 21A to 21D, the piezoelectric elements 22A and 22B, and the upper electrodes 23A to 23D are formed in the recesses 63 and 64, and therefore have a peripheral portion of the fixed frame 62. It is possible to prevent the lower electrodes 21A to 21D, the piezoelectric elements 22A and 22B, and the upper electrodes 23A to 23D from being touched. Further, the thickness of the part where the lower electrodes 21A to 21D of the frame side leaf springs 18A to 18D are formed is about half the thickness of the fixed frame 62, so that the reflecting mirror unit 8 is swung with a low voltage. It can be swung around the shaft 15.
- FIG. 15 is a plan view illustrating the main body 71 of the optical scanner 70 according to the fourth embodiment.
- the same reference numerals as those of the optical scanner 1 according to the first embodiment denote the same or corresponding parts as those of the optical scanner 1 according to the first embodiment.
- the main body 71 of the optical scanner 70 has substantially the same configuration as the main body 2.
- the fixed frame 72 which is a thin rectangular silicon substrate having a thickness of about 30 ⁇ m to 200 ⁇ m, replaces the frame side leaf springs 18A to 18D with the pivot shaft 15 from both end edges of the connection portions 20A and 20B.
- the frame-side leaf springs 73A to 73D that extend a predetermined length outward in the direction and further extend outward in the direction perpendicular to the swing shaft 15 and are joined to the fixed frame 72 are formed by etching.
- the lower electrodes 21A to 21D stacked with a thickness of 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m from a portion orthogonal to the swing axis 15 of each frame side leaf spring portion 73A to 73D to the fixed frame 72 are formed. Is formed. Further, on the upper side of each of the lower electrodes 21A to 21D, from the portion orthogonal to the swing shaft 15 of each of the frame side leaf springs 73A to 73D, there is a predetermined outer peripheral portion on the fixed frame 72 side of each of the lower electrodes 21A to 21D.
- the piezoelectric elements 75A to 75D that are stacked with a thickness of 1 ⁇ m to 3 ⁇ m are formed so as to form a gap.
- each of the piezoelectric elements 75A to 75D from the portion orthogonal to the swing axis 15 of each of the frame side leaf springs 73A to 73D, there is a predetermined outer peripheral portion on the fixed frame 72 side of each of the piezoelectric elements 75A to 75D.
- the upper electrodes 23A to 23D stacked with a thickness of 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m are formed so as to form a gap.
- the lower electrodes 21A to 21D may be formed across the fixed frame 72 from the portions connected to the connection portions 20A and 20B of the frame side leaf spring portions 73A to 73D. Further, on the upper side of each of the lower electrodes 21A to 21D, from the portion connected to each connecting portion 20A, 20B of each frame side leaf spring portion 73A to 73D, the outer peripheral portion on the fixed frame 72 side of each lower electrode 21A to 21D The piezoelectric elements 75A to 75D may be formed so as to form a predetermined gap.
- each piezoelectric element 75A to 75D from the portion connected to each connection part 20A, 20B of each frame side leaf spring part 73A to 73D, the outer peripheral part on the fixed frame 72 side of each piezoelectric element 75A to 75D and a predetermined part.
- the upper electrodes 23A to 23D may be formed so as to form a gap. Accordingly, the area of each of the piezoelectric elements 75A to 75D can be increased, and the reflection mirror unit 8 can be swung around the swing shaft 15 with a low voltage.
- the manufacturing method of the main body 71 is substantially the same as the manufacturing method of the main body 2 of the first embodiment. Further, in order to drive the reflection mirror unit 8 of the optical scanner 70 in a swinging manner, a driving voltage is applied to the lower electrodes 21A to 21D and the upper electrodes 23A to 23D. By making it correspond to the frame side leaf spring portions 18A to 18D, it is the same as in the first embodiment. Further, in order to detect the operating state of the reflection mirror unit 8 of the optical scanner 70, a method of detecting the generated voltage generated in each of the lower electrodes 21A to 21D and the upper electrodes 23A to 23D is described below. By making 73D correspond to the frame side leaf spring portions 18A to 18D, the same as in the first embodiment. Therefore, the optical scanner 70 can achieve the same effect as the optical scanner 1 described above.
- FIG. 16 is an exploded perspective view schematically illustrating a schematic configuration of the optical scanner 101 according to the fifth embodiment.
- the optical scanner 101 is configured by mounting a main body 102 on a base 103.
- the main body 102 is formed using an elastic material such as silicon.
- the thickness of the main body 102 is about 30 ⁇ m to 200 ⁇ m.
- the main body 102 schematically has a thin plate rectangular shape having a through hole 105 through which light can pass.
- the main body 102 includes a fixed frame 106 on the outer side, and includes a vibrating body 110 having a reflection mirror unit 108 having a reflection surface 107 and having a substantially circular shape in plan view.
- the reflection mirror unit 108 is not limited to a circle, but may be a quadrangle, a polygon, or the like.
- the base 103 includes a support 112 to which the fixed frame 106 is to be mounted and a vibrating body 110 in the mounted state with the main body 102, as shown in the lower part of FIG. 16. And a concave portion 113 facing each other.
- the recess 113 is formed to have a shape that does not interfere with the base 103 even when the vibrating body 110 is displaced by vibration in a state where the main body 102 is mounted on the base 103.
- the reflecting surface 107 of the reflecting mirror unit 108 is swung around a swinging shaft 115 that is also a symmetric center line thereof.
- the vibrating body 110 further extends from the both side surface portions on the swing shaft 115 of the reflection mirror portion 108 on the same surface in the outer direction, and a pair of beam portions 116A for joining the reflection mirror portion 108 to the fixed frame 106, 116B. That is, a pair of beam portions 116A and 116B extend in opposite directions from both side surface portions of the reflection mirror portion 108, respectively.
- One beam portion 116A (on the left side in FIG. 16) has a mirror side leaf spring portion 117A disposed on the swing shaft 115 and a symmetrical position in a direction perpendicular to the swing shaft 115. It is configured to include a pair of frame side leaf springs 118A, 118B to be arranged, and a connecting portion 120A for connecting the mirror side leaf springs 117A and the pair of frame side leaf springs 118A, 118B to each other.
- the other beam portion 116B (on the right side in FIG. 16) has a mirror-side leaf spring portion 117B disposed on the swing shaft 115 and a symmetrical position in a direction perpendicular to the swing shaft 115. It is configured to include a pair of frame side leaf springs 118C and 118D to be arranged, and a connecting portion 120B for connecting the mirror side leaf springs 117B and the pair of frame side leaf springs 118C and 118D to each other.
- the pair of frame side leaf springs 118A and 118B and the pair of frame side leaf springs 118C and 118D sandwich the reflection mirror portion 108, and each frame side leaf spring portion 118A, 118D,
- plate spring part 118B, 118C is arrange
- the pair of frame side leaf springs 118A and 118B and the pair of frame side leaf springs 118C and 118D sandwich the reflection mirror portion 108, and each frame side leaf spring portion 118A and 118C and each frame side leaf spring portion 118B and 118D. These are arranged so as to face each other diagonally.
- plate spring part 117A, 117B is each corresponding connection part 120A, from one of a pair of edge which mutually opposes on the rocking
- each of the connection portions 120 ⁇ / b> A and 120 ⁇ / b> B extends in a direction orthogonal to the swing shaft 115.
- plate spring part 118C, 118D are rocking
- the lower electrode for driving 121A is laminated in a thickness of 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m as described later from each of the pair of frame side leaf spring portions 118A and 118B to the fixed frame 106. Is formed. Further, in the beam portion 116B, a driving lower electrode 121B is formed so as to be laminated to a thickness of 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m from the frame side leaf spring portions 118C and 118D to the fixed frame 106 as will be described later. Has been.
- a driving piezoelectric element 122A laminated with a thickness of 1 ⁇ m to 3 ⁇ m is formed so as to form a predetermined gap with the portion.
- a driving piezoelectric element 122B laminated with a thickness of 1 ⁇ m to 3 ⁇ m is formed so as to form a predetermined gap with the portion.
- a predetermined gap is formed from each of the pair of frame side leaf spring portions 118A and 118B with the outer peripheral portion on the fixed frame 106 side of the driving piezoelectric element 122A as described later.
- a pair of upper driving electrodes 123A and 123B are formed in a thickness of 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m. The pair of driving upper electrodes 123A and 123B are separated so as to face each other with the swing shaft 115 interposed therebetween.
- a predetermined gap is formed from each of the pair of frame side leaf springs 118C and 118D with the outer peripheral portion on the fixed frame 106 side of the driving piezoelectric element 122B as described later.
- a pair of driving upper electrodes 123C and 123D are formed in a thickness of 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m. The pair of driving upper electrodes 123C and 123D are separated so as to face each other with the swing shaft 115 interposed therebetween.
- detection lower electrodes 125A and 125B which are laminated at a thickness of 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m, as will be described later, are provided on the frame side plate springs 118A and 118B at a predetermined distance from the driving lower electrode 121A. Is formed. Further, detection lower electrodes 125C and 125D, which are laminated at a thickness of 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m as described later, are spaced apart from the driving lower electrode 121B by a predetermined distance from the frame side leaf springs 118C and 118D. Is formed.
- each of the detection lower electrodes 125A to 125D a thickness of 1 ⁇ m to 3 ⁇ m is laminated as will be described later so as to form a predetermined gap with each edge of each of the detection lower electrodes 125A to 125D.
- Each of the detected piezoelectric elements 126A to 126D is formed.
- a thickness of 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m is formed on the upper side of each of the detecting piezoelectric elements 126A to 126D so as to form a predetermined gap from both longitudinal edges of the frame side leaf springs 118A to 118D.
- the detection upper electrodes 127A to 127D stacked in this manner are formed.
- wire bonding is performed on the portions of the lower electrodes 121A and 121B and the upper electrodes 123A to 123D formed on the fixed frame 106, and the piezoelectric elements formed on the frame side leaf spring portions 118A to 118D.
- a driving voltage can be applied to the element (see FIG. 23). Further, as described later, it is possible to detect the voltage generated in each of the detecting piezoelectric elements 126A to 126D (see FIG. 23).
- FIG. 17 is an explanatory view showing the fabrication of the fixed frame 106, the reflection mirror section 108, and the beam sections 116A and 116B.
- FIG. 18 is an explanatory view showing the fabrication of the driving lower electrodes 121A and 121B and the detection lower electrodes 125A to 125D.
- FIG. 19 is an explanatory diagram showing the fabrication of the driving piezoelectric elements 122A and 122B and the detecting piezoelectric elements 126A to 126D.
- FIG. 17 is an explanatory view showing the fabrication of the fixed frame 106, the reflection mirror section 108, and the beam sections 116A and 116B.
- FIG. 18 is an explanatory view showing the fabrication of the driving lower electrodes 121A and 121B and the detection lower electrodes 125A to 125D.
- FIG. 19 is an explanatory diagram showing the fabrication of the driving piezoelectric elements 122A and 122B and the detecting piezoelectric elements 126A to 126D.
- FIG. 20 is an explanatory diagram showing the fabrication of the driving upper electrodes 123A to 123D and the detection upper electrodes 127A to 127D.
- FIG. 21 is a schematic diagram showing a cross section taken along line X6-X6 in FIG. 22 is a schematic diagram showing a cross section taken along arrow X7-X7 in FIG.
- a resist film is formed on the portion excluding the through hole 105, masked, etched, and penetrated. After the hole 105 is formed, the resist film is removed. As a result, the mirror side leaf spring portions 117A and 117B, the connection portions 120A and 120B, and the frame side leaf spring portions 118A to 118D constituting the fixed frame 106, the reflection mirror portion 108, and the beam portions 116A and 116B are formed.
- platinum (Pt), gold (Au), etc. are laminated to 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m to form the lower electrodes for driving 121A and 121B and the lower electrodes for detection 125A to 125D. Thereafter, the resist film is removed.
- Ti titanium
- Pt platinum
- the lower electrodes 121A and 121B for driving are formed from the frame side leaf springs 118A to 118D to the fixed frame 106. Further, the detection lower electrodes 125A to 125D are formed on the frame-side leaf springs 118A to 118D in a state of being separated from the drive lower electrodes 121A and 121B, respectively.
- the lower drive electrode 121A is formed on the frame side leaf springs 118A and 118B so as to include the lower detection electrodes 125A and 125B, and is extended to the reflection mirror 108 side. It may be formed to extend to the reflection mirror portion 108 side on the frame side leaf spring portions 118C and 118D so as to include the detection lower electrodes 125C and 125D. Thereafter, a separation hole having a predetermined width is formed on each of the driving lower electrodes 121A and 121B on the frame side leaf springs 118A to 118D so as to form the detection lower electrodes 125A to 125D. Then, a resist film may be formed and masked so as to be formed over the entire width in the perpendicular direction.
- etching is performed to divide the driving lower electrodes 121A and 121B on the frame-side plate springs 118A to 118D to form the detection lower electrodes 125A to 125D, and then the resist film is removed. May be.
- the driving lower electrodes 121A and 121B and the detection lower electrodes 125A to 125D may be formed by an etching method instead of the shadow mask method.
- the portions of the driving lower electrodes 121A and 121B along the swing shaft 115 are further provided with a predetermined width (for example, about 100 ⁇ m to 500 microns) along the swing shaft 115.
- the resist film may be formed and masked so as to be removed. Thereafter, platinum (Pt), gold (Au), or the like is laminated by 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m to form the lower electrodes for driving 121A and 21B and the lower electrodes for detection 125A to 125D, and then the resist film is removed. It may be.
- the central portion in the direction perpendicular to the swing shaft 115 of each of the driving lower electrodes 121A and 121B can be formed separately so as to face the swing shaft 115.
- the drive piezoelectric elements 122A and 122B and the detection piezoelectric elements 126A to 126D are provided above the drive lower electrodes 121A and 121B and the detection lower electrodes 125A to 125D.
- a resist film is formed on the portion excluding the portion to be formed and masked.
- the opposing edges of the driving lower electrodes 121A and 121B and the detection lower electrodes 125A to 125D on the frame side leaf springs 118A to 118D are also masked.
- piezoelectric elements such as PZT are laminated by 1 ⁇ m to 3 ⁇ m to form the driving piezoelectric elements 122A and 122B and the detecting piezoelectric elements 126A to 126D, and then the resist film is removed.
- the driving piezoelectric element 122A is formed to extend from the fixed frame 106 onto the frame side leaf springs 118A and 118B.
- the driving piezoelectric element 122B is formed to extend from the fixed frame 106 onto the frame side leaf springs 118C and 118D.
- the respective detection piezoelectric elements 126A to 126D are formed on the respective detection lower electrodes 125A to 125D.
- each driving piezoelectric element 122A, 122B on the upper side of each driving piezoelectric element 122A, 122B, a surface portion for forming each driving upper electrode 123A-123D from the frame side leaf springs 118A-118D to the fixed frame 106 A resist film is formed on a portion excluding the upper surface of each detection piezoelectric element 126A to 126D in the direction of the swing axis 115 and the surface portion on which each detection upper electrode 127A to 127D is formed slightly inside.
- platinum (Pt), gold (Au), or the like is laminated to 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m to form the driving upper electrodes 123A to 123D and the detection upper electrodes 127A to 127D, and then the resist film is removed.
- 0.05 ⁇ m of titanium (Ti) is laminated on each of the driving upper electrodes 123A to 123D and each of the detection upper electrodes 127A to 127D, and then gold (Au) is laminated on the upper side thereof to 0.3 ⁇ m, The resist film may be removed.
- the driving upper electrodes 123A to 123D and the detection upper electrodes 127A to 127D are separated from the frame side leaf springs 118A to 118D over the fixed frame 106, respectively. Formed in the state.
- the lower electrode material, the piezoelectric element material, and the upper electrode material are sequentially deposited, and the lower electrode layer, the piezoelectric element layer, and the upper electrode layer are sequentially stacked, and each lower electrode 121A is stacked.
- 121B, 125A to 125D, each piezoelectric element 122A, 122B, 126A to 126D, and each upper electrode 123A to 123D, 127A to 127D was employed in order.
- an inert gas is introduced into a vacuum while a DC voltage or an AC voltage is applied between the substrate and the target, and the ionized inert gas is collided with the target to be blown off.
- an AD method in which a film is formed by sputtering for spraying a substance onto a substrate or by spraying nano-sized fine particles.
- the present invention is not limited thereto, and at least one of the lower electrode layer, the piezoelectric element layer, and the upper electrode layer may be formed by a chemical vapor deposition method (CVD: Chemical Vapor Deposition).
- FIG. 23 is an explanatory diagram showing an example of the swing drive and motion detection of the reflection mirror unit 108.
- each of the piezoelectric elements 122A and 122B formed on the pair of frame side leaf springs 118A and 118D facing the swing axis 115 with the reflection mirror part 108 interposed therebetween functions as a drive source, and vibration
- the body 110 is torsionally vibrated around the rocking shaft 115, and the reflecting mirror unit 108 is rocked around the rocking shaft 115.
- each of the detection piezoelectric elements 126A to 126D formed on each of the frame side leaf springs 118A to 118D across the reflection mirror unit 108 functions as a sensor for detecting the operation, and the swing amplitude of the reflection mirror unit 108 is detected. Is detected.
- each of the detection piezoelectric elements 126A to 126D formed on each of the frame side leaf springs 118A to 118D with the reflection mirror unit 108 interposed therebetween functions as a sensor for detecting the operation, and the reflection mirror unit 108 swings. The amplitude may be detected.
- an alternating voltage of a predetermined drive voltage (for example, about 1 V to 40 V) is applied to the lower electrode 121A and the upper electrode 123A formed on the frame side leaf spring portion 118A via the drive circuit 131.
- a predetermined drive voltage for example, about 1 V to 40 V
- the piezoelectric element 122A formed on the frame side leaf spring portion 118A is displaced in the direction orthogonal to the direction of application, that is, in the length direction.
- the lower electrode 121D and the upper electrode 123D formed on the frame side leaf spring portion 118D are connected to the same voltage (for example, about 1V to 40V) in phase with the output voltage of the drive circuit 131 via the drive circuit 132. ) Is applied.
- the piezoelectric element 122B formed on the frame side leaf spring portion 118D is displaced in the direction orthogonal to the application direction, that is, in the length direction.
- each frame-side leaf spring portion 118A, 118D has a free end depending on whether each displacement is upward or downward, with the fixed frame 106 side as a fixed end and the reflecting mirror portion 108 side as a free end. The edge is displaced upward or downward. As a result, the reflection mirror unit 108 is swung around the swing shaft 115.
- each drive circuit 131, 132 is applied to each detection piezoelectric element 126A, 126D at a predetermined voltage (for example, several mV) in a direction orthogonal to the length direction of each frame side leaf spring portion 118A, 118D.
- a predetermined voltage for example, several mV
- the frame side leaf springs 118B and 118C have the fixed frame 106 side as a fixed end, the reflection mirror unit 8 side as a free end, and each free end swings around the swing axis 115 of the reflection mirror unit 108.
- the frame side leaf springs 118A and 118D are displaced in the opposite direction through the connection parts 120A and 120B.
- displacements in the length direction of the frame side plate spring portions 118B and 118C are generated in the detection piezoelectric elements 126B and 126C formed in the frame side plate spring portions 118B and 118C, respectively.
- the drive circuits 131 and 132 are applied to the detection piezoelectric elements 126B and 126C at a predetermined voltage (for example, several mV) in a direction orthogonal to the length direction of the frame side leaf springs 118B and 118C.
- a predetermined voltage for example, several mV
- An alternating voltage having a phase opposite to that of the driving power source is generated.
- the voltage between the detection lower electrode 125A and the detection upper electrode 127A formed on the frame side leaf spring portion 118A, and the detection lower portion formed on the frame side leaf spring portion 118D is input to the displacement detection circuit 133, and the respective voltages are added or averaged.
- the voltage between 127C is input to the displacement detection circuit 133, and each voltage is added or averaged.
- each detection piezoelectric element 126A, 126D input to each displacement detection circuit 133 and the generated voltage of each detection piezoelectric element 126B, 126C is added, or averaged to obtain this calculated voltage. Based on this, it is possible to detect the swing amplitude of the reflection mirror unit 108.
- the driving lower electrodes 121A and 121B and the detection lower electrodes 125A to 125D are formed apart from each other on the frame side leaf springs 118A to 118D, the ground potentials of the driving circuits 131 and 132 are formed. And the ground potential of each of the lower detection electrodes 125A to 125D can be electrically separated.
- the control circuit unit controls the drive circuits 131 and 132.
- the drive circuits 131 and 132 are driven and controlled, and the swing amplitude of the reflection mirror unit 108 can be precisely controlled.
- FIG. 24 is a combination table 141 showing an example of another combination of swing drive and motion detection of the reflection mirror unit 108.
- the frame side leaf springs 118A to 118D in the state shown in FIG. Let it be a beam D.
- the combination table 141 includes “No” indicating the order of combination and “beam” indicating the usage state of the driving lower electrode 121A and the driving upper electrode 123A formed on the frame side leaf spring portion 118A.
- “A drive electrode”, “beam A detection electrode” indicating the usage state of the detection lower electrode 125A and detection upper electrode 127A formed on the frame side leaf spring portion 118A, and the frame side leaf spring portion 118B.
- the “driving B drive electrode” indicating the usage state of the driven lower electrode 121A and the upper drive electrode 123B, and the use of the lower detection electrode 125B and the upper detection electrode 127B formed on the frame-side leaf spring portion 118B.
- Detection electrode of beam B indicating the state
- Drive electrode of beam C indicating the use state of the lower electrode 121B for driving and the upper electrode 123C for driving formed on the frame side leaf spring portion 118C.
- “ Detection electrode of beam C ” indicating the usage state of the detection lower electrode 125C and the detection upper electrode 127C formed on the frame side leaf spring portion 118C, and the driving electrode formed on the frame side leaf spring portion 118D.
- Drive electrode of beam D indicating the usage state of the lower electrode 121B and the upper electrode for driving 123D, and “Usage state of the lower electrode for detection 125D and the upper electrode for detection 127D formed on the frame side leaf spring portion 118D” It is comprised from the detection electrode of the beam D ".
- each of the lower electrodes 121A and 121B formed on the pair of frame side leaf springs 118A and 118D facing each other in the direction of the swing axis 115 with the reflection mirror portion 108 interposed therebetween An alternating voltage having the same phase is applied to the upper electrodes 123A and 123D by the drive circuits 131 and 132, respectively. Then, the generated voltage generated in each of the detection piezoelectric elements 126A and 126D formed on each of the frame side leaf springs 118A and 118D is input to the displacement detection circuit 133. Then, by adding or averaging the voltages input to the displacement detection circuit 133, it is possible to detect the swing amplitude of the reflection mirror unit 108 based on the calculated voltage.
- the lower electrodes formed on the pair of frame-side leaf springs 118A and 118D that face each other in the direction of the swing shaft 115 with the reflection mirror 108 interposed therebetween An alternating voltage having the same phase is applied to 121A and 121B and the upper electrodes 123A and 123D by the drive circuits 131 and 132, respectively. Then, the generated voltage generated in each of the detection piezoelectric elements 126A and 126D formed on each of the frame side leaf springs 118A and 118D is input to the displacement detection circuit 133.
- a voltage generated in one of the detection piezoelectric element 126B formed on the frame side leaf spring portion 118B or the detection piezoelectric element 126C formed on the frame side leaf spring portion 118C is input to the displacement detection circuit 133. To do. Then, the difference, addition, or averaging of the voltages input to the displacement detection circuit 133 can be detected based on the calculated voltage, and the swinging amplitude of the reflection mirror unit 108 can be detected.
- an alternating voltage is applied by the drive circuit 131 to the lower electrode 121A and the upper electrode 123A formed on the frame side leaf spring portion 118A, and the reflection mirror portion. 108 is swung around the swing shaft 115. Then, a voltage generated in the detection piezoelectric element 126 ⁇ / b> A formed on the frame side leaf spring portion 118 ⁇ / b> A is input to the displacement detection circuit 133. At the same time, the generated voltage generated in one, two, or all of the detection piezoelectric elements 126B to 126D formed in the remaining frame side leaf springs 118B to 118D is input to the displacement detection circuit 133. To do. Then, the difference, addition, or averaging of the voltages input to the displacement detection circuit 133 can be detected based on the calculated voltage, and the swinging amplitude of the reflection mirror unit 108 can be detected.
- the lower electrodes 121A and 121B and the upper portions formed on the pair of frame-side leaf spring portions 118A and 118C that face diagonally across the reflection mirror portion 108 are applied to the electrodes 123A and 123C by the drive circuits 131 and 132, respectively.
- a voltage generated in each of the detection piezoelectric elements 126A and 126C formed on each of the frame side leaf springs 118A and 118C is input to the displacement detection circuit 133. Then, by calculating the difference or average of the voltages input to the displacement detection circuit 133, it is possible to detect the swing amplitude of the reflection mirror unit 108 based on the calculated voltage.
- the lower electrodes 121A and 121B and the upper parts formed on the pair of frame-side leaf springs 118A and 118C that face diagonally across the reflection mirror 108 are alternating phase alternating voltage.
- An alternating phase alternating voltage is applied to the electrodes 123A and 123C by the drive circuits 131 and 132, respectively.
- a voltage generated in each of the detection piezoelectric elements 126A to 126D formed on each of the frame side leaf springs 118A to 118D is input to the displacement detection circuit 133. Then, by calculating the difference or average of the voltages input to the displacement detection circuit 133, it is possible to detect the swing amplitude of the reflection mirror unit 108 based on the calculated voltage.
- the generated voltage generated in each detection piezoelectric element 126A, 126C formed on each frame side leaf spring portion 118A, 118C is input to the displacement detection circuit 133 and each detection Any one of the generated voltages generated in the piezoelectric elements 126 ⁇ / b> B and 126 ⁇ / b> D may be input to the displacement detection circuit 133. Then, the difference, addition, or averaging of the voltages input to the displacement detection circuit 133 can be detected based on the calculated voltage, and the swinging amplitude of the reflection mirror unit 108 can be detected.
- the frame-side leaf springs 118A to 118D in a state where the frame-side leaf springs 118A to 118D are turned upside down and horizontally turned from the state shown in FIG. A, beam B, beam C, or beam D may be used.
- the driving lower electrodes 121A and 121B and the detection lower electrodes 125A to 125D formed on the frame side leaf springs 118A to 118D are separated from each other. Is formed.
- the ground potential of each of the driving piezoelectric elements 122A and 122B to which the driving voltage is applied can be separated from the ground potential of each of the detecting piezoelectric elements 126A to 126D.
- the oscillation amplitude is detected by the voltage generated by each of the detecting piezoelectric elements 126A to 126D to which no driving voltage is applied, the interference of the ground potential due to the voltage difference from the driving voltage is avoided, and the detection accuracy is improved. It becomes possible to plan.
- the drive lower electrodes 121A and 121B and the detection lower electrodes 125A to 125D can be configured symmetrically with respect to the reflection mirror portion 108 on the frame side plate spring portions 118A to 118D, and molding distortion can be caused. It becomes possible to hold down. Further, since each of the detecting piezoelectric elements 126A to 126D is provided in each of the frame side leaf springs 118A to 118D, it is possible to measure the distortion amount of any one of the frame side leaf springs 118A to 118D. It becomes.
- the drive piezoelectric elements 122A and 122B formed on the frame side leaf springs 118A and 118D facing each other in the direction of the swing axis 115 with the reflection mirror part 108 interposed therebetween are driven by applying an alternating voltage having the same phase.
- the drive piezoelectric elements 122A and 122B formed on the frame side leaf springs 118A and 118D are driven by applying an alternating voltage having the same phase, and the frame side leaf springs 118A to 118D are formed on the frame side leaf springs 118A to 118D.
- the generated voltage generated in the detection piezoelectric elements 126A and 126D and the generated voltage generated in at least one of the detection piezoelectric elements 126B and 126C can be input to the displacement detection circuit 133. As a result, it is possible to improve the detection accuracy for detecting the swinging amplitude of the reflection mirror unit 108 based on the calculated voltage by subtracting, adding, or averaging the voltages input to the displacement detection circuit 133. It becomes.
- an alternating voltage is applied to the driving piezoelectric element 122A formed on the frame side leaf spring portion 118A, and the reflection mirror portion 108 is swung around the swing shaft 115.
- the generated voltage generated at the first position is input to the displacement detection circuit 133.
- each drive piezoelectric element 122A, 122B formed on each frame side leaf spring portion 118A, 118C facing diagonally across the reflection mirror portion 108 is driven by applying an alternating voltage of opposite phase to each drive piezoelectric element 122A, 122C.
- a displacement detection circuit generates a voltage generated in each of the detection piezoelectric elements 126A and 126C formed on the frame side leaf springs 118A to 118D and a voltage generated in at least one of the detection piezoelectric elements 126B and 126D.
- 133 can be input. As a result, it is possible to improve the detection accuracy for detecting the swinging amplitude of the reflection mirror unit 108 based on the calculated voltage by subtracting, adding, or averaging the voltages input to the displacement detection circuit 133. It becomes.
- the detection lower electrodes 125A to 125D is formed, and the detection piezoelectric element and the detection upper electrode are laminated on the formed detection lower electrode. You may make it do.
- the ground potential of each of the driving piezoelectric elements 122A and 122B to which the driving voltage is applied and the ground potential of the detecting piezoelectric element can be separated, and interference of ground potential noise due to a voltage difference from the driving voltage is avoided.
- the swing amplitude of the reflection mirror unit 108 can be detected.
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Abstract
厚さ約30μm~200μmの薄長四角形のシリコン基材上において、固定枠6、反射ミラー部8及び各はり部16A、16Bを構成する各ミラー側板ばね部17A、17B、各接続部20A、20B、各枠側板ばね部18A~18Dから構成される本体部2を形成する。そして、本体部2の圧電素子22Aを挟んで積層された各下部電極21A、21Bと各上部電極23A、23Bとは、揺動軸15に沿って固定枠6上で分割されて積層されている。また、圧電素子22Bを挟んで積層された各下部電極21C、21Dと各上部電極23C、23Dとは、揺動軸15に沿って固定枠6上で分割されて積層されている。
Description
本発明は、光スキャナ及びその製造に関するものである。
従来より、シリコン等の弾性を有する材料を用いて形成された本体部に圧電素子等を積層して構成されたマイクロアクチュエータが種々提案されている。
例えば、矩形状に形成された枠体の中央部に反射ミラー部が配置され、この反射ミラー部の両側部と枠体とは、それぞれ2本の弾性部で連結されて本体部が形成されている。また、この本体部の反射ミラー部の両側部における2本の弾性部と枠体とを跨いで上部電極、圧電素子、下部電極が積層されている。そして、この上部電極と下部電極との間に駆動電圧を印可することによって、反射ミラー部を反射面に対して垂直方向に駆動することができるように構成されたマイクロアクチュエータがある(例えば、特許文献1参照。)。
特開2006-320089号公報(段落(0047)~(0056)、図3(a))
例えば、矩形状に形成された枠体の中央部に反射ミラー部が配置され、この反射ミラー部の両側部と枠体とは、それぞれ2本の弾性部で連結されて本体部が形成されている。また、この本体部の反射ミラー部の両側部における2本の弾性部と枠体とを跨いで上部電極、圧電素子、下部電極が積層されている。そして、この上部電極と下部電極との間に駆動電圧を印可することによって、反射ミラー部を反射面に対して垂直方向に駆動することができるように構成されたマイクロアクチュエータがある(例えば、特許文献1参照。)。
上述した特許文献1に記載される構成では、反射ミラー部を2本の弾性部の長手方向回りに揺動させて振動させるためには、上部電極を2本の弾性部に対応させて2分割し、反射ミラー部を挟んで対向する一対の弾性部上に形成された各上部電極に同位相の交番電圧(例えば、交番電圧は、AC1V~40Vである。)を印加することによって実現することが可能となる。そして、反射ミラー部の揺動軸回りの振幅を制御するために、交番電圧を印加していない圧電素子に発生する電圧を計測して、弾性部の歪み量を測定することが考えられる。
しかしながら、交番電圧を印加していない圧電素子に発生する電圧は、微弱な電圧(例えば、AC数mVである。)のため、交番電圧の接地電位の変動、つまり、ノイズに埋もれてしまって、弾性部の歪み量を測定することが困難であるという問題がある。
しかしながら、交番電圧を印加していない圧電素子に発生する電圧は、微弱な電圧(例えば、AC数mVである。)のため、交番電圧の接地電位の変動、つまり、ノイズに埋もれてしまって、弾性部の歪み量を測定することが困難であるという問題がある。
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、ミラー部の揺動軸回りの振幅を検出する検出精度の向上を図ることが可能となる光スキャナを提供することを目的とする。
前記目的を達成するため本発明の光スキャナは、ミラー部を揺動軸回りに変位駆動して所定方向に光を走査する光スキャナにおいて、前記ミラー部の揺動軸方向両側にそれぞれ連結されて揺動軸に対して対称に配置される各一対の弾性部と、前記各一対の弾性部の外側端縁部が連結される固定枠と、前記各一対の弾性部の表面部から前記固定枠の表面部に渡って積層された一対の下部電極と、前記一対の下部電極上にそれぞれ前記各一対の弾性部の上側を含むように積層された一対の圧電素子と、前記一対の圧電素子上にそれぞれ前記各一対の弾性部毎に分割されて積層された各一対の上部電極と、を備え、前記一対の下部電極は、前記各一対の上部電極に対応するようにそれぞれ分割されていることを特徴とする。
このような光スキャナでは、圧電素子を挟んで積層された一対の下部電極と一対の上部電極とは、各弾性部毎に分割されているため、駆動電圧を印加した圧電素子の接地電位と、駆動電圧を印加していない圧電素子の接地電位とを切り離すことができる。これにより、ミラー部の揺動軸回りの揺動振幅を、駆動電圧を印加していない圧電素子の発生電圧によって検出する場合に、駆動電圧との電圧差による接地電位のノイズの干渉を避け、検出精度の向上を図ることが可能となる。
また、本発明の光スキャナにおいて、前記一対の圧電素子は、前記各一対の弾性部の個々の弾性部に対応するようにそれぞれ分割するようにしてもよい。
このような光スキャナでは、圧電素子も各弾性部毎に分割されているため、駆動電圧を印加していない圧電素子に、駆動電圧を印加した圧電素子の不必要な歪みが加わることを防止して、駆動電圧を印加していない圧電素子に発生する電圧又は電流のノイズ成分の更なる低減化を図ることが可能となる。
また、本発明の光スキャナにおいて、前記各一対の弾性部のうちの前記ミラー部の片側に設けられた一対の弾性部のうちの一方の弾性部に形成された圧電素子にのみ駆動電圧を印加し、該各一対の弾性部のうちの残り3つの弾性部に形成された各圧電素子のうちの少なくとも1つの圧電素子に発生する電圧又は電流を検出するようにしてもよい。
このような光スキャナでは、駆動電圧を印加された圧電素子が配置された弾性部に隣接する弾性部に配置された圧電素子に発生する電圧又は電流を検出することが可能となり、駆動側弾性部の実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。また、駆動電圧を印加していない残り3つの弾性部に配置された圧電素子に発生する電圧又は電流の加算、平均、差分を用いることが可能となり、検出精度の向上を図ることが可能となる。
また、本発明の光スキャナにおいて、前記各一対の弾性部のうちの前記ミラー部を挟んで前記揺動軸方向に対向する一方の対向位置に配置される各弾性部に形成された各圧電素子に互いに同位相となる駆動電圧を印可し、他方の対向位置に配置される各弾性部に形成された各圧電素子のうちの少なくとも1つの圧電素子に発生する電圧又は電流を検出するようにしてもよい。
このような光スキャナでは、ミラー部を挟んで揺動軸方向に対向する一方の対向位置に配置される駆動側の各弾性部に隣接する他方の対向位置に配置された各弾性部に形成された各圧電素子に発生する電圧又は電流を検出することが可能となり、駆動側弾性部の実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。また、ミラー部を挟んで揺動軸方向に対向する他方の対向位置に配置された各弾性部に形成された各圧電素子に発生する電圧又は電流の加算や平均を用いることが可能となり、検出精度の向上を図ることが可能となる。
更に、本発明の光スキャナにおいて、前記各一対の弾性部のうちの前記ミラー部を挟んで対角方向に対向する一方の対角位置に配置される各弾性部に形成された各圧電素子に互いに逆位相となる駆動電圧を印可し、各他方の対角位置に配置される各弾性部に形成された各圧電素子のうちの少なくとも1つの圧電素子に発生する電圧又は電流を検出するようにしてもよい。
このような光スキャナでは、ミラー部を挟んで対角方向に対向する一方の対角位置に配置される駆動側の各弾性部に隣接する他方の対角位置に配置された各弾性部に形成された各圧電素子に発生する電圧又は電流を検出することが可能となり、駆動側弾性部の実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。また、ミラー部を挟んで対角方向に対向する他方の対角位置に配置された各弾性部に形成された各圧電素子に発生する電圧又は電流の差分や差分の平均を用いることが可能となり、検出精度の向上を図ることが可能となる。
また、本発明の光スキャナの製造方法は、ミラー部を揺動軸回りに変位駆動して所定方向に光を走査する光スキャナの製造方法において、前記ミラー部の揺動軸方向両側にそれぞれ連結されて揺動軸に対して対称に配置される各一対の弾性部と前記各一対の弾性部の外側端縁部が連結される固定枠とを形成する基材形成工程と、前記各一対の弾性部の表面部から前記固定枠の表面部に渡って一対の下部電極を積層する下部電極形成工程と、前記一対の下部電極上にそれぞれ前記各一対の弾性部の上側を含むように一対の圧電素子を積層する圧電素子形成工程と、前記一対の圧電素子上にそれぞれ前記各一対の弾性部毎に分割された各一対の上部電極を積層する上部電極積層工程と、を備え、前記一対の下部電極は、前記各一対の上部電極に対応するようにそれぞれ分割されていることを特徴とする。
このような光スキャナの製造方法では、各一対の弾性部の表面部から固定枠の表面部に渡って、上部電極に対応するようにそれぞれシャドウマスク法やエッチング法等によって分割された下部電極を積層後、圧電素子、上部電極を順に積層して形成することができる。これにより、圧電素子を挟んで積層された下部電極と上部電極とは、各弾性部毎に分割されているため、駆動電圧を印加した圧電素子の接地電位と、駆動電圧を印加していない圧電素子の接地電位とを切り離すことができる。このため、ミラー部の揺動軸線回りの振幅を、駆動電圧を印加していない圧電素子の発生電圧によって検出する場合に、駆動電圧との電圧差によるノイズの干渉を避け、検出精度の向上を図ることが可能となる。
また、本発明の光スキャナの製造方法において、前記一対の圧電素子は、前記各一対の弾性部の個々の弾性部に対応するようにそれぞれ分割するようにしてもよい。
このような光スキャナの製造方法では、圧電素子は各一対の弾性部の個々の弾性部に対応するように固定枠上でそれぞれシャドウマスク法やエッチング法等によって分割されて形成される。このため、駆動電圧を印加していない圧電素子に、駆動電圧を印加した圧電素子の不必要な歪みが加わることを防止して、駆動電圧を印加していない圧電素子に発生する電圧又は電流のノイズ成分の更なる低減化を図ることが可能となる。
また、本発明の光スキャナは、ミラー部を揺動軸回りに変位駆動して所定方向に光を走査する光スキャナにおいて、前記ミラー部の揺動軸方向両側にそれぞれ連結されて揺動軸に対して対称に配置される各一対の弾性部と、前記各一対の弾性部の外側端縁部が連結される固定枠と、前記各一対の弾性部の表面部から前記固定枠の表面部に渡って積層された一対の駆動用下部電極と、前記各一対の弾性部のうちの少なくとも1つの弾性部の表面部に前記駆動用下部電極に対して前記ミラー部側へ離間して積層された検出用下部電極と、前記一対の駆動用下部電極上にそれぞれ前記各一対の弾性部から前記固定枠に渡って積層された一対の駆動用圧電素子と、前記検出用下部電極上に積層された検出用圧電素子と、前記一対の駆動用圧電素子上にそれぞれ前記各一対の弾性部毎に分割されて積層された各一対の駆動用上部電極と、前記検出用圧電素子上に積層された検出用上部電極と、を備えたことを特徴とする。
このような光スキャナでは、各一対の弾性部のうちの少なくとも1つの弾性部の表面部に積層された検出用下部電極と駆動用下部電極とは、離間して形成されている。これにより、駆動電圧を印加した駆動用圧電素子の接地電位と検出用圧電素子の接地電位とを切り離すことができるため、ミラー部の揺動軸回りの揺動振幅を、駆動電圧を印加していない検出用圧電素子の発生電圧によって検出する場合に、駆動電圧との電圧差による接地電位のノイズの干渉を避け、検出精度の向上を図ることが可能となる。
また、本発明の光スキャナにおいて、前記検出用下部電極と前記検出用圧電素子と前記検出用上部電極とは、前記各一対の弾性部のそれぞれの表面部に積層するようにしてもよい。
このような光スキャナでは、検出用下部電極と検出用圧電素子と検出用上部電極とは、各一対の弾性部のそれぞれの表面部に積層されているため、ミラー部に対して左右対称に構成することができ、成形歪みを押さえることが可能となる。また、検出用圧電素子が各一対の弾性部のそれぞれに設けられているため、任意の弾性部の歪み量を測定することが可能となる。
また、本発明の光スキャナにおいて、前記各一対の弾性部のうちの前記ミラー部の片側に設けられた一対の弾性部のうちの一方の弾性部に形成された駆動用圧電素子にのみ駆動電圧を印加し、該各一対の弾性部に形成された各検出用圧電素子のうちの前記一方の弾性部に形成された検出用圧電素子を含む少なくとも1つの検出用圧電素子に発生する電圧又は電流を検出するようにしてもよい。
このような光スキャナでは、駆動電圧を印加された駆動用圧電素子が配置された弾性部に形成された検出用圧電素子に発生する電圧又は電流を検出することが可能となり、駆動側弾性部の実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。また、駆動電圧を印加していない残り3つの弾性部に形成された検出用圧電素子に発生する電圧又は電流の加算、平均、差分を用いることが可能となり、検出精度の向上を図ることが可能となる。
また、本発明の光スキャナにおいて、前記各一対の弾性部のうちの前記ミラー部を挟んで前記揺動軸方向に対向する一方の対向位置に配置される各弾性部に形成された各駆動用圧電素子に互いに同位相となる駆動電圧を印加し、該各一対の弾性部に形成された各検出用圧電素子のうちの前記一方の対向位置に配置される各弾性部に形成された一対の検出用圧電素子を含む少なくとも2つの検出用圧電素子に発生する電圧又は電流を検出するようにしてもよい。
このような光スキャナでは、ミラー部を挟んで揺動軸方向に対向する一方の対向位置に配置される駆動側の各弾性部に形成された一対の検出用圧電素子に発生する電圧又は電流を検出することが可能となり、駆動側弾性部の実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。また、駆動電圧を印加されていない各弾性部に形成された検出用圧電素子に発生する電圧又は電流の加算、平均、差分を用いることが可能となり、検出精度の向上を図ることが可能となる。
更に、本発明の光スキャナにおいて、前記各一対の弾性部のうちの前記ミラー部を挟んで対角方向に対向する一方の対角位置に配置される各弾性部に形成された各圧電素子に互いに逆位相となる駆動電圧を印加し、該各一対の弾性部に形成された各検出用圧電素子のうちの前記一方の対角位置に配置される各弾性部に形成された一対の検出用圧電素子を含む少なくとも2つの検出用圧電素子に発生する電圧又は電流を検出するようにしてもよい。
このような光スキャナでは、ミラー部を挟んで対角方向に対向する一方の対角位置に配置される駆動側の各弾性部に形成された一対の検出用圧電素子に発生する電圧又は電流を検出することが可能となり、駆動側弾性部の実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。また、駆動電圧を印加されていない各弾性部に形成された検出用圧電素子に発生する電圧又は電流の加算、平均、差分を用いることが可能となり、検出精度の向上を図ることが可能となる。
また、本発明の光スキャナの製造方法は、ミラー部を揺動軸回りに変位駆動して所定方向に光を走査する光スキャナの製造方法において、前記ミラー部の揺動軸方向両側にそれぞれ連結されて揺動軸に対して対称に配置される各一対の弾性部と前記各一対の弾性部の外側端縁部が連結される固定枠とを形成する基材形成工程と、前記各一対の弾性部の表面部から前記固定枠の表面部に渡って配置される一対の駆動用下部電極と該各一対の弾性部のうちの少なくとも1つの弾性部の表面部に前記駆動用下部電極に対して前記ミラー部側へ離間して配置された検出用下部電極とを積層する下部電極形成工程と、前記一対の駆動用下部電極上にそれぞれ前記各一対の弾性部から前記固定枠に渡って配置される一対の駆動用圧電素子と前記検出用下部電極上に配置される検出用圧電素子とを積層する圧電素子形成工程と、前記一対の駆動用圧電素子上にそれぞれ前記各一対の弾性部毎に分割されて配置された各一対の駆動用上部電極と前記検出用圧電素子上に配置された検出用上部電極とを積層する上部電極形成工程と、を備えたことを特徴とする。
このような光スキャナの製造方法では、各一対の弾性部のうちの少なくとも1つの弾性部の表面部に積層された検出用下部電極と駆動用下部電極とは、離間して形成されている。これにより、駆動電圧を印加した駆動用圧電素子の接地電位と検出用圧電素子の接地電位とを切り離すことができるため、ミラー部の揺動軸回りの揺動振幅を、駆動電圧を印加していない検出用圧電素子の発生電圧によって検出する場合に、駆動電圧との電圧差による接地電位のノイズの干渉を避け、検出精度の向上を図ることが可能となる。
また、本発明の光スキャナの製造方法において、前記検出用下部電極と前記検出用圧電素子と前記検出用上部電極とは、前記各一対の弾性部のそれぞれの表面部に積層するようにしてもよい。
このような光スキャナの製造方法では、検出用下部電極と検出用圧電素子と検出用上部電極とは、各一対の弾性部のそれぞれの表面部に積層されているため、ミラー部に対して左右対称に構成することができ、成形歪みを押さえることが可能となる。また、検出用圧電素子が各一対の弾性部のそれぞれに設けられているため、任意の弾性部の歪み量を測定することが可能となる。
以下、本発明に係る光スキャナ及び光スキャナの製造方法について具体化した実施例に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。
[実施例1]
[光スキャナの概略構成]
先ず、実施例1に係る光スキャナ1の概略構成について図1に基づき説明する。図1は実施例1に係る光スキャナ1の概略構成を模式的に示す分解斜視図である。
図1に示すように、光スキャナ1は、本体部2がベース3に装着されて構成されている。この本体部2は、シリコン等、弾性を有する材料を用いて形成されている。本体部2の厚さは、約30μm~200μmとされている。本体部2は、図1の上部に示すように、概略的には、光が通過し得る貫通孔5を有して薄板長方形状を成している。本体部2は、外側には固定枠6を備え、一方、内側には、反射面7が形成された平面視略円形の反射ミラー部8を有する振動体10を備えている。尚、反射ミラー部8は、円形に限らず、四角形、多角形であってもよい。
[光スキャナの概略構成]
先ず、実施例1に係る光スキャナ1の概略構成について図1に基づき説明する。図1は実施例1に係る光スキャナ1の概略構成を模式的に示す分解斜視図である。
図1に示すように、光スキャナ1は、本体部2がベース3に装着されて構成されている。この本体部2は、シリコン等、弾性を有する材料を用いて形成されている。本体部2の厚さは、約30μm~200μmとされている。本体部2は、図1の上部に示すように、概略的には、光が通過し得る貫通孔5を有して薄板長方形状を成している。本体部2は、外側には固定枠6を備え、一方、内側には、反射面7が形成された平面視略円形の反射ミラー部8を有する振動体10を備えている。尚、反射ミラー部8は、円形に限らず、四角形、多角形であってもよい。
このような本体部2の構成に対応して、ベース3は、図1の下部に示すように、本体部2との装着状態において固定枠6が装着されるべき支持部12と、振動体10と対向する凹部13とを有するように構成されている。凹部13は、本体部2をベース3に装着した状態において、振動体10が振動によって変位してもベース3と干渉しない形状を有するために形成されている。
また、反射ミラー部8の反射面7は、それの対称中心線でもある揺動軸15を中心として揺動させられる。振動体10は、さらに、その反射ミラー部8の揺動軸15上の両側面部から外側方向に同一面上に延びて、その反射ミラー部8を固定枠6に接合する一対のはり部16A、16Bを備えている。つまり、反射ミラー部8の両側面部から一対のはり部16A、16Bがそれぞれ互いに逆向きに延び出している。
また、一方の(図1中、左側の)はり部16Aは、揺動軸15上に配置された1個のミラー側板ばね部17Aと、該揺動軸15に対して直角方向の対称位置に配置される一対の枠側板ばね部18A、18Bと、それらミラー側板ばね部17Aと一対の枠側板ばね部18A、18Bとを互いに接続する接続部20Aとを含むように構成されている。
また、他方の(図1中、右側の)はり部16Bは、揺動軸15上に配置された1個のミラー側板ばね部17Bと、該揺動軸15に対して直角方向の対称位置に配置される一対の枠側板ばね部18C、18Dと、それらミラー側板ばね部17Bと一対の枠側板ばね部18C、18Dとを互いに接続する接続部20Bとを含むように構成されている。
従って、図1の上部に示すように、一対の枠側板ばね部18A、18Bと一対の枠側板ばね部18C、18Dとは、反射ミラー部8を挟んで、各枠側板ばね部18A、18D、各枠側板ばね部18B、18Cが、それぞれ揺動軸方向に対向するように配置されている。つまり、一対の枠側板ばね部18A、18Bと一対の枠側板ばね部18C、18Dとは、反射ミラー部8を挟んで、各枠側板ばね部18A、18C、各枠側板ばね部18B、18Dが、それぞれ対角方向に対向するように配置されている。
また、各はり部16A、16Bにおいては、各ミラー側板ばね部17A、17Bが、反射ミラー部8のうち揺動軸15上において互いに対向する一対の縁の一方から、対応する各接続部20A、20Bまで延びている。また、各接続部20A、20Bは、揺動軸15と直交する方向に延びている。さらに、各はり部16A、16Bにおいては、一対の枠側板ばね部18A、18Bと一対の枠側板ばね部18C、18Dとが、対応する各接続部20A、20Bの端部から、揺動軸15に対して平行に固定枠6まで延びている。
また、はり部16Aにおいては、一対の枠側板ばね部18A、18Bのそれぞれから固定枠6に渡って、後述のように0.2μm~0.6μmの厚さで積層された一対の下部電極21A、21Bが形成されている。また、各一対の下部電極21A、21Bは、揺動軸15を挟んで対向するように分離されている。また、はり部16Bにおいては、一対の枠側板ばね部18C、18Dのそれぞれから固定枠6に渡って、後述のように0.2μm~0.6μmの厚さで積層された一対の下部電極21C、21Dが形成されている。また、各一対の下部電極21C、21Dは、揺動軸15を挟んで対向するように分離されている。
また、一対の下部電極21A、21Bの上側には、一対の枠側板ばね部18A、18Bのそれぞれから該各下部電極21A、21Bの固定枠6側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように1μm~3μmの厚さで積層された圧電素子22Aが形成されている。従って、圧電素子22Aは固定枠6上から各枠側板ばね部18A、18B上に延出されて形成され、各一対の下部電極21A、21B間の分離部分を覆うように形成されている。
また、一対の下部電極21C、21Dの上側には、一対の枠側板ばね部18C、18Dのそれぞれから該各下部電極21C、21Dの固定枠6側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように1μm~3μmの厚さで積層された圧電素子22Bが形成されている。従って、圧電素子22Bは固定枠6上から各枠側板ばね部18C、18D上に延出されて形成され、各一対の下部電極21C、21D間の分離部分を覆うように形成されている。
また、圧電素子22Aの上側には、一対の枠側板ばね部18A、18Bのそれぞれから該圧電素子22Aの固定枠6側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように0.2μm~0.6μmの厚さで積層された一対の上部電極23A、23Bが形成されている。また、一対の上部電極23A、23Bは、揺動軸15を挟んで対向するように分離されている。
また、圧電素子22Bの上側には、一対の枠側板ばね部18C、18Dのそれぞれから該圧電素子22Bの固定枠6側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように0.2μm~0.6μmの厚さで積層された一対の上部電極23C、23Dが形成されている。また、一対の上部電極23C、23Dは、揺動軸15を挟んで対向するように分離されている。
従って、後述のように、各下部電極21A~21Dと各上部電極23A~23Dとの固定枠6上に形成された部分にワイヤボンディングして、各枠側板ばね部18A~18D上に形成された圧電素子に駆動電圧を印加し、または、発生した発生電圧を検出することが可能となる(図8参照)。つまり、各枠側板ばね部18A~18Dに負荷を与えることなく、駆動電圧を印加し、また、発生電圧を検出することが可能となる。
[本体部2の製造方法]
次に、本体部2の製造方法について図2乃至図7に基づいて説明する。
図2は固定枠6、反射ミラー部8及び各はり部16A、16Bの作製を示す説明図である。図3は各下部電極21A~21Dの作製を示す説明図である。図4は各圧電素子22A、22Bの作製を示す説明図である。図5は各上部電極23A~23Dの作製を示す説明図である。図6は図5のX1-X1矢視断面を示す模式図である。図7は図5のX2-X2矢視断面を示す模式図である。
次に、本体部2の製造方法について図2乃至図7に基づいて説明する。
図2は固定枠6、反射ミラー部8及び各はり部16A、16Bの作製を示す説明図である。図3は各下部電極21A~21Dの作製を示す説明図である。図4は各圧電素子22A、22Bの作製を示す説明図である。図5は各上部電極23A~23Dの作製を示す説明図である。図6は図5のX1-X1矢視断面を示す模式図である。図7は図5のX2-X2矢視断面を示す模式図である。
先ず、図2に示すように、厚さ約30μm~200μmの薄長四角形のシリコン基材上において、貫通孔5の部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキング後、エッチングして、貫通孔5を形成した後、レジスト膜を除去する。これにより、固定枠6、反射ミラー部8及び各はり部16A、16Bを構成する各ミラー側板ばね部17A、17B、各接続部20A、20B、各枠側板ばね部18A~18Dが形成される。
そして、図3に示すように、固定枠6と各枠側板ばね部18A~18Dとの上側の各下部電極21A~21Dを形成する部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキング後、白金(Pt)や金(Au)等を0.2μm~0.6μm積層して各下部電極21A~21Dを形成後、レジスト膜を除去する。例えば、各下部電極21A~21Dの部分にチタン(Ti)を0.05μm積層し、続いて、その上側に白金(Pt)を0.5μm積層後、レジスト膜を除去するようにしてもよい。これにより、図3、図6及び図7に示すように、各下部電極21A~21Dが各枠側板ばね部18A~18Dから固定枠6に渡って、それぞれ分離された状態で形成される。
尚、一対の下部電極21A、21Bと一対の下部電極21C、21Dとを、それぞれ連続した状態で形成後、揺動軸15に沿って、それぞれ所定幅の分離孔を各下部電極の揺動軸15方向全幅に渡って形成するようにレジスト膜を形成してマスキングする。その後、エッチングして、一対の下部電極21A、21Bと一対の下部電極21C、21Dに分割した後、レジスト膜を除去するようにしてもよい。また、各下部電極21A~21Dをシャドウマスク法でなく、エッチング法によって形成してもよい。
続いて、図4に示すように、各下部電極21A、21Bと各下部電極21C、21Dとの上側に各圧電素子22A、22Bを形成するように、この各圧電素子22A、22Bを形成する部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキングする。その後、PZT等の圧電素子を1μm~3μm積層して各圧電素子22A、22Bを形成後、レジスト膜を除去する。
これにより、図4、図6及び図7に示すように、圧電素子22Aが固定枠6上から各枠側板ばね部18A、18B上に延出されて形成され、各一対の下部電極21A、21B間の分離部分を覆うように形成される。また、圧電素子22Bが固定枠6上から各枠側板ばね部18C、18D上に延出されて形成され、各一対の下部電極21C、21D間の分離部分を覆うように形成される。
そして、図5に示すように、各圧電素子22A、22Bの上側に、各枠側板ばね部18A~18Dから固定枠6に渡って各上部電極23A~23Dを形成するように、各上部電極23A~23Dを形成する表面部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキングする。その後、白金(Pt)や金(Au)等を0.2μm~0.6μm積層して各上部電極23A~23Dを形成後、レジスト膜を除去する。例えば、各上部電極23A~23Dの部分にチタン(Ti)を0.05μm積層し、続いて、その上側に白金(Pt)を0.5μm積層後、レジスト膜を除去するようにしてもよい。これにより、図5乃至図7に示すように、各上部電極23A~23Dが各枠側板ばね部18A~18Dから固定枠6に渡って、それぞれ分離された状態で形成される。
尚、上述した本体部2の製造方法においては、下部電極材料、圧電素子材料、上部電極材料を順に堆積させて、下部電極層、圧電素子層、上部電極層を順に積層し、各下部電極21A~21D、各圧電素子22A、22B、各上部電極23A~23Dを順に形成する物理気相成長法(PVD:Physical Vapor Deposition)や真空蒸着法を採用した。物理気相成長法には、例えば、真空中に不活性ガスを導入しながら基板とターゲット間に直流電圧あるいは交流電圧を印加し、イオン化した不活性ガスをターゲットに衝突させて、はじき飛ばされたターゲット物質を基板に成膜させるスパッタリングあるいはナノサイズの微粒子を吹付けることによって成膜を行なうAD法もある。但し、これに限らず、化学気相成長法(CVD:Chemical Vapor Deposition)によって、下部電極層、圧電素子層、上部電極層のうち、少なくとも一つの層を形成してもよい。
[揺動駆動及び動作検出]
次に、光スキャナ1の反射ミラー部8を揺動駆動した場合に、この反射ミラー部8の動作状態を検出する方法について図8に基づいて説明する。図8は反射ミラー部8の揺動駆動及び動作検出の一例を示す説明図である。
次に、光スキャナ1の反射ミラー部8を揺動駆動した場合に、この反射ミラー部8の動作状態を検出する方法について図8に基づいて説明する。図8は反射ミラー部8の揺動駆動及び動作検出の一例を示す説明図である。
図8に示すように、反射ミラー部8を挟んで揺動軸15方向に対向する一対の枠側板ばね部18A、18D上に形成された各圧電素子22A、22Bが駆動源として機能し、振動体10を揺動軸15の回りに捩り振動させて、反射ミラー部8を揺動軸15の回りに揺動させる。また、反射ミラー部8を挟んで揺動軸15方向に対向する一対の枠側板ばね部18B、18C上に形成された各圧電素子22A、22Bが、動作を検出するセンサとして機能し、反射ミラー部8の揺動振幅を検出する。
尚、反射ミラー部8を挟んで揺動軸15方向に対向する一対の枠側板ばね部18B、18C上に形成された各圧電素子22A、22Bを駆動源としてもよい。また同時に、反射ミラー部8を挟んで揺動軸15方向に対向する一対の枠側板ばね部18A、18D上に形成された各圧電素子22A、22Bを動作を検出するセンサとしてもよい。
具体的には、枠側板ばね部18A上に形成された下部電極21Aと上部電極23Aとに駆動回路31を介して所定駆動電圧(例えば、約1V~40Vである。)の交番電圧が印加される。それにより、枠側板ばね部18A上に形成された圧電素子22Aには、その印加方向と直交する向き、即ち、長さ方向の変位が発生される。
また、枠側板ばね部18D上に形成された下部電極21Dと上部電極23Dとに駆動回路32を介して、駆動回路31の出力電圧と同位相で同電圧(例えば、約1V~40Vである。)の交番電圧が印加される。それにより、枠側板ばね部18D上に形成された圧電素子22Bには、その印加方向と直交する向き、即ち、長さ方向の変位が発生される。
そして、この変位により、各枠側板ばね部18A、18Dは、固定枠6側を固定端とし、反射ミラー部8側を自由端として、各変位が上向きであるか下向きであるかにより、各自由端が上向き又は下向きに変位する。その結果、反射ミラー部8は、揺動軸15の回りに揺動される。
また同時に、各枠側板ばね部18B、18Cは、固定枠6側を固定端とし、反射ミラー部8側を自由端として、各自由端が、反射ミラー部8の揺動軸15回りの揺動に伴って、各接続部20A、20Bを介して各枠側板ばね部18A、18Dの自由端と反対方向に変位する。それにより、各枠側板ばね部18B、18Cに形成された各圧電素子22A、22Bは、長さ方向の変位が発生するため、その長さ方向と直交する向きに所定電圧(例えば、数mVである。)で、各駆動回路31、32の駆動電源と逆位相の交番電圧が発生する。
従って、図8に示すように、枠側板ばね部18B上に形成された下部電極21Bと上部電極23Bとの間の電圧と、枠側板ばね部18C上に形成された下部電極21Cと上部電極23Cとの間の電圧とを変位検出回路33に入力して、各電圧を加算又は平均することによって、この算出した電圧に基づいて反射ミラー部8の揺動振幅を検出することが可能となる。また、各下部電極21A、21Bと各下部電極21C、21Dとは、それぞれ固定枠6上で揺動軸15に沿って分割されて形成されているため、各駆動回路31、32の接地電位と、各下部電極21B、21Cの接地電位とを電気的に分離することができる。
そして、各駆動回路31、32を駆動制御する不図示の制御回路部に、変位検出回路33で検出した反射ミラー部8の揺動振幅の情報データを入力することによって、この制御回路部は変位検出回路33から入力された情報データに基づいて各駆動回路31、32を駆動制御して、反射ミラー部8の揺動振幅を精密制御することが可能となる。
ここで、光スキャナ1の反射ミラー部8の他の揺動駆動及び動作検出について図9に基づいて説明する。図9は反射ミラー部8の揺動駆動及び動作検出の他の組み合わせの一例を示す組み合わせテーブル41である。
尚、図9においては、説明を簡単にするため、組み合わせテーブル41の下側に示すように、図8に示す状態の各枠側板ばね部18A~18Dを順に梁A、梁B、梁C、梁Dとする。
尚、図9においては、説明を簡単にするため、組み合わせテーブル41の下側に示すように、図8に示す状態の各枠側板ばね部18A~18Dを順に梁A、梁B、梁C、梁Dとする。
図9に示すように、組み合わせテーブル41は、組み合わせの順番を示す「No」と、枠側板ばね部18A上に形成された下部電極21Aと上部電極23Aの使用状態を表す「梁Aの電極」と、枠側板ばね部18B上に形成された下部電極21Bと上部電極23Bの使用状態を表す「梁Bの電極」と、枠側板ばね部18C上に形成された下部電極21Cと上部電極23Cの使用状態を表す「梁Cの電極」と、枠側板ばね部18D上に形成された下部電極21Dと上部電極23Dの使用状態を表す「梁Dの電極」とから構成されている。
従って、組み合わせテーブル41の「No1」と「No2」に示すように、反射ミラー部8を挟んで揺動軸15方向に対向する一対の枠側板ばね部18A、18D上に形成された各下部電極21A、21Dと各上部電極23A、23Dに各駆動回路31、32によって同位相の交番電圧を印加する。そして、枠側板ばね部18B上に形成された下部電極21Bと上部電極23B、又は枠側板ばね部18C上に形成された下部電極21Cと上部電極23Cとのうちの一方に発生する発生電圧を変位検出回路33に入力して、この電圧に基づいて反射ミラー部8の揺動振幅を検出することが可能となる。
また、組み合わせテーブル41の「No3」~「No6」に示すように、枠側板ばね部18A上に形成された下部電極21Aと上部電極23Aに駆動回路31によって交番電圧を印加して、反射ミラー部8を揺動軸15回りに揺動する。そして、各枠側板ばね部18B~18D上に形成された各下部電極21B~21Dと各上部電極23B~23Dのうちの全部、又は、2つに発生する発生電圧を変位検出回路33に入力して、各電圧の加算又は平均又は差分をとることによって、この算出した電圧に基づいて反射ミラー部8の揺動振幅を検出することが可能となる。
また、組み合わせテーブル41の「No7」~「No9」に示すように、枠側板ばね部18A上に形成された下部電極21Aと上部電極23Aに駆動回路31によって交番電圧を印加して、反射ミラー部8を揺動軸15回りに揺動する。そして、各枠側板ばね部18B~18D上に形成された各下部電極21B~21Dと各上部電極23B~23Dのうち1つに発生する発生電圧を変位検出回路33に入力して、この電圧に基づいて反射ミラー部8の揺動振幅を検出することが可能となる。
また、組み合わせテーブル41の「No10」に示すように、反射ミラー部8を挟んで対角方向に対向する一対の枠側板ばね部18A、18C上に形成された各下部電極21A、21Cと各上部電極23A、23Cに各駆動回路31、32によって逆位相の交番電圧を印加する。そして、反射ミラー部8を挟んで対角方向に対向する一対の枠側板ばね部18B、18D上に形成された各下部電極21B、21Dと各上部電極23B、23Dに発生する発生電圧を変位検出回路33に入力して、各電圧の加算又は差分又は平均をとることによって、この算出した電圧に基づいて反射ミラー部8の揺動振幅を検出することが可能となる。
更に、組み合わせテーブル41の「No11」と「No12」に示すように、反射ミラー部8を挟んで対角方向に対向する一対の枠側板ばね部18A、18C上に形成された各下部電極21A、21Cと各上部電極23A、23Cに各駆動回路31、32によって逆位相の交番電圧を印加する。そして、反射ミラー部8を挟んで対角方向に対向する一対の枠側板ばね部18B、18D上に形成された各下部電極21B、21Dと各上部電極23B、23Dのうちの一方に発生する発生電圧を変位検出回路33に入力して、この電圧に基づいて反射ミラー部8の揺動振幅を検出することが可能となる。
尚、上記組み合わせテーブル41においては、図8に示す状態から各枠側板ばね部18A~18Dを反射ミラー部8を中心として上下反転、左右反転した状態の各枠側板ばね部18A~18Dを順に梁A、梁B、梁C、梁Dとしてもよい。
以上説明した通り、実施例1に係る光スキャナ1では、本体部2の圧電素子22Aを挟んで積層された各下部電極21A、21Bと各上部電極23A、23Bとは、揺動軸15に沿って固定枠6上で分割されて積層されている。また、圧電素子22Bを挟んで積層された各下部電極21C、21Dと各上部電極23C、23Dとは、揺動軸15に沿って固定枠6上で分割されて積層されている。
これにより、各枠側板ばね部18A、18Bのうちの一方の圧電素子22Aに駆動電圧を印加して、他方の圧電素子22Aに発生する発生電圧を検出する場合には、各下部電極21A、21Bが固定枠6上で分割されているため、駆動電圧との電圧差による接地電位のノイズの干渉を避け、他方の圧電素子22Aに発生する発生電圧の検出精度の向上を図ることが可能となる。また、各枠側板ばね部18C、18Dのうちの一方の圧電素子22Bに駆動電圧を印加して、他方の圧電素子22Bに発生する発生電圧を検出する場合には、各下部電極21C、21Dが固定枠6上で分割されているため、駆動電圧との電圧差による接地電位のノイズの干渉を避け、他方の圧電素子22Bに発生する発生電圧の検出精度の向上を図ることが可能となる。
また、反射ミラー部8を挟んで揺動軸15方向に対向する一対の枠側板ばね部18A、18D上に形成された各下部電極21A、21Dと各上部電極23A、23Dに各駆動回路31、32を介して同位相の交番電圧を印加して反射ミラー部8を揺動軸15回りに揺動する。また、隣接する一対の枠側板ばね部18B、18Cに形成された各下部電極21B、21Cと各上部電極23B、23Cのうちの少なくとも一方に発生する電圧を変位検出回路33に入力する。
これにより、駆動側の各枠側板ばね部18A、18Dに隣接する一対の枠側板ばね部18B、18Cに形成された各下部電極21B、21Cと各上部電極23B、23Cのうちの少なくとも一方に発生する発生電圧を検出することが可能となり、駆動側の各枠側板ばね部18A、18Dの実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。また、一対の枠側板ばね部18B、18Cに形成された各下部電極21B、21Cと各上部電極23B、23Cに発生する発生電圧を変位検出回路33に入力して、各電圧を加算又は平均することによって、検出精度の向上を図ることが可能となる。
また、枠側板ばね部18A上に形成された下部電極21Aと上部電極23Aに駆動回路31によって交番電圧を印加して、反射ミラー部8を揺動軸15回りに揺動する。そして、各枠側板ばね部18B~18D上に形成された各下部電極21B~21Dと各上部電極23B~23Dのうちの全部、又は、2つ、又は、1つに発生する発生電圧を変位検出回路33に入力して、各電圧の加算又は平均又は差分をとることによって、検出精度の向上を図ることが可能となる。また、枠側板ばね部18Aに隣接する枠側板ばね部18B上に形成された下部電極21Bと上部電極23Bに発生する発生電圧を変位検出回路33に入力することによって、枠側板ばね部18Aの実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。
更に、反射ミラー部8を挟んで対角方向に対向する一対の枠側板ばね部18A、18C上に形成された各下部電極21A、21Cと各上部電極23A、23Cに各駆動回路31、32によって逆位相の交番電圧を印加する。そして、反射ミラー部8を挟んで対角方向に対向する一対の枠側板ばね部18B、18D上に形成された各下部電極21B、21Dと各上部電極23B、23Dのうちの少なくとも一方に発生する電圧を変位検出回路33に入力する。
これにより、駆動側の各枠側板ばね部18A、18Cに隣接する一対の枠側板ばね部18B、18Dに形成された各下部電極21B、21Dと各上部電極23B、23Dのうちの少なくとも一方に発生する発生電圧を検出することが可能となり、駆動側の各枠側板ばね部18A、18Dの実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。また、一対の枠側板ばね部18B、18Dに形成された各下部電極21B、21Dと各上部電極23B、23Dに発生する発生電圧を変位検出回路33に入力して、各電圧を差分又は差分を平均することによって、検出精度の向上を図ることが可能となる。
[実施例2]
次に、実施例2に係る光スキャナ50について図10及び図11に基づいて説明する。図10は実施例2に係る光スキャナ50の本体部51を示す平面図である。図11は図10のX3-X3矢視断面を示す模式図である。尚、図10及び図11において、上記実施例1に係る光スキャナ1と同一符号は、上記実施例1に係る光スキャナ1と同一あるいは相当部分を示すものである。
次に、実施例2に係る光スキャナ50について図10及び図11に基づいて説明する。図10は実施例2に係る光スキャナ50の本体部51を示す平面図である。図11は図10のX3-X3矢視断面を示す模式図である。尚、図10及び図11において、上記実施例1に係る光スキャナ1と同一符号は、上記実施例1に係る光スキャナ1と同一あるいは相当部分を示すものである。
図10及び図11に示すように、光スキャナ50の本体部51は、上記本体部2とほぼ同じ構成であるが、上記各圧電素子22A、22Bに替えて、本体部51の各下部電極21A~21Dのそれぞれの上側に各圧電素子52A~52Dを形成するようにしてもよい。従って、一対の圧電素子52A、52Bは、揺動軸15を挟んで対向するように分割されている。また、一対の圧電素子52C、52Dは、揺動軸15を挟んで対向するように分割されている。
ここで、各圧電素子52A~52Dの形成方法について説明する。
先ず、上記図3に示すように、固定枠6と各枠側板ばね部18A~18Dとの上側に、各下部電極21A~21Dを形成する。続いて、各下部電極21A~21Dの上側に各圧電素子52A~52Dを形成するように、この各圧電素子52A~52Dを形成する部分を除いた部分にレジスト膜を形成、若しくは、別途用意した各圧電素子52A~52Dを形成する形状部分が切り抜かれた金属片を用いてマスキングする。その後、PZT等の圧電素子を1μm~3μm積層して各圧電素子52A~52Dを形成後、レジスト膜、若しくは、金属片を除去する。
先ず、上記図3に示すように、固定枠6と各枠側板ばね部18A~18Dとの上側に、各下部電極21A~21Dを形成する。続いて、各下部電極21A~21Dの上側に各圧電素子52A~52Dを形成するように、この各圧電素子52A~52Dを形成する部分を除いた部分にレジスト膜を形成、若しくは、別途用意した各圧電素子52A~52Dを形成する形状部分が切り抜かれた金属片を用いてマスキングする。その後、PZT等の圧電素子を1μm~3μm積層して各圧電素子52A~52Dを形成後、レジスト膜、若しくは、金属片を除去する。
尚、図4に示すように、各下部電極21A、21Bと各下部電極21C、21Dとの上側に各圧電素子22A、22Bを形成後、揺動軸15に沿って、それぞれ所定幅の分離孔を各下部電極の揺動軸15方向全幅に渡って形成するようにレジスト膜を形成してマスキングする。その後、エッチングして、一対の圧電素子52A、52Bと一対の圧電素子52C、52Dに分割した後、レジスト膜を除去するようにしてもよい。
そして、図5に示すように、各圧電素子52A~52Dの上側に、各枠側板ばね部18A~18Dから固定枠6に渡って各上部電極23A~23Dを形成することによって、本体部51を形成することができる。
そして、図5に示すように、各圧電素子52A~52Dの上側に、各枠側板ばね部18A~18Dから固定枠6に渡って各上部電極23A~23Dを形成することによって、本体部51を形成することができる。
従って、各枠側板ばね部18A~18D毎に各圧電素子52A~52Dが固定枠6上で分割されて積層されているため、駆動電圧を印加していない圧電素子に、駆動電圧を印加した圧電素子の不必要な歪みが加わることを防止して、駆動電圧を印加していない圧電素子に発生する電圧又は電流のノイズ成分の更なる低減化を図ることが可能となる。
尚、本体部51の反射ミラー部8を揺動駆動方法及び動作状態を検出する方法は、上記実施例1と同一である。
尚、本体部51の反射ミラー部8を揺動駆動方法及び動作状態を検出する方法は、上記実施例1と同一である。
[実施例3]
次に、実施例3に係る光スキャナ60について図12乃至図14に基づいて説明する。図12は実施例3に係る光スキャナ60の本体部61を示す平面図である。図13は図12のX4-X4矢視断面を示す模式図である。図14は図12のX5-X5矢視断面を示す模式図である。尚、図12乃至図14において、上記実施例1に係る光スキャナ1と同一符号は、上記実施例1に係る光スキャナ1と同一あるいは相当部分を示すものである。
次に、実施例3に係る光スキャナ60について図12乃至図14に基づいて説明する。図12は実施例3に係る光スキャナ60の本体部61を示す平面図である。図13は図12のX4-X4矢視断面を示す模式図である。図14は図12のX5-X5矢視断面を示す模式図である。尚、図12乃至図14において、上記実施例1に係る光スキャナ1と同一符号は、上記実施例1に係る光スキャナ1と同一あるいは相当部分を示すものである。
図12乃至図14に示すように、光スキャナ60の本体部61は、上記本体部2とほぼ同じ構成である。但し、厚さ約30μm~200μmの薄長四角形のシリコン基材である固定枠62の各下部電極21A~21Dが形成される部分及びその外周縁部を含む部分が、約半分の厚さに窪むようにエッチングによって形成した各凹部63、64が設けられている。
これにより、各下部電極21A~21D、各圧電素子22A、22B、及び、各上部電極23A~23Dは、各凹部63、64内に形成されているため、固定枠62の周辺部を持っても各下部電極21A~21D、各圧電素子22A、22B、及び、各上部電極23A~23Dに触れることを防止することが可能となる。また、各枠側板ばね部18A~18Dの各下部電極21A~21Dが形成される部分の厚さは、固定枠62の約半分の厚さになるため、低電圧で反射ミラー部8を揺動軸15回りに揺動させることが可能となる。
[実施例4]
次に、実施例4に係る光スキャナ70について図15に基づいて説明する。図15は実施例4に係る光スキャナ70の本体部71を示す平面図である。尚、図15において、上記実施例1に係る光スキャナ1と同一符号は、上記実施例1に係る光スキャナ1と同一あるいは相当部分を示すものである。
次に、実施例4に係る光スキャナ70について図15に基づいて説明する。図15は実施例4に係る光スキャナ70の本体部71を示す平面図である。尚、図15において、上記実施例1に係る光スキャナ1と同一符号は、上記実施例1に係る光スキャナ1と同一あるいは相当部分を示すものである。
図15に示すように、光スキャナ70の本体部71は、上記本体部2とほぼ同じ構成である。但し、厚さ約30μm~200μmの薄長四角形のシリコン基材である固定枠72は、各枠側板ばね部18A~18Dに替えて、各接続部20A、20Bの両端縁部から揺動軸15方向外側に所定長さ延びて、更に、それぞれ揺動軸15に対して直交する外側方向に延びて固定枠72に接合された各枠側板ばね部73A~73Dが、エッチングによって形成されている。
そして、各枠側板ばね部73A~73Dの揺動軸15に対して直交する部分から固定枠72に渡って、0.2μm~0.6μmの厚さで積層された各下部電極21A~21Dが形成されている。また、各下部電極21A~21Dの上側には、各枠側板ばね部73A~73Dの揺動軸15に対して直交する部分から該各下部電極21A~21Dの固定枠72側の外周部と所定隙間を形成するように、1μm~3μmの厚さで積層された各圧電素子75A~75Dが形成されている。更に、各圧電素子75A~75Dの上側には、各枠側板ばね部73A~73Dの揺動軸15に対して直交する部分から該各圧電素子75A~75Dの固定枠72側の外周部と所定隙間を形成するように、0.2μm~0.6μmの厚さで積層された各上部電極23A~23Dが形成されている。
尚、各下部電極21A~21Dを各枠側板ばね部73A~73Dの各接続部20A、20Bに接続される部分から固定枠72に渡って形成してもよい。また、この各下部電極21A~21Dの上側に、各枠側板ばね部73A~73Dの各接続部20A、20Bに接続される部分から該各下部電極21A~21Dの固定枠72側の外周部と所定隙間を形成するように各圧電素子75A~75Dを形成するようにしてもよい。更に、各圧電素子75A~75Dの上側に、各枠側板ばね部73A~73Dの各接続部20A、20Bに接続される部分から該各圧電素子75A~75Dの固定枠72側の外周部と所定隙間を形成するように各上部電極23A~23Dを形成するようにしてもよい。これにより、各圧電素子75A~75Dの面積を大きくして、低電圧で反射ミラー部8を揺動軸15回りに揺動させることが可能となる。
また、本体部71の製造方法は、上記実施例1の本体部2の製造方法とほぼ同じである。また、光スキャナ70の反射ミラー部8を揺動駆動するために、各下部電極21A~21Dと各上部電極23A~23Dに駆動電圧を印加する方法は、各枠側板ばね部73A~73Dを各枠側板ばね部18A~18Dに対応させることによって、上記実施例1と同じである。また、光スキャナ70の反射ミラー部8の動作状態を検出するために、各下部電極21A~21Dと各上部電極23A~23Dに発生する発生電圧を検出する方法は、各枠側板ばね部73A~73Dを各枠側板ばね部18A~18Dに対応させることによって、上記実施例1と同じである。従って、光スキャナ70は、上記光スキャナ1と同じ効果を奏することが可能である。
[実施例5]
[光スキャナの概略構成]
次に、実施例5に係る光スキャナ101の概略構成について図16に基づき説明する。図16は実施例5に係る光スキャナ101の概略構成を模式的に示す分解斜視図である。
図16に示すように、光スキャナ101は、本体部102がベース103に装着されて構成されている。この本体部102は、シリコン等、弾性を有する材料を用いて形成されている。本体部102の厚さは、約30μm~200μmとされている。本体部102は、図16の上部に示すように、概略的には、光が通過し得る貫通孔105を有して薄板長方形状を成している。本体部102は、外側には固定枠106を備え、一方、内側には、反射面107が形成された平面視略円形の反射ミラー部108を有する振動体110を備えている。尚、反射ミラー部108は、円形に限らず、四角形、多角形等であってもよい。
[光スキャナの概略構成]
次に、実施例5に係る光スキャナ101の概略構成について図16に基づき説明する。図16は実施例5に係る光スキャナ101の概略構成を模式的に示す分解斜視図である。
図16に示すように、光スキャナ101は、本体部102がベース103に装着されて構成されている。この本体部102は、シリコン等、弾性を有する材料を用いて形成されている。本体部102の厚さは、約30μm~200μmとされている。本体部102は、図16の上部に示すように、概略的には、光が通過し得る貫通孔105を有して薄板長方形状を成している。本体部102は、外側には固定枠106を備え、一方、内側には、反射面107が形成された平面視略円形の反射ミラー部108を有する振動体110を備えている。尚、反射ミラー部108は、円形に限らず、四角形、多角形等であってもよい。
このような本体部102の構成に対応して、ベース103は、図16の下部に示すように、本体部102との装着状態において固定枠106が装着されるべき支持部112と、振動体110と対向する凹部113とを有するように構成されている。凹部113は、本体部102をベース103に装着した状態において、振動体110が振動によって変位してもベース103と干渉しない形状を有するために形成されている。
また、反射ミラー部108の反射面107は、それの対称中心線でもある揺動軸115を中心として揺動させられる。振動体110は、さらに、その反射ミラー部108の揺動軸115上の両側面部から外側方向に同一面上に延びて、その反射ミラー部108を固定枠106に接合する一対のはり部116A、116Bを備えている。つまり、反射ミラー部108の両側面部から一対のはり部116A、116Bがそれぞれ互いに逆向きに延び出している。
また、一方の(図16中、左側の)はり部116Aは、揺動軸115上に配置された1個のミラー側板ばね部117Aと、該揺動軸115に対して直角方向の対称位置に配置される一対の枠側板ばね部118A、118Bと、それらミラー側板ばね部117Aと一対の枠側板ばね部118A、118Bとを互いに接続する接続部120Aとを含むように構成されている。
また、他方の(図16中、右側の)はり部116Bは、揺動軸115上に配置された1個のミラー側板ばね部117Bと、該揺動軸115に対して直角方向の対称位置に配置される一対の枠側板ばね部118C、118Dと、それらミラー側板ばね部117Bと一対の枠側板ばね部118C、118Dとを互いに接続する接続部120Bとを含むように構成されている。
従って、図16の上部に示すように、一対の枠側板ばね部118A、118Bと一対の枠側板ばね部118C、118Dとは、反射ミラー部108を挟んで、各枠側板ばね部118A、118D、各枠側板ばね部118B、118Cが、それぞれ揺動軸方向に対向するように配置されている。つまり、一対の枠側板ばね部118A、118Bと一対の枠側板ばね部118C、118Dとは、反射ミラー部108を挟んで、各枠側板ばね部118A、118C、各枠側板ばね部118B、118Dが、それぞれ対角方向に対向するように配置されている。
また、各はり部116A、116Bにおいては、各ミラー側板ばね部117A、117Bが、反射ミラー部108のうち揺動軸115上において互いに対向する一対の縁の一方から、対応する各接続部120A、120Bまで延びている。また、各接続部120A、120Bは、揺動軸115と直交する方向に延びている。さらに、各はり部116A、116Bにおいては、一対の枠側板ばね部118A、118Bと一対の枠側板ばね部118C、118Dとが、対応する各接続部120A、120Bの端部から、揺動軸115に対して平行に固定枠106まで延びている。
また、はり部116Aにおいては、一対の枠側板ばね部118A、118Bのそれぞれから固定枠106に渡って、後述のように0.2μm~0.6μmの厚さで積層された駆動用下部電極121Aが形成されている。また、はり部116Bにおいては、枠側板ばね部118C、118Dのそれぞれから固定枠106に渡って、後述のように0.2μm~0.6μmの厚さで積層された駆動用下部電極121Bが形成されている。
また、駆動用下部電極121Aの上側には、一対の枠側板ばね部118A、118Bのそれぞれから該駆動用下部電極121Aの固定枠106側の外周部及び各枠側板ばね部118A、118B側の先端部と所定隙間を形成するように、後述のように1μm~3μmの厚さで積層された駆動用圧電素子122Aが形成されている。
また、駆動用下部電極121Bの上側には、一対の枠側板ばね部118C、118Dのそれぞれから該駆動用下部電極121Bの固定枠106側の外周部及び各枠側板ばね部118C、118D側の先端部と所定隙間を形成するように、後述のように1μm~3μmの厚さで積層された駆動用圧電素子122Bが形成されている。
また、駆動用圧電素子122Aの上側には、一対の枠側板ばね部118A、118Bのそれぞれから該駆動用圧電素子122Aの固定枠106側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように0.2μm~0.6μmの厚さで積層された一対の駆動用上部電極123A、123Bが形成されている。また、一対の駆動用上部電極123A、123Bは、揺動軸115を挟んで対向するように分離されている。
また、駆動用圧電素子122Bの上側には、一対の枠側板ばね部118C、118Dのそれぞれから該駆動用圧電素子122Bの固定枠106側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように0.2μm~0.6μmの厚さで積層された一対の駆動用上部電極123C、123Dが形成されている。また、一対の駆動用上部電極123C、123Dは、揺動軸115を挟んで対向するように分離されている。
また、各枠側板ばね部118A、118Bには、駆動用下部電極121Aから所定距離離間して、後述のように0.2μm~0.6μmの厚さで積層された検出用下部電極125A、125Bが形成されている。また、各枠側板ばね部118C、118Dには、駆動用下部電極121Bから所定距離離間して、後述のように0.2μm~0.6μmの厚さで積層された検出用下部電極125C、125Dが形成されている。
また、各検出用下部電極125A~125Dの上側には、各検出用下部電極125A~125Dのそれぞれの端縁部と所定隙間を形成するように、後述のように1μm~3μmの厚さで積層された各検出用圧電素子126A~126Dが形成されている。また、各検出用圧電素子126A~126Dの上側には、各枠側板ばね部118A~118Dの長手方向両端縁から所定隙間を形成するように、後述のように0.2μm~0.6μmの厚さで積層された各検出用上部電極127A~127Dが形成されている。
従って、後述のように、各下部電極121A、121Bと各上部電極123A~123Dの固定枠106上に形成された部分にワイヤボンディングして、各枠側板ばね部118A~118D上に形成された圧電素子に駆動電圧を印加することが可能となる(図23参照)。また、後述のように、各検出用圧電素子126A~126Dに発生する発生電圧を検出することが可能となる(図23参照)。
[本体部102の製造方法]
次に、本体部102の製造方法について図17乃至図22に基づいて説明する。
図17は固定枠106、反射ミラー部108及び各はり部116A、116Bの作製を示す説明図である。図18は各駆動用下部電極121A、121B及び各検出用下部電極125A~125Dの作製を示す説明図である。図19は各駆動用圧電素子122A、122B及び各検出用圧電素子126A~126Dの作製を示す説明図である。図20は各駆動用上部電極123A~123D及び各検出用上部電極127A~127Dの作製を示す説明図である。図21は図20のX6-X6矢視断面を示す模式図である。図22は図20のX7-X7矢視断面を示す模式図である。
次に、本体部102の製造方法について図17乃至図22に基づいて説明する。
図17は固定枠106、反射ミラー部108及び各はり部116A、116Bの作製を示す説明図である。図18は各駆動用下部電極121A、121B及び各検出用下部電極125A~125Dの作製を示す説明図である。図19は各駆動用圧電素子122A、122B及び各検出用圧電素子126A~126Dの作製を示す説明図である。図20は各駆動用上部電極123A~123D及び各検出用上部電極127A~127Dの作製を示す説明図である。図21は図20のX6-X6矢視断面を示す模式図である。図22は図20のX7-X7矢視断面を示す模式図である。
先ず、図17に示すように、厚さ約30μm~200μmの薄長四角形のシリコン基材上において、貫通孔105の部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキング後、エッチングして、貫通孔105を形成した後、レジスト膜を除去する。これにより、固定枠106、反射ミラー部108及び各はり部116A、116Bを構成する各ミラー側板ばね部117A、117B、各接続部120A、120B、各枠側板ばね部118A~118Dが形成される。
そして、図18に示すように、固定枠106と各枠側板ばね部118A~118Dとの上側の各駆動用下部電極121A、121B及び各検出用下部電極125A~125Dを形成する部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキング後、白金(Pt)や金(Au)等を0.2μm~0.6μm積層して各駆動用下部電極121A、121B及び各検出用下部電極125A~125Dを形成後、レジスト膜を除去する。例えば、各駆動用下部電極121A、121B及び各検出用下部電極125A~125Dの部分にチタン(Ti)を0.05μm積層し、続いて、その上側に白金(Pt)を0.5μm積層後、レジスト膜を除去するようにしてもよい。
これにより、図18、図21及び図22に示すように、各駆動用下部電極121A、121Bが各枠側板ばね部118A~118Dから固定枠106に渡って形成される。また、各検出用下部電極125A~125Dが、各駆動用下部電極121A、121Bからそれぞれ離間した状態で各枠側板ばね部118A~118D上に形成される。
尚、駆動用下部電極121Aを各検出用下部電極125A、125Bを含むように各枠側板ばね部118A、118B上に反射ミラー部108側へ延長して形成すると共に、駆動用下部電極121Bを各検出用下部電極125C、125Dを含むように各枠側板ばね部118C、118D上に反射ミラー部108側へ延長して形成するようにしてもよい。その後、各検出用下部電極125A~125Dを形成するように、各枠側板ばね部118A~118D上の各駆動用下部電極121A、121B上に、それぞれ所定幅の分離孔を揺動軸115に対して直角方向に全幅に渡って形成するようにレジスト膜を形成してマスキングするようにしてもよい。
続いて、エッチングして、各枠側板ばね部118A~118D上の各駆動用下部電極121A、121Bを分割して、各検出用下部電極125A~125Dを形成した後、レジスト膜を除去するようにしてもよい。また、各駆動用下部電極121A、121B及び各検出用下部電極125A~125Dをシャドウマスク法でなく、エッチング法によって形成してもよい。
また、上記レジスト膜を形成する際に、更に、各駆動用下部電極121A、121Bの揺動軸115に沿った部分を、該揺動軸115に沿って所定幅(例えば、約100μm~500ミクロンの幅である。)除くようにレジスト膜を形成してマスキングするようにしてもよい。その後、白金(Pt)や金(Au)等を0.2μm~0.6μm積層して各駆動用下部電極121A、21B及び各検出用下部電極125A~125Dを形成後、レジスト膜を除去するようにしてもよい。これにより、各駆動用下部電極121A、121Bの揺動軸115に対して直角方向中央部分を、該揺動軸115を挟んで対向するように分離して形成することができる。
続いて、図19に示すように、各駆動用下部電極121A、121Bと各検出用下部電極125A~125Dとの上側に、各駆動用圧電素子122A、122Bと各検出用圧電素子126A~126Dを形成する部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキングする。尚、各枠側板ばね部118A~118D上の各駆動用下部電極121A、121Bと各検出用下部電極125A~125Dの対向する各端縁もマスキングする。
その後、PZT等の圧電素子を1μm~3μm積層して各駆動用圧電素子122A、122B及び各検出用圧電素子126A~126Dを形成後、レジスト膜を除去する。
これにより、図19、図21及び図22に示すように、駆動用圧電素子122Aが固定枠106上から各枠側板ばね部118A、118B上に延出されて形成される。また、駆動用圧電素子122Bが固定枠106上から各枠側板ばね部118C、118D上に延出されて形成される。また、各検出用圧電素子126A~126Dが各検出用下部電極125A~125D上に形成される。
これにより、図19、図21及び図22に示すように、駆動用圧電素子122Aが固定枠106上から各枠側板ばね部118A、118B上に延出されて形成される。また、駆動用圧電素子122Bが固定枠106上から各枠側板ばね部118C、118D上に延出されて形成される。また、各検出用圧電素子126A~126Dが各検出用下部電極125A~125D上に形成される。
そして、図22に示すように、各駆動用圧電素子122A、122Bの上側に、各枠側板ばね部118A~118Dから固定枠106に渡って、各駆動用上部電極123A~123Dを形成する表面部分と、各検出用圧電素子126A~126Dの上側の揺動軸115方向の両端縁から少し内側の各検出用上部電極127A~127Dを形成する表面部分とを除いた部分にレジスト膜を形成してマスキングする。
その後、白金(Pt)や金(Au)等を0.2μm~0.6μm積層して各駆動用上部電極123A~123D及び各検出用上部電極127A~127Dを形成後、レジスト膜を除去する。例えば、各駆動用上部電極123A~123D及び各検出用上部電極127A~127Dの部分にチタン(Ti)を0.05μm積層し、続いて、その上側に金(Au)を0.3μm積層後、レジスト膜を除去するようにしてもよい。これにより、図20乃至図22に示すように、各駆動用上部電極123A~123D及び各検出用上部電極127A~127Dが、各枠側板ばね部118A~118Dから固定枠106に渡って、それぞれ分離された状態で形成される。
尚、上述した本体部102の製造方法においては、下部電極材料、圧電素子材料、上部電極材料を順に堆積させて、下部電極層、圧電素子層、上部電極層を順に積層し、各下部電極121A、121B、125A~125D、各圧電素子122A、122B、126A~126D、各上部電極123A~123D、127A~127Dを順に形成する物理気相成長法(PVD:Physical Vapor Deposition)を採用した。
物理気相成長法には、例えば、真空中に不活性ガスを導入しながら基板とターゲット間に直流電圧あるいは交流電圧を印加し、イオン化した不活性ガスをターゲットに衝突させて、はじき飛ばされたターゲット物質を基板に成膜させるスパッタリングあるいはナノサイズの微粒子を吹付けることによって成膜を行なうAD法もある。但し、これに限らず、化学気相成長法(CVD:Chemical Vapor Deposition)によって、下部電極層、圧電素子層、上部電極層のうち、少なくとも一つの層を形成してもよい。
[揺動駆動及び動作検出]
次に、光スキャナ101の反射ミラー部108を揺動駆動した場合に、この反射ミラー部108の動作状態を検出する方法について図23に基づいて説明する。図23は反射ミラー部108の揺動駆動及び動作検出の一例を示す説明図である。
次に、光スキャナ101の反射ミラー部108を揺動駆動した場合に、この反射ミラー部108の動作状態を検出する方法について図23に基づいて説明する。図23は反射ミラー部108の揺動駆動及び動作検出の一例を示す説明図である。
図23に示すように、反射ミラー部108を挟んで揺動軸115方向に対向する一対の枠側板ばね部118A、118D上に形成された各圧電素子122A、122Bが駆動源として機能し、振動体110を揺動軸115の回りに捩り振動させて、反射ミラー部108を揺動軸115の回りに揺動させる。また、反射ミラー部108を挟んで各枠側板ばね部118A~118Dのそれぞれに形成された各検出用圧電素子126A~126Dが、動作を検出するセンサとして機能し、反射ミラー部108の揺動振幅を検出する。
尚、反射ミラー部108を挟んで揺動軸115方向に対向する一対の枠側板ばね部118B、118C上に形成された各圧電素子122A、122Bを駆動源としてもよい。また同時に、反射ミラー部108を挟んで各枠側板ばね部118A~118Dのそれぞれに形成された各検出用圧電素子126A~126Dが、動作を検出するセンサとして機能し、反射ミラー部108の揺動振幅を検出するようにしてもよい。
具体的には、枠側板ばね部118A上に形成された下部電極121Aと上部電極123Aとに駆動回路131を介して所定駆動電圧(例えば、約1V~40Vである。)の交番電圧が印加される。それにより、枠側板ばね部118A上に形成された圧電素子122Aには、その印加方向と直交する向き、即ち、長さ方向の変位が発生される。
また、枠側板ばね部118D上に形成された下部電極121Dと上部電極123Dとに駆動回路132を介して、駆動回路131の出力電圧と同位相で同電圧(例えば、約1V~40Vである。)の交番電圧が印加される。それにより、枠側板ばね部118D上に形成された圧電素子122Bには、その印加方向と直交する向き、即ち、長さ方向の変位が発生される。
そして、この変位により、各枠側板ばね部118A、118Dは、固定枠106側を固定端とし、反射ミラー部108側を自由端として、各変位が上向きであるか下向きであるかにより、各自由端が上向き又は下向きに変位する。その結果、反射ミラー部108は、揺動軸115の回りに揺動される。
また同時に、各枠側板ばね部118A、118Dの各自由端が上向き又は下向きに変位することによって、各枠側板ばね部118A、118Dに形成された各検出用圧電素子126A、126Dには、各枠側板ばね部118A、118Dの長さ方向の変位が発生する。それにより、各検出用圧電素子126A、126Dには、各枠側板ばね部118A、118Dの長さ方向と直交する向きに所定電圧(例えば、数mVである。)で、各駆動回路131、132の駆動電源と同位相の交番電圧が発生する。
また同時に、各枠側板ばね部118B、118Cは、固定枠106側を固定端とし、反射ミラー部8側を自由端として、各自由端が、反射ミラー部108の揺動軸115回りの揺動に伴って、各接続部120A、120Bを介して各枠側板ばね部118A、118Dの自由端と反対方向に変位する。それにより、各枠側板ばね部118B、118Cに形成された各検出用圧電素子126B、126Cには、各枠側板ばね部118B、118Cの長さ方向の変位が発生する。これにより、各検出用圧電素子126B、126Cには、各枠側板ばね部118B、118Cの長さ方向と直交する向きに所定電圧(例えば、数mVである。)で、各駆動回路131、132の駆動電源と逆位相の交番電圧が発生する。
従って、図23に示すように、枠側板ばね部118A上に形成された検出用下部電極125Aと検出用上部電極127Aとの間の電圧と、枠側板ばね部118D上に形成された検出用下部電極125Dと検出用上部電極127Dとの間の電圧とを変位検出回路133に入力して、各電圧を加算又は平均する。また、枠側板ばね部118B上に形成された検出用下部電極125Bと検出用上部電極127Bとの間の電圧と、枠側板ばね部118C上に形成された検出用下部電極125Cと検出用上部電極127Cとの間の電圧とを変位検出回路133に入力して、各電圧を加算又は平均する。
そして、各変位検出回路133に入力された各検出用圧電素子126A、126Dの発生電圧と各検出用圧電素子126B、126Cの発生電圧とを差分、加算又は平均することによって、この算出した電圧に基づいて反射ミラー部108の揺動振幅を検出することが可能となる。また、各駆動用下部電極121A、121Bと各検出用下部電極125A~125Dとは、各枠側板ばね部118A~118D上で離間して形成されているため、各駆動回路131、132の接地電位と、各検出用下部電極125A~125Dの接地電位とを電気的に分離することができる。
そして、各駆動回路131、132を駆動制御する不図示の制御回路部に、変位検出回路133で検出した反射ミラー部108の揺動振幅の情報データを入力することによって、この制御回路部は変位検出回路133から入力された情報データに基づいて各駆動回路131、132を駆動制御して、反射ミラー部108の揺動振幅を精密制御することが可能となる。
ここで、光スキャナ101の反射ミラー部108の他の揺動駆動及び動作検出について図24に基づいて説明する。図24は反射ミラー部108の揺動駆動及び動作検出の他の組み合わせの一例を示す組み合わせテーブル141である。
尚、図24においては、説明を簡単にするため、組み合わせテーブル141の下側に示すように、図23に示す状態の各枠側板ばね部118A~118Dを順に梁A、梁B、梁C、梁Dとする。
尚、図24においては、説明を簡単にするため、組み合わせテーブル141の下側に示すように、図23に示す状態の各枠側板ばね部118A~118Dを順に梁A、梁B、梁C、梁Dとする。
図24に示すように、組み合わせテーブル141は、組み合わせの順番を示す「No」と、枠側板ばね部118A上に形成された駆動用下部電極121Aと駆動用上部電極123Aの使用状態を表す「梁Aの駆動電極」と、枠側板ばね部118A上に形成された検出用下部電極125Aと検出用上部電極127Aの使用状態を表す「梁Aの検出電極」と、枠側板ばね部118B上に形成された駆動用下部電極121Aと駆動用上部電極123Bの使用状態を表す「梁Bの駆動電極」と、枠側板ばね部118B上に形成された検出用下部電極125Bと検出用上部電極127Bの使用状態を表す「梁Bの検出電極」と、枠側板ばね部118C上に形成された駆動用下部電極121Bと駆動用上部電極123Cの使用状態を表す「梁Cの駆動電極」と、枠側板ばね部118C上に形成された検出用下部電極125Cと検出用上部電極127Cの使用状態を表す「梁Cの検出電極」と、枠側板ばね部118D上に形成された駆動用下部電極121Bと駆動用上部電極123Dの使用状態を表す「梁Dの駆動電極」と、枠側板ばね部118D上に形成された検出用下部電極125Dと検出用上部電極127Dの使用状態を表す「梁Dの検出電極」とから構成されている。
従って、組み合わせテーブル141の「No1」に示すように、反射ミラー部108を挟んで揺動軸115方向に対向する一対の枠側板ばね部118A、118D上に形成された各下部電極121A、121Bと各上部電極123A、123Dに各駆動回路131、132によって同位相の交番電圧を印加する。そして、各枠側板ばね部118A、118D上に形成された各検出用圧電素子126A、126Dに発生する発生電圧を変位検出回路133に入力する。そして、この変位検出回路133に入力された電圧を加算又は平均することによって、この算出した電圧に基づいて反射ミラー部108の揺動振幅を検出することが可能となる。
また、組み合わせテーブル141の「No2」と「No3」に示すように、反射ミラー部108を挟んで揺動軸115方向に対向する一対の枠側板ばね部118A、118D上に形成された各下部電極121A、121Bと各上部電極123A、123Dに各駆動回路131、132によって同位相の交番電圧を印加する。そして、各枠側板ばね部118A、118D上に形成された各検出用圧電素子126A、126Dに発生する発生電圧を変位検出回路133に入力する。
また同時に、枠側板ばね部118B上に形成される検出用圧電素子126B又は枠側板ばね部118C上に形成される検出用圧電素子126Cのうちの一方に発生する発生電圧を変位検出回路133に入力する。そして、この変位検出回路133に入力された電圧を差分、加算又は平均することによって、この算出した電圧に基づいて反射ミラー部108の揺動振幅を検出することが可能となる。
また、組み合わせテーブル141の「No4」~「No10」に示すように、枠側板ばね部118A上に形成された下部電極121Aと上部電極123Aに駆動回路131によって交番電圧を印加して、反射ミラー部108を揺動軸115回りに揺動する。そして、枠側板ばね部118A上に形成された検出用圧電素子126Aに発生する発生電圧を変位検出回路133に入力する。また同時に、残りの各枠側板ばね部118B~118Dに形成された各検出用圧電素子126B~126Dのうちの1つ又は2つ、若しくは、全部に発生した発生電圧とを変位検出回路133に入力する。そして、この変位検出回路133に入力された電圧を差分、加算又は平均することによって、この算出した電圧に基づいて反射ミラー部108の揺動振幅を検出することが可能となる。
また、組み合わせテーブル141の「No11」に示すように、反射ミラー部108を挟んで対角方向に対向する一対の枠側板ばね部118A、118C上に形成された各下部電極121A、121Bと各上部電極123A、123Cに各駆動回路131、132によって逆位相の交番電圧を印加する。また、各枠側板ばね部118A、118C上に形成された各検出用圧電素子126A、126Cに発生する発生電圧を変位検出回路133に入力する。そして、この変位検出回路133に入力された電圧を差分又は平均することによって、この算出した電圧に基づいて反射ミラー部108の揺動振幅を検出することが可能となる。
更に、組み合わせテーブル141の「No12」に示すように、反射ミラー部108を挟んで対角方向に対向する一対の枠側板ばね部118A、118C上に形成された各下部電極121A、121Bと各上部電極123A、123Cに各駆動回路131、132によって逆位相の交番電圧を印加する。また、各枠側板ばね部118A~118D上に形成された各検出用圧電素子126A~126Dに発生する発生電圧を変位検出回路133に入力する。そして、この変位検出回路133に入力された電圧を差分又は平均することによって、この算出した電圧に基づいて反射ミラー部108の揺動振幅を検出することが可能となる。
尚、組み合わせテーブル141の「No11」において、各枠側板ばね部118A、118C上に形成された各検出用圧電素子126A、126Cに発生する発生電圧を変位検出回路133に入力すると共に、各検出用圧電素子126B、126Dに発生する発生電圧のうちのいずれか一方の発生電圧を変位検出回路133に入力するようにしてもよい。そして、この変位検出回路133に入力された電圧を差分、加算又は平均することによって、この算出した電圧に基づいて反射ミラー部108の揺動振幅を検出することが可能となる。
また、上記組み合わせテーブル141においては、図23に示す状態から各枠側板ばね部118A~118Dを反射ミラー部108を中心として上下反転、左右反転した状態の各枠側板ばね部118A~118Dを順に梁A、梁B、梁C、梁Dとしてもよい。
以上説明した通り、実施例5に係る光スキャナ101では、各枠側板ばね部118A~118D上に形成された各駆動用下部電極121A、121Bと各検出用下部電極125A~125Dとは、離間して形成されている。これにより、駆動電圧を印加した各駆動用圧電素子122A、122Bの接地電位と各検出用圧電素子126A~126Dの接地電位とを切り離すことができるため、反射ミラー部108の揺動軸115回りの揺動振幅を、駆動電圧を印加していない各検出用圧電素子126A~126Dの発生電圧によって検出する場合に、駆動電圧との電圧差による接地電位のノイズの干渉を避け、検出精度の向上を図ることが可能となる。
また、各枠側板ばね部118A~118D上に各駆動用下部電極121A、121Bと各検出用下部電極125A~125Dとを、反射ミラー部108に対して左右対称に構成することができ、成形歪みを押さえることが可能となる。また、各検出用圧電素子126A~126Dが各枠側板ばね部118A~118Dのそれぞれに設けられているため、各枠側板ばね部118A~118Dのうちの任意のものの歪み量を測定することが可能となる。
また、反射ミラー部108を挟んで揺動軸115方向に対向する各枠側板ばね部118A、118Dに形成される各駆動用圧電素子122A、122Bに同位相の交番電圧を印加して駆動すると共に、各検出用圧電素子126A、126Dに発生する発生電圧を検出することが可能となる。これにより、駆動されている各枠側板ばね部118A、118Dの実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。
また、各枠側板ばね部118A、118Dに形成される各駆動用圧電素子122A、122Bに同位相の交番電圧を印加して駆動すると共に、各枠側板ばね部118A~118D上に形成された各検出用圧電素子126A、126Dに発生する発生電圧と、各検出用圧電素子126B、126Cのうちの少なくとも一方に発生する発生電圧とを変位検出回路133に入力することが可能となる。これにより、この変位検出回路133に入力された電圧を差分、加算又は平均することによって、この算出した電圧に基づいて反射ミラー部108の揺動振幅を検出する検出精度の向上を図ることが可能となる。
また、枠側板ばね部118A上に形成された駆動用圧電素子122Aに交番電圧を印加して、反射ミラー部108を揺動軸115回りに揺動する。そして、枠側板ばね部118A上に形成された検出用圧電素子126Aに発生する発生電圧と、各枠側板ばね部118B~118D上に形成された各検出用圧電素子126B~126Dのうちの少なくとも1つに発生する発生電圧とを変位検出回路133に入力する。
これにより、この変位検出回路133に入力された電圧を差分、加算又は平均することによって、この算出した電圧に基づいて反射ミラー部108の揺動振幅を検出する検出精度の向上を図ることが可能となる。また、枠側板ばね部118Aの実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。
また、反射ミラー部108を挟んで対角方向に対向する各枠側板ばね部118A、118Cに形成された各駆動用圧電素子122A、122Bに逆位相の交番電圧を印加して、反射ミラー部108を揺動軸115回りに揺動すると共に、各検出用圧電素子126A、126Cに発生する発生電圧を検出することが可能となる。これにより、駆動されている各枠側板ばね部118A、118Cの実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。
更に、反射ミラー部108を挟んで対角方向に対向する各枠側板ばね部118A、118Cに形成された各駆動用圧電素子122A、122Bに逆位相の交番電圧を印加して駆動すると共に、各枠側板ばね部118A~118D上に形成された各検出用圧電素子126A、126Cに発生する発生電圧と、各検出用圧電素子126B、126Dのうちの少なくとも一方に発生する発生電圧とを変位検出回路133に入力することが可能となる。これにより、この変位検出回路133に入力された電圧を差分、加算又は平均することによって、この算出した電圧に基づいて反射ミラー部108の揺動振幅を検出する検出精度の向上を図ることが可能となる。
尚、本発明は前記実施例1乃至実施例5に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
例えば、上記実施例5において、各検出用下部電極125A~125Dのうちのすくなくとも1つを形成し、この形成された検出用下部電極上に検出用圧電素子及び検出用上部電極を積層して形成するようにしてもよい。これにより、駆動電圧を印加する各駆動用圧電素子122A、122Bの接地電位と検出用圧電素子の接地電位とを切り離すことができ、駆動電圧との電圧差による接地電位のノイズの干渉を避け、検出用圧電素子に発生した発生電圧に基づいて反射ミラー部108の揺動振幅を検出することが可能となる。
Claims (14)
- ミラー部を揺動軸回りに変位駆動して所定方向に光を走査する光スキャナにおいて、
前記ミラー部の揺動軸方向両側にそれぞれ連結されて揺動軸に対して対称に配置される各一対の弾性部と、
前記各一対の弾性部の外側端縁部が連結される固定枠と、
前記各一対の弾性部の表面部から前記固定枠の表面部に渡って積層された一対の下部電極と、
前記一対の下部電極上にそれぞれ前記各一対の弾性部の上側を含むように積層された一対の圧電素子と、
前記一対の圧電素子上にそれぞれ前記各一対の弾性部毎に分割されて積層された各一対の上部電極と、
を備え、
前記一対の下部電極は、前記各一対の上部電極に対応するようにそれぞれ分割されていることを特徴とする光スキャナ。 - 前記一対の圧電素子は、前記各一対の弾性部の個々の弾性部に対応するようにそれぞれ分割されていることを特徴とする請求項1に記載の光スキャナ。
- 前記各一対の弾性部のうちの前記ミラー部の片側に設けられた一対の弾性部のうちの一方の弾性部に形成された圧電素子にのみ駆動電圧を印加し、該各一対の弾性部のうちの残り3つの弾性部に形成された各圧電素子のうちの少なくとも1つの圧電素子に発生する電圧又は電流を検出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光スキャナ。
- 前記各一対の弾性部のうちの前記ミラー部を挟んで前記揺動軸方向に対向する一方の対向位置に配置される各弾性部に形成された各圧電素子に互いに同位相となる駆動電圧を印可し、他方の対向位置に配置される各弾性部に形成された各圧電素子のうちの少なくとも1つの圧電素子に発生する電圧又は電流を検出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光スキャナ。
- 前記各一対の弾性部のうちの前記ミラー部を挟んで対角方向に対向する一方の対角位置に配置される各弾性部に形成された各圧電素子に互いに逆位相となる駆動電圧を印可し、各他方の対角位置に配置される各弾性部に形成された各圧電素子のうちの少なくとも1つの圧電素子に発生する電圧又は電流を検出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光スキャナ。
- ミラー部を揺動軸回りに変位駆動して所定方向に光を走査する光スキャナの製造方法において、
前記ミラー部の揺動軸方向両側にそれぞれ連結されて揺動軸に対して対称に配置される各一対の弾性部と前記各一対の弾性部の外側端縁部が連結される固定枠とを形成する基材形成工程と、
前記各一対の弾性部の表面部から前記固定枠の表面部に渡って一対の下部電極を積層する下部電極形成工程と、
前記一対の下部電極上にそれぞれ前記各一対の弾性部の上側を含むように一対の圧電素子を積層する圧電素子形成工程と、
前記一対の圧電素子上にそれぞれ前記各一対の弾性部毎に分割された各一対の上部電極を積層する上部電極積層工程と、
を備え、
前記一対の下部電極は、前記各一対の上部電極に対応するようにそれぞれ分割されていることを特徴とする光スキャナの製造方法。 - 前記一対の圧電素子は、前記各一対の弾性部の個々の弾性部に対応するようにそれぞれ分割されていることを特徴とする請求項6に記載の光スキャナの製造方法。
- ミラー部を揺動軸回りに変位駆動して所定方向に光を走査する光スキャナにおいて、
前記ミラー部の揺動軸方向両側にそれぞれ連結されて揺動軸に対して対称に配置される各一対の弾性部と、
前記各一対の弾性部の外側端縁部が連結される固定枠と、
前記各一対の弾性部の表面部から前記固定枠の表面部に渡って積層された一対の駆動用下部電極と、
前記各一対の弾性部のうちの少なくとも1つの弾性部の表面部に前記駆動用下部電極に対して前記ミラー部側へ離間して積層された検出用下部電極と、
前記一対の駆動用下部電極上にそれぞれ前記各一対の弾性部から前記固定枠に渡って積層された一対の駆動用圧電素子と、
前記検出用下部電極上に積層された検出用圧電素子と、
前記一対の駆動用圧電素子上にそれぞれ前記各一対の弾性部毎に分割されて積層された各一対の駆動用上部電極と、
前記検出用圧電素子上に積層された検出用上部電極と、
を備えたことを特徴とする光スキャナ。 - 前記検出用下部電極と前記検出用圧電素子と前記検出用上部電極とは、前記各一対の弾性部のそれぞれの表面部に積層されていることを特徴とする請求項8に記載の光スキャナ。
- 前記各一対の弾性部のうちの前記ミラー部の片側に設けられた一対の弾性部のうちの一方の弾性部に形成された駆動用圧電素子にのみ駆動電圧を印加し、該各一対の弾性部に形成された各検出用圧電素子のうちの前記一方の弾性部に形成された検出用圧電素子を含む少なくとも1つの検出用圧電素子に発生する電圧又は電流を検出することを特徴とする請求項9に記載の光スキャナ。
- 前記各一対の弾性部のうちの前記ミラー部を挟んで前記揺動軸方向に対向する一方の対向位置に配置される各弾性部に形成された各駆動用圧電素子に互いに同位相となる駆動電圧を印加し、該各一対の弾性部に形成された各検出用圧電素子のうちの前記一方の対向位置に配置される各弾性部に形成された一対の検出用圧電素子を含む少なくとも2つの検出用圧電素子に発生する電圧又は電流を検出することを特徴とする請求項9に記載の光スキャナ。
- 前記各一対の弾性部のうちの前記ミラー部を挟んで対角方向に対向する一方の対角位置に配置される各弾性部に形成された各圧電素子に互いに逆位相となる駆動電圧を印加し、該各一対の弾性部に形成された各検出用圧電素子のうちの前記一方の対角位置に配置される各弾性部に形成された一対の検出用圧電素子を含む少なくとも2つの検出用圧電素子に発生する電圧又は電流を検出することを特徴とする請求項9に記載の光スキャナ。
- ミラー部を揺動軸回りに変位駆動して所定方向に光を走査する光スキャナの製造方法において、
前記ミラー部の揺動軸方向両側にそれぞれ連結されて揺動軸に対して対称に配置される各一対の弾性部と前記各一対の弾性部の外側端縁部が連結される固定枠とを形成する基材形成工程と、
前記各一対の弾性部の表面部から前記固定枠の表面部に渡って配置される一対の駆動用下部電極と該各一対の弾性部のうちの少なくとも1つの弾性部の表面部に前記駆動用下部電極に対して前記ミラー部側へ離間して配置された検出用下部電極とを積層する下部電極形成工程と、
前記一対の駆動用下部電極上にそれぞれ前記各一対の弾性部から前記固定枠に渡って配置される一対の駆動用圧電素子と前記検出用下部電極上に配置される検出用圧電素子とを積層する圧電素子形成工程と、
前記一対の駆動用圧電素子上にそれぞれ前記各一対の弾性部毎に分割されて配置された各一対の駆動用上部電極と前記検出用圧電素子上に配置された検出用上部電極とを積層する上部電極形成工程と、
を備えたことを特徴とする光スキャナの製造方法。 - 前記検出用下部電極と前記検出用圧電素子と前記検出用上部電極とは、前記各一対の弾性部のそれぞれの表面部に積層されていることを特徴とする請求項13に記載の光スキャナの製造方法。
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