JP7108477B2

JP7108477B2 - 光偏向器

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Publication number: JP7108477B2
Application number: JP2018117689A
Authority: JP
Inventors: 誠櫻井; 直渡辺; 慶太秋山; 優志竹原; 孝明小山; 友隆浅利
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2022-07-28
Anticipated expiration: 2038-06-21
Also published as: JP2019219549A

Description

本発明は、圧電駆動方式の光偏向器に関する。

従来、スキャナやピコプロジェクタでレーザ光を走査するため、ミラー部を回転軸線周りに往復回転させて、光源から入射した光をミラー部で反射させて出射するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型の光偏向器が知られている。

例えば、下記の特許文献１の圧電アクチュエータは、下層から順に基板としてのＳｉ層、層間絶縁膜としてのＳｉＯ_２層、電極密着膜としてのＴｉ層、下部電極膜としてのＰｔ層、圧電膜としてのＰＺＴ層、上部電極膜としてのＰｔ層、電極密着膜としてのＴｉ層、パッシベーション膜としてのＳｉＮ層を有する（段落００６１、図７）。

ここで、パッシベーション膜（窒化膜）は、配線が湿度や温度の影響で腐食することを防止するため、配線、圧電膜等の上面及び側面を被覆し、保護する構造となっている。

特開２０１５－１６９７４５号公報

しかしながら、窒化膜が接触する基板表面（例えば、Ｓｉ活性層等）は、窒化膜との密着性が低下する傾向にある。特に、幅員が減少し、構造的に捩じり応力が加わる部分に配線を通す場合には、捩じり応力による回転方向の変位が生ずるため、窒化膜を原因とする亀裂剥離が発生しやすい。

特許文献１の光偏向器では、ミラー部の水平方向走査用センサの配線が損傷した場合、センサから信号を精度良く取り出すことができず、ミラー部の振れ角を正確に制御できないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、応力がかかる部分の配線の亀裂剥離の発生を抑制した光偏向器を提供することを目的とする。

第１発明の光偏向器は、光を反射するミラー部と、前記ミラー部を包囲するように設けられ、内側枠体と外側枠体との二重構造を有する枠体と、前記ミラー部の中心を通る第１軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合され、他端部が前記枠体と結合される１対のトーションバーと、前記枠体を支持する支持体と、前記トーションバーを前記第１軸線の周りに往復回転させ、かつ、少なくとも一部分が前記枠体と結合された第１圧電アクチュエータと、前記枠体内に設けられて、前記第１圧電アクチュエータの変形量に応じた電圧を検出する圧電センサと、を備える光偏向器であって、
前記枠体の前記第１軸線に沿って前記トーションバーの前記他端部側から前記枠体の外側端部まで延在する第１延在部には、薄膜を積層した積層構造で構成され、前記圧電センサ又は前記第１圧電アクチュエータと接続され、前記第１延在部を通って前記支持体に延びる配線と、前記内側枠体と前記外側枠体とを接続する接続部と、が設けられ、
前記積層構造は、前記枠体を構成する基板の一面側に形成された絶縁膜、前記絶縁膜の上面に形成された層間膜、前記層間膜の上面に形成された電極膜及び前記電極膜を被覆する外層膜を有し、少なくとも前記接続部において、前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることを特徴とする。

本発明の光偏向器は、第１圧電アクチュエータを駆動させることでトーションバーを第１軸線の周りに往復回転させ、トーションバーと結合したミラー部を動作させる。これにより、ミラー部は、半導体レーザ等の光を様々な方向に反射させることができる。このとき、圧電センサは第１圧電アクチュエータの変形量を検出しているので、ミラー部の振れ角を取得することができる。

また、圧電センサと接続された配線は、枠体の一面側に形成された絶縁膜、その上面側の層間膜、その上面側の電極膜、電極膜を被覆する外層膜からなる積層構造であるが、第１軸線に沿ってトーションバーの他端部側の領域から枠体の外側端部まで延在する第１延在部、特に内側枠体と前記外側枠体とを接続する接続部においては、配線の外層膜が基板に接触しないように形成されている。

絶縁膜は、外層膜よりも高い密着性を確保することができ、応力が生じても剥がれ難い。これにより、第１延在部の外層膜に起因する亀裂剥離の発生を抑制することができる。

また、第１発明の光偏向器において、前記第１延在部から前記外側枠体の形状に沿った方向に延びる前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることが好ましい。

圧電センサの配線は、第１延在部から外側枠体の形状に沿った方向に延びているため、第１軸線とは異なる方向の配線も含まれる。本発明では、第１延在部の第１軸線とは異なる方向の配線であっても、外層膜が基板に接触しないように形成する。これにより、配線の信頼性をさらに高めることができる。

また、第１発明の光偏向器において、前記ミラー部を、該ミラー部の中心を通り前記第１軸線と同一平面上で直交する第２軸線の周りに往復回転させるための第２圧電アクチュエータを備え、前記第２圧電アクチュエータは、複数の圧電カンチレバーが、前記第２軸線上に該圧電カンチレバーの長手方向が隣り合うように並べて配置され、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部が機械的に連結されていることが好ましい。

ミラー部を第２軸線の周りに往復回転させる第２圧電アクチュエータは、複数の圧電カンチレバーにより構成されている。圧電カンチレバーは、第２軸線上に圧電カンチレバーの長手方向が隣り合うように並べて配置されているので、それぞれの圧電カンチレバーは、電圧を印加したとき第２軸線の周りに屈曲変形する。

また、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部が機械的に連結されているので、屈曲変形を累積させてミラー部の回転を大きくすることができる。これにより、第１、第２圧電アクチュエータを駆動させて光を２次元的に走査可能な光偏向器を実現することができる。

第２発明の光偏向器は、光を反射するミラー部と、前記ミラー部を包囲するように設けられ、内側枠体と外側枠体との二重構造を有する枠体と、前記ミラー部の中心を通る第１軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合され、他端部が前記枠体と結合される１対のトーションバーと、前記トーションバーを前記第１軸線の周りに往復回転させ、かつ、少なくとも一部分が前記枠体と結合された第１圧電アクチュエータと、前記ミラー部を、該ミラー部の中心を通り前記第１軸線と同一平面上で直交する第２軸線の周りに往復回転させるための第２圧電アクチュエータと、前記第１圧電アクチュエータの変形量に応じた電圧を検出する圧電センサと、を備え、
前記第２圧電アクチュエータは、複数の圧電カンチレバーが、前記第２軸線上に該圧電カンチレバーの長手方向が隣り合うように並べて配置され、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部が機械的に連結される光偏向器であって、
前記枠体の前記第２軸線に沿って前記内側枠体の外側端部から前記第２圧電アクチュエータを構成する最も前記枠体側の前記圧電カンチレバーまで延在する第２延在部は、薄膜を積層した積層構造で構成され、前記圧電センサ、前記第１圧電アクチュエータ又は第２アクチュエータと接続された配線を有し、
前記第２延在部に圧電膜と該圧電膜の電極膜がなく、前記配線のみが存在する場合、前記積層構造は、前記枠体を構成する基板の一面側に形成された絶縁膜、前記絶縁膜の上面に形成された層間膜、前記層間膜の上面に形成された電極膜及び前記電極膜を被覆する外層膜を有し、前記第２延在部において、前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることを特徴とする。

第２発明の光偏向器において、第２軸線に沿って内側枠体の外側端部から第２圧電アクチュエータを構成する最も前記枠体側の前記圧電カンチレバーまで延在する第２延在部については、第２圧電アクチュエータが駆動したとき、最も変位が大きい部分である。従って、第２延在部において、圧電センサ、第１圧電アクチュエータ又は第２アクチュエータと接続された配線の外層膜が基板に接触しないように形成することで、配線の信頼性を高めることができる。

第３発明の光偏向器は、光を反射するミラー部と、前記ミラー部を包囲するように設けられた枠体と、前記ミラー部の中心を通る第１軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合され、他端部が前記枠体と結合される１対のトーションバーと、前記トーションバーを前記第１軸線の周りに往復回転させ、かつ、少なくとも一部分が前記枠体と結合された第１圧電アクチュエータと、前記ミラー部を、該ミラー部の中心を通り前記第１軸線と同一平面上で直交する第２軸線の周りに往復回転させるための第２圧電アクチュエータと、前記第１圧電アクチュエータの変形量に応じた電圧を検出する圧電センサと、を備え、前記第２圧電アクチュエータは、複数の圧電カンチレバーが、前記第２軸線上に該圧電カンチレバーの長手方向が隣り合うように並べて配置され、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部が機械的に連結される光偏向器であって、
薄膜を積層した積層構造で構成され、前記圧電センサ、前記第１圧電アクチュエータ又は第２アクチュエータと接続された配線をさらに備え、
前記圧電カンチレバーの折り返し部分に圧電膜と該圧電膜の電極膜がなく、前記配線のみが存在する場合、前記積層構造は、前記圧電カンチレバーの折り返し部分を構成する基板の一面側に形成された絶縁膜、前記絶縁膜の上面に形成された層間膜、前記層間膜の上面に形成された電極膜及び前記電極膜を被覆する外層膜を有し、前記圧電カンチレバーの折り返し部分において、前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることを特徴とする。

第３発明の光偏向器において、第２圧電アクチュエータの圧電カンチレバーの折り返し部分を圧電センサ、第１圧電アクチュエータ又は第２アクチュエータと接続された配線が通過する場合、配線の外層膜が基板に接触しないように形成する。これにより、配線の信頼性をさらに高めることができる。

光スキャナモジュールの構成図。本発明の光偏向器の斜視図。蛇腹状圧電アクチュエータの動作を説明する図（駆動前）。蛇腹状圧電アクチュエータの動作を説明する図（駆動後）。図２の領域Ｒ（圧電センサの配置部分）の拡大図。信号配線の断面図（従来例）。図４の信号配線のＶ－Ｖ断面図。一部の圧電膜を除去した光偏向器の拡大図（１）。一部の圧電膜を除去した光偏向器の拡大図（２）。ミラー部の駆動試験の結果を示す図。配線が領域Ｕ’を通過する構成を説明する図。

初めに、図１を参照して、光スキャナモジュールの構成を説明する。

光スキャナモジュール１は、例えば、ピコプロジェクタ、ＬｉＤＡＲ(Light Detection and Randing）、ヘッドランプ等に用いられる部品であり、主に光偏向器２、レーザ光源３及び制御装置５で構成される。

本発明の実施形態の光偏向器２は、半導体プロセスやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用して作製され、一定の方向から入射する光を回転するマイクロミラーで反射し、走査光として出射する。

光偏向器２のインナーフレームである可動枠８（本発明の「枠体」）には、ミラー部９、圧電アクチュエータ１０、トーションバー１３等が設けられている。レーザ光源３から入射するレーザ光４ａは，ミラー部９で反射され、反射光（レーザ光４ｂ）が、例えば、ピコプロジェクタの投影面を走査する。

このとき、制御装置５は、可動枠８及びレーザ光源３に制御信号を送信する。この制御信号により可動枠８内の圧電アクチュエータ１０が駆動され、これと結合したトーションバー１３が捩れることで、ミラー部９を回転させる。また、レーザ光源３のレーザ光４ａは、制御信号によりオン、オフや輝度が制御される。

次に、図２を参照して、光偏向器の詳細について説明する。

ミラー部９は、初期状態において、中心Ｏから正面側に延び出す法線を、光偏向器２において、まっすぐ前方に向けて配設されている。ミラー部９は、Ｙ軸（本発明の「第１軸線」）方向のトーションバー１３に支持され、可動枠８の中心に配設されている。

ミラー部９の反射面は、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ等の金属薄膜を、例えば、スパッタ法や電子ビーム蒸着法により形成する。なお、ミラー部９の形状は円形に限られず、楕円形やその他の形状であってもよい。

図示するように、可動枠８は、内側枠体８ａと外側枠体８ｂとの二重構造を有する。圧電アクチュエータ１０は、正面視左側の半環状圧電アクチュエータ１０ａ、正面視右側の半環状圧電アクチュエータ１０ｂとで構成され、内側枠体８ａの上面に形成されている。すなわち、内側枠体８ａは、複数の圧電体部が環状に並んで配置された環状の駆動部である。半環状圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂは、例えば、並んで配列された３つの部分から構成することができる。

また、トーションバー１３は、正面視上側のトーションバー１３ａと、正面視下側のトーションバー１３ｂとで構成されている。トーションバー１３ａ，１３ｂは、一端部がミラー部９、他端部が内側枠体８ａと結合している。トーションバー１３ａ，１３ｂがこのように結合していることで、ミラー部９のＹ軸方向の往復回転が安定する。

半環状圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂ（本発明の「第１圧電アクチュエータ」）を備える内側枠体８ａは、ミラー部９を外側から包囲するように配設されている。半環状圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを備える内側枠体８ａは、Ｙ軸上でトーションバー１３ａ，１３ｂと結合し、外側枠体８ｂとも結合している。

半環状圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂは、半導体プロセスにより、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電膜を下部電極及び上部電極で挟み込んだ構造となっている。下部電極、上部電極を介して圧電膜に電圧を印加することで、半環状圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂを屈曲変形させ、トーションバー１３ａ，１３ｂを捩るという仕組みである。

光偏向器２では、外枠支持体１１の中央に可動枠８が配設され、可動枠８の両脇には、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ，６ｂ（本発明の「第２圧電アクチュエータ」）が配設されている。蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ，６ｂは、外側枠体８ｂ（領域Ｓ）及び外枠支持体１１のＸ軸（本発明の「第２軸線）上の端部と結合している。なお、Ｘ軸上においては、内側枠体８ａと外側枠体８ｂとが結合している。

詳細は後述するが、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ，６ｂは、複数のカンチレバーを長手方向が隣り合う向きに並べて、上下方向端部で折り返して直列結合した構造になっている。蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ，６ｂを駆動させることにより、可動枠８がＸ軸の周りを往復回動する。

この結果、光偏向器２は、レーザ光４ａをミラー部９で反射する際、光を光偏向器２の前方に出射して、さらにＸ軸方向とＹ軸方向の２方向に走査することができる。

外枠支持体１１の正面視左側には、電極パッド７ａ－１～７ａ－８（以下、電極パッド７ａという）が配設され、外枠支持体１１の正面視右側には、電極パッドｂ－１～７ｂ－８（以下、電極パッド７ｂという）が配設されている。電極パッド７ａ，７ｂは、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ，６ｂ及び半環状圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの各電極に駆動電圧を印加できるように電気的に接続されている。

次に、図３Ａ、図３Ｂを参照して、蛇腹状圧電アクチュエータの動作を説明する。

上述したように、実施形態の光偏向器２は、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ，６ｂを動作させることにより、ミラー部９のＸ軸方向の往復回転を可能としている。

図３Ａは、光偏向器２を正面側から見たとき、左側に配設される蛇腹状圧電アクチュエータ６ａを切り出した図である。蛇腹状圧電アクチュエータ６ａは、圧電カンチレバーを５つ並べた形状である。各圧電カンチレバーは、主に圧電膜とそれを挟む電極膜とで構成される。以下では、可動枠８から離れた方より順に、圧電カンチレバー６ａ（１），６ａ（２），６ａ（３），６ａ（４），６ａ（５）と呼ぶ。

例えば、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａにおいて、奇数番目の圧電カンチレバー６ａ（１），６ａ（３），６ａ（５）に第１の電圧を印加する。また、偶数番目の圧電カンチレバー６ａ（２），６ａ（４）に、第１の電圧とは逆位相の第２の電圧を印加する。

このようにすることで、図３Ｂに示すように、奇数番目の圧電カンチレバー６ａ（１），６ａ（３），６ａ（５）を下方向に屈曲変位させ、偶数番目の圧電カンチレバー６ａ（２），６ａ（４）を上方向に屈曲変位させることができる。なお、圧電カンチレバー６ａ（１）は、５つの圧電カンチレバーの中で最も幅が広く、また、外枠支持体１１に接続しているため、ほとんど屈曲しない。

図示しないが、蛇腹状圧電アクチュエータ６ｂについては、可動枠８に近い方より順に、圧電カンチレバー６ｂ（１），６ｂ（２），６ｂ（３），６ｂ（４），６ｂ（５）とする。このとき、奇数番目の圧電カンチレバー６ｂ（１），６ｂ（３），６ｂ（５）を下方向に屈曲変位させ、偶数番目の圧電カンチレバー６ｂ（２），６ｂ（４）を上方向に屈曲変位させることができる。

これにより、ミラー部９の正面視下側（トーションバー１３ｂ側）よりミラー部９の上側（トーションバー１３ａ側）が低くなる（上側が図中のＺ軸方向に動く）ように、ミラー部９を変位させることができる。このようにして、ミラー部９をＸ軸方向の様々な角度にセットすることができる。

次に、図４を参照して、ミラー部の振れ角を検出する圧電センサについて説明する。図４は、図２の領域Ｒの拡大図、すなわち、可動枠８内の圧電センサの配置部を示している。

圧電センサ３０ａ，３０ｂは水平方向走査用センサ（Ｈセンサ）であり、トーションバー１３ｂと半環状圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂとの結合部に跨る位置に配設されている。

圧電センサ３０ａ、圧電センサ３０ｂからは、位相は異なるが、ほぼ同じ数値の値を取得することができる。なお、圧電センサは少なくても１つあれば半環状圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの歪みを検出することができる。

圧電センサ３０ａ，３０ｂは、複数の圧電体部からなる半環状圧電アクチュエータ１０ａを備える内側枠体８ａの変位に応じた電圧を検出する。これにより、ミラー部９の振れ角を位相遅れなく検出することができる。

内側枠体８ａの変位は、圧電センサ３０ａと接続された信号配線３２ａから電極パッド７ｂを構成する電極の１つに送られる。また、内側枠体８ａの変位は、圧電センサ３０ｂと接続された信号配線３２ｂからも電極パッド７ｂを構成する電極の１つに送られる。

信号配線３２ａ，３２ｂは、外側枠体８ｂの形状に沿った一方向に延びて、外側枠体８ｂと蛇腹状圧電アクチュエータ６ｂとを接続する部分（図２の領域Ｓ）から蛇腹状圧電アクチュエータ６ｂの積層構造の配線層を通過して、電極パッド７ｂに接続される。なお、圧電センサ３０ａ，３０ｂを構成する下部電極は、半環状圧電アクチュエータ１０ａ，１０ｂの下部電極と一体の連続膜であって、接地（共通ＧＮＤ）されている。

圧電センサ３０ａ，３０ｂのセンサ信号は、電極パッド７ｂを介して制御装置５（図１参照）に送られる。これにより、制御装置５は、リアルタイムでミラー部９の振れ角をフィードバックして制御することができる。

ここで、トーションバー１３ｂから内側枠体８ａを越えて、外側枠体８ｂまで延在している領域Ｕ（本発明の「第１延在部」）については、ミラー部９が回転するとき最も応力がかかる部分である。さらに、信号配線３２ａ，３２ｂを保護する外層膜（ＳｉＮ層）は、基板表面のＳｉ活性層との密着性が低い。詳細は後述するが、この部分の配線剥離を原因に断線が生じないように、外層膜が基板表面（Ｓｉ活性層）を被覆しない。すなわち、外層膜と基板表面（Ｓｉ活性層）とが離間した状態となっている。

次に、図５Ａ、図５Ｂを参照して、信号配線の断面構造について説明する。

まず、図５Ａに従来の信号配線（信号配線３１という）の断面構造を示す。信号配線３１は、下層から順に基板２０（表面はＳｉ活性層）、熱酸化絶縁膜（本発明の「絶縁膜」）としてのＳｉＯ_ｘ層２２、層間膜としてのＳｉＮ層２４、配線の電極膜としてのＡｌＮｄ層２６、配線層を被覆して保護する外層膜（パッシべーション膜）としてのＳｉＮ層２８を有する。なお、基板２０は、図４では、圧電アクチュエータや圧電センサ等の構造が形成されていない部分である。

図示するように、ＳｉＮ層２８は、ＡｌＮｄ層２６だけでなく、ＳｉＮ層２４の上面及び側面、ＳｉＯ_ｘ層２２の側面、基板２０のＳｉ活性層の上面を被覆するように成膜されている。上述したように、ＳｉＮ層２８と基板２０のＳｉ活性層とは密着性が低いことに加え、領域Ｕでは配線の幅員が減少し、トーションバー１３ｂによる捩り応力が生じるため、亀裂剥離が発生しやすい。

次に、図５Ｂに図４の信号配線３２ａの断面（Ｖ－Ｖ断面）構造を示す。信号配線３２ａが下層から順に基板２０（Ｓｉ活性層）、ＳｉＯ_ｘ層２２、ＳｉＮ層２４、ＡｌＮｄ層２６、ＳｉＮ層２８を有する点は同じである。しかし、本発明では、領域Ｕの信号配線３２ａ，３２ｂ（外側枠体８ｂの形状に沿った信号配線の一部を含む）に限り、ＳｉＮ層２８が直接Ｓｉ活性層に接触する部分をドライエッチングにより除去して、両方の膜が離間した構造としている。

ドライエッチングの工程でエッチングパターンが従来と異なるだけで、工程が増加するものではない。なお、ＳｉＮ層２８が直接Ｓｉ活性層に接触しないようにすればよいので、ＳｉＯ_ｘ層２２の側面の一部までは被覆していてもよい。また、ＳｉＮ層２８とＳｉ活性層とが直接接触しないように、基板２０（Ｓｉ活性層）の上面に、ＳｉＮ層２８と密着性が良い介在層を成膜しておくようにしてもよい。

通常、ＳｉＯ_ｘ層２２は、高温でＳｉを酸化させて成膜することから、プラズマＣＶＤ等で成膜するＳｉＮ層２８よりも高い密着性を確保することができ、応力が生じても剥離が発生し難い。これにより、Ｓｉ活性層とＳｉＮ層２８との間の亀裂剥離を抑制することができるので、圧電センサ３０ａ，３０ｂのセンサ信号を精度良く取り出して、ミラー部９を正確に制御することができる。

今回、領域Ｕにある信号配線３２ａ，３２ｂについて、ＳｉＮ層２８が基板２０のＳｉ活性層を被覆しない構造としたが、これに限られるものではない。信号配線３２ａ，３２ｂは、図２の領域Ｓを通過させて電極パッド７ｂの方向に引き回すが、Ｘ軸上の領域Ｓは、蛇腹状圧電アクチュエータ６ｂによる変位が大きい部分である。

図６Ａは、可動枠８と蛇腹状圧電アクチュエータ６ｂとを接続する部分の圧電膜を除去した光偏向器において、図２の領域Ｓに相当する部分を示している。この領域（本発明の「第２延在部」）の信号配線３２ａ，３２ｂ、配線３３についても、ＳｉＮ層２８が基板２０のＳｉ活性層を被覆しない構造としてもよい。これにより、信号配線の信頼性さらに高めることができる。

また、図２の領域Ｔは、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａ，６ｂの折り返し部分まで圧電膜で被覆されているが、この部分の圧電膜は必須ではない。図６Ｂは、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａの折り返し部分の圧電膜を除去した光偏向器において、図２の領域Ｔに相当する部分を示している。この領域（本発明の「折り返し部分」）には、蛇腹状圧電アクチュエータ６ａに駆動電圧を印加する配線及び圧電センサの検知電圧を出力する配線（配線３４ａ～３４ｄ）が設けられているが、それらの配線の外層膜であるＳｉＮ層２８が基板２０のＳｉ活性層を被覆しない構造としてもよい。

次に、図７を参照して、光偏向器のミラー部を駆動させ、信号配線の従来の構造と本発明の構造とを比較した試験結果を示す。

まず、ミラー部を共振周波数により振れ角を±１３°として、１２時間駆動させた場合には、信号配線の従来の構造、本発明の構造ともに、外層膜（ＳｉＮ層）の剥離が生じなかった。

一方、ミラー部を共振周波数により振れ角を±１８°として、１２時間駆動させた場合には、本発明の信号配線は剥離を生じなかったが、従来の構造の信号配線では剥離が生じた。これにより、本発明の信号配線の構造は、一定の信頼性があることが確認された。

上述の実施形態は一例に過ぎず、様々な変更形態が考えられる。信号配線３２ａ，３２ｂの積層構造は一例であって、電極密着膜や層間絶縁膜が適宜設けられていてもよい。

図４において、信号配線３２ａ，３２ｂは何れも右方向に引き回されていたが、左方向でもよいし、左右に１本ずつ分かれていてもよい。また、圧電センサ３０ａ，３０ｂの位置もトーションバー１３ｂ側に限られず、トーションバー１３ａ側にあってもよい。

また、上述の実施形態では、主に圧電センサの信号配線についてＳｉＮ層が基板のＳｉ活性層を被覆しない構造としたが、図６Ｂに示したように、圧電アクチュエータに駆動電圧を印加する配線についても同じである。なお、圧電アクチュエータの配線は、領域Ｓや領域Ｔ（図２参照）を通過し、場合によっては領域Ｕ(図４参照)も通過するので、これらの配線について圧電センサの信号配線と同様に加工すればよい。

例えば、図８は、圧電アクチュエータに駆動電圧を印加する配線が領域Ｕ’を通過する構成を示している。なお、図中の配線は、実際には圧電膜（模様有り部分）の下層に配置されている。

領域Ｕ’は上述の領域Ｕと対称の位置、すなわち、トーションバー１３ａから内側枠体８ａを越えて、外側枠体８ｂまで延在する領域である。上述した通り、領域Ｕ’を通過する圧電アクチュエータの配線３５ａ，３５ｂは、圧電センサの信号配線３６と同様に可動枠８の一面側に形成される。

配線３５ａ，３５ｂは、基板表面のＳｉ活性層上の、熱酸化絶縁膜（本発明の「絶縁膜」）としてのＳｉＯ_ｘ層、層間膜としてのＳｉＮ層、配線の電極膜としてのＡｌＮｄ層、配線層を被覆して保護する外層膜（パッシベーション膜）としてのＳｉＮ層からなる積層構造を有する。そして、配線３５ａ，３５ｂは、外層膜のＳｉＮ層が可動枠８（基板２０のＳｉ活性層）を被覆しない構造となっている。

図中の領域Ｓ，Ｓ’や領域Ｔ，Ｔ’（特に、枠体や圧電カンチレバーの折り返し部分が圧電膜で覆われていない場合）も同様に、圧電アクチュエータの配線の外層膜が、枠体又は圧電カンチレバーの折り返し部分を被覆しないように形成することで、窒化膜を原因とした配線の亀裂剥離の発生を抑制した光偏向器を製造することができる。

１…光スキャナモジュール、２…光偏向器、３…レーザ光源、４ａ，４ｂ…レーザ光、５…制御装置、６ａ，６ｂ…蛇腹状圧電アクチュエータ、７ａ１～７ａ８，７ｂ１～７ｂ８…電極パッド、８…可動枠、８ａ…内側枠体、８ｂ…外側枠体、９…ミラー部、１０ａ，１０ｂ…半環状圧電アクチュエータ、１１…外枠支持体、１３ａ，１３ｂ…トーションバー、２０…基板、２２…ＳｉＯ_ｘ層、２４…ＳｉＮ層、２６…ＡｌＮｄ層、２８…ＳｉＮ層、３０ａ，３０ｂ…圧電センサ、３１，３２ａ，３２ｂ，３６…信号配線、３３，３４ａ～３４ｄ，３５ａ，３５ｂ…配線。

Claims

光を反射するミラー部と、
前記ミラー部を包囲するように設けられ、内側枠体と外側枠体との二重構造を有する枠体と、
前記ミラー部の中心を通る第１軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合され、他端部が前記枠体と結合される１対のトーションバーと、
前記枠体を支持する支持体と、
前記トーションバーを前記第１軸線の周りに往復回転させ、かつ、少なくとも一部分が前記枠体と結合された第１圧電アクチュエータと、
前記枠体内に設けられて、前記第１圧電アクチュエータの変形量に応じた電圧を検出する圧電センサと、を備える光偏向器であって、
前記枠体の前記第１軸線に沿って前記トーションバーの前記他端部側から前記枠体の外側端部まで延在する第１延在部には、薄膜を積層した積層構造で構成され、前記圧電センサ又は前記第１圧電アクチュエータと接続され、前記第１延在部を通って前記支持体に延びる配線と、前記内側枠体と前記外側枠体とを接続する接続部と、が設けられ、
前記積層構造は、前記枠体を構成する基板の一面側に形成された絶縁膜、前記絶縁膜の上面に形成された層間膜、前記層間膜の上面に形成された電極膜及び前記電極膜を被覆する外層膜を有し、
少なくとも前記接続部において、前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることを特徴とする光偏向器。
請求項１に記載の光偏向器において、
前記第１延在部から前記外側枠体の形状に沿った方向に延びる前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることを特徴とする光偏向器。
請求項１又は２に記載の光偏向器において、
前記ミラー部を、該ミラー部の中心を通り前記第１軸線と同一平面上で直交する第２軸線の周りに往復回転させるための第２圧電アクチュエータと、を備え、
前記第２圧電アクチュエータは、複数の圧電カンチレバーが、前記第２軸線上に該圧電カンチレバーの長手方向が隣り合うように並べて配置され、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部が機械的に連結されていることを特徴とする光偏向器。
光を反射するミラー部と、
前記ミラー部を包囲するように設けられ、内側枠体と外側枠体との二重構造を有する枠体と、
前記ミラー部の中心を通る第１軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合され、他端部が前記枠体と結合される１対のトーションバーと、
前記トーションバーを前記第１軸線の周りに往復回転させ、かつ、少なくとも一部分が前記枠体と結合された第１圧電アクチュエータと、
前記ミラー部を、該ミラー部の中心を通り前記第１軸線と同一平面上で直交する第２軸線の周りに往復回転させるための第２圧電アクチュエータと、
前記第１圧電アクチュエータの変形量に応じた電圧を検出する圧電センサと、を備え、
前記第２圧電アクチュエータは、複数の圧電カンチレバーが、前記第２軸線上に該圧電カンチレバーの長手方向が隣り合うように並べて配置され、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部が機械的に連結される光偏向器であって、
前記枠体の前記第２軸線に沿って前記内側枠体の外側端部から前記第２圧電アクチュエータを構成する最も前記枠体側の前記圧電カンチレバーまで延在する第２延在部は、薄膜を積層した積層構造で構成され、前記圧電センサ、前記第１圧電アクチュエータ又は第２アクチュエータと接続された配線を有し、
前記第２延在部に圧電膜と該圧電膜の電極膜がなく、前記配線のみが存在する場合、前記積層構造は、前記枠体を構成する基板の一面側に形成された絶縁膜、前記絶縁膜の上面に形成された層間膜、前記層間膜の上面に形成された電極膜及び前記電極膜を被覆する外層膜を有し、
前記第２延在部において、前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることを特徴とする光偏向器。
光を反射するミラー部と、
前記ミラー部を包囲するように設けられた枠体と、
前記ミラー部の中
心を通る第１軸線上で、一端部が前記ミラー部と結合され、他端部が前記枠体と結合される１対のトーションバーと、
前記トーションバーを前記第１軸線の周りに往復回転させ、かつ、少なくとも一部分が前記枠体と結合された第１圧電アクチュエータと、
前記ミラー部を、該ミラー部の中心を通り前記第１軸線と同一平面上で直交する第２軸線の周りに往復回転させるための第２圧電アクチュエータと、
前記第１圧電アクチュエータの変形量に応じた電圧を検出する圧電センサと、を備え、
前記第２圧電アクチュエータは、複数の圧電カンチレバーが、前記第２軸線上に該圧電カンチレバーの長手方向が隣り合うように並べて配置され、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように一端部が機械的に連結される光偏向器であって、
薄膜を積層した積層構造で構成され、前記圧電センサ、前記第１圧電アクチュエータ又は第２アクチュエータと接続された配線をさらに備え、
前記圧電カンチレバーの折り返し部分に圧電膜と該圧電膜の電極膜がなく、前記配線のみが存在する場合、前記積層構造は、前記圧電カンチレバーの折り返し部分を構成する基板の一面側に形成された絶縁膜、前記絶縁膜の上面に形成された層間膜、前記層間膜の上面に形成された電極膜及び前記電極膜を被覆する外層膜を有し、
前記圧電カンチレバーの折り返し部分において、前記配線は、前記外層膜が前記基板に接触しないように形成されていることを特徴とする光偏向器。