微镜器件及光扫描装置的制作方法

1.本发明的技术涉及一种微镜器件及光扫描装置。


背景技术：

2.作为使用硅(si)的细微加工技术来制作的微机电系统(micro electro mechanical systems：mems)器件之一已知有微镜器件(也被称为微型扫描仪。)。该微镜器件为小型且低耗电量，因此可期待对激光显示器、激光投影仪、光学相干断层扫描仪等的广泛应用。
3.微镜器件的驱动方式有多种方式，但利用了压电体变形的压电驱动方式与其他方式相比所产生的扭矩高且获得高扫描角而被认为很有前途。尤其，当如激光显示器需要大的扫描角时，通过对压电驱动方式的微镜器件进行共振驱动，获得更高的扫描角。
4.激光显示器中所使用的常规的微镜器件具备反射镜部及压电方式的致动器(例如，参考专利文献1)。反射镜部绕彼此正交的第1轴及第2轴摆动自如。致动器根据从外部供给的驱动电压，使反射镜部绕第1轴及第2轴摆动。
5.双轴微镜器件在双轴驱动时为了实时检测绕各轴的反射镜部的角度而必须设置角度传感器。尤其在使用压电方式的致动器的微镜器件中作为角度传感器优选使用压电传感器。这是因为通过使用由与致动器相同的压电元件形成的压电传感器，能够实现微镜器件的制作工艺的简化、小型化等。压电传感器将因反射镜部摆动而产生的应力转换为电压信号后输出。
6.专利文献1：日本特开2017-132281号公报
7.在以往的微镜器件中，压电传感器配置于高应力被施加的部位即支承反射镜部的支承部(例如，扭杆)的附近及致动器的附近等。然而，当在这种部位配置了压电反射镜时，有时在从压电传感器输出的电压信号中包含较多的由来自周围的配线的干扰、绕除检测对象以外的其他轴的信号成分的重叠等引起的噪声成分。若在该电压信号中包含较多的噪声成分，则会导致反射镜部的角度检测精度降低。


技术实现要素：

8.本发明的技术的目的在于提供一种能够提高反射镜部的角度检测精度的微镜器件及光扫描装置。
9.为了实现上述目的，本发明的微镜器件具备：反射镜部，其具有反射入射光的反射面；一对第1支承部，它们在位于包含反射镜部静止时的反射面的平面内的第1轴上与反射镜部连接，且将反射镜部支承为能够绕第1轴摆动；一对可动框，它们与第1支承部连接，并且隔着第1轴对置；一对第2支承部，它们在位于上述平面内且与第1轴正交的第2轴上与可动框连接，且将反射镜部、第1支承部及可动框支承为能够绕第2轴摆动；驱动部，其配置成包围可动框；固定框，其配置成包围驱动部；一对连接部，它们与固定框相比厚度薄，并且沿第1轴或第2轴延伸而连接驱动部与固定框；以及四个压电传感器，它们由上部电极、压电膜
及下部电极构成，并且上部电极的形状及位置以第1轴及第2轴为中心呈线对称的关系，当设连接部的延伸方向为第1方向，设与第1方向正交且位于上述平面内的方向为第2方向，设固定框与连接部的边界的在第2方向上的长度为h时，四个压电传感器各自的至少一部分处于从第1轴及第2轴中的与第1方向平行的轴向第2方向h/2以内的范围内，且配置于固定框上。
10.优选四个压电传感器用于通过将从以第1轴或第2轴为中心呈线对称的关系的一对压电传感器的上部电极或下部电极获得的电压信号相加或相减，来生成反射镜部的角度检测信号。
11.优选四个压电传感器中的以第1轴或第2轴为中心呈线对称的关系的一对压电传感器的上部电极或下部电极经由金属配线连接。
12.优选驱动部具备：一对第1致动器，它们隔着第2轴对置，且具有压电元件；以及一对第2致动器，它们配置成包围第1致动器，隔着第1轴对置，且具有压电元件。
13.优选驱动部中，第2致动器使绕第1轴的转矩作用于反射镜部，第1致动器使绕第2轴的转矩作用于可动框，由此使反射镜部分别绕第1轴及第2轴摆动。
14.本发明的光扫描装置具备：上述任一个微镜器件；以及处理器，其对驱动部进行驱动，该光扫描装置中，处理器通过对驱动部施加驱动信号，来使反射镜部分别绕第1轴及第2轴摆动，通过将从四个压电传感器中的以第1轴或第2轴为中心呈线对称的关系的一对压电传感器的上部电极或下部电极获得的电压信号相加或相减，来生成反射镜部的角度检测信号。
15.发明效果
16.根据本发明的技术能够提供一种能够提高反射镜部的角度检测精度的微镜器件及光扫描装置。
附图说明
17.图1是光扫描装置的示意图。
18.图2是表示驱动控制部的硬件结构的一例的框图。
19.图3是微镜器件的外观立体图。
20.图4是从光入射侧观察了微镜器件的俯视图。
21.图5是沿图4的a-a线切割的剖视图。
22.图6是表示反射镜部绕第1轴转动的状态的剖视图。
23.图7是表示第1驱动信号及第2驱动信号的一例的图。
24.图8是概略地表示压电传感器的结构的剖视图。
25.图9是表示压电传感器的平面形状的一例的俯视图。
26.图10是从背面侧观察了固定框与第2连接部的边界的局部放大图。
27.图11是表示角度检测信号的生成处理的一例的图。
28.图12是表示与微镜器件的构成要件的尺寸相关的参数的图。
29.图13是表示与微镜器件的构成要件的尺寸相关的参数的图。
30.图14是表示参数的具体设定值的图。
31.图15是表示第1比较例所涉及的微镜器件的结构的俯视图。
32.图16是表示第1比较例所涉及的压电传感器的平面形状的俯视图。
33.图17是表示第2比较例所涉及的微镜器件的结构的俯视图。
34.图18是表示第2比较例所涉及的压电传感器的平面形状的俯视图。
35.图19是表示第2比较例所涉及的压电传感器的平面形状的俯视图。
36.图20是表示第1角度检测信号及第2角度检测信号的检测结果的图。
具体实施方式
37.按照附图对本发明的技术所涉及的实施方式的一例进行说明。
38.图1概略地表示一实施方式所涉及的光扫描装置10。光扫描装置10具有微镜器件(以下，称为mmd(micro mirror device)。)2、光源3及驱动控制部4。光扫描装置10按照驱动控制部4的控制，通过mmd2反射从光源3照射出的光束lb，由此对被扫描面5进行光扫描。被扫描面5例如为屏幕。
39.mmd2为能够使反射镜部20(参考图3)绕第1轴a1及与第1轴a1正交的第2轴a2摆动的压电型双轴驱动方式的微镜器件。以下，将与第1轴a1平行的方向称为x方向，将与第2轴a2平行的方向称为y方向，将与第1轴a1及第2轴a2正交的方向称为z方向。
40.光源3是作为光束lb例如发射激光束的激光装置。光源3优选在mmd2的反射镜部20静止的状态下对反射镜部20所具备的反射面20a(参考图3)垂直照射光束lb。
41.驱动控制部4根据光扫描信息对光源3及mmd2输出驱动信号。光源3根据所输入的驱动信号产生光束lb并照射mmd2。mmd2根据所输入的驱动信号使反射镜部20绕第1轴a1及第2轴a2摆动。
42.详细内容将在后面叙述，但驱动控制部4通过使反射镜部20分别绕第1轴a1及第2轴a2共振，由反射镜部20反射的光束lb以在被扫描面5上描绘利萨茹波形的方式进行扫描。该光扫描方式被称为利萨茹扫描方式。
43.光扫描装置10例如适用于利萨茹扫描方式的激光显示器。具体而言，光扫描装置10能够适用于ar(augmented reality：增强现实)眼镜或vr(virtual reality：虚拟现实)眼镜等激光扫描显示器。
44.图2表示驱动控制部4的硬件结构的一例。驱动控制部4具有cpu(central processing unit：中央处理器)40、rom(read only memory：只读存储器)41、ram(random access memory：随机存取存储器)42、光源驱动器43及mmd驱动器44。cpu40为从rom41等存储装置将程序及数据读出到ram42并执行处理，由此实现驱动控制部4整体的功能的运算装置。cpu40为本发明的技术所涉及的处理器的一例。
45.rom41为非易失性存储装置，并且存储有cpu40用于执行处理的程序及前述的光扫描信息等数据。ram42为暂时性地保持程序及数据的易失性存储装置。
46.光源驱动器43为按照cpu40的控制，对光源3输出驱动信号的电路。在光源驱动器43中，驱动信号为用于控制光源3的照射定时及照射强度的驱动电压。
47.mmd驱动器44为按照cpu40的控制，对mmd2输出驱动信号的电路。在mmd驱动器44中，驱动信号为用于控制使mmd2的反射镜部20摆动的定时、周期及偏转角的驱动电压。
48.cpu40根据光扫描信息控制光源驱动器43及mmd驱动器44。光扫描信息为包含对被扫描面5进行扫描的光束lb的扫描图案及光源3的发光定时的信息。
49.并且，cpu40根据分别从设置于mmd2的后述的四个压电传感器51～54输出的电压信号，生成表示反射镜部20绕第1轴a1及第2轴a2的角度的角度检测信号。cpu40根据所生成的角度检测信号，校正驱动信号。
50.接着，利用图3～图5对第1实施方式所涉及的mmd2的结构进行说明。图3是mmd2的外观立体图。图4是从光入射侧观察了mmd2的俯视图。图5是沿图4的a-a线切割的剖视图。
51.如图3所示，mmd2具有反射镜部20、一对第1支承部21、一对可动框22、一对第2支承部23、一对第1致动器24、一对第2致动器25、一对第1连接部26a、一对第2连接部26b及固定框27。mmd2是所谓的mems扫描仪。
52.反射镜部20具有反射入射光的反射面20a。反射面20a由设置于反射镜部20的一面的例如金(au)或铝(al)等金属薄膜形成。反射面20a的形状例如是以第1轴a1与第2轴a2的交点为中心的圆形。
53.第1轴a1及第2轴a2例如存在于在反射镜部20静止的静止时包含反射面20a的平面内。mmd2的平面形状为矩形，以第1轴a1为中心而线对称，且以第2轴a2为中心而线对称。
54.一对第1支承部21配置于隔着第2轴a2对置的位置，且为以第2轴a2为中心而线对称的形状。并且，各第1支承部21为以第1轴a1为中心而线对称的形状。第1支承部21在第1轴a1上与反射镜部20连接，并且将反射镜部20支承为能够绕第1轴a1摆动。
55.一对可动框22配置于隔着第1轴a1对置的位置，且为以第1轴a1为中心而线对称的形状。各可动框22为以第2轴a2为中心而线对称的形状。并且，各可动框22沿反射镜部20的外周弯曲。可动框22的两端分别与第1支承部21连接。
56.第1支承部21与可动框22彼此连接，由此包围反射镜部20。另外，反射镜部20、第1支承部21及可动框22构成可动部60。
57.一对第2支承部23配置于隔着第1轴a1对置的位置，且为以第1轴a1为中心而线对称的形状。各第2支承部23为以第2轴a2为中心而线对称的形状。第2支承部23在第2轴a2上与可动框22连接，并且将具有反射镜部20的可动部60支承为能够绕第2轴a2摆动。并且，第2支承部23的两端分别与第1致动器24连接。
58.一对第1致动器24配置于隔着第2轴a2对置的位置，且为以第2轴a2为中心而线对称的形状。并且，第1致动器24为以第1轴a1为中心而线对称的形状。第1致动器24沿可动框22及第1支承部21的外周而形成。第1致动器24为具备压电元件的压电驱动方式的致动器。
59.另外，在图3及图4中，看似第1致动器24在第1轴a1的附近分离，但第1致动器24通过未图示的配线隔着第1轴a1电连接。
60.第2支承部23与第1致动器24彼此连接，由此包围可动部60。
61.一对第2致动器25配置于隔着第1轴a1对置的位置，且为以第1轴a1为中心而线对称的形状。并且，第2致动器25为以第2轴a2为中心而线对称的形状。第2致动器25沿第1致动器24及第2支承部23的外周而形成。第2致动器25为具备压电元件的压电驱动方式的致动器。
62.另外，在图3及图4中，看似第2致动器25在第2轴a2的附近分离，但第2致动器25通过未图示的配线隔着第2轴a2电连接。
63.一对第1连接部26a配置于隔着第2轴a2对置的位置，且为以第2轴a2为中心而线对称的形状。并且，各第1连接部26a为以第1轴a1为中心而线对称的形状。第1连接部26a沿第1轴a1配置，且在第1轴a1上连接第1致动器24与第2致动器25。
64.一对第2连接部26b配置于隔着第1轴a1对置的位置，且为以第1轴a1为中心而线对称的形状。并且，各第2连接部26b沿y方向延伸，且为以第2轴a2为中心而线对称的形状。第2连接部26b沿第2轴a2配置，且在第2轴a2上连接第2致动器25与固定框27。另外，在本实施方式中，y方向与本发明的技术所涉及的“延伸方向”对应。
65.第2致动器25与第2连接部26b彼此连接，由此包围可动部60及第1致动器24。第1致动器24及第2致动器25构成配置成包围可动框22的驱动部。
66.固定框27是外形为矩形的框状部件，且为分别以第1轴a1及第2轴a2为中心而线对称的形状。固定框27包围第2致动器25及第2连接部26b的外周。即，固定框27配置成包围驱动部。
67.第1致动器24及第2致动器25分别为具有压电元件的压电致动器。一对第1致动器24通过使绕第2轴a2的转矩作用于反射镜部20及可动框22，使可动部60绕第2轴a2摆动。一对第2致动器25通过使绕第1轴a1的转矩作用于反射镜部20、可动框22及第1致动器24，使反射镜部20绕第1轴a1摆动。
68.如图4所示，第1支承部21由摆动轴21a及一对连结部21b构成。摆动轴21a为沿第1轴a1延伸的所谓的扭杆。摆动轴21a的一端与反射镜部20连接，另一端与连结部21b连接。
69.一对连结部21b配置于隔着第1轴a1对置的位置，且为以第1轴a1为中心而线对称的形状。连结部21b的一端与摆动轴21a连接，另一端与可动框22连接。连结部21b具有折叠结构。连结部21b因折叠结构而具有弹性，因此在反射镜部20绕第1轴a1摆动时，缓和施加于摆动轴21a的内部应力。
70.第2支承部23由摆动轴23a及一对连结部23b构成。摆动轴23a为沿第2轴a2延伸的所谓的扭杆。摆动轴23a的一端与可动框22连接，另一端与连结部23b连接。
71.一对连结部23b配置于隔着第2轴a2对置的位置，且为以第2轴a2为中心而线对称的形状。连结部23b的一端与摆动轴23a连接，另一端与第1致动器24连接。连结部23b具有折叠结构。连结部23b因折叠结构而具有弹性，因此在反射镜部20绕第2轴a2摆动时，缓和施加于摆动轴23a的内部应力。
72.并且，在反射镜部20，在反射面20a的外侧沿反射面20a的外周形成有多个狭缝20b、20c。多个狭缝20b、20c配置于分别以第1轴a1及第2轴a2为中心而线对称的位置。狭缝20b具有抑制因反射镜部20摆动而在反射面20a中所产生的变形的作用。
73.在一对第2连接部26b的附近作为用于检测反射镜部20的角度的角度传感器设置有四个压电传感器51～54。与第1致动器24及第2致动器25同样地，压电传感器51～54由压电元件形成。压电传感器51～54分别以第1轴a1及第2轴a2为中心呈线对称的关系。具体而言，压电传感器51、52配置于一对第2连接部26b中的一者的附近，且位置及形状以第2轴a2为中心呈线对称的关系。压电传感器53、54配置于一对第2连接部26b中的另一者的附近，且位置及形状以第2轴a2为中心呈线对称的关系。压电传感器51、52及压电传感器53、54的位置及形状以第1轴a1为中心呈线对称的关系。
74.在图3及图4中，关于用于对第1致动器24及第2致动器25施加驱动信号的配线及电极焊盘，省略了图示。并且，关于用于获取从压电传感器51～54输出的电压信号的配线及电极焊盘，也省略了图示。这些电极焊盘在固定框27上设置有多个。
75.如图5所示，mmd2例如通过对soi(silicon on insulator：硅晶绝缘体)基板30进
行蚀刻处理而形成。soi基板30为在由单晶硅构成的第1硅活性层31上设置有氧化硅层32且在氧化硅层32上设置有由单晶硅构成的第2硅活性层33的基板。
76.反射镜部20、第1支承部21、可动框22、第2支承部23、第1致动器24、第2致动器25、第1连接部26a及第2连接部26b由从soi基板30通过蚀刻处理去除第1硅活性层31及氧化硅层32而残留的第2硅活性层33形成。第2硅活性层33作为具有弹性的弹性部而发挥作用。固定框27由第1硅活性层31，氧化硅层32及第2硅活性层33这三层形成。即，反射镜部20、第1支承部21、可动框22、第2支承部23、第1致动器24、第2致动器25、第1连接部26a及第2连接部26b分别与固定框27相比厚度薄。在本发明中，厚度是指，z方向上的宽度。
77.第1致动器24包含形成于第2硅活性层33上的压电元件(未图示)。压电元件具有在第2硅活性层33上依次层叠有下部电极、压电膜及上部电极的层叠结构。第2致动器25为与第1致动器24相同的结构。
78.下部电极及上部电极例如由金(au)或铂(pt)等金属形成。压电膜例如由压电材料即pzt(锆钛酸铅)形成。下部电极及上部电极经由配线及电极焊盘与前述的驱动控制部4电连接。
79.下部电极经由配线及电极焊盘与驱动控制部4连接，并且对其施加接地电位。从驱动控制部4对上部电极施加驱动电压。
80.压电膜若沿极化方向被施加正或负的电压，则产生与施加电压成比例的变形(例如，伸缩)。即，压电膜发挥所谓的逆压电效应。压电膜通过从驱动控制部4对上部电极施加驱动电压而发挥逆压电效应，以使第1致动器24及第2致动器25位移。
81.图6示出了通过使一对第2致动器25中的一者的压电膜伸长并且使另一者的压电膜收缩而在第2致动器25中产生绕第1轴a1的转矩的例子。如此，一对第2致动器25中的一者及另一者彼此向反向位移，由此反射镜部20绕第1轴a1转动。
82.并且，图6是以一对第2致动器25的位移方向及反射镜部20的转动方向为彼此反向的逆相位的共振模式(以下，称为逆相位转动模式。)来驱动了第2致动器25的例子。相对于此，将一对第2致动器25的位移方向及反射镜部20的转动方向为相同的方向的同相位的共振模式称为同相位转动模式。在本实施方式中，以逆相位转动模式来驱动第2致动器25。
83.反射镜部20的绕第1轴a1的偏转角θ由驱动控制部4施加于第2致动器25的驱动信号(以下，称为第1驱动信号。)控制。第1驱动信号例如为正弦波的交流电压。第1驱动信号包含施加于一对第2致动器25中的一者的驱动电压波形v
1a
(t)及施加于另一者的驱动电压波形v
1b
(t)。驱动电压波形v
1a
(t)及驱动电压波形v
1b
(t)彼此为逆相位(即相位差180
°
)。
84.另外，反射镜部20的绕第1轴a1的偏转角θ与反射面20a的法线n在yz平面上相对于z方向倾斜的角度对应。以下，将偏转角θ也称为转动角度θ。
85.与第2致动器25同样地，第1致动器24以逆相位的共振模式被驱动。反射镜部20绕第2轴a2的偏转角由驱动控制部4施加于第1致动器24的驱动信号(以下，称为第2驱动信号。)控制。第2驱动信号例如为正弦波的交流电压。第2驱动信号包含施加于一对第1致动器24中的一者的驱动电压波形v
2a
(t)及施加于另一者的驱动电压波形v
2b
(t)。驱动电压波形v
2a
(t)及驱动电压波形v
2b
(t)彼此为逆相位(即相位差180
°
)。
86.图7表示第1驱动信号及第2驱动信号的一例。图7(a)表示第1驱动信号中所包含的驱动电压波形v
1a
(t)及v
1b
(t)。图7(b)表示第2驱动信号中所包含的驱动电压波形v
2a
(t)及v2b
(t)。
87.驱动电压波形v
1a
(t)及v
1b
(t)分别如下表示。
[0088]v1a
(t)＝v
off1
+v1sin(2πf
d1
t)
[0089]v1b
(t)＝v
off1
+v1sin(2πf
d1
t+α)
[0090]
在此，v1为振幅电压。v
off1
为偏压。f
d1
为驱动频率(以下，称为第1驱动频率。)。t为时间。α为驱动电压波形v
1a
(t)及v
1b
(t)的相位差。在本实施方式中，例如设α＝180
°
。
[0091]
驱动电压波形v
1a
(t)及v
1b
(t)施加于一对第2致动器25，由此反射镜部20以第1驱动频率f
d1
来绕第1轴a1摆动。
[0092]
驱动电压波形v
2a
(t)及v
2b
(t)分别如下表示。
[0093]v2a
(t)＝v
off2
+v2sin(2πf
d2
t+φ)
[0094]v2b
(t)＝v
off2
+v2sin(2πf
d2
t+β+φ)
[0095]
在此，v2为振幅电压。v
off2
为偏压。f
d2
为驱动频率(以下，称为第2驱动频率。)。t为时间。β为驱动电压波形v
2a
(t)及v
2b
(t)的相位差。在本实施方式中，例如设β＝180
°
。并且，φ为驱动电压波形v
1a
(t)及v
1b
(t)与驱动电压波形v
2a
(t)及v
2b
(t)的相位差。并且，在本实施方式中，例如设v
off1
＝v
off2
＝0v。
[0096]
驱动电压波形v
2a
(t)及v
2b
(t)施加于一对第1致动器24，由此包含反射镜部20的可动部60以第2驱动频率f
d2
来绕第2轴a2摆动。
[0097]
第1驱动频率f
d1
设定为与反射镜部20的绕第1轴a1的共振频率一致。第2驱动频率f
d2
设定为与反射镜部20的绕第2轴a2的共振频率一致。在本实施方式中，第1驱动频率f
d1
大于第2驱动频率f
d2
。
[0098]
图8概略地表示压电传感器51的结构。压电传感器51构成为包含下部电极70、压电膜71及上部电极72。下部电极70、压电膜71及上部电极72依次层叠于第2硅活性层33上。下部电极70及上部电极72例如由金(au)或铂(pt)等形成。压电膜71例如由压电材料即pzt(锆钛酸铅)形成。
[0099]
上部电极72被绝缘膜73覆盖。在绝缘膜73中形成有使上部电极72的一部分暴露的开口73a。在绝缘膜73上设置有由金属形成的电极配线74。电极配线74经由开口73a与上部电极72连接。下部电极70与形成于第2硅活性层33上的电极配线75连接。对电极配线75施加接地电位。
[0100]
下部电极70例如厚度为150nm。上部电极72例如厚度为200nm。压电膜71例如厚度为2μm。绝缘膜73例如厚度为600nm。电极配线74、75例如厚度分别为400nm。
[0101]
下部电极70、压电膜71及上部电极72通过与第1致动器24及第2致动器25的下部电极、压电膜及上部电极相同的制造工序来制造。
[0102]
压电膜71通过压电效应将反射镜部20摆动时施加的应力转换为电压信号。其结果，从上部电极72获取与反射镜部20的角度相对应的电压信号。
[0103]
压电传感器52～54为与压电传感器51相同的结构。
[0104]
图9表示压电传感器51、52的平面形状的一例。另外，在图9中，省略了用于对绝缘膜73、第1致动器24及第2致动器25施加驱动信号的配线等的图示。
[0105]
下部电极70、压电膜71及上部电极72的位置及形状以第2轴a2为中心呈线对称的关系。当设固定框27与第2连接部26b的边界27a的在x方向上的长度为h时，各压电传感器
51、52的至少一部分处于从第2轴a2向x方向h/2以内的范围内。并且，各压电传感器51、52跨着边界27a配置。即，各压电传感器51、52的至少一部分配置于固定框27上。
[0106]
与压电传感器51的上部电极72连接的电极配线74及与压电传感器52的上部电极72连接的电极配线74分别与电极焊盘76连接。并且，压电传感器51的下部电极70与压电传感器52的下部电极70经由电极配线75连接。电极配线75与用于施加接地电位的电极焊盘(未图示)连接。从压电传感器51、52的上部电极72获得的电压信号经由电极配线74及电极焊盘76输出至mmd2的外部。电极焊盘76配置于固定框27上。
[0107]
并且，压电传感器51、52不存在于第2轴a2上，而彼此分离。压电传感器51的压电膜71与压电传感器52的压电膜71的x方向上的间隔l例如为30μm。
[0108]
压电传感器53、54的位置及形状以第1轴a1为中心而与压电传感器51、52的位置及形状线对称，除此以外，是与压电传感器51、52相同的结构。
[0109]
在本实施方式中，y方向与本发明的技术所涉及的“第1方向”对应，x方向与本发明的技术所涉及的“第2方向”对应。并且，电极配线75与本发明的技术所涉及的“金属配线”对应。
[0110]
如上所述，各压电传感器51～54的至少一部分配置于固定框27上，因此连接上部电极72与电极焊盘76之间的电极配线74的长度变短。由此，来自配置于固定框27及第2连接部26b的未图示的配线(用于对第1致动器24及第2致动器25施加驱动信号的配线等)的干扰得到抑制。
[0111]
图10是从背面侧观察了固定框27与第2连接部26b的边界27a的局部放大图。固定框27与第2连接部26b厚度不同，因此在两者的高低差部分形成有边界27a。在本实施方式中，边界27a为半圆状。
[0112]
图11表示基于cpu40的角度检测信号的生成处理的一例。例如，cpu40通过从压电传感器51的上部电极72获得的电压信号v1减去从压电传感器53的上部电极72获得的电压信号v3，生成表示绕第1轴a1的反射镜部20的角度的第1角度检测信号s1。并且，cpu40通过从压电传感器51的上部电极72获得的电压信号v1减去从压电传感器52的上部电极72获得的电压信号v2，生成表示绕第2轴a2的反射镜部20的角度的第2角度检测信号s2。
[0113]
电压信号v1及电压信号v3中所包含的绕第1轴a1的信号成分(检测对象成分)彼此为逆相位。相对于此，电压信号v1及电压信号v3中所包含的绕第2轴a2的信号成分(噪声成分)为同相位。因此，通过从电压信号v1减去电压信号v3，检测对象成分被放大，并且绕除检测对象以外的其他轴的信号成分即噪声成分减少。
[0114]
电压信号v1及电压信号v2中所包含的绕第2轴a2的信号成分(检测对象成分)彼此为逆相位。相对于此，电压信号v1及电压信号v2中所包含的绕第1轴a1的信号成分(噪声成分)为同相位。因此，通过从电压信号v1减去电压信号v2，检测对象成分被放大，并且绕除检测对象以外的其他轴的信号成分即噪声成分减少。
[0115]
通过如上构成mmd2，提高反射镜部20的角度检测精度。为了验证该效果，本技术人制作样品并进行了实验。图12及图13表示与实验中所使用的样品的各构成要件的宽度及长度等相关的参数。图14表示参数的具体设定值。
[0116]
并且，设反射镜部20的直径为1.5mm，设soi基板30的厚度为430μm，设第2硅活性层33的厚度为60μm，设氧化硅层32的厚度为40μm。并且，设固定框27一边的长度为5.2mm。
[0117]
并且，本技术人通过设图9所示的边界27a的长度h为770μm并且改变间隔l，制作了比率l/h不同的多个样品。
[0118]
[第1比较例]
[0119]
并且，本技术人作为第1比较例，关于压电传感器的位置与上述实施方式所涉及的mmd2不同的mmd2a，制作了样品。
[0120]
图15表示第1比较例所涉及的mmd2a的结构。在图15中，对发挥与上述实施方式所涉及的mmd2相同的作用的构成要件标注了相同的符号。
[0121]
在第1比较例所涉及的mmd2a中，代替压电传感器51～54，设置有压电传感器81～84。压电传感器81～84配置于第2致动器25的附近。四个压电传感器81～84的位置及形状以第1轴a1及第2轴a2为中心呈线对称的关系。
[0122]
图16表示压电传感器81的平面形状。与上述实施方式的压电传感器51同样地，压电传感器81由下部电极70、压电膜71及上部电极72构成。下部电极70与被施加接地电位的电极配线75连接。上部电极72经由电极配线74与设置于固定框27上的电极焊盘连接。压电传感器82～84为与压电传感器81相同的结构。
[0123]
mmd2a的其他构成要件的宽度及长度等与上述实施方式所涉及的mmd2相同。
[0124]
在本比较例中，也从压电传感器81～84分别输出电压信号v1～v4。cpu40通过从电压信号v1减去电压信号v3来生成第1角度检测信号s1，通过从电压信号v1减去电压信号v2来生成第2角度检测信号s2。
[0125]
[第2比较例]
[0126]
并且，本技术人作为第2比较例，关于压电传感器的位置与上述实施方式所涉及的mmd2不同的mmd2b，制作了样品。
[0127]
图17表示第2比较例所涉及的mmd2b的结构。在图17中，对发挥与上述实施方式所涉及的mmd2相同的作用的构成要件标注了相同的符号。
[0128]
在第2比较例所涉及的mmd2b中，代替压电传感器51～54，设置有压电传感器91a、91b、92a、92b。压电传感器91a、91b配置于固定框27上，且配置于第2轴a2上。压电传感器91a、91b以第1轴a1为中心呈线对称的关系。压电传感器92a、92b配置于固定框27上，且配置于第1轴a1上。压电传感器92a、92b以第2轴a2为中心呈线对称的关系。
[0129]
图18表示压电传感器91a的平面形状。与上述实施方式的压电传感器51同样地，压电传感器91a由下部电极70、压电膜71及上部电极72构成。下部电极70与被施加接地电位的电极配线75连接。上部电极72经由电极配线74与电极焊盘76连接。压电传感器91b为与压电传感器91a相同的结构。
[0130]
图19表示压电传感器92a的平面形状。与上述实施方式的压电传感器51同样地，压电传感器92a由下部电极70、压电膜71及上部电极72构成。下部电极70与被施加接地电位的电极配线75连接。上部电极72经由电极配线74与设置于固定框27上的电极焊盘连接。压电传感器92b为与压电传感器92a相同的结构。
[0131]
mmd2b的其他构成要件的宽度及长度等与上述实施方式所涉及的mmd2相同。
[0132]
在本比较例中，从压电传感器91a、91b分别输出电压信号v1a、v1b，从压电传感器92a、92b分别输出电压信号v2a、v2b。cpu40通过从电压信号v1a减去电压信号v1b来生成第1角度检测信号s1，通过从电压信号v2a减去电压信号v2b来生成第2角度检测信号s2。
[0133]
[实验结果]
[0134]
关于上述实施方式、第1比较例及第2比较例，通过在真空腔室内驱动各样品，在逆相位的共振模式下使反射镜部20绕第1轴a1及第2轴a2摆动。一边对驱动时的反射镜部20照射激光束，一边由反射光的扩展角度计算出反射镜部20的角度。同时，将压电传感器的下部电极70设为接地电位，通过示波器确认了上部电极72中所产生的电压值的变化。
[0135]
然后，当反射镜部20的绕第1轴a1的偏转角为
±
17度且绕第2轴a2的偏转角为
±
11.5度时，根据从各压电传感器输出的电压信号，在示波器上进行上述减法处理，由此生成了第1角度检测信号s1及第2角度检测信号s2。并且，使用示波器的fft功能检测了第1角度检测信号s1及第2角度检测信号s2中所包含的绕第1轴a1的频率成分(以下，称为第1轴成分。)的强度及绕第2轴a2的频率成分(以下，称为第2轴成分。)的强度。
[0136]
图20表示关于各样品的第1角度检测信号s1及第2角度检测信号s2的检测结果。第1角度检测信号s1中的交叉轴灵敏度为第2轴成分除以第1轴成分的值。第2角度检测信号s2中的交叉轴灵敏度为第1轴成分除以第2轴成分的值。
[0137]
样品编号1～6表示在上述实施方式所涉及的mmd2中，通过改变间隔l而使比率l/h不同。样品编号1～5中，l/h＜1，因此压电传感器的至少一部分处于从第2轴a2向x方向h/2以内的范围内。样品编号6中，l/h＝1，因此压电传感器不处在从第2轴a2向x方向h/2以内的范围内。样品编号7为第1比较例所涉及的mmd2a。样品编号8为第2比较例所涉及的mmd2b。
[0138]
当考虑到对ar眼镜用激光显示器的应用时，交叉轴灵敏度优选为0.1以下。样品编号1～8中，第1角度检测信号s1中的交叉轴灵敏度及第2角度检测信号s2中的交叉轴灵敏度这两者为0.1以下的是样品编号1～5。根据图20所示的结果，可知在上述实施方式所涉及的mmd2中，通过将压电传感器的至少一部分设在从第2轴a2向x方向h/2以内的范围，并且进一步缩小间隔l，提高反射镜部20的角度检测精度。
[0139]
另外，在上述实施方式中，压电传感器51～54设置于一对第2连接部26b的附近，但代替于此，可以设置于一对第1连接部26a的附近。即，压电传感器51、52可以配置于一对第1连接部26a中的一者的附近，且位置及形状以第1轴a1为中心呈线对称的关系。压电传感器53、54可以配置于一对第1连接部26a中的另一者的附近，且位置及形状以第1轴a1为中心呈线对称的关系。在该情况下，各压电传感器51～54的至少一部分处于从第1轴a1向y方向h/2以内的范围内即可。此时的h为固定框27与第1连接部26a的边界的在y方向上的长度。
[0140]
并且，在上述实施方式中，通过从电压信号v1减去电压信号v3来生成第1角度检测信号s1，通过从电压信号v1减去电压信号v2来生成第2角度检测信号s2。代替于此，也能够通过将电压信号v1与电压信号v2相加来生成第1角度检测信号s1，通过从电压信号v1减去电压信号v3来生成第2角度检测信号s2。如此，通过将电压信号v1～v4相加或相减，能够生成第1角度检测信号s1及第2角度检测信号s2。
[0141]
并且，在上述实施方式中，以第2轴为中心呈线对称的关系的一对压电传感器的下部电极经由作为金属配线的电极配线连接。代替于此，可以使以第2轴为中心呈线对称的关系的一对压电传感器的上部电极经由作为金属配线的电极配线连接。在该情况下，能够使用从一对压电传感器的下部电极获得的电压信号来生成角度检测信号。
[0142]
另外，在上述实施方式中，能够对驱动控制部4的硬件结构进行各种变形。驱动控制部4的处理部可以由一个处理器构成，也可以由相同种类或不同种类的两个以上的处理
器的组合构成。在处理器中包含cpu、可编程逻辑器件(programmable logic device：pld)及专用电路等。众所周知，cpu为执行软件(程序)而作为各种处理部发挥作用的通用的处理器。pld为fpga(field programmable gate array：现场可编程门阵列)等制造后能够变更电路结构的处理器。专用电路为asic(application specific integrated circuit：专用集成电路)等具有为了执行特定处理而专门设计的电路结构的处理器。
[0143]
本说明书中所记载的所有的文献、专利申请及技术标准，通过参考而援用于此的每个文献、专利申请及技术标准与具体且个别记载时相同程度地通过参考编入于本说明书中。
[0144]
符号说明
[0145]
2、2a、2b-微镜器件，3-光源，4-驱动控制部，5-被扫描面，10-光扫描装置，20-反射镜部，20a-反射面，20b，20c-狭缝，21-第1支承部，21a-摆动轴，21b-连结部，22-可动框，23-第2支承部，23a-摆动轴，23b-连结部，24-第1致动器，25-第2致动器，26a-第1连接部，26b-第2连接部，27-固定框，30-soi基板，31-第1硅活性层，32-氧化硅层，33-第2硅活性层，40-cpu(central processing unit)，41-rom(read only memory)，42-ram(random access memory)，43-光源驱动器，44-mmd驱动器，51～54-压电传感器，60-可动部，70-下部电极，71-压电膜，72-上部电极，73-绝缘膜，73a-开口，74、75-电极配线，76-电极焊盘，81～84-压电传感器，91a、91b、92a、92b-压电传感器，lb-光束，n-法线，a
1-第1轴，a
2-第2轴。

技术特征：
1.一种微镜器件，其具备：反射镜部，其具有反射入射光的反射面；一对第1支承部，它们在位于包含所述反射镜部静止时的所述反射面的平面内的第1轴上与所述反射镜部连接，且将所述反射镜部支承为能够绕所述第1轴摆动；一对可动框，它们与所述第1支承部连接，并且隔着所述第1轴对置；一对第2支承部，它们在位于所述平面内且与所述第1轴正交的第2轴上与所述可动框连接，且将所述反射镜部、所述第1支承部及所述可动框支承为能够绕所述第2轴摆动；驱动部，其配置成包围所述可动框；固定框，其配置成包围所述驱动部；一对连接部，它们与所述固定框相比厚度薄，并且沿所述第1轴或所述第2轴延伸而连接所述驱动部与所述固定框；以及四个压电传感器，它们由上部电极、压电膜及下部电极构成，并且所述上部电极的形状及位置以所述第1轴及所述第2轴为中心呈线对称的关系，当设所述连接部的延伸方向为第1方向，设与所述第1方向正交且位于所述平面内的方向为第2方向，设所述固定框与所述连接部的边界的在所述第2方向上的长度为h时，四个所述压电传感器各自的至少一部分处于从所述第1轴及所述第2轴中的与所述第1方向平行的轴向所述第2方向h/2以内的范围内，且配置于所述固定框上。2.根据权利要求1所述的微镜器件，其中，四个所述压电传感器用于通过将从以所述第1轴或所述第2轴为中心呈线对称的关系的一对所述压电传感器的所述上部电极或所述下部电极获得的电压信号相加或相减，来生成所述反射镜部的角度检测信号。3.根据权利要求1所述的微镜器件，其中，四个所述压电传感器中的以所述第1轴或所述第2轴为中心呈线对称的关系的一对所述压电传感器的所述上部电极或所述下部电极经由金属配线连接。4.根据权利要求1所述的微镜器件，其中，所述驱动部具备：一对第1致动器，它们隔着所述第2轴对置，且具有压电元件；以及一对第2致动器，它们配置成包围所述第1致动器，并且隔着所述第1轴对置，且具有压电元件。5.根据权利要求4所述的微镜器件，其中，所述驱动部中，所述第2致动器使绕所述第1轴的转矩作用于所述反射镜部，所述第1致动器使绕所述第2轴的转矩作用于所述可动框，由此使所述反射镜部分别绕所述第1轴及所述第2轴摆动。6.一种光扫描装置，其具备：权利要求1至5中任一项所述的微镜器件；以及处理器，其对所述驱动部进行驱动，所述光扫描装置中，所述处理器通过对所述驱动部施加驱动信号，来使所述反射镜部分别绕所述第1轴及所述第2轴摆动，
通过将从四个所述压电传感器中的以所述第1轴或所述第2轴为中心呈线对称的关系的一对所述压电传感器的所述上部电极或所述下部电极获得的电压信号相加或相减，来生成所述反射镜部的角度检测信号。

技术总结
本发明提供一种能够提高反射镜部的角度检测精度的微镜器件及光扫描装置。微镜器件具备反射镜部、一对第1支承部、一对可动框、一对第2支承部、驱动部、固定框、与固定框相比厚度薄且沿第1轴或第2轴延伸而连接驱动部与固定框的一对连接部以及上部电极的形状及位置以第1轴及第2轴为中心呈线对称的关系的四个压电传感器。当设连接部的延伸方向为第1方向，设与第1方向正交且位于平面内的方向为第2方向，设固定框与连接部的边界的在第2方向上的长度为H时，四个压电传感器各自的至少一部分处于从第1轴及第2轴中的与第1方向平行的轴向第2方向H/2以内的范围内，且配置于固定框上。且配置于固定框上。且配置于固定框上。


技术研发人员：青岛圭佑
受保护的技术使用者：富士胶片株式会社
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/9/26