(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-16
(45)【発行日】2024-04-24
(54)【発明の名称】圧電アクチュエータ、光走査装置
(51)【国際特許分類】
H10N 30/20 20230101AFI20240417BHJP
G02B 26/10 20060101ALI20240417BHJP
H02N 2/04 20060101ALI20240417BHJP
H10N 30/853 20230101ALI20240417BHJP
H10N 30/50 20230101ALI20240417BHJP
H10N 30/87 20230101ALI20240417BHJP
【ＦＩ】
H10N30/20
G02B26/10 104Z
H02N2/04
H10N30/853
H10N30/50
H10N30/87
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2019165949
(22)【出願日】2019-09-12
(65)【公開番号】P2021044418
(43)【公開日】2021-03-18
【審査請求日】2022-08-05
(73)【特許権者】
【識別番号】000006220
【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】阿賀 寿典
【審査官】加藤 俊哉
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－３４０４２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０４６３３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０８２４６４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｎ ３０／２０
Ｇ０２Ｂ ２６／１０
Ｈ０２Ｎ ２／０４
Ｈ１０Ｎ ３０／８５３
Ｈ１０Ｎ ３０／５０
Ｈ１０Ｎ ３０／８７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、前記基板上に形成された駆動源と、を有し、
前記駆動源は、平均粒径が１μｍ以下の圧電薄膜を有し、
前記圧電薄膜は、ペロブスカイト構造の導電性酸化膜上に形成され、
前記導電性酸化膜の平均粒径は３５ｎｍ以下である圧電アクチュエータ。
【請求項2】
基板と、前記基板上に形成された、平均粒径が１μｍ以下の圧電薄膜と、を有し、
前記圧電薄膜は、ペロブスカイト構造の導電性酸化膜上に形成され、
前記導電性酸化膜の平均粒径は３５ｎｍ以下である圧電アクチュエータ。
【請求項3】
基板と、前記基板上に形成された駆動源と、を有し、
前記駆動源は、平均粒径が１μｍ以下の圧電薄膜を複数層有し、
各々の前記圧電薄膜は、ペロブスカイト構造の導電性酸化膜上に形成され、
前記導電性酸化膜の平均粒径は３５ｎｍ以下である圧電アクチュエータ。
【請求項4】
前記導電性酸化膜は、ニッケル酸ランタン薄膜、ルテニウム酸ストロンチウム薄膜、又はルテニウム酸バリウム薄膜である請求項１乃至３の何れか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項5】
前記圧電薄膜は、平均粒径が６００ｎｍ以下である請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項6】
前記圧電薄膜は、平均粒径が４５０ｎｍ以下である請求項１乃至５の何れか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項7】
前記圧電薄膜は、ペロブスカイト構造である請求項１乃至６の何れか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項8】
前記圧電薄膜を構成する圧電材料は、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ニオブ酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛、チタン酸ランタン鉛、マグネシウム酸ニオブ酸鉛、又はマンガン酸ニオブ酸鉛である請求項１乃至７の何れか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項9】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の圧電アクチュエータにより駆動されるミラー部を有する光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧電アクチュエータ、光走査装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ミラー部を回転させて光を走査する光走査装置において、ミラー部を駆動する駆動源として、圧電薄膜を有する圧電アクチュエータが用いられる場合がある。圧電アクチュエータの駆動電圧は低い方が望ましいため、例えば、圧電薄膜の材料にＰＺＴ系の材料を用いることで圧電定数を大きくし、圧電アクチュエータの駆動電圧を低減する検討がなされている。
【0003】
具体的には、例えば、圧電薄膜を、ペロブスカイト強誘電体のＡサイトとしてＰｂを含み、アクセプター元素ＢＡとしてＭｎを含み、ドナー元素ＢＤとしてＮｂを含むＰｂ（Ｍｎ、Ｎｂ）Ｏ３からなるＰＺＴ系の材料で構成した圧電アクチュエータを備えた光走査装置が提案されている。
【0004】
この光走査装置では、圧電薄膜の膜厚は２μｍ～１０μｍ程度であり、圧電薄膜の粒径は１μｍ程度である。又、ミラー部の駆動に共振駆動が用いられ、圧電アクチュエータの駆動電圧は数１０Ｖ程度である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１５－１１５３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、従来は、圧電アクチュエータの駆動電圧の低減は十分に達成できていなく、圧電アクチュエータの駆動電圧の更なる低減が望まれている。
【0007】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、圧電アクチュエータの駆動電圧を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本圧電アクチュエータ（３００）は、基板（３１０）と、前記基板（３１０）上に形成された駆動源（３２０）と、を有し、前記駆動源（３２０）は、平均粒径が１μｍ以下の圧電薄膜（３４０、３６０）を有し、前記圧電薄膜（３４０、３６０）は、ペロブスカイト構造の導電性酸化膜上に形成され、前記導電性酸化膜の平均粒径は３５ｎｍ以下である。
【0009】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【発明の効果】
【0010】
開示の技術によれば、圧電アクチュエータの駆動電圧を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】第１実施形態に係る圧電アクチュエータを例示する断面図（その１）である。
【図2】第１実施形態に係る圧電アクチュエータを例示する断面図（その２）である。
【図3】第２実施形態に係る光走査装置を例示する平面図である。
【図4】圧電薄膜の平均粒径と駆動電圧との関係を例示する図である。
【図5】下部電極３３０上の圧電薄膜３４０の断面写真（その１）である。
【図6】圧電薄膜の平均粒径と下層の平均粒径との関係を例示する図である。
【図7】駆動電圧の低減について説明する図である。
【図8】下部電極３３０上の圧電薄膜３４０の断面写真（その２）である。
【図9】下部電極３３０上の圧電薄膜３４０の断面写真（その３）である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【0013】
【0014】
駆動源３２０は、基板３１０上に形成された下部電極３３０と、下部電極３３０上に形成された圧電薄膜３４０と、圧電薄膜３４０上に形成された中間電極３５０と、中間電極３５０上に形成された圧電薄膜３６０と、圧電薄膜３６０上に形成された上部電極３７０とを有する。
【0015】
圧電アクチュエータ３００において、例えば、中間電極３５０がグランドに接続され、下部電極３３０及び上部電極３７０に圧電アクチュエータ３００を駆動する駆動信号が供給される。下部電極３３０及び上部電極３７０に駆動信号が供給されると、圧電アクチュエータ３００は駆動信号の電圧にしたがって変位する。
【0016】
基板３１０は、例えば、シリコン基板である。シリコン基板の上面に、シリコン酸化膜等が形成されてもよい。基板３１０として、支持層、埋め込み（ＢＯＸ：Buried Oxide）層、及び活性層を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いてもよい。
【0017】
下部電極３３０は、例えば、第１層３３１、第２層３３２、及び第３層３３３の３層により形成される膜である。
【0018】
第１層３３１及び第３層３３３の各々は、ペロブスカイト構造及び（１１０）配向を含んだ導電性酸化膜であることが好ましい。ペロブスカイト構造及び（１１０）配向を含んだ導電性酸化膜としては、例えば、ＬＮＯ（ＬａＮｉＯ３：ニッケル酸ランタン）薄膜、ＳＲＯ（Ｓｒ２ＲｕＯ４：ルテニウム酸ストロンチウム）薄膜、ＢＲＯ（ＢａＲｕＯ３：ルテニウム酸バリウム）薄膜等が挙げられる。第１層３３１及び第３層３３３の各々の膜厚は、例えば、３０ｎｍである。
【0019】
第２層３３２は、例えば、Ｐｔ薄膜である。第２層３３２は、Ｐｔ以外の白金族の薄膜でもよく、例えば、Ｉｒ薄膜、Ｏｓ薄膜等を用いてもよい。第２層３３２の膜厚は、例えば、１５０ｎｍである。
【0020】
中間電極３５０は、例えば、第１層３５１、第２層３５２、及び第３層３５３の３層により形成される膜である。
【0021】
第１層３５１及び第３層３５３の各々は、ペロブスカイト構造及び（１１０）配向を含んだ導電性酸化膜であることが好ましい。具体的な材料は、第１層３３１及び第３層３３３で例示したものと同様である。第１層３５１及び第３層３５３の各々の膜厚は、例えば、８０ｎｍである。
【0022】
第２層３５２は、例えば、Ｐｔ薄膜である。第２層３５２は、Ｐｔ以外の白金族の薄膜でもよく、例えば、Ｉｒ薄膜、Ｏｓ薄膜等を用いてもよい。第２層３５２の膜厚は、例えば、１５０ｎｍである。
【0023】
上部電極３７０は、例えば、第１層３７１及び第２層３７２の２層により形成される膜である。
【0024】
第１層３７１は、ペロブスカイト構造及び（１１０）配向を含んだ導電性酸化膜であることが好ましい。具体的な材料は、第１層３３１及び第３層３３３で例示したものと同様である。第１層３７１の膜厚は、例えば、８０ｎｍである。
【0025】
第２層３７２は、例えば、Ｐｔ薄膜である。第２層３７２は、Ｐｔ以外の白金族の薄膜でもよく、例えば、Ｉｒ薄膜、Ｏｓ薄膜等を用いてもよい。第２層３７２の膜厚は、例えば、１００ｎｍである。
【0026】
中間電極３５０の第１層３５１及び上部電極３７０の第１層３７１は、それぞれの下層にある圧電薄膜３４０及び３６０の劣化を抑制している。
【0027】
下部電極３３０の第１層３３１及び第３層３３３の膜厚、中間電極３５０の第１層３５１及び第３層３５３の膜厚、及び上部電極３７０の第１層３７１の膜厚は、各々３０ｎｍ以上とすることが好ましい。これらの膜厚を３０ｎｍ以上とすることで、ＬＮＯ薄膜を均一に成膜できる。
【0028】
下部電極３３０の第３層３３３の平均粒径、及び中間電極３５０の第３層３５３の平均粒径は、３５ｎｍ以下であることが好ましく、２５ｎｍ以下であることがより好ましい。
【0029】
下部電極３３０の第３層３３３の平均粒径が上記範囲であると、上層である圧電薄膜３４０の平均粒径を小さくできる。又、中間電極３５０の第３層３５３の平均粒径が上記範囲であると、上層である圧電薄膜３６０の平均粒径を小さくできる。例えば、圧電アクチュエータ３００をミラー部を有する光走査装置に用いる場合、圧電薄膜３４０及び３６０の各々の平均粒径を小さくするほど、圧電アクチュエータ３００に駆動されるミラー部を同じ振れ角にするための駆動電圧（以降、単に、圧電アクチュエータ３００の駆動電圧と称する）を低減できる。
【0030】
ここで、平均粒径とは、対象となる膜の面内水平方向の結晶粒径の平均値である。平均粒径は、電子線回折装置で分析することで算出できる。又、面内水平方向とは、対象となる膜が形成される下層の上面に水平な方向である。
【0031】
圧電薄膜３４０及び３６０を構成する圧電材料は、ペロブスカイト構造であることが好ましい。圧電薄膜３４０及び３６０は、例えば、ペロブスカイト構造であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）である。圧電薄膜３４０は下部電極３３０上に、圧電薄膜３６０は中間電極３５０上に、例えば、ゾルゲル法を用いて形成できる。
【0032】
圧電薄膜３４０及び３６０を構成する圧電材料は、ペロブスカイト構造であれば、ＰＺＴ以外でもよく、例えば、ＰＮＺＴ（チタン酸ジルコン酸ニオブ酸鉛）、ＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）、ＰＬＴ（チタン酸ランタン鉛）、ＰＭＮ（マグネシウム酸ニオブ酸鉛）、ＰＭＮＮ（マンガン酸ニオブ酸鉛）、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）等が挙げられる。圧電薄膜３４０及び３６０に、これらの圧電材料を用いることで、単位電圧当たりの駆動力を向上できる。
【0033】
圧電薄膜３４０の平均粒径、及び圧電薄膜３６０の平均粒径は、各々１μｍ以下とすることが好ましく、６００ｎｍ以下とすることがより好ましく、４５０ｎｍ以下とすることが更に好ましい。前述のように、圧電薄膜３４０及び３６０の各々の平均粒径を小さくするほど、圧電アクチュエータ３００の駆動電圧を低減できる。
【0034】
下部電極３３０及び中間電極３５０は、例えば、それぞれの上層に形成される圧電薄膜３４０及び３６０を結晶化させるため、基板３１０の温度を５００度以上にして、第３層３３３及び３５３の面内垂直方向の結晶方位を（１１０）優先配向させるようにスパッタリングにより成膜できる。この条件で下部電極３３０と中間電極３５０とを形成することにより、ＰＺＴ薄膜を結晶化させて良好な圧電特性を取得可能となる。これにより、圧電アクチュエータ３００の駆動電圧を低減できる。
【0035】
なお、圧電アクチュエータ３００の構造は、図１の例には限定されない。例えば、圧電アクチュエータ３００において、圧電薄膜は最低１層で良く、この場合、圧電薄膜の上下に下部電極及び上部電極が形成された３層構造となり、中間電極は不要となる。又、３層以上の圧電薄膜を設けてもよく、この場合、下部電極上に圧電薄膜及び中間電極が必要な数だけ交互に積層され、最後に最上層の中間電極上に圧電薄膜及び上部電極が順次積層される。
【0036】
圧電薄膜をｎ層とすることにより、圧電アクチュエータ３００の駆動電圧を、１層の場合の１／ｎにできる。
【0037】
又、図２に示す圧電アクチュエータ３００Ａのように、下部電極３３０の端部及び中間電極３５０の端部が上層から露出する構造としてもよい。又、図２において、圧電薄膜３４０の端部を中間電極３５０側から下部電極３３０側に末広がりに傾斜する傾斜面としてもよい。同様に、圧電薄膜３６０の端部を上部電極３７０側から中間電極３５０側に末広がりに傾斜する傾斜面としてもよい。なお、図２の下部電極３３０、中間電極３５０、及び上部電極３７０において、積層構造の図示は省略されているが、図１と同様である。
【0038】
〈第２実施形態〉
第２実施形態では、第１実施形態に係る圧電アクチュエータを用いた光走査装置の例を示す。なお、第２実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第２実施形態では、第１実施形態に係る圧電アクチュエータを用いた光走査装置の例を示す。なお、第２実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【0039】
図３は、第２実施形態に係る光走査装置を例示する平面図であり、光走査装置をミラー反射面１０側から視た図である。図３において、２本のトーションバー５０の長手方向を垂直方向、２本のトーションバー５０の長手方向と直交する方向を水平方向としている。
【0040】
図３を参照すると、光走査装置１は、ミラー部４０と、トーションバー５０と、連結部６０と、水平駆動部７０と、可動枠８０と、垂直駆動部１１０と、固定枠１２０と、端子１３０と、配線１４０とを有するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）である。
【0041】
ミラー部４０は、ミラー反射面１０と、応力緩和領域２０とを有する。水平駆動部７０は、水平駆動梁７１と、駆動源７２とを有する。垂直駆動部１１０は、垂直駆動梁９０と、駆動源９１と、連結部１００とを有する。
【0042】
ミラー部４０は、垂直方向に延在する２本のトーションバー５０により、垂直方向の両外側から挟持されている。ミラー部４０は、中心にミラー反射面１０を有し、ミラー反射面１０とトーションバー５０との間に応力緩和領域２０を有する。各応力緩和領域２０には、２つのスリット３０が形成されている。又、トーションバー５０は、基端部５０ａが連結部６０を介して水平駆動梁７１の内側の角に連結されている。水平駆動梁７１は、表面に駆動源７２を備え、外側の辺が可動枠８０に連結されている。ミラー部４０は、圧電アクチュエータにより駆動される。
【0043】
光走査装置１では、水平駆動梁７１及び駆動源７２として、第１実施形態で説明した圧電アクチュエータ３００を用いている。すなわち、水平駆動梁７１は、例えば、シリコン基板である。そして、駆動源７２は、圧電薄膜３４０及び３６０と、下部電極３３０と、中間電極３５０と、上部電極３７０とを有する。但し、圧電アクチュエータ３００において、圧電薄膜は最低１層で良く、３層以上であってもよい。
【0044】
又、トーションバー５０の基端部５０ａには、圧電センサ５１が設けられている。圧電センサ５１は、ミラー部４０が水平方向に遥動している状態におけるミラー反射面１０の水平方向の振角を検出するための振角センサである。圧電センサ５１には、圧電素子等が用いられ、例えばピエゾ素子が用いられる。
【0045】
可動枠８０は、水平駆動梁７１を介して連結部６０、トーションバー５０、及びミラー部４０を支持するとともに、これらの周囲を囲んでいる。可動枠８０は、垂直駆動梁９０の可動枠８０に連結されている。
【0046】
垂直駆動梁９０は、可動枠８０の水平方向の両側に、可動枠８０を挟むように配置されている。垂直駆動梁９０は、トーションバー５０と平行に複数設けられている。可動枠８０の各片側には、２つの垂直駆動梁９０が水平方向に隣接するように配置されている。隣接する２つの垂直駆動梁９０は、連結部１００により連結されている。
【0047】
内側の垂直駆動梁９０は、一端が可動枠８０に連結され、他端が外側の垂直駆動梁９０に連結されている。又、外側の垂直駆動梁９０は、一端が固定枠１２０に連結され、他端が内側の垂直駆動梁９０に連結されている。又、垂直駆動梁９０には、駆動源９１が設けられている。
【0048】
光走査装置１では、垂直駆動梁９０及び駆動源９１として、第１実施形態で説明した圧電アクチュエータ３００を用いている。すなわち、垂直駆動梁９０は、例えば、シリコン基板である。そして、駆動源９１は、圧電薄膜３４０及び３６０と、下部電極３３０と、中間電極３５０と、上部電極３７０とを有する。但し、圧電アクチュエータ３００において、圧電薄膜は最低１層で良く、３層以上であってもよい。
【0049】
又、外側の垂直駆動梁９０の一端には、圧電センサ９２が設けられている。圧電センサ９２は、ミラー部４０が垂直方向に遥動している状態におけるミラー反射面１０の垂直方向の振角を検出するための振角センサである。圧電センサ９２には、圧電センサ５１と同様に圧電素子等が用いられ、例えばピエゾ素子が用いられる。
【0050】
固定枠１２０は、外側の垂直駆動梁９０を介して垂直駆動部１１０を支持する。すなわち、固定枠１２０は、駆動部（垂直駆動部１１０及び水平駆動部７０）を介してミラー部４０を支持している。垂直駆動部１１０及び可動枠８０を取り囲んでおり、外形が矩形状である。本実施形態では、固定枠１２０の外形は、ほぼ正方形である。
【0051】
固定枠１２０の表面には複数の端子１３０が設けられている。各端子１３０には配線１４０が接続されている。配線１４０は、駆動源７２、９１、及び圧電センサ５１、９２に接続されている。又、配線１４０には、グランド電位が付与された基板としてのシリコン活性層３０３に配線１４０をコンタクトさせるための基板コンタクト部１４０ａが形成されている。
【0052】
以下、各部のより詳細な説明を行う。
【0053】
ミラー部４０は、ほぼ円形のミラー反射面１０を中心に備える。ミラー反射面１０は、銀、銅、アルミニウム等の反射率の高い金属膜により形成されている。
【0054】
応力緩和領域２０は、トーションバー５０の捻れ応力を緩和させ、ミラー反射面１０に加わる応力を低減させるために、ミラー反射面１０との間に設けられたスペーサ部である。応力緩和領域２０は、トーションバー５０の捻れ運動で発生する応力を分散させ、ミラー反射面１０に加わる応力を緩和できる。
【0055】
スリット３０は、応力緩和領域２０に印加された応力を分散させるための穴であり、応力緩和領域２０内に設けられている。
【0056】
トーションバー５０は、ミラー部４０を両側から支持するとともに、ミラー部４０を水平方向に揺動させるための手段である。ここで、水平方向とは、ミラー反射面１０により反射される光が高速に走査して移動する方向であり、投影面の横方向を意味する。つまり、ミラー反射面１０が横方向に揺動する方向であり、トーションバー５０が軸となる方向である。トーションバー５０は、左右に交互に捻れることにより、ミラー部４０を水平方向に揺動させる。
【0057】
連結部６０は、水平駆動梁７１で発生した水平方向の駆動力をトーションバー５０に伝達するための伝達手段である。
【0058】
水平駆動梁７１は、ミラー部４０を水平方向に揺動させ、ミラー反射面１０により反射された光を投影面の水平方向に走査させるための駆動手段である。２つの駆動源７２に異なる位相の電圧を交互に印加することにより、２つの水平駆動梁７１を交互に反対方向に反らせることができる。これにより、トーションバー５０に捻れ力を与え、トーションバー５０に平行な水平回転軸周りにミラー部４０を揺動させることができる。
【0059】
又、水平駆動梁７１による駆動は、例えば、共振駆動が用いられる。本実施形態に係る光走査装置１をプロジェクタ等に適用した場合には、例えば３０ｋＨｚの共振駆動によりミラー部４０が駆動される。
【0060】
又、隣接する垂直駆動梁９０に異なる位相の電圧を印加することにより、可動枠８０を垂直方向に揺動させることができる。なお、ミラー部４０は、可動枠８０に支持されているので、可動枠８０の揺動に伴い、垂直方向に揺動する。
【0061】
なお、垂直駆動部１１０は、例えば、非共振駆動により可動枠８０を揺動させる。垂直駆動は、水平駆動と比較して高速駆動は要求されず、駆動周波数は、例えば、６０Ｈｚ程度である。
【0062】
以上の構成の光走査装置１は、例えばＳＯＩウェハを用いて製造される。
【0063】
ここで、光走査装置１の圧電アクチュエータにおける圧電薄膜の結晶粒径の制御について説明する。圧電アクチュエータにおいて、従来は、圧電薄膜の結晶粒径を制御することは実施していなかった。しかし、発明者らは、圧電薄膜の結晶粒径を制御して圧電薄膜の平均粒径を小さくすることで、圧電アクチュエータの駆動電圧を低減できることを見出した。
【0064】
図４は、圧電薄膜の平均粒径と駆動電圧との関係を例示する図である。図４において、横軸の『圧電薄膜の平均粒径』は、圧電薄膜３４０及び３６０の断面写真を電子線回折装置で分析して求めた、圧電薄膜３４０及び３６０の面内水平方向の結晶粒径の平均値である。
【0065】
図５は、下部電極３３０上の圧電薄膜３４０の断面写真（その１）であり、矢印で示す部分が圧電薄膜３４０の面内水平方向の結晶粒径の一例である。矢印の位置を上下方向及び左右方向に動かして各位置における面内水平方向の結晶粒径を測定し、平均化したものが、面内水平方向の結晶粒径の平均値（すなわち、平均粒径）である。電子線回折装置では、圧電薄膜３４０及び３６０の断面写真を分析し、圧電薄膜３４０及び３６０の平均粒径を求める。
【0066】
電子線回折装置としては、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）ベースの結晶方位解析システムＡＳＴＥＲ（ＮａｎｏＭＥＧＡＳ社製、登録商標）を用いることができる。ＡＳＴＥＲを用いることで、２～５ｎｍ程度の高い空間分解能を実現可能である。
【0067】
図４において、縦軸の『駆動電圧』は、駆動源７２を構成する中間電極３５０をグランドに接続し、上部電極３７０と下部電極３３０との間に駆動電圧を供給する構成で、ミラー部４０の振れ角が３．２ｄｅｇとなる電圧である。駆動電圧の値が低いほど、振れ角感度が高い。
【0068】
図４からわかるように、圧電薄膜３４０及び３６０の平均粒径を小さくするほど、ミラー部４０が一定の角度で触れるために必要な駆動電圧を低減できる。言い換えれば、圧電薄膜３４０及び３６０の平均粒径を小さくするほど、振れ角感度を向上できる。
【0069】
例えば、圧電薄膜３４０及び３６０の平均粒径を６００ｎｍから４５０ｎｍにすることで、ミラー部４０が一定の角度で触れるために必要な駆動電圧を約８％低減できる。
【0070】
振れ角感度を向上できる理由は、圧電薄膜３４０及び３６０の平均粒径を小さくすることで、結晶粒間の隙間を小さくでき、圧電薄膜３４０及び３６０に加わる電力のロスが削減されるためである。すなわち、結晶粒間の隙間が大きいほど沿面に流れる電流が大きくなるが、結晶粒間の隙間が小さくなるに連れて沿面に流れる電流が小さくなり、より多くの電流が圧電薄膜３４０及び３６０の内部を流れるようになるため、振れ角感度を向上できる。なお、沿面に流れる電流は、圧電アクチュエータの変形に寄与しない。
【0071】
又、同じ電力を加えた場合に、結晶粒径が小さい方が圧電アクチュエータがよく動くことになるため、見かけ上の圧電定数を高くできる。又、沿面に流れる電流が小さくなるため、圧電アクチュエータの絶縁耐圧を高くできる。
【0072】
図６は、圧電薄膜の平均粒径と下層の平均粒径との関係を例示する図である。図６において、縦軸の『下層の平均粒径』は、第３層３３３及び３５３の断面写真を電子線回折装置で分析して求めた、第３層３３３及び３５３の面内水平方向の結晶粒径の平均値である。電子線回折装置としては、圧電薄膜の場合と同様に、ＡＳＴＥＲを用いることができる。横軸の『圧電薄膜の平均粒径』については、図３の場合と同様である。
【0073】
図６からわかるように、第３層３３３及び３５３の平均粒径を小さくするほど、圧電薄膜３４０及び３６０の平均粒径を小さくできる。第３層３３３及び３５３の平均粒径を小さくするには、第３層３３３及び３５３をスパッタリングで成膜する際に用いるスパッタリングターゲットの平均粒径を小さくすればよい。
【0074】
すなわち、図７に示すように、第３層３３３のスパッタリングターゲットの平均粒径を小さくすることで第３層３３３の平均粒径が小さくなり、これにより、第３層３３３上に形成される圧電薄膜３４０の平均粒径も小さくなる。同様に、第３層３５３のスパッタリングターゲットの平均粒径を小さくすることで第３層３５３の平均粒径が小さくなり、これにより、第３層３５３上に形成される圧電薄膜３６０の平均粒径も小さくなる。そして、圧電薄膜３４０及び３６０の平均粒径が小さくなった結果、駆動電圧を低減できる（振れ角感度を向上できる）。
【0075】
【0076】
図８は、下部電極３３０を構成する第３層３３３の平均粒径が約３０ｎｍ、圧電薄膜３４０の平均粒径が約５７９ｎｍの例である。この例では、ミラー部４０の振れ角が３．２ｄｅｇとなる駆動電圧は１．８５～１．９５Ｖ程度となる（図４より）。
【0077】
【0078】
図９は、下部電極３３０を構成する第３層３３３の平均粒径が約２０ｎｍ、圧電薄膜３４０の平均粒径が約４４９ｎｍの例である。この例では、ミラー部４０の振れ角が３．２ｄｅｇとなる駆動電圧は１．７～１．８Ｖ程度となる（図４より）。
【0079】
このように、圧電薄膜の平均粒径を小さくすることで、圧電アクチュエータの駆動電圧を低減できる。実使用状態における駆動電圧を考慮すると、圧電薄膜の平均粒径は１μｍ以下とすることが好ましく、６００ｎｍ以下とすることがより好ましく、４５０ｎｍ以下とすることが更に好ましい。圧電薄膜の平均粒径を６００ｎｍ以下とすることで、圧電アクチュエータの駆動電圧を２Ｖ以下にできる。
【0080】
上記実施形態に係る光走査装置１は、例えば、アイウェアやプロジェクタ等の二次元走査型の光走査装置に適用できる。
【0081】
又、上記実施形態では、光走査装置として、トーションバーを用いた光走査装置を例に挙げて説明しているが、本発明は、トーションバーを用いない光走査装置に対しても適用可能である。又、上記実施形態では、二次元走査型の光走査装置を例に挙げて説明しているが、二次元走査型に限られず、１方向にミラー部を揺動させる一次元走査型の光走査装置であってもよい。
【0082】
又、上記実施形態に係る圧電アクチュエータ３００は、光走査装置以外に用いてもよく、例えば、インクジェットヘッドに用いることができる。
【0083】
以上、好ましい実施形態について説明したが、上述した実施形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【0084】
１ 光走査装置、１０ ミラー反射面、２０ 応力緩和領域、３０ スリット、４０ ミラー部、５０ トーションバー、５０ａ 基端部、５１ 圧電センサ、６０、１００ 連結部、７０ 水平駆動部、７１ 水平駆動梁、７２ 駆動源、８０ 可動枠、９０ 垂直駆動梁、９１ 駆動源、９２ 圧電センサ、１１０ 垂直駆動部、１２０ 固定枠、１３０ 端子、１４０ 配線、１４０ａ 基板コンタクト部、３００、３００Ａ 圧電アクチュエータ、３１０ 基板、３２０ 駆動源、３３０ 下部電極、３３１、３５１、３７１ 第１層、３３２、３５２、３７２ 第２層、３３３、３５３ 第３層、３４０、３６０ 圧電薄膜、３５０ 中間電極、３７０ 上部電極
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
