JP2004347663A

JP2004347663A - 光偏向器

Info

Publication number: JP2004347663A
Application number: JP2003141643A
Authority: JP
Inventors: Junichi Ichihara; 順一市原
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】出射光の偏向角が一定の波形を描いて増減するように入射光を偏向させる光偏向器に関し、入射光をリニアに偏向できる光偏向器であって、低騒音で高速スキャンでき、しかも低コストの光偏向器を実現する。
【解決手段】傾動中心軸が平行である第１および第２の傾動平面反射鏡１１，１２で順次反射した後の光が、光偏向器の出射光となる。第２の傾動平面反射鏡１２は、出射光に描かせたい一定の偏向波形の基本周波数および近似振幅で往復傾動され、第１の傾動平面反射鏡１１は、光偏向器の出射光の偏向角が一定の波形を描いて増減するように補正傾動されるように構成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出射光の偏向角が一定の波形を描いて増減するように入射光を偏向させる光偏向器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザプリンタ等では、レーザ光を偏向させて書き込みを行っているが、この場合の光偏向手段としては、回転多面鏡（ポリゴンミラー）が広く用いられている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、半導体プロセス等で作製される偏向ミラーでは、平面反射鏡の回転中心位置にトーションばねとして機能する可撓性捩じり梁部を形成しておき、これを弾性変形させることで、平面反射鏡を往復傾動している（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−６７３７７公報（図２）
【特許文献２】
特開２００２−１３１６８５公報（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
プリンタでは高速印字の要望が高まっており、光偏向器としては高速スキャンの可能なものが要求されている。この要求を受け、回転多面鏡では、その回転シャフトを空気軸受で支持し、回転多面鏡を３万ｒｐｍ程度の速度で回転させるようにしたものがある。
【０００６】
しかし、回転多面鏡の場合、その回転数は限界に近づいており、より速い印字を実現することが難しくなっている。また、回転多面鏡では、高速回転を実現するため空気軸受によって回転シャフトを支持しているので、回転多面鏡を密閉容器内に入れることは可能であっても、真空状態や低圧状態の環境におくことは困難であり、回転鏡の回転による空気擾乱によって発生する騒音を小さくすることはできず、オフィス環境に適合しないという問題もある。さらに、コストが高いという問題もある。
【０００７】
特許文献２に記載されたように平面反射鏡を往復傾動させるタイプの光偏向器では、入射光を±３０°程度の広い範囲で偏向する必要があり、その角度範囲で、偏向角がリニアに増加および減少を繰り返すこと、すなわち、偏向角が時間の経過につれて三角波状に増減することが要求される。しかし、特許文献２の構成の場合、平面反射鏡の傾動時、偏向角の絶対値が増大するにつれて、言い換えれば、三角波の折り返し点に近づくにつれて、可撓性捩じり梁部の捩じり反力が大きくなるため、この折り返し点位置では、平面反射鏡を純粋に傾動するための回転力が大きく減少することになる（消費電力にも制限があるため、全体の回転力自体を増加させることも難しい）。よって、パワー不足からこの折り返し点位置で偏向角をシャープに折り返させることが難しく、入射光のリニアな偏向が困難であった。
【０００８】
本発明はこれらの問題を解決しようとするもので、入射光をリニアに偏向できる光偏向器であって、低騒音で高速スキャンでき、しかも低コストの光偏向器を実現することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、出射光の偏向角（出射角度）が一定の波形を描いて増減するように入射光を偏向させる光偏向器であり、図１の原理図に示すように、傾動可能な複数（図１には、第１および第２の２つを例示）の傾動平面反射鏡１１，１２を有している。各傾動平面反射鏡１１，１２は、図１における時計方向および反時計方向に傾動できるように、その傾動中心軸Ｏ１，Ｏ２が、図１における背面方向に延び、かつ平行に配置されている。傾動平面反射鏡１１，１２は、図示しない駆動手段により、時計方向および反時計方向に傾動される。具体的には、第２の傾動平面反射鏡１２は、上記出射光の偏向角の変化（最終目標）を示す一定の波形Ｈ（たとえば、図３の三角波ａ）の基本周波数ｆｏと同一の周波数で、かつ一定の波形Ｈに近似した振幅の波形（たとえば、図３の正弦波ｂ）を描くように、往復傾動される。傾動平面反射鏡１２単体の回転角Δθ２は、正弦波ｂの振幅の半分である。
【００１０】
一方、第１の傾動平面反射鏡１１は、最終的な光偏向器の出射光の偏向角が一定の波形Ｈを描いて増減するように、傾動制御される。たとえば、図３の場合の差分波形ｃを描くように往復傾動される。ここで、差分波形ｃは、三角波ａから正弦波ｂを引いたもので、第１の傾動平面反射鏡１１単体の回転角Δθ１は、この差分波形ｃの振幅の半分である。
【００１１】
この構成において、光偏向器への入射光は、傾動平面反射鏡１１，１２に順次入射し（入射の順番は問わない）、最後の反射光が光偏向器の出射光となる。図１では、光偏向器への入射光として第１の傾動平面反射鏡１１に入射した光Ｌｉ１が、そこで反射後、第２の傾動平面反射鏡１２に入射する。そして、第２の傾動平面反射鏡１２で偏向された反射光Ｌｏ２が、光偏向器の出射光となる。
【００１２】
図１において、各傾動平面反射鏡１１，１２が、それぞれΔθ１，Δθ２だけ回転（傾動）したとすると、傾動平面反射鏡１１の反射光Ｌｏ１は、入射光Ｌｉ１に対して２×Δθ１だけ偏向され、さらに傾動平面反射鏡１２の反射光Ｌｏ２は、その入射光Ｌｉ２（傾動平面反射鏡１１の反射光Ｌｏ１）に対して２×Δθ２だけ偏向される。
【００１３】
このように傾動平面反射鏡１１，１２を回転させることにより、各反射光は、各回転角Δθ１，Δθ２の２倍だけ偏向されるので、図１の場合にように２個の傾動平面反射鏡１１，１２を用いた場合、第２の傾動平面反射鏡での反射光は、最初の入射光Ｌｉ１を、θ＝２×（Δθ１＋Δθ２）だけ偏向させたものとなる。そこで、本発明では、このθが、上記出射光の偏向角の変化（最終目標）を示す一定の波形Ｈ（たとえば、図３の三角波ａ）を描くように、傾動平面反射鏡１１の回転角Δθ１を、たとえば、図３の差分波形ｃを描くように駆動する。
【００１４】
このように本発明では、第２の傾動平面反射鏡が、一定の波形Ｈの基本周波数および近似振幅で往復傾動され、第１の傾動平面反射鏡が、光偏向器の出射光の偏向角が上記一定の波形Ｈを描いて増減するように補正傾動される。その際、第１の傾動平面反射鏡の回転角（振幅）は小さいので、偏向角の微調整（補正）を速やかに行うことができ、その結果、入射光をリニアに偏向できる。
【００１５】
また、傾動平面反射鏡は、回転多面鏡の場合と比較して小さいので軽量化でき、高速スキャンが可能になる。さらに、空気軸受等を用いる必要がないため、減圧あるいは真空容器内に可動部品を密閉し、騒音を小さくできると共に、低コスト化も可能になる。
【００１６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明中の第２の傾動平面反射鏡が、可撓性捩じり梁部により回転可能に支持され、該第２の傾動平面反射鏡の捩れ振動系の固有振動数は、上記一定の波形の基本周波数もしくはその近傍の周波数となるように選択されていることを特徴とするものである。
【００１７】
このようにすれば、第２の傾動平面反射鏡が共振状態で駆動されることになり、第２の傾動平面反射鏡は、小さな駆動力であっても、大きく傾動し、消費電力を小さくできる。
【００１８】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の発明において、傾動中心軸が平行である第１および第２の傾動平面反射鏡は、同一平板上に板厚方向に傾動可能に形成され、該第１および第２の傾動平面反射鏡には対向平面反射鏡が対向配置され、光偏向器への入射光は、第１および第２の傾動平面反射鏡と対向平面反射鏡との間で往復しながら、第１および第２の傾動平面反射鏡に順次入射することを特徴とするものである。
【００１９】
この発明では、第１および第２の傾動平面反射鏡を同一平板上に形成する構造のため、作製が容易であり、低コスト化が可能になる。
【００２０】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明中の第１の傾動平面反射鏡が、第２の傾動平面反射鏡よりも小さい平面反射鏡で構成され、第２の傾動平面反射鏡よりも高速で傾動できるようになっていることを特徴とするものである。このようにすれば、第１の傾動平面反射鏡の慣性モーメントを減少させ、その傾動速度を上げることができ、偏向角の微調整を一層速やかに行い、入射光を一層リニアに偏向できる。
【００２１】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４に係る発明において、第１および第２の傾動平面反射鏡をフォト・リソグラフィー技術を用いて一括製作することにより、小型軽量化および低コスト化を図ったものである。
【００２２】
【実施の形態】
（第１の実施の形態例）
図２〜図４を用いて、本発明の第１の実施の形態例を説明する。ここで、図２は本形態例の分解斜視図、図３は傾動平面反射鏡の駆動波形を示す図、図４は本形態例での駆動手段を示す構成図である。これらの図において、図１と対応する部分には同一符号を付している。まず、平板１上には、板厚方向に傾動可能に、矩形状の２つの傾動平面反射鏡１１，１２が形成されている。傾動平面反射鏡１１，１２は、上面が反射面１１ａ，１２ａとなっている。
【００２３】
傾動平面反射鏡１１の左右の側端中央部には、小幅のヒンジ部（可撓性捩じり梁部）１３ａ，１３ｂが同軸上に位置するように形成されており、このヒンジ部１３ａ，１３ｂが弾性的に捩れることにより傾動中心軸Ｏ１として機能し、傾動平面反射鏡１１の時計方向および反時計方向の傾動を実現している。同様に、傾動平面反射鏡１２の左右の側端中央部にも、小幅のヒンジ部（可撓性捩じり梁部）１４ａ，１４ｂが同軸上に位置するように形成されており、このヒンジ部１４ａ，１４ｂが弾性的に捩れることにより傾動中心軸Ｏ２として機能し、傾動平面反射鏡１２の時計方向および反時計方向の傾動を実現している。傾動中心軸Ｏ１，Ｏ２が平行になるように、ヒンジ部１３ａ，１３ｂとヒンジ部１４ａ，１４ｂは形成されている。
【００２４】
第１の傾動平面反射鏡１１の外形（矩形）は、第２の傾動平面反射鏡１２の外形（矩形）よりも小さく選ばれている。その理由は、第１の傾動平面反射鏡１１の場合、入射光光束径の許容する限り小さくし、高周波数駆動を可能とするためである。一方、第２の傾動平面反射鏡１２は第１の傾動平面反射鏡１１で偏向された光を反射するのでその分大きく構成されている。
【００２５】
また、第２の傾動平面反射鏡１２の捩れ振動系の固有振動数（傾動平面反射鏡１２の慣性モーメントとヒンジ部１４ａ，１４ｂのバネ定数から決まる）は、上記出射光の偏向角の変化（最終目標）を示す三角波ａ（図３参照）の基本周波数ｆｏもしくはその近傍の周波数に選ばれている。
【００２６】
傾動平面反射鏡１１，１２は、その下方に設けられた駆動手段３により、時計方向および反時計方向に傾動される。具体的には、第２の傾動平面反射鏡１２は、上記出射光の偏向角の変化（最終目標）を示す三角波ａ（図３参照）の基本周波数ｆｏと同一の周波数で、かつ三角波ａに近似した振幅の正弦波ｂ（図３参照）を描くように、往復傾動される。第２の傾動平面反射鏡１２単体の回転角Δθ２は、正弦波ｂの振幅の半分である。
【００２７】
一方、第１の傾動平面反射鏡１１は、最終的な光偏向器の出射光の偏向角が三角波ａを描いて増減するように、図３の差分波形ｃを描くように往復傾動される。ここで、差分波形ｃは、三角波ａから正弦波ｂを引いたもので、第１の傾動平面反射鏡１１単体の回転角Δθ１は、この差分波形ｃの振幅の半分である。
【００２８】
これら傾動平面反射鏡１１，１２の上面に対向するように、対向平面反射鏡２０が設けられている。対向平面反射鏡２０の下面は、反射面２０ａを構成しており、傾動平面反射鏡１１，１２の反射面１１ａ，１２ａと対向している。反射面２０ａが傾動中心軸Ｏ１，Ｏ２と平行となるように、対向平面反射鏡２０は図示しない支持部材に固定されている。
【００２９】
駆動手段３としては、電磁駆動方式、静電駆動方式、あるいは圧電素子を用いた駆動方式等が考えられるが、本形態例では、静電駆動方式のものを用いている。すなわち、第１の傾動平面反射鏡１１の裏面に、傾動中心軸Ｏ１を回動端側から挟むようにして、矩形状の移動電極１５ａ，１５ｂが間隔をおいて形成され、この移動電極１５ａ，１５ｂにそれぞれ対向するように、基板４の凹部平面４ａ内に、矩形状の固定電極５ａ，５ｂが形成されている。同様に、傾動平面反射鏡１２の裏面に、傾動中心軸Ｏ２を回動端側から挟むようにして、矩形状の移動電極１６ａ，１６ｂが間隔をおいて形成され、この移動電極１６ａ，１６ｂにそれぞれ対向するように、基板４の他の凹部平面４ｂ内に、矩形状の固定電極６ａ，６ｂが形成されている。
【００３０】
移動電極１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂと固定電極５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂとは、最大傾動時でも当接しない程度に接近されており、移動電極１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂと固定電極５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに同一極性の電圧が印加されると、両者の間に反発力が作用し、逆に異極性の電圧が印加されると、吸引力が作用する。
【００３１】
この静電力は、対向する電極の対向面積および印加電圧値の自乗に比例し、電極間隔（電極ギャップ）に反比例するもので、傾動平面反射鏡１１，１２の回転駆動力となる。本形態例では、平板１と基板４とは接着されるため、電極間隔は、凹部平面４ａ，４ｂの深さとほぼ同じである。なお、移動電極１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂに繋がるリード線は、移動電極１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂと同時に傾動平面反射鏡１１，１２の裏面に成膜されており、ヒンジ部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂを介して外方に導出されている。固定電極５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに繋がるリード線も、固定電極５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂと同時に形成されている。
【００３２】
本形態例において、第１の傾動平面反射鏡１１への入射光は、そこで反射後、対向平面反射鏡２０に入射し、そこでの反射光が第２の傾動平面反射鏡１２に入射する。そして、第２の傾動平面反射鏡１２で最後に偏向された反射光が、出射光となる。
【００３３】
ここで、各傾動平面反射鏡１１，１２が、それぞれΔθ１，Δθ２だけ回転（傾動）したとすると、第１の傾動平面反射鏡１１の反射光Ｌｏ１は、入射光Ｌｉ１に対して２×Δθ１だけ偏向され、さらに第２の傾動平面反射鏡１２の反射光Ｌｏ２は、その入射光Ｌｉ２に対して２×Δθ２だけ偏向される。このように各段の傾動平面反射鏡１１，１２を回転させることにより、各反射光は、各回転角Δθ１，Δθ２の２倍だけ偏向されるので、最終的な第２の傾動平面反射鏡での反射光は、最初の入射光Ｌｉ１を、θ＝２×（Δθ１＋Δθ２）だけ偏向させたものとなる。
【００３４】
本形態例では、上記のように、第２の傾動平面反射鏡１２を正弦波ｂを描くように往復傾動すると共に、第１の傾動平面反射鏡１１の回転角Δθ１を差分波形ｃを描くように駆動するため、第２の傾動平面反射鏡１２からの出射光は、三角波ａを描くように増減する。
【００３５】
ここで、第２の傾動平面反射鏡１２の捩れ振動系の固有振動数は、三角波ａの基本周波数ｆｏもしくはその近傍の周波数に選ばれており、第２の傾動平面反射鏡１２は三角波ａの基本周波数ｆｏ等しい周波数の正弦波ｂで駆動されるため、第２の傾動平面反射鏡１２は共振状態で駆動されることになり、可撓性捩じり梁部１４ａ，１４ｂで支持された傾動平面反射鏡１２は、小さな駆動力であっても大きく傾動され、その結果、光偏向器の出射光も広い範囲で偏向され、また、消費電力が小さくなる。
【００３６】
図５は、可撓性捩じり梁部１４ａ，１４ｂによって支持された第２の傾動平面反射鏡１２における、駆動周波数に対する傾動平面反射鏡１２の回転角／駆動力の関係の一例を示している。横軸は周波数で対数目盛であり、図５（ａ）は共振倍率Ｑが１０の場合、図５（ｂ）は共振倍率Ｑが１００の場合である。駆動周波数が共振周波数ｆｒより低い周波数においては、回転角／駆動力はほぼ一定値となり、共振周波数ｆｒより高い周波数においては、回転角／駆動力は駆動周波数の自乗の逆数に比例して小さくなる。共振周波数ｆｒより低い周波数領域での回転角は、可撓性捩じり梁部１４ａ，１４ｂの捩じり剛性と駆動力によって規定され、共振周波数ｆｒより高い周波数領域での回転角は、傾動平面反射鏡１２の慣性モーメントと駆動力によって規定される。
【００３７】
共振周波数ｆｒにおける回転角／駆動力は振動系の共振倍率Ｑによって規定され、この共振倍率は傾動平面反射鏡１２に加わるダンピングが小さくなれば大きくなる。図５からもわかるように、共振周波数ｆｒにおいては、小さな駆動力で大きな回転角が得られ、特に共振倍率が大きいほど、この効果も大きくなる。したがって、傾動平面反射鏡１２に加わるダンピングを小さくして共振周波数ｆｒあるいはその近傍の周波数で駆動することにより、小さな消費電力で大きな偏向角が得られることがわかる。
【００３８】
上記の通り、第１の傾動平面反射鏡１１の偏向角が図３の差分波形ｃと等しくなるように第１の傾動平面反射鏡１１を駆動制御することにより、最終的には、第２の傾動平面反射鏡１２からの出射光の偏向角を三角波状に増減させることができる。この第１の傾動平面反射鏡１１の駆動制御に際しては、第１の傾動平面反射鏡１１の回転角を回転角検出手段で検出し、その回転角信号を利用して、たとえば図６に示すようなフィードバック制御系によって第１の傾動平面反射鏡１１の駆動制御を行う。このフィードバック制御系の目標値である差分波形ｃは、第２の傾動平面反射鏡１２の回転角（正弦波ｂ）がその特性より容易に求められるので、これと指定された三角波ａとの差として容易に算出することができる。
【００３９】
図６において、制御器２１は偏差入力信号を比例・積分・微分等をした信号を出力するもので、この出力信号が増幅器２２で増幅され、第１の傾動平面反射鏡１１に駆動電圧として印加され、その回転角Δθ１が変化する。この回転角Δθ１は回転角検出手段２４で求められ、再び目標値（差分波形ｃ）と比較される。これにより、回転角Δθ１が目標値に追従するように増減されることになる。
【００４０】
第１の傾動平面反射鏡１１の回転角Δθ１を制御するには、当然ながら、傾動平面反射鏡１１の回転角Δθ１を検出する必要がある。回転角Δθ１の検出手段としては種々の方式が考えられるが、フォト・リソグラフィーに適合した方式として、傾動平面反射鏡１１の傾動によってヒンジ部１３ａ，１３ｂに弾性歪みが生じることを利用し、この歪みを検出する検出素子をヒンジ部１３ａ，１３ｂに薄膜プロセスで形成する構造が、製作の簡便さから最も有利である。
【００４１】
図７はこの検出構造を示している。図７において、圧電材料を利用した２個の検出素子８１，８２は、固定部１３ｃとヒンジ部１３ｂの表面に跨って設けられている。各検出素子８１，８２は、圧電材料８１ａ，８２ａを上側電極８１ｂ，８２ｂと下側電極８１ｃ，８２ｃで挟んだ構造を有しており、たとえば図７の矢印方向に傾動平面反射鏡１１が回転した場合、図８に示すように検出素子８１，８２が撓み、これに伴う圧電材料８１ａ，８２ａの歪みにより、上側電極８１ｂ，８２ｂ・下側電極８１ｃ，８２ｃ間に電圧Ｖ１，Ｖ２が発生する。
【００４２】
この電圧Ｖ１，Ｖ２の差分を求めることにより、傾動平面反射鏡１１の回転角Δθ１に応じた信号を取り出すことができる。なお、上記検出素子８１，８２の代わりに、歪みにより抵抗値が変わる抵抗素子を貼り付け、抵抗値の変化から回転角Δθ１を検出するようにも構成できる。
【００４３】
なお、第２の傾動平面反射鏡１２にも回転角検出手段を付加し、これから得られる信号を用いて第１の傾動平面反射鏡１１のフィードバック制御系の目標値を修正することも可能であり、共振特性の経時変化や傾動平面反射鏡１２の特性の個体差を考えた場合、この構成はより確実な方式である。
【００４４】
さらに他の方式としては、第２の傾動平面反射鏡１２の回転角を検出する回転角検出手段を設け、この回転角検出手段の検出信号を用いて、図６と同様なフィードバック制御系を構成し、第２の傾動平面反射鏡１２の回転角Δθ２についてもフィードバック制御を行えば、より信頼性が向上する。さらに、第１の傾動平面反射鏡１１の制御性を高める見地から、図６の破線示す部分のようなフィードフォワード制御系を付加することも可能である。
【００４５】
上記のように、第２の傾動平面反射鏡１２を共振状態で駆動することにより、第２の傾動平面反射鏡１２での消費電力を低減させているが、本形態例では、図３より明らかなように、差分波形ｃの振幅を最終的に要求される三角波ａの振幅より十分小さくできるため、第１の傾動平面反射鏡１１の消費電力についても小さくすることが可能となる。このように、本形態例では、共振駆動される第２の傾動平面反射鏡１２と、第２の傾動平面反射鏡１２の偏向角を補正するように駆動制御される第１の傾動平面反射鏡１１とを組み合わせて、光偏向器を構成したことにより、小さな消費電力で大きな偏向角を得ることができる。
【００４６】
さらに、本形態例においては、第１の傾動平面反射鏡１１が、第２の傾動平面反射鏡１２よりも小さく形成されていると共に、第１の傾動平面反射鏡１１の回転角（振幅）も小さいので、第１の傾動平面反射鏡１１は第２の傾動平面反射鏡１２よりも高速で傾動できる。このため、第１の傾動平面反射鏡１１の傾動速度を上げることができ、偏向角の微調整を速やかに行い、入射光をリニアに偏向できる。
【００４７】
また、第１および第２の傾動平面反射鏡１１，１２を同一平板１上に板厚方向に傾動可能に形成した構造のため、作製が容易であり、低コスト化が可能になる。特に、傾動平面反射鏡１１，１２をフォト・リソグラフィー技術を用いて一括製作すれば、一層の小型軽量化および低コスト化を図れる。この場合において、平板１および基板４等の材料としては、たとえばシリコンを用い、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）により構成することができる。
【００４８】
なお、傾動平面反射鏡１１，１２は、回転多面鏡の場合と比較して小さいので軽量化でき、高速スキャンが可能になる。さらに、空気軸受等を用いる必要がないため、減圧あるいは真空容器内に光偏向器を密閉し騒音を小さくできると共に、低コスト化も可能になる。
（第２の実施の形態例）
図９〜図１０を用いて、本発明に係る第２の実施の形態例を説明する。これらの図において、図２および図４と対応する部分には同一符号を付した。本形態例は、第１と第２の傾動平面反射鏡１１，１２がフォト・リソグラフィ技術を用いて形成されている。図９はその平面図を示し、図１０は主要部の斜視図を示している。
【００４９】
第１の傾動平面反射鏡１１の回転端部には、櫛歯状電極３１ａ，３１ｂが形成され、第２の傾動平面反射鏡１２の回転端部には、櫛歯状電極４１ａ，４１ｂが形成されている。一方、平板１側には、櫛歯状電極３１ａ，３１ｂに隙間をおいて噛み合う櫛歯状電極５１ａ，５１ｂと、櫛歯状電極４１ａ，４１ｂに隙間をおいて噛み合う櫛歯状電極６１ａ，６１ｂとが、側方から見た場合、平板１の厚さ方向に段差ｄをもって、一部重なった状態で形成されている。また、櫛歯状電極３１ａ，４１ａと櫛歯状電極５１ａ，６１ａとの間には、櫛歯状電極３１ｂ，３１ｂと櫛歯状電極５１ｂ，６１ｂとの間とは逆極性の電圧が印加されるように構成されている。この静電電極構造以外の構成は、基本的には、第１の実施の形態例と同様であり、第１の実施の形態例と同様な効果も得られる。
【００５０】
図１１はこの形態例の製造プロセスの一例を示している。この製造プロセスでは、次のステップからなる。
（１）酸化シリコンの基板層１ａの表裏にシリコンの基板層１ｂ，１ｃを形成した３層構造の基板を平板１として用意する。
（２）上側のシリコンの基板層１ｂの表面に反射膜となる鏡面膜３５を成膜する。
（３）鏡面膜３５の表面と、下側のシリコンの基板層１ｃの表面にレジスト膜３６，３７を成膜する。
（４）可動側の櫛歯状電極を形成するための可動櫛歯部レジスト膜３６ａと、固定側の櫛歯状電極を形成するための固定櫛歯部レジスト膜３７ａとが残るように、パターンニングを行う。
（５）平板１の表裏から、酸化シリコンの基板層１ａに到達する深さまでエッチングを行う。
（６）レジスト膜３６，３７および酸化シリコンの基板層１ａを除去する（シリコンの基板層１ｂ，１ｃで上下から挟まれた酸化シリコンの基板層１ａ部分は残る）。
（７）櫛歯状電極を形成すると共に、配線処理を行う。
（第３の実施の形態例）
第１および第２の実施の形態例では、駆動手段として、静電駆動方式のものを用いたが、これ以外のものを用いてもよい。たとえば、圧電素子を駆動源とするものや電磁駆動方式のものを用いてもよい。特に、電磁駆動方式の駆動手段としては、図１２に示すようなものが適している。図１２において、図２や図４と対応する部分には同一符号を付した。この構成は、第１の傾動平面反射鏡１１に設けたものであるが、他の平面反射鏡にも同様に設けることができる。図１２中の傾動平面反射鏡１１の裏面には、傾動平面反射鏡１１と平行で傾動中心軸Ｏ１と直角に交差する方向に着磁されたマグネット７１が接着されている。また、このマグネット７１の着磁方向に直交するような磁束を発生するコイル７２が、図示しない支持部材に固定されている。このため、コイル７２に励磁電流を流すと、傾動平面反射鏡１１が電流方向に応じて矢印方向に傾動する。電磁駆動方式は、大きな回転駆動力を得るには有利であるが、可動部のイナーシャは大きくなる。
（その他の実施の形態例）
本発明は上記第１〜第３の実施の形態例に限定されるものではない。たとえば、上記形態例は、２つの傾動平面反射鏡１１，１２を用いたが、傾動平板反射鏡や対向平板反射鏡の数は、上記の各実施例のものに限定されない。Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の傾動平面反射鏡を用いて上記のような系を構成すれば、最終段の傾動平面反射鏡での反射光は、最初の入射光Ｌｉ１を、２×（Δθ１＋Δθ２＋……＋ΔθＮ）だけ偏向させたものとなり、より一層大きな偏向角を得ることができる。この場合、Ｎ個の傾動平面反射鏡の少なくとも一つは傾動平面反射鏡１１として用いることになる。
【００５１】
本発明は、最終的に必要とされる偏向波形が三角波以外の場合にも適用可能であり、場合によっては、第２の傾動平面反射鏡１２相当の傾動平面反射鏡の偏向波形を補正するために、差分波形の異なる傾動平面反射鏡（傾動平面反射鏡１１相当）を複数用いることも可能である。
【００５２】
傾動平面反射鏡１１，１２だけでなく、対向平面反射鏡２０についても、傾動平面反射鏡１１，１２の傾動中心軸Ｏ１，Ｏ２と平行な軸を中心に傾動可能に構成することも可能である。
【００５３】
また、上記各形態例において、傾動平面反射鏡１１，１２は可撓性捩じり梁部（ヒンジ部）で回転可能に支持されるため、傾動平面反射鏡や対向平面反射鏡（回転するもの）等の可動部品全体を、最初の入射光と最後の出射光が通過するための光透過窓を設けた密封容器内に封入し、容器内を真空状態あるいは低圧状態にして使用することが可能である。
【００５４】
このようにすれば、傾動平面反射鏡の回転による騒音を一層低減できると共に、空気抵抗が無くなるので（低減するので）、一層の高速化も可能になる。ちなみに、回転多面鏡では、高速回転を実現するため空気軸受によって回転シャフトを支持しているので、回転多面鏡を密閉容器内に入れることは可能であっても、真空状態や低圧状態の環境におくことは困難であり、回転鏡の回転による空気擾乱によって発生する騒音を小さくできない。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明では、第２の傾動平面反射鏡が、一定の波形Ｈの基本周波数および近似振幅で往復傾動され、第１の傾動平面反射鏡が、光偏向器の出射光の偏向角が上記一定の波形Ｈを描いて増減するように補正傾動される。その際、第１の傾動平面反射鏡の回転角（振幅）は小さいので、偏向角の微調整（補正）を速やかに行うことができ、その結果、入射光をリニアに偏向できる。
【００５６】
また、傾動平面反射鏡は、回転多面鏡の場合と比較して小さいので軽量化でき、高速スキャンが可能になる。さらに、空気軸受等を用いる必要がないため、減圧あるいは真空容器内に可動部品を密閉し、騒音を小さくできると共に、低コスト化も可能になる。
【００５７】
請求項２に係る発明によれば、第２の傾動平面反射鏡が共振状態で駆動されることになり、第２の傾動平面反射鏡は、小さな駆動力であっても、大きく傾動し、消費電力を小さくできる。
【００５８】
請求項３に係る発明によれば、第１および第２の傾動平面反射鏡を同一平板上に形成する構造のため、作製が容易であり、低コスト化が可能になる。
【００５９】
請求項４に係る発明によれば、第１の傾動平面反射鏡の慣性モーメントを減少させ、その傾動速度を上げることができ、偏向角の微調整を一層速やかに行い、入射光を一層リニアに偏向できる。
【００６０】
請求項５に係る発明では、第１および第２の傾動平面反射鏡をフォト・リソグラフィー技術を用いて一括製作することにより、小型軽量化および低コスト化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理図である。
【図２】請求項１に係る発明の実施の形態例を示す分解斜視図である。
【図３】傾動平面反射鏡の駆動波形を示す図である。
【図４】図２に示した形態例の駆動手段を示す図である。
【図５】回転角／駆動力の周波数特性を示す図である。
【図６】第１の傾動平面反射鏡の駆動制御を示す図である。
【図７】傾動平面反射鏡の回転角の検出構造を示す図である。
【図８】図７中の検出素子の変形状態を示す拡大図である。
【図９】本発明の他の実施の形態例を示す平面図である。
【図１０】図９に示した形態例（主要部）の斜視図である。
【図１１】図９に示した形態例の製造プロセスを示す図である。
【図１２】電磁駆動方式の駆動手段を示す図である。
【符号の説明】
１，２平板
３駆動手段
４基板
４ａ，４ｂ凹部平面
５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ固定電極
１１，１２傾動平面反射鏡
１１ａ，１２ａ反射面
１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂヒンジ部（可撓性捩じり梁部）
２０対向平面反射鏡
８１，８２検出素子

Claims

出射光の偏向角が一定の波形を描いて増減するように入射光を偏向させる光偏向器であって、
傾動中心軸が平行である第１および第２の傾動平面反射鏡で順次反射した後の光が光偏向器の出射光となると共に、前記第２の傾動平面反射鏡は、前記一定の波形の基本周波数および近似振幅で往復傾動され、前記第１の傾動平面反射鏡は、光偏向器の出射光の偏向角が前記一定の波形を描いて増減するように補正傾動される光偏向器。
前記第２の傾動平面反射鏡は可撓性捩じり梁部により回転可能に支持され、該第２の傾動平面反射鏡の捩れ振動系の固有振動数は、前記一定の波形の基本周波数もしくはその近傍の周波数となるように選択されていることを特徴とする請求項１記載の光偏向器。
傾動中心軸が平行である前記第１および第２の傾動平面反射鏡は、同一平板上に板厚方向に傾動可能に形成され、該第１および第２の傾動平面反射鏡には対向平面反射鏡が対向配置され、光偏向器への入射光は、前記第１および第２の傾動平面反射鏡と前記対向平面反射鏡との間で往復しながら、前記第１および第２の傾動平面反射鏡に順次入射することを特徴とする請求項１または２記載の光偏向器。
前記第１の傾動平面反射鏡は、前記第２の傾動平面反射鏡よりも小さい平面反射鏡で構成され、第２の傾動平面反射鏡よりも高速で傾動できるようになっていることを特徴とする請求項３記載の光偏向器。
前記第１および第２の傾動平面反射鏡はフォト・リソグラフィー技術を用いて一括製作されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光偏向器。