JP2007086626A - マイクロミラースキャナ及びこれを用いたレーザ光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価な構成で、マイクロミラーの温度が変化しても常に一定の振れ角でマイクロミラーを揺動させることが可能なマイクロミラースキャナ及びこれを用いたレーザ光走査装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 １つの光検出素子３を、マイクロミラー１１の揺動により反射光Ｌ’にて走査される走査範囲Ｒ１の中央より一端側に配設する。マイクロミラー１１の揺動によって、反射光Ｌ’が走査する走査位置が走査範囲Ｒ１を往復する。光検出素子３は、反射光Ｌ’が入射すると、検出信号Ｄを出力する。反射光Ｌ’の走査周期は一定であるので、振れ角が変動すると、走査範囲Ｒ１の中央より一端Ｃ０側に配設された光検出素子３から検出信号Ｄが出力される間隔が変動する。この検出信号Ｄの出力される間隔に基づいて、マイクロミラー１１の振れ角を調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流電圧を印加することによって生じる静電力を用いてマイクロミラーを揺動させるように構成されたマイクロミラースキャナ及びこれを用いたレーザ光走査装置に関し、特に温度変化によって生じるマイクロミラーの振れ角の変動を補正し、温度が変化しても常に一定の振れ角でマイクロミラーを揺動させることが可能なマイクロミラースキャナ及びこれを用いたレーザ光走査装置に関する。

従来より、レーザを用いたプリンタ、複写機、プロジェクタ等に使用されるレーザ光走査装置の走査機構として、ポリゴンミラースキャナが多用されている。斯かるポリゴンミラースキャナは、軸周りに回転駆動される多角柱状のポリゴンミラーを具備し、レーザ光源から出射したレーザ光を前記ポリゴンミラーの反射面で逐次反射させることにより、レーザ光を走査することが可能とされている。

一方、近年では装置の小型化の要請により、上記ポリゴンミラースキャナに代えて、シリコンなどの半導体製造プロセス等における技術を応用して種々の機械要素の小型化を実現するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて作製されるマイクロミラースキャナが種々提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。斯かるマイクロミラースキャナには、シリコン基材にＭＥＭＳ技術を用いて、サスペンションビームによって揺動可能に支持されたマイクロミラーや、マイクロミラーを揺動駆動するための交流電圧が印加される電極などが形成されており、前記電極間に交流電圧を印加することによって生じる静電力によってマイクロミラーが揺動するように構成されている。そして、マイクロミラーの固有振動数（共振周波数）と略一致する周波数の交流電圧を印加することにより生じる共振現象によって、小さな駆動力でも大きなマイクロミラーの振れ角（揺動する角度範囲）を得ることを可能としている。

しかしながら、上記のようなシリコン基材の共振現象を利用したマイクロミラースキャナには、温度変化によってシリコン基材のヤング率が変化し、これに伴い共振特性（最大共振周波数）が変化するため、揺動周波数を一定とした場合（印加する交流電圧の周波数を一定とした場合）には、マイクロミラーの振れ角が温度変化によって変動してしまうという問題がある。一例を挙げて説明すれば、マイクロミラーの温度が変化しても印加する交流電圧の周波数を変更しない限りマイクロミラーの揺動周波数は変動しないものの、図１０に示すように、マイクロミラーの温度が上昇するに従って、マイクロミラーの振れ角が変動する。そして、マイクロミラーの振れ角が変動すれば、マイクロミラーに向けて照射したレーザ光の反射光が走査する範囲（走査範囲）が変動することになる。従って、レーザプリンタのように一定の周波数でレーザ光の走査が必要な場合には、マイクロミラーの揺動周波数も一定としなければならず、その結果、前述のように温度によって走査範囲が変動してしまうという問題が生じる。

しかしながら、特許文献１及び２には、上記のようにマイクロミラーの振れ角の温度依存性について開示も示唆もなく、従ってマイクロミラーの振れ角の変動を補正することについても当然開示も示唆もされていない。

一方、マイクロミラーの振れ角を一定にして走査範囲の変動を抑える技術が、例えば特許文献３に提案されている。特許文献３に開示された技術は、マイクロミラーの揺動周波数が一定の状態においては、マイクロミラーの温度に関係なく、レーザ光の走査速度（レーザ光の反射光が走査する位置の移動速度）の変動とマイクロミラーの振れ角の変動とが相関していることを利用したものである。より具体的に説明すれば、走査範囲に２つの光検出素子を配設する。そして、反射光が２つの光検出素子間を走査する時間に基づいてレーザ光の走査速度を求め、この走査速度に対応する交流電圧をマイクロミラーが具備する電極間に印加して、マイクロミラーの振れ角を制御することで、マイクロミラーの振れ角を一定にするものである。
特開２００２−３１１３７６号公報 特開２００３−１５０６４号公報 特開２００４−２７９９４７号公報

しかしながら、特許文献３に記載のように、走査するレーザ光を検出する目的で使用される光検出素子には高応答性が要求される。このような高応答性の光検出素子（例えば、ＰＩＮフォトダイオード等）は一般的に高価であるため複数配設すると、マイクロミラースキャナの製造コストが大幅に上昇する問題が生じる。

本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するべくなされたものであり、安価な構成で、マイクロミラーの温度が変化しても常に一定の振れ角でマイクロミラーを揺動させることが可能なマイクロミラースキャナ及びこれを用いたレーザ光走査装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するべく、本発明は、特許請求の範囲の請求項１に記載の如く、揺動可能に支持されたマイクロミラーと、当該マイクロミラーを静電力を利用して揺動駆動するための電極間に交流電圧を印加する交流電源とを具備するマイクロミラースキャナであって、前記マイクロミラーに向けて照射したレーザ光の反射光が前記マイクロミラーの揺動に応じて走査する走査範囲の中央より一端側に配設され、前記反射光が入射することによって検出信号を出力する１つの光検出素子と、前記光検出素子から連続して出力される前記検出信号の時間間隔のうち、前記マイクロミラーの揺動周期の１／２より短い時間間隔、又は、前記マイクロミラーの揺動周期の１／２より長い時間間隔の何れか一方を振れ角に換算し、当該換算した振れ角を補正するように前記交流電圧の電圧値を調整する演算制御装置とを備えたことを特徴とするマイクロミラースキャナを提供するものである。

斯かる発明によれば、マイクロミラーに向けて照射したレーザ光の反射光が前記マイクロミラーの揺動に応じて走査する走査範囲の中央より一端側に、１つの光検出素子が配設される。ここで、マイクロミラーの温度が変化し、マイクロミラーの振れ角が変動すると、走査範囲は、中央を基点して伸縮（変動）することになる。前述のように、本発明においては、光検出素子が走査範囲の中央よりも一端側に設けられているので、走査範囲が伸縮すると、一端側の走査領域（走査範囲の内、光検出素子よりも一端側の領域）と、他端側の走査領域（走査範囲の内、光検出素子よりも他端側の領域）との長さの割合が変動する。そして、マイクロミラーの温度が変化しても、印加する交流電圧の周波数が一定である限り、マイクロミラーの揺動周期は一定である。換言すれば、全ての走査範囲を反射光が走査する走査時間は一定である。従って、マイクロミラーの温度が変化すると、光検出素子よりも一端側の走査領域を走査する走査時間と他端側の走査領域を走査する走査時間とが変動することになる。より具体的には、一端側の走査領域の走査時間は、レーザ光の反射光が走査する走査位置が光検出素子の配設位置に等しい時（すなわち反射光が光検出素子に入射した時）から、この走査位置が走査範囲の一端に到達し、その後、この走査位置が再び光検出素子の配設位置に等しくなった時（すなわち反射光が光検出素子に再び入射した時）までの経過時間である。一方、他端側の走査領域の走査時間は、反射光の走査位置が光検出素子の配設位置に等しい時（すなわち反射光が光検出素子に入射した時）から、この走査位置が走査範囲の他端に到達し、その後、この走査位置が再び光検出素子の配設位置に等しくなった時（すなわち反射光が光検出素子に再び入射した時）までの経過時間である。

光検出素子は、反射光が入射すると検出信号を出力する。前述のように、一端側及び他端側の走査領域の走査時間の始めと終わりとに反射光が光検出素子に入射するため、光検出素子から連続して出力される検出信号の時間間隔は、各走査領域の走査時間と等しくなる。

なお、前述のように光検出素子は、走査範囲の中央より一端側に配設されているので、走査範囲の伸縮状態（長さ）に関わらず、一端側の走査領域は他端側の走査領域よりも短い。そのため、一端側の走査領域は走査範囲全体の１／２よりも短く、他端側の走査領域は走査範囲全体の１／２よりも長い。よって、一端側の走査領域の走査時間は、走査範囲の伸縮状態（長さ）に関わらずマイクロミラーの揺動周期の１／２より短く、また、他端側の走査領域の走査時間は、走査範囲の伸縮状態（長さ）に関わらずマイクロミラーの揺動周期の１／２より長いことになる。

そして、演算制御装置は、前記光検出素子から連続して出力される前記検出信号の時間間隔のうち、前記マイクロミラーの揺動周期の１／２より短い時間間隔、又は、前記マイクロミラーの揺動周期の１／２より長い時間間隔の何れか一方を振れ角に換算する。すなわち、演算制御装置は、一端側の走査領域の走査時間、又は、他端側の走査領域の走査時間の何れか一方を振れ角に換算することになる。いずれの走査時間も、マイクロミラーの振れ角と同様にマイクロミラーの温度と共に変動するので、演算制御装置によってマイクロミラーの温度変化に対応した振れ角が換算されることになる。具体的に説明すれば、演算制御装置には、例えば、時間間隔と振れ角との対応関係が予め記憶され、演算制御装置は、この対応関係に基づいて時間間隔を振れ角に換算することになる。さらに、演算制御装置は、当該換算した振れ角を補正するように前記交流電圧の電圧値を調整することになる。具体的に説明すれば、演算制御装置には、例えば、振れ角と交流電圧の電圧値との対応関係が予め記憶され、演算制御装置は、前記対応関係に基づき、前記換算された振れ角が目標とする振れ角となるように交流電圧の電圧値を調整することになる。従って、以上の構成を有する本発明に係るマイクロミラースキャナは、光検出素子が１つであっても、常に一定の振れ角でマイクロミラーを揺動させることができるので、製造コストが安価である。

また、本発明の発明者らは鋭意検討した結果、マイクロミラーを静電力を利用して揺動駆動するための電極間に印加する交流電圧を、交流成分と直流バイアス成分とを重畳して形成し、この直流バイアス成分の電圧値を適宜調整すれば、必要とされるマイクロミラーの揺動周期を一定としたままマイクロミラーの共振周波数を調整可能であることを見出した。特許請求の範囲２に記載の発明は、斯かる発明者らの知見に基づき完成されたものである。

すなわち、特許請求の範囲の請求項２の発明は、前記交流電圧は、交流成分と直流バイアス成分とが重畳されて形成されており、前記演算制御装置は、前記換算した振れ角を補正するように前記直流バイアス成分の電圧値を調整するものである。

斯かる発明によれば、前記交流電圧は、交流成分と直流バイアス成分とが重畳されて形成され、演算制御装置は、前記換算した振れ角を補正するように前記直流バイアス成分の電圧値を調整することによって、交流電圧の電圧値を調整することになる。具体的に説明すれば、演算制御装置には、例えば、振れ角と直流バイアス成分の電圧値との対応関係が予め記憶され、演算制御装置は、前記対応関係に基づき、前記換算された振れ角が目標とする振れ角となるように直流バイアス成分の電圧値を調整することになる。このように共振周波数の変化によって変動する振れ角が目標とする振れ角を保つように直流バイアス成分の電圧値を調整することによって、マイクロミラーの温度変化があっても共振周波数を一定に保つことができる。従って、斯かる発明では、マイクロミラーの温度変化があっても、共振周波数を一定に保つことができるため、共振特性の変化によりマイクロミラーの振れ角が変動するという問題を解決することができる。

また、本発明は、マイクロミラースキャナと、前記マイクロミラースキャナが具備する前記マイクロミラーに向けてレーザ光を出射するレーザ光源とを備えることを特徴とするレーザ光走査装置としても提供される。

本発明のマイクロミラースキャナ及びこれを用いたレーザ光走査装置は、１つの光検出素子のみを用いて、常に一定の振れ角でマイクロミラーを揺動させることができるので、製造コストが安価で、且つ、温度が変化しても常に一定の振れ角でマイクロミラーを揺動させることができる。

（実施形態１）
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態についてレーザプリンタに適用する場合を例に挙げて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロスキャナを具備するレーザ光走査装置の概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係るレーザ光走査装置１００は、マイクロミラースキャナ１０と、後述するようにマイクロミラースキャナ１０が具備するマイクロミラーに向けてレーザ光Ｌを出射するレーザ光源（本実施形態ではレーザダイオード）２０とを備えている。その他、本実施形態に係るレーザ光走査装置１００は、レーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌを平行光にするためのコリメータレンズ３０と、前記マイクロミラーにおけるレーザ光の反射光Ｌ’を感光体Ｐ上で結像させるためのｆθレンズ４０及びシリンドリカルミラー５０とを備えている。以上の構成を有するレーザ光走査装置１００において、マイクロミラースキャナ１０が具備するマイクロミラーを揺動させることにより、レーザ光源２０から出射したレーザ光Ｌの反射光Ｌ’が感光体Ｐでプリント幅分だけ走査されることになる。

マイクロミラースキャナ１０は、マイクロミラーデバイス１と、交流電源２と、１つの光検出素子（本実施形態ではＰＩＮフォトダイオード）３と、演算制御装置４とを備えている。

図２は、本実施形態に係るマイクロミラーデバイス１の概略構成図である。図２に示すように、本実施形態に係るマイクロミラーデバイス１は、シリンコン材から形成された上層基板１Ａと絶縁材料（例えばガラス材）から形成された下層基板１Ｂとが上下に積層された構造を有している。（図２は、上層基板１Ａと下層基板１Ｂとを分離した状態を示すが、実際には両者は積層されている）。なお、本実施形態に係るマイクロミラーデバイス１は、エッチングや成膜などの公知のＭＥＭＳ技術を適用することにより当業者であれば容易に作製することが可能であるため、その具体的な製造方法については説明を省略する。

上層基板１Ａには、中央に楕円状のマイクロミラー１１が形成されていると共に、その揺動軸（図２に示すＸ軸）方向両端部に、それぞれ接続部１２を介してサスペンションビーム１３Ａ、１３Ｂが形成されており、マイクロミラー１１は、サスペンションビーム１３Ａ、１３Ｂによって揺動軸周りに揺動可能に支持されている。

サスペンションビーム１３Ａ、１３Ｂの揺動軸方向端部（マイクロミラー１１に接続されている側と反対側の端部）は、ヒンジ１５Ａ、１５Ｄを介して、アンカーとなる接着パッド１４Ａ、１４Ｂにそれぞれ接続されている。また、サスペンションビーム１３Ａには、接着パッド１４Ｃと、ヒンジ１５Ｂとが形成されており、ヒンジ１５Ｂが接着パッド１４Ｃに接続されている。同様にして、サスペンションビーム１３Ｂには、接着パッド１４Ｄとヒンジ１５Ｃとが形成されており、ヒンジ１５Ｃが接着パッド１４Ｄに接続されている。

また、サスペンションビーム１３Ａ、１３Ｂの揺動軸と直交する軸（図２に示すＹ軸）方向の端部には、電極としてＹ軸方向に延びる揺動櫛歯１８Ａ、１８Ｂが形成されており、上層基板１Ａの本体１９に形成された電極としてのＹ軸方向に延びる固定櫛歯１９Ａ、１９Ｂと揺動軸方向に沿って交互に配置されている。

一方、下層基板１Ｂには、上層基板１Ａに形成されたマイクロミラー１１とサスペンションビーム１３Ａ、１３Ｂとを揺動軸周りに揺動可能とするべく、マイクロミラー１１に対応する位置に楕円形の掘り込み領域１６が形成され、サスペンションビーム１３Ａ、１３Ｂに対応する位置に矩形の掘り込み領域１６Ａ、１６Ｂが形成されている。また、下層基板１Ｂには、上層基板１Ａと下層基板１Ｂとが積層された状態で上層基板１Ａに形成された接着パッド１４Ｃ、１４Ｄの裏面をそれぞれ固着するべく固定用パッド１７Ａ、１７Ｂが形成されている。また、接着パッド１４Ａ、１４Ｂの裏面は、下層基板１Ｂの周壁に固着される。

以上に説明した構成を有するマイクロミラーデバイス１において、揺動櫛歯１８Ａ、１８Ｂと固定櫛歯１９Ａ、１９Ｂとの間に交流電源２から交流電圧を印加すれば、揺動櫛歯１８Ａ、１８Ｂ及び固定櫛歯１９Ａ、１９Ｂとの間に静電力が作用する。この静電力が作用することにより、マイクロミラー１１は、接着パッド１４Ａ〜１４Ｄを固定端とし、ヒンジ１５Ａ〜１５Ｄの弾性力に抗しながら揺動軸周りに揺動することになる。

図１に示すように、交流電源２は、マイクロミラーデバイス１が具備する電極（すなわち、揺動櫛歯１８Ａ、１８Ｂ及び固定櫛歯１９Ａ、１９Ｂ）に接続されており、前記電極間に交流電圧を印加する。なお、交流電源２によって印加される交流電圧の周波数及び電圧値は、演算制御装置４によって制御可能に構成されている。

図１に示すように、光検出素子３は、レーザ光源２０からマイクロミラー１１に向けて照射されたレーザ光Ｌの反射光Ｌ’がマイクロミラー１１の揺動に応じて走査する走査範囲Ｒ１の中央より一端Ｃ０側に配設され、反射光Ｌ’が入射すると検出信号を出力するように構成されている。具体的に説明すれば、図１に示すように、走査範囲Ｒ１は、有効走査範囲Ｒ２（実際にプリント幅として使用する走査範囲）を含み、この有効走査範囲Ｒ２より両外側に広がった範囲となっている。光検出素子３は、走査範囲Ｒ１の有効走査範囲Ｒ２よりも外側の一端Ｃ０側（走査範囲Ｒ１の一端Ｃ０を除く）に配設されている。なお、走査範囲Ｒ１は、マイクロミラー１１の温度変動に伴い中央を基点として伸縮するので、ここでの走査範囲とは、最も短い状態の走査範囲を指している。また、光検出素子３としては、従来のポリゴンミラースキャナで用いられている走査方向（水平方向）の同期をとるための光検出素子や、感光体Ｐへの書き込みタイミングを決めるための光検出素子をそのまま用いることも可能である。

図１に示すように、演算制御装置４は、光検出素子３及び交流電源２に接続されており、反射光Ｌ’の走査に伴って光検出素子３から連続して出力される検出信号の時間間隔に基づいて、交流電源２によって印加される交流電圧の電圧値を調整するように構成されている。

次に、反射光Ｌ’の走査について説明する。マイクロミラー１１は、交流電源２からの交流電圧の印加によって、所定の周波数（揺動周波数）で揺動する。この揺動におけるマイクロミラー１１の振れ角の大きさにより、マイクロミラー１１で反射した反射光Ｌ’が走査する走査範囲Ｒ１の長さが変動（伸縮）することになる。

マイクロミラー１１の振れ角は、電極（揺動櫛歯１８Ａ、１８Ｂ及び固定櫛歯１９Ａ、１９Ｂ）に印加する交流電圧の電圧が一定の場合であっても、マイクロミラー１１の温度が上昇すると小さくなる、一方、マイクロミラー１１の温度が低下すると大きくなる。マイクロミラー１１の振れ角が小さくなると、走査範囲Ｒ１が中央を基点に短くなる。例えば、図３（ａ）に示すように、マイクロミラー１１の温度がＴ０のときの走査範囲Ｒ１を点Ｃ０と点Ｃ０’との間とする。マイクロミラー１１の温度が温度Ｔ０より高い温度（Ｔ１）のときの走査範囲Ｒ１は、図３（ｂ）に示すように、点Ｃ０よりも内方の点Ｃ１と、点Ｃ０’より内方の点Ｃ１’との間となる。一方、マイクロミラー１１の振れ角が大きくなると、走査範囲Ｒ１が中央を基点に長くなる。例えば、マイクロミラー１１の温度が温度Ｔ０より低い温度（Ｔ２）のときの走査範囲Ｒ１は、図３（ｃ）に示すように、点Ｃ０よりも外方の点Ｃ２と、点Ｃ０’より外方の点Ｃ２’との間となる。

マイクロミラー１１の温度が変化すると、前述のようにマイクロミラー１１の振れ角が変動するが、マイクロミラー１１の揺動周波数は交流電源２によって印加される交流電圧の周波数が一定である限り変化しない。従って、交流電源２によって印加される交流電圧の周波数が一定である限り、走査範囲Ｒ１を反射光Ｌ’が走査する走査時間、すなわち、反射光Ｌ’の走査位置が走査範囲Ｒ１を往復する時間は、マイクロミラー１１の温度に関係なく一定である。換言すれば、反射光Ｌ’の走査位置が点Ｃ０と点Ｃ０’間を往復する時間と、点Ｃ１と点Ｃ１’間を往復する時間と、点Ｃ２と点Ｃ２’間を往復する時間とは等しい。

しかしながら、マイクロミラー１１の温度が変化すると、前述のように、走査範囲Ｒ１は、中央を基点に伸縮する。光検出素子３は、走査範囲Ｒ１の中央より一端Ｃ０側に配設されているので、走査範囲Ｒ１が中央を基点に伸縮すると、一端側の走査領域（走査範囲Ｒ１の内、光検出素子３よりも一端側の領域）ｒ１と、他端側の走査領域（走査範囲Ｒ１の内、光検出素子３よりも他端側の領域）ｒ２との長さの割合が変動する。一端側の走査領域ｒ１と他端側の走査領域ｒ２との長さの割合が変動すると、一端側の走査領域ｒ１と他端側の走査領域ｒ２との走査時間が変動する。但し、光検出素子３が、走査範囲Ｒ１の中央より一端Ｃ０側に配設されているので、一端側の走査領域ｒ１の変動は、走査範囲Ｒ１の１／２以内の長さの範囲内で生じ、他端側の走査領域ｒ２の変動は、走査範囲Ｒ１の１／２から走査範囲Ｒ１全体の長さの範囲内で生じる。よって、一端側の走査領域ｒ１の走査時間は、走査範囲Ｒ１の伸縮状態（長さ）に関わらず、マイクロミラー１１の揺動周期の１／２より短く、また、他端側の走査領域ｒ２の走査時間は、走査範囲Ｒ１の伸縮状態（長さ）に関わらず、マイクロミラー１１の揺動周期の１／２より長くなる。一端側の走査領域ｒ１の走査時間は、反射光Ｌ’が走査する走査位置が光検出素子３の配設位置に等しい時（すなわち反射光Ｌ’が光検出素子３に入射した時）から、この走査位置が走査範囲Ｒ１の一端Ｃ０に到達し、その後、この走査位置が再び光検出素子３の配設位置に等しくなった時（すなわち反射光Ｌ’が光検出素子３に再び入射した時）までの経過時間である。一方、他端側の走査領域ｒ２の走査時間は、反射光Ｌ’の走査位置が光検出素子３の配設位置に等しい時（すなわち反射光Ｌ’が光検出素子３に入射した時）から、この走査位置が走査範囲Ｒ１の他端Ｃ０’に到達し、その後、この走査位置が再び光検出素子３の配設位置に等しくなった時（すなわち反射光Ｌ’が光検出素子３に再び入射した時）までの経過時間である。

光検出素子３は、反射光Ｌ’が入射すると、図４（ｂ）に示すように検出信号Ｄを出力する。前述のように、一端側の走査領域ｒ１と他端側の走査領域ｒ２との走査時間の始めと終わりとに反射光Ｌ’が光検出素子３に入射する。そのため、光検出素子３から連続して出力される検出信号Ｄの時間間隔は、一端側の走査領域ｒ１の走査時間と等しい場合と、他端側の走査領域ｒ２の走査時間と等しい場合とがある。より具体的に説明すれば、反射光Ｌ’の走査位置は、図４（ａ）に示すように、走査範囲Ｒ１の一端Ｃ０と他端Ｃ０’との往復をマイクロミラー１１の揺動周期で繰り返すことになる。従って、一端側の走査領域ｒ１の走査と他端側の走査領域ｒ２の走査とが交互に行われることになる。よって、光検出素子３から連続して出力される検出信号Ｄの時間間隔は、例えば、最初の時間間隔がマイクロミラー１１の揺動周期の１／２より短い間隔（一端側の走査領域ｒ１の走査時間）ｅ２であると、次の時間間隔がマイクロミラー１１の揺動周期の１／２よりも長い間隔（他端側の走査領域ｒ２の走査時間）ｅ１となり、その次の時間間隔は間隔ｅ２となる。

演算制御装置４は、光検出素子３からの検出信号Ｄの出力をコンパレータ等を用いて検出する。演算制御装置４は、光検出素子３から連続して出力される検出信号Ｄの時間間隔のうち、マイクロミラーの揺動周期の１／２より短い時間間隔ｅ２、又は、前記マイクロミラーの揺動周期の１／２より長い時間間隔ｅ１の何れか一方をマイクロミラー１１の振れ角に換算する。本実施形態では、マイクロミラーの揺動周期の１／２より短い時間間隔ｅ２を振れ角に換算するものとする。

演算制御装置４は、検出信号Ｄの出力を検出すると、検出信号Ｄの出力を検出してからの経過時間を計測する。経過時間は、例えば、検出信号Ｄの出力を検出してからパルスカウンタ等で計数することによって計測される。演算制御装置４は、マイクロミラー１１の揺動周期の１／２の時間（１／２の時間に相当するパルスのカウント数）を予め記憶しており、上記のように計測した経過時間が揺動周波数の１／２の時間に達するまでに、次の検出信号Ｄの出力を検出すると、この検出信号Ｄの出力を検出した時の経過時間を前記時間間隔ｅ２として、これを振れ角に換算する。一方、計測した経過時間が揺動周期の１／２に達するまでに次の検出信号Ｄの出力を検出しない場合は、振れ角への換算は実施しない。そして、この経過時間をクリアした後、上記動作を繰り返す。

演算制御装置４には、経過時間と振れ角との対応関係が予め記憶されている。かかる対応関係は、振れ角とマイクロミラー１１の揺動周波数、光検出素子３の配設位置等に基づいて理論的に求めても良いし、実験的に算出することも可能である。そして、上記対応関係に基づいて、計測した経過時間（時間間隔ｅ２）を振れ角に換算する。

さらに、演算制御装置４には、マイクロミラー１１の温度が一定温度（例えば室温）である場合における、交流電源２によって印加される交流電圧の電圧値（振幅）とマイクロミラー１１の振れ角との対応関係が予め記憶されている。斯かる対応関係は、実験的に算出することも可能であり、図５に示すように、ほぼ比例関係になる。そして、演算制御装置４は、前記記憶した対応関係に基づいて振れ角が目標とする振れ角と等しくなるように、交流電圧の電圧値を調整することになる。より具体的に説明すれば、演算制御装置４は、図５に示すように、振れ角が目標となる振れ角θ０よりも小さい振れ角θ１である場合には、調整前の交流電圧の電圧値をＶ０−Ｖ１だけ上昇させるように調整することになる。一方、振れ角が目標となる振れ角θ０よりも大きい振れ角θ２である場合には、調整前の交流電圧の電圧値をＶ２−Ｖ０だけ低減させるように調整することになる。

また、演算制御装置４は、計測した経過時間が揺動周波数の１／２の時間に達するまでに、次の検出信号Ｄの出力を検出できない場合は、経過時間をクリアする。クリアした後に検出信号Ｄの出力を検出した場合は、演算制御装置４は、振れ角の換算をせずに、検出信号Ｄの出力を検出してからの経過時間の計測を開始する。

以上ように、マイクロミラー１１の振れ角と同様に、マイクロミラー１１の温度と共に変動する検出信号Ｄの時間間隔ｅ１又はｅ２を振れ角に換算し、この振れ角に基づいて交流電圧の電圧値を調整することにより、常に一定の振れ角でマイクロミラー１１を揺動させることができる。従って、本実施形態のマイクロスキャナ１０によれば、１つの光検出素子３を用いて、マイクロミラー１１の温度が変化しても常に一定の振れ角でマイクロミラー１１を揺動させることができるので、本実施形態のマイクロミラースキャナ１０は、製造コストが安価で、且つ、温度が変化しても常に一定の振れ角でマイクロミラーを揺動させることができる。

なお、上記ではマイクロミラー１１の揺動周期の１／２より短い時間間隔ｅ２を振れ角に換算しているが、マイクロミラー１１の揺動周期の１／２より長い時間間隔ｅ１を振れ角に換算してもよい。マイクロミラー１１の揺動周期の１／２より長い時間間隔ｅ１を振れ角に換算する場合は、例えば、演算制御装置４は、検出信号Ｄの出力を検出すると、検出信号Ｄの出力を検出してからの経過時間を計測する。演算制御装置４は、計測した経過時間が揺動周波数の１／２の時間に達するまでに、次の検出信号Ｄの出力を検出した場合、振れ角の換算をせずに経過時間を一旦クリアし、次の検出信号Ｄの出力を検出した時からの経過時間を計測する。一方、演算制御装置４は、計測した経過時間が揺動周波数の１／２の時間に達した後に、次の検出信号Ｄの出力を検出した場合は、次の検出信号Ｄの出力を検出した時の経過時間を振れ角に換算する。そして、演算制御装置４は、経過時間をクリアし、次の検出信号Ｄの出力を検出してからの経過時間を計測する。

（実施形態２）
以下、実施形態１と異なる部分について主として説明し、同様の構成についてはその説明を適宜省略し、用語及び図番を援用する。本実施形態のレーザ光走査装置１００は、交流電源２と演算制御装置４との構成のみが実施形態１のレーザ光走査装置１００と異なる。本実施形態では、交流電源２が印加する交流電圧は、交流成分と直流バイアス成分とが重畳されて形成されており、演算制御装置４は、換算した振れ角を補正するように前記直流バイアス成分の電圧値を調整するものである。

交流電源２は、直流バイアス成分を重畳した交流電圧を電極（揺動櫛歯１８Ａ、１８Ｂ及び固定櫛歯１９Ａ、１９Ｂ）に印加すると共に、前記重畳する直流バイアス成分を変更可能に構成されている。具体的には、図６に示すように、交流電源２は、押釦スイッチ（図示せず）等から揺動駆動開始信号が入力されることにより所定の一定周波数の交流成分（クロック電圧）を発生する駆動クロック発生回路２１と、駆動クロック発生回路２１から出力された交流成分に直流バイアス成分を重畳する第１直流バイアス重畳回路２２と第２直流バイアス重畳回路２３とを備えている。そして、駆動クロック発生回路２１から出力された交流成分は、第１直流バイアス重畳回路２２及び第２直流バイアス重畳回路２３の双方に入力され、それぞれ異なる値の直流バイアス成分が重畳されるように構成されている。

図７は、第１直流バイアス重畳回路２２又は第２直流バイアス重畳回路２３から出力される交流電圧の波形を模式的に示す図である。図７に示すように、第１直流バイアス重畳回路２２又は第２直流バイアス重畳回路２３からは、一定周波数ｆの交流成分に直流バイアス成分Ｖが重畳された交流電圧が出力されることになる。

また、図８は、重畳する直流バイアス成分の電圧値を変動することによりマイクロミラー１１の共振周波数が変化する様子を模式的に示す説明図である。図８に示すように、周波数ｆの交流成分に重畳する直流バイアス成分（図７の電圧Ｖ）を高めれば、マイクロミラー１１の共振周波数特性曲線は周波数の高い方向にシフトし、共振周波数（最大の振れ角が得られる共振周波数）がｆ０からｆ１に高まることになる。逆に直流バイアス成分Ｖを低下させれば、共振周波数がｆ１からｆ０に低下することになる。

図６に示すように、交流電源２は、好ましい構成として、タイマー回路２４と、スイッチ回路２５と、アナログ出力回路２６とを備えている。前述した駆動クロック発生回路２１に入力される揺動駆動開始信号は、タイマー回路２４にも入力される。タイマー回路２４は、揺動駆動開始信号が入力された直後には、第１直流バイアス重畳回路２２からの交流電圧（第１直流バイアス重畳回路２２によって直流バイアス成分が重畳された交流電圧）がアナログ出力回路２６に出力されるようにスイッチ回路２５を切り替える。タイマー回路２４は、予め設定された所定時間（例えば０．２秒以上）経過後には、第２直流バイアス重畳回路２３からの交流電圧（第２直流バイアス重畳回路２３によって直流バイアス成分が重畳された交流電圧）がアナログ出力回路２６に出力されるようにスイッチ回路２５を切り替える。そして、アナログ出力回路２６は、スイッチ回路２５の切り替え動作に従って、第１直流バイアス重畳回路２２又は第２直流バイアス重畳回路２３からの交流電圧を電極（揺動櫛歯１８Ａ、１８Ｂ及び固定櫛歯１９Ａ、１９Ｂ）に印加する。

より具体的に説明すれば、第１直流バイアス重畳回路２２では、マイクロミラー１１の共振周波数（図８のｆ０）が交流成分の周波数の１／２（図８のｆ／２）より低くなるように、直流バイアス成分が設定されている。一方、第２直流バイアス重畳回路２３では、マイクロミラー１１の共振周波数（図８のｆ１）が交流成分の周波数１／２（図８のｆ／２）よりも低くなるように、且つ、第１直流バイアス重畳回路２２で重畳される直流バイアス成分によって決まるマイクロミラー１１の共振周波数（図８のｆ０）よりも高くなるように、直流バイアス成分が設定されている。

以上の好ましい構成により、マイクロミラー１１の揺動駆動を開始する際には、マイクロミラー１１の共振周波数ｆ０よりも十分に高い周波数ｆである第１直流バイアス重畳回路２２からの交流電圧を電極（揺動櫛歯１８Ａ、１８Ｂ及び固定櫛歯１９Ａ、１９Ｂ）に印加することになる。一方、揺動駆動を開始した後の定常駆動状態では、マイクロミラー１１の共振周波数ｆ１の２倍よりも若干高い周波数ｆである第２直流バイアス重畳回路２３からの交流電圧を電極（揺動櫛歯１８Ａ、１８Ｂ及び固定櫛歯１９Ａ、１９Ｂ）に印加することになり、揺動部材１１の振れ角を大きくすることができる。

さらに、本実施形態における演算制御装置４は、図６に示すように、振れ角換算回路４１と、直流バイアス成分調整部４２とを備える。振れ角換算回路４１は、マイクロミラー１１の温度によって変化する、光検出素子３から連続して出力される検出信号Ｄの時間間隔をマイクロミラー１１の振れ角に換算する。この換算方法は、実施形態１と同様の方法で行うことができる。

振れ角換算回路４１にて換算された振れ角は、直流バイアス成分調整部４２に入力される。直流バイアス成分調整部４２には、マイクロミラー１１の温度が一定温度（例えば室温）である場合における、直流バイアス成分の電圧値とマイクロミラー１１の振れ角との対応関係が予め記憶されている。この対応関係は、例えば、一定温度において直流バイアス成分の電圧値を様々に変化させて、図８に示すマイクロミラー１１の共振周波数特性曲線を周波数方向に移動させて、各電圧値と、各電圧値における共振周波数特性曲線の交流成分の周波数の１／２（図８のｆ／２）に対応する振れ角から算出することができる。

直流バイアス成分の電圧値とマイクロミラーの振れ角との対応関係は、図９に示すように、ほぼ比例関係になる。そして、直流バイアス成分調整部４２は、前記記憶した対応関係に基づいて振れ角が目標となる振れ角と等しくなるように直流バイアス成分の電圧値を調整することになる。より具体的に説明すれば、直流バイアス成分調整部４２は、図９に示すように、振れ角が目標となる振れ角θ１０よりも小さい振れ角θ１１である場合には、調整前の交流電圧の電圧値をＶ１０−Ｖ１１だけ上昇させるように調整することになる。一方、振れ角が目標となる振れ角θ１０よりも大きい振れ角θ１２である場合には、調整前の交流電圧の電圧値をＶ１２−Ｖ１０だけ低減させるように調整することになる。

そして、第２直流バイアス重畳回路２３は、駆動クロック発生回路２１から出力された交流成分に、直流バイアス成分調整部４２にて調整された直流バイアス成分の電圧値に応じた（マイクロミラー１１の温度に応じた）直流バイアス成分を重畳する。すなわち、温度が変化することによっても、マイクロミラー１１の共振周波数は変化し、これによりマイクロミラー１１の振れ角が変動する。そのため、前述のように第２直流バイアス重畳回路２３から出力される交流電圧の周波数ｆの１／２がマイクロミラー１１の共振周波数ｆ１よりも若干高くなる状態を維持できるように、第２直流バイアス重畳回路２３は、重畳するべき直流バイアス成分を変更する。斯かる好ましい構成により、仮にマイクロミラー１１の温度変化が生じたとしても、温度の変化によって共振周波数の変動を抑えることができ、一定の振れ角で揺動させることができる。

本発明の一実施形態に係るマイクロスキャナを具備するレーザ光走査装置の概略構成図。 本実施形態に係るマイクロミラーデバイスの概略構成図。 図３（ａ）〜（ｃ）は、走査範囲の変動を模式的に表した図である。 図４（ａ）は、反射光の走査範囲と光検出素子の配設される位置とを模式的に表した図であり、図４（ｂ）は、検出信号の出力される間隔を示すタイミングチャート。 交流電源によって印加される交流電圧の電圧値とマイクロミラーの振れ角との対応関係を示す図。 実施形態２におけるレーザ光走査装置の概略ブロック図。 交流電圧と、交流電圧を形成する直流バイアス成分との波形を模式的に示す図。 第１直流バイアス重畳回路又は第２直流バイアス重畳回路で重畳する直流バイアス成分の値を変更することによりマイクロミラーの共振周波数が変化する様子を模式的に示す図である。 直流バイアス成分の電圧値とマイクロミラーの振れ角との対応関係を示す図。 マイクロミラーの温度変化とマイクロミラーの振れ角の変動を示す図。

符号の説明

１００ レーザ光走査装置
２ 交流電源
３ 光検出素子
４ 演算制御装置回路
１０ マイクロミラースキャナ
１１ マイクロミラー
２０ レーザ光源
Ｌ’ 反射光

Claims (3)

1. 揺動可能に支持されたマイクロミラーと、当該マイクロミラーを静電力を利用して揺動駆動するための電極間に交流電圧を印加する交流電源とを具備するマイクロミラースキャナであって、
   前記マイクロミラーに向けて照射したレーザ光の反射光が前記マイクロミラーの揺動に応じて走査する走査範囲の中央より一端側に配設され、前記反射光が入射することによって検出信号を出力する１つの光検出素子と、
   前記光検出素子から連続して出力される前記検出信号の時間間隔のうち、前記マイクロミラーの揺動周期の１／２より短い時間間隔、又は、前記マイクロミラーの揺動周期の１／２より長い時間間隔の何れか一方を振れ角に換算し、当該換算した振れ角を補正するように前記交流電圧の電圧値を調整する演算制御装置とを備えたことを特徴とするマイクロミラースキャナ。
2. 前記交流電圧は、交流成分と直流バイアス成分とが重畳されて形成されており、
   前記演算制御装置は、前記換算した振れ角を補正するように前記直流バイアス成分の電圧値を調整する請求項１に記載のマイクロミラースキャナ。
3. 請求項１に記載のマイクロミラースキャナと、前記マイクロミラースキャナが具備する前記マイクロミラーに向けてレーザ光を出射するレーザ光源とを備えることを特徴とするレーザ光走査装置。