JP2008039861A - 光学デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】安定した駆動を行うことができる光学デバイスを提供すること。
【解決手段】本体部２１１および光反射部２１２を備えた板状の質量部２１と、質量部２１を支持する支持部２２と、支持部２２に対し質量部２１を回動可能とするように、質量部２１と支持部２２とを連結する弾性変形可能な１対の弾性部２４、２５と、質量部２１を回動駆動させるための駆動手段とを有し、前記駆動手段を作動させることにより、弾性部２４、２５を捩れ変形させながら、質量部２１を回動させ、光反射部２１２で光を反射させ、走査するように構成された光学デバイス１であって、質量部２１は、本体部２１１の光反射部２１２とは反対側の面に本体部２１１の構成材料よりも熱伝導率の高い材料で構成された放熱部４を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学デバイスに関するものである。

レーザープリンタ等に用いられ、光走査により描画を行う光学デバイスとしては、小型化を図ることなどの目的から、ねじり振動子を用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
例えば、特許文献１にかかる光学デバイスは、シリコンで構成された板状の可動部上に、アルミニウムで構成された光反射部を直接設けたものを、その両側で１対のねじりバネによって回動可能に支持してなる。そして、１対のねじりバネをねじれ変形させながら、可動部を回動（振動）させることにより、光走査を行う。その際、光反射部では、照射された光のほとんどが反射する。

しかしながら、光反射部での光反射率を完全に１００％とすることはできないため、このような光学デバイスにあっては、光反射部に照射された光の一部が熱となり、可動部を昇温させてしまう。
そのため、かかる光学デバイスを長時間使用すると、可動部の形状や光反射部の材質等によっては、熱により可動部に反りなどの変形が生じて、光反射部の平面性が損なわれるおそれがある。また、可動部からの熱によりねじりバネの材料物性が変化して、ねじりバネのバネ定数が変化してしまうおそれがある。
光反射部の平面性が損なわれたり、ねじりバネのバネ定数が変化したりすると、安定した駆動（描画）を行うことが難しい。

特開平７−９２４０９号公報

本発明の目的は、安定した駆動を行うことができる光学デバイスを提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光学デバイスは、板状をなす本体部と、その一方の面側に設けられた光反射性を有する光反射部とを有する質量部と、
前記質量部を支持する支持部と、
前記質量部を前記支持部に対し回動可能に連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
前記質量部を回動駆動させるための駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動させることにより、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で光を反射させ走査するように構成された光学デバイスであって、
前記質量部は、前記本体部の前記光反射部とは反対の面側に前記本体部の構成材料よりも熱伝導率の高い材料で構成された放熱部を有することを特徴とする。
これにより、前記放熱部により前記本体部の熱を放熱することができるため、熱変化（昇温）による光学デバイスの振動特性の変化を抑制することができ、光学デバイスを安定的に駆動させることができる。また、前記質量部の機械的極度を高めることもできる。

本発明の光学デバイスでは、前記本体部は、シリコンを主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、優れた回動特性を発揮する光学デバイスを提供することができる。

本発明の光学デバイスでは、前記放熱部の構成材料は、前記光反射部の構成材料と同様であることが好ましい。
これにより、前記本体部の一方の面に設けられた前記光反射部と、他方の面に設けられた前記放熱部との熱膨張率がほぼ等しくなるため、前記本体部の歪みを抑制することができる。

本発明の光学デバイスでは、前記放熱部は、前記本体部の面のほぼ全面にわたって設けられていることが好ましい。
これにより、放熱効果を優れたものとすることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記放熱部は、前記本体部と反対側の面に凹凸部を有することが好ましい。
これにより、前記放熱部の表面積を大きくし、放熱効果を優れたものとすることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記凹凸部は、前記本体部の平面視にて、前記質量部の回動中心軸に対して対称に設けられていることが好ましい。
これにより、優れた放熱効果を発揮しつつ、前記質量部を安定的に回動させることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記凹凸部は、前記本体部の平面視にて、前記質量部の回動中心軸に直角な方向に対して対称に設けられていることが好ましい。
これにより、優れた放熱効果を発揮しつつ、前記質量部をより安定的に回動させることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記凹凸部は、複数の凸部を有することが好ましい。
これにより、前記放熱部の表面積を大きくし、放熱効果をより優れたものとすることができる。
本発明の光学デバイスでは、各前記凸部は、凸条であることが好ましい。
これにより、優れた放熱効果を発揮しつつ、前記放熱部の製造が容易となる。また、光学デバイスの機械的強度を向上させることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記各凸条は、前記本体部の面上において、前記質量部の回動中心軸にほぼ直角な方向へ延在していることが好ましい。
これにより、優れた放熱効果を発揮することができる。また、前記放熱部の軽量化を図りつつ、前記質量部の回動による前記本体部の撓みを効果的に抑制することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記凸条は、前記本体部の面に対してほぼ垂直に突出していることが好ましい。
これにより、前記放熱部の製造が容易となる。また、前記質量部の回動による前記本体部の撓みをより効果的に防止することができる。

本発明の光学デバイスでは、前記凹凸部は、複数の凹部を有し、
各前記凹部は、前記本体部の平面視にて、多角形状をなしていることが好ましい。
これにより、優れた放熱効果を発揮しつつ、光学デバイスの強度を向上させることができる。
本発明の光学デバイスでは、各前記凹部は、ほぼ同一形状であることが好ましい。
これにより、密に凹部を形成することができ、前記放熱部の放熱特性が向上する。

本発明の光学デバイスでは、各前記弾性部は、板状の駆動部と、前記駆動部を前記支持部に対して回動可能に連結する第１の弾性部と、前記質量部を前記駆動部に対して回動可能に連結する第２の弾性部とを有し、前記駆動手段が、前記第１の弾性部を捩れ変形させながら前記駆動部を回動させ、これに伴い、前記第２の弾性部を捩れ変形させながら前記質量部を回動させるように構成されていることが好ましい。
これにより、前記１対の弾性部に大きな応力（負担）をかけずに、前記質量部の回動角を大きくすることができる。

以下、本発明の光学デバイスの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の光学デバイスの第１実施形態を説明する。

図１は、本発明の光学デバイスの第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、電極の配置を示す図、図４は、図１に示す光学デバイスの駆動電圧の電圧波形の一例を示す図、図５は、図１に示す光学デバイスの駆動電圧として交流電圧を用いた場合における交流電圧の周波数と、質量部および駆動部のそれぞれの振幅との関係を示すグラフ、図６は、図１にかかる光学デバイスの部分拡大図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図１中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図２中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。

光学デバイス１は、図１ないし図３に示すような２自由度振動系を有する基体２と、この基体２を支持する支持基板３とを有している。
基体２は、質量部２１と、支持部２２と、１対の弾性部２４、２５とを備えている。
また、弾性部２４は、駆動部２４１と、第１の弾性部２４２と、第２の弾性部２４３とを備え、これと同様に、弾性部２５は、駆動部２５１と、第１の弾性部２５２と、第２の弾性部２５３とを備えている。

すなわち、基体２は、質量部２１と、支持部２２と、１対の駆動部２４１、２５１と、１対の第１の弾性部２４２、２５２と、１対の第２の弾性部２４３、２５３とを備えている。
このような光学デバイス１にあっては、後述する１対の電極３２、３３に電圧を印加することにより、１対の第１の弾性部２４２、２５２を捩れ変形させながら、１対の駆動部２４１、２５１を回動させ、これに伴って、１対の第２の弾性部２４３、２５３を捩れ変形させながら質量部２１を回動させる。このとき、１対の駆動部２４１、２５１および質量部２１は、それぞれ、図１に示す回動中心軸Ｘを中心にして回動する。

１対の駆動部２４１、２５１は、それぞれ、板状をなし、互いにほぼ同一寸法でほぼ同一形状をなしている。
１対の駆動部２４１、２５１の間には、質量部２１が設けられており、１対の駆動部２４１、２５１は、非駆動時での質量部２１の平面視にて、質量部２１を中心として、ほぼ左右対称となるように設けられている。同様に、１対の第１の弾性部２４２、２５２は、平面視にて、質量部２１を中心として、ほぼ左右対称となるように設けられており、１対の第２の弾性部２４３、２５４は、平面視にて、質量部２１を中心として、ほぼ左右対称となるように設けられている。すなわち、本実施形態にかかる光学デバイス１は、質量部２１の平面視にて、質量部２１を中心として、ほぼ左右対称となるように形成されている。

ここで、質量部２１は、板状をなす本体部２１１と、本体部２１１の上面（支持基板３と反対側の板面）に設けられた光反射部２１２と、本体部の下面（支持基板３と対向する側の板面）に設けられた放熱部４とで構成されている。
このように、本体部２１１に光反射部２１２を設けることにより、光学デバイス１を光スキャナ、光アッテネータ、光スイッチなどの光デバイスに適用することができる。ここで、光学デバイス１は、例えば、光スキャナなどに用いた場合、質量部２１を回動させることでレーザーなどの光を光反射部２１２により反射させ、走査対象物を走査するよう構成される。しかし、光反射部２１２で反射しきれなかった光が熱に変換され、本体部２１１が昇温してしまう場合がある。この昇温により、（１）光学デバイス１の材料特性（ヤング率など）が変化する、（２）熱膨張により本体部２１１に反り・歪みが生じ、それに伴い光反射部２１２にも反り・歪みが生じ、光反射部２１２によって所望の位置に光を走査させることができないなどの問題が生じる。これにより、光学デバイス１が長時間連続的に使用される場合、優れた回動特性を維持することが困難であるという問題が生じる場合がある。

そこで、本発明にかかる光学デバイス１は、本体部２１１の下面に放熱部４を設け、前述したような熱を放熱部４から積極的に放熱し、本体部２１１の昇温を抑制するように構成されている。これにより、光学デバイス１は、長時間、連続的に使用する場合であっても、優れた走査特性を維持（発揮）することができる。このような放熱部４については、後に詳述する。

このような本体部２１１および駆動部２４１、２５１にあっては、駆動部２４１が第１の弾性部２４２を介して支持部２２に接続され、本体部２１１が第２の弾性部２４２を介して駆動部２４１に接続されている。これと同様に、駆動部２５１が第１の弾性部２５２を介して支持部２２に接続され、本体部２１１が第２の弾性部２５２を介して駆動部２５１に接続されている。

また、弾性部２４のうち、第１の弾性部２４２および第２の弾性部２４３は、弾性変形（主として捩れ変形）可能な棒状部材である。これと同様に、弾性部２５のうち、第１の弾性部２５２および第２の弾性部２５３は、弾性変形可能な棒状部材である。
第１の弾性部２４２は、駆動部２４１を支持部２２に対して回動可能とするように、駆動部２４１と支持部２２とを連結している。これと同様に、第１の弾性部２５２は、駆動部２５１を支持部２２に対して回動可能とするように、駆動部２５１と支持部２２とを連結している。

第２の弾性部２４３は、本体部２１１を駆動部２４１に対して回動可能とするように、本体部２１１と駆動部２４１とを連結している。これと同様に、第２の弾性部２５３は、本体部２１１を駆動部２５１に対して回動可能とするように、本体部２１１と駆動部２５１とを連結している。
このような第１の弾性部２４２、２５２および第２の弾性部２４３、２５３は、同軸的に設けられており、これらを回動中心軸（回転軸）Ｘとして、駆動部２４１が支持部２２に対して、また、駆動部２５１が支持部２２に対して回動可能となっている。さらに、質量部２１が駆動部２４１、２５１に対して回動可能となっている。

このように、基体２は、駆動部２４１、２５１と第１の弾性部２４２、２５２とで構成された第１の振動系と、質量部２１と第２の弾性部２４３、２５３とで構成された第２の振動系とを有する。すなわち、基体２は、第１の振動系および第２の振動系からなる２自由度振動系を有する。
このような２自由度振動系は、基体２の全体の厚さよりも薄く形成されているとともに、図２にて上下方向で基体２の上部に位置している。言い換えすれば、基体２には、基体２の全体の厚さよりも薄い部分が形成されており、この薄い部分に異形孔が形成されることにより、本体部２１１と駆動部２４１、２５１と第１の弾性部２４２、２５２と第２の弾性部２４３、２５３とが形成されている。

本実施形態では、前記薄肉部の上面が支持部２２の上面と同一面上に位置することにより、前記薄い部分の下方には質量部２１および駆動部２４１、２５１の回動のための空間（凹部）３０が形成されている。
このような基体２は、例えば、シリコンを主材料として構成されていて、本体部２１１
と、駆動部２４１、２５１と、支持部２２と、第１の弾性部２４２、２５２と、第２の弾性部２４３、２５３とが一体的に形成されている。このように、シリコンを主材料とすることにより、優れた回動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、微細な処理（加工）が可能であり、光学デバイス１の小型化を図ることができる。

なお、基体２は、ＳＯＩ基板等の積層構造を有する基板から、本体部２１１と、駆動部２４１、２５１と、支持部２２と、第１の弾性部２４２、２５２と、第２の弾性部２４３、２５３とを形成したものであってもよい。その際、本体部２１１と、駆動部２４１、２５１と、支持部２２、２３の一部と、第１の弾性部２４２、２５２と、第２の弾性部２４３、２５３とが一体的となるように、これらを積層構造基板の１つの層で構成するのが好ましい（例えば、ＳＯＩ基板の一方のＳｉ層）。

前述したような基体２に接合した支持基板３は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。
支持基板３の上面（図２にて、基体２側の面）には、図２に示すように、質量部２１に対応する部分に開口部３１が形成されている。この開口部３１は、質量部２１が回動（振動）する際に、支持基板３に接触するのを防止する逃げ部を構成する。開口部（逃げ部）３１を設けることにより、光学デバイス１全体の大型化を防止しつつ、質量部２１の振れ角（振幅）をより大きく設定することができる。

なお、前述したような逃げ部は、前記効果を十分に発揮し得る構成であれば、必ずしも支持基板３の下面（質量部２１と反対側の面）で開放（開口）していなくてもよい。すなわち、逃げ部は、支持基板３の上面に形成された凹部で構成することもできる。また、空間３０の深さが質量部２１の振れ角（振幅）に対し大きい場合などには、逃げ部を設けなくともよい。

支持基板３の上面（図２にて、基板２側の面）には、図３に示すように、駆動部２４１に対応する部分に、１対の電極３２が回動中心軸Ｘを中心にほぼ対象となるように設けられている。これと同様に、駆動部２５１に対応する部分に、１対の電極３３が回動中心軸Ｘを中心にほぼ対象となるように設けられている。すなわち、本実施形態では、１対の電極が２組、計４個設けられている。

駆動部２４１と電極３２とは、図示しない電源に接続さており、駆動部２４１と電極３２との間に交流電圧（駆動電圧）を印加できるように構成されている。これと同様に、駆動部２５１と電極３３とは、図示しない電源に接続されており、駆動部２５１と電極３３との間には交流電圧（駆動電圧）を印加できるように構成されている。
なお、駆動部２４１の電極３２に対抗する面には、図示しない絶縁膜が設けられており、これと同様に、駆動部２５１の電極３３に対向する面には、図示しない絶縁膜が設けられている。これにより、駆動部２４１と電極３２の間および／または駆動部２５１と電極３３の間で短絡が発生することを好適に防止することができる。

また、本実施形態では、電極３２および電極３３は、それぞれ、図示しない絶縁膜を介して、支持基板３に設けられている。これにより、電極３２および電極３３と支持基板３との間で絶縁性を確保することができる。また、このような絶縁層は、電極３２と駆動部２４１とのギャップ（距離）、電極３３と駆動部２５１とのギャップを調整する役割も有している。

以上のような構成の光学デバイス１は、次のようにして駆動する。
すなわち、電極３２と駆動部２４１との間および電極３３と駆動部２５１との間に、例えば、正弦波（交流電圧）等を印加する。具体的には、例えば、まず、１対の駆動部２４１、２５１をアースしておく。この状態にて、１対の電極３２、３３のうち、図３中上側の電極に図４（ａ）に示すような波形の電圧を印加し、図３中下側の電極に図４（ｂ）に示すような波形の電圧を印加する。すると、電極３２と駆動部２４１との間および電極３３と駆動部２５１との間に静電気力（クーロン力）が生じ、１対の駆動部２４１、２５１が、それぞれ電極３２、３３の方へ引き付けられる。

このような静電気力（すなわち、１対の駆動部２４１、２５１が、それぞれ電極３２、３３の方へ引き付けられる力）は、正弦波の位相により変化し、回動中心軸Ｘを軸に基体２の板面に対して傾斜するように振動（回動）する。
そして、この１対の駆動部２４１、２５１の回動に伴って、第２の弾性部２４３、２５３を介して連結されている本体部２１１（質量部２１）も、回動中心軸Ｘを軸に、基体２の板面に傾斜するように振動（回動）する。

次に、駆動部２４１、２５１と、本体部２１１との関係について詳述する。
駆動部２４１の回動中心軸Ｘからこれにほぼ垂直な方向（長手方向）での長さをＬ_１とし、駆動部２５１の回動中心軸Ｘからこれにほぼ垂直な方向（長手方向）での長さをＬ_２とし、本体部２１１の回動中心軸Ｘからこれにほぼ垂直な方向での長さをＬ_３としたとき、本実施形態では、駆動部２４１、２５１が、それぞれ独立して設けられているため、本体部２１１の大きさ（長さＬ_３）にかかわらず、駆動部２４１、２５１と本体部２１１とが干渉せず、Ｌ_１およびＬ_２を小さくすることができる。これにより、駆動部２４１、２５１の回転角度（振れ角）を大きくすることができ、その結果、質量部２１の回転角度を大きくすることができる。

また、駆動部２４１、２５１および本体部２１１の寸法は、それぞれ、Ｌ_１＜Ｌ_３かつＬ_２＜Ｌ_３なる関係を満足するよう設定されるのが好ましい。
前記関係を満たすことにより、Ｌ_１およびＬ_２をより小さくすることができ、駆動部２４１、２５１の回転角度をより大きくすることができ、質量部２１の回転角度をさらに大きくすることができる。

この場合、質量部２１の最大回転角度が、２０°以上となるように構成されるのが好ましい。
これらによって、駆動部２４１、２５１の低電圧駆動と、質量部２１の大回転角度での振動（回動）とを実現することができる。
このため、このような光学デバイス１を、例えばレーザープリンタや、走査型共焦点レーザー顕微鏡等の装置に用いられる光スキャナに適用した場合には、より容易に装置を小型化することができる。

なお、前述したように、本実施形態では、Ｌ_１とＬ_２とはほぼ等しく設定されているが、Ｌ_１とＬ_２とが異なっていてもよいことは言うまでもない。
ところで、このような質量部２１および駆動部２４１、２５１の振動系（２自由度振動系）では、駆動部２４１、２５１および質量部２１の振幅（振れ角）と、印加する交流電圧の周波数との間に、図６に示すような周波数特性が存在している。

すなわち、かかる振動系は、駆動部２４１、２５１の振幅と、質量部２１の振幅とが大きくなる２つの共振周波数ｆｍ_１［ｋＨｚ］、ｆｍ_３［ｋＨｚ］（ただし、ｆｍ_１＜ｆｍ_３）と、駆動部２４１、２５１の振幅がほぼ０となる、１つの反共振周波数ｆｍ_２［ｋＨｚ］とを有している。
この振動系では、電極３２、３３に印加する交流電圧の周波数Ｆが、２つの共振周波数のうち低いもの、すなわち、ｆｍ_１とほぼ等しくなるように設定するのが好ましい。これにより、駆動部２４１、２５１の振幅を抑制しつつ、質量部２１の振れ角（回転角度）を大きくすることができる。

なお、本明細書中では、Ｆ［ｋＨｚ］とｆｍ_１［ｋＨｚ］とがほぼ等しいとは、（ｆｍ_１−１）≦Ｆ≦（ｆｍ_１＋１）の条件を満足することを意味する。
駆動部２４１、２５１の平均厚さは、それぞれ、１〜１５００μｍであるのが好ましく、１０〜３００μｍであるのがより好ましい。
本体部２１１の平均厚さは、１〜１５００μｍであるのが好ましく、１０〜３００μｍであるのがより好ましい。

第１の弾性部２４２、２５２のばね定数ｋ_１は、１×１０^−４〜１×１０^４Ｎｍ/ｒａｄであるのが好ましく、１×１０^−２〜１×１０^３Ｎｍ/ｒａｄであるのがより好ましく、１×１０^−１〜１×１０^２Ｎｍ/ｒａｄであるのがさらに好ましい。これにより、質量部２１の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
一方、第２の弾性部２４３、２５３のばね定数ｋ_２は、１×１０^−４〜１×１０^４Ｎｍ/ｒａｄであるのが好ましく、１×１０^−２〜１×１０^３Ｎｍ/ｒａｄであるのがより好ましく、１×１０^−１〜１×１０^２Ｎｍ/ｒａｄであるのがさらに好ましい。これにより、駆動部２４１、２５１の振れ角を抑制しつつ、質量部２１の振れ角をより大きくすることができる。

また、第１の弾性部２４２、２５２のばね定数ｋ_１と第２の弾性部２４３、２５３のばね定数ｋ_２とは、ｋ_１＞ｋ_２なる関係を満足するのが好ましい。これにより、駆動部２４１、２５１の振れ角を抑制しつつ、質量部２１の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
さらに、駆動部２４１、２５１の慣性モーメントをＪ_１とし、質量部２１の慣性モーメントをＪ_２としたとき、Ｊ_１とＪ_２とは、Ｊ_１≦Ｊ_２なる関係を満足することが好ましく、Ｊ_１＜Ｊ_２なる関係を満足することがより好ましい。これにより、駆動部２４１、２５１の振れ角を抑制しつつ、質量部２１の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。

ところで、駆動部２４１、２５１と第１の弾性部２４２、２５２とからなる第１の振動系の固有振動数ω_１は、駆動部２４１、２５１の慣性モーメントＪ_１と、第１の弾性部２４２、２５２のばね定数ｋ_１とにより、ω_１＝（ｋ_１／Ｊ_１）^１／２によって与えられる。一方、質量部２１と第２の弾性部２４３、２５３とからなる第２の振動系の固有振動数ω_２は、質量部２１の慣性モーメントＪ_２と、第２の弾性部２４３、２５３のばね定数ｋ_２とにより、ω_２＝（ｋ_２／Ｊ_２）^１／２によって与えられる。
このようにして求められる第１の振動系の固有振動数ω_１と第２の振動系の固有振動数ω_２とは、ω_１＞ω_２なる関係を満足するのが好ましい。これにより、駆動部２４１、２５１の振れ角を抑制しつつ、質量部２１の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。

次に、放熱部４について詳述する。放熱部４は、前述したように、本体部２１１の下面に設けられている。これにより、光反射部２１２で反射しきれなかった（吸収された）光によって本体部２１１が昇温することを効果的に抑制することができる。その結果、光学デバイス１は、連続的に使用する場合であっても、安定的に駆動を行うことができ、所望の振動特性を維持（発揮）することができる。

また、放熱部４を本体部２１１に設けることで、光反射部２１２で発生する熱をより迅速に（例えば、弾性部２４、２５などに熱が伝達される前に）放熱することができる。これにより、本体部２１１の昇温を効果的に抑制することができる。また、本体部２１１の下面、すなわち光反射部２１２とは反対側の面側に放熱部４を設けることにより、光反射部２１２および放熱部４の配置などの設計の自由度を増大させることができる。これにより、光学デバイス１の走査特性（走査角など）を犠牲にせずに、光学デバイス１の昇温を効果的に抑制することができる。

このような放熱部４は、本体部２１１の下面の全面にわたって形成されている。これにより、放熱部４の下面（本体部２１１とは反対側の面）の表面積を大きくすることができる。その結果、放熱部４は、優れた放熱特性を発揮することができる。
放熱部４は、図６に示すように、基部４１１と、基部４１１の面上に設けられた複数の凸条（凸部）４１２とで構成されている。放熱部４は、凸条４１２と、互いに隣接する１対の凸条４１２と基部４１１とで形成された凹部４１３とで構成された凹凸部４１を有している。

凹凸部４１は、平面視にて、回動中心軸Ｘに対して対称に設けられていることが好ましい。これにより、本体部２１１に放熱部４を設けることで、質量部２１の重心が、回動中心軸Ｘ上からずれてしまうことを防止することができる。その結果、質量部２１の昇温を抑制しつつ、質量部２１を安定的に回動させることができる。
また、凹凸部４１は、平面視にて回動中心軸Ｘに対して対称に設けられ、かつ、平面視にて回動中心軸Ｘに直角な方向に対して対称に設けられていることがさらに好ましい。これにより、本体部２１１の昇温を抑制しつつ、質量部２１をより安定的に回動させることができる。

本実施形態では、各凸条４１２は、回動中心軸Ｘに直角な方向へ延在している。言い換えすれば、回動中心軸Ｘに直角な方向へ延在した複数の凸条４１２が、回動中心軸Ｘ方向へ並設している。これにより、質量部２１の回動による本体部２１１の撓み（特に、質量部２１の面に垂直な方向への撓み）を効果的に防止することができる。
一方、溝状の凹部４１３は、空気の流通経路としても機能するため、質量部２１の回動により凹部４１３内の空気の流通性が向上する。その結果、放熱部４の放熱特性をより向上させることができる。

また、凸条４１２は、本体部２１１の面に垂直な方向に突出している。これにより、放熱部４の製造が容易となる。
また、互いに隣接する１対の凸条４１２同士の間隔が等しくなるように凸条４１２が設けられている。
このような放熱部４は、質量部２１の本体の構成材料よりも熱伝導率が高い材料で構成されている。これにより、放熱部４の放熱特性が向上する。

このような放熱部４の構成材料（高熱伝導材料）としては、本体部２１１の構成材料によっても異なるが、特に限定されないが、例えば、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのような金属（金属単体）、これらの金属を含む合金、これらの金属を含む酸化物や窒化物等が挙げられる。

また、放熱部４の構成材料としては、光反射部２１２の構成材料とほぼ同じであることが好ましい。これにより、放熱部４の線膨張率と光反射部２１２の線膨張率とをほぼ等しくすることができる。その結果、昇温により本体部２１１が撓んでしまうことを防止することができる。すなわち、光反射部２１２の撓み・反りなどを防止することができ、その結果、光学デバイス１は、連続的に使用される場合であっても、所望の走査特性を維持（発揮）することができる。なお「線膨張率」とは、単位温度変化あたりの寸法変化率をいう。

具体的に説明すれば、光反射部２１２の構成材料と放熱部４の構成材料とが異なる場合には、一般的に、光反射部２１２の線膨張率と放熱部４の線膨張率も異なるものとなる。この状態で本体部２１１がレーザーなどにより昇温された場合には、本体部２１１は、光反射部２１２と放熱部４のうち線膨張率の低い方が凸となるように撓んで（反って）しまう。このように本体部２１１が撓めば、それに伴い光反射部２１２も撓み、その結果、光学デバイス１は、所望の走査特性を発揮することができなくなる。

一方、光反射部２１２の構成材料と放熱部４の構成材料とが同じ場合には、光反射部２１２の線膨張率と放熱部４の線膨張率とが等しいものとなる。この状態で本体部２１１がレーザーなどにより昇温された場合には、光反射部２１２と放熱部４とが同程度膨張するため、結果的に本体部２１１に発生する撓み（反り）を抑制することができる。その結果、デバイス１は、連続的に使用される場合であっても、所望の走査特性を維持（発揮）することができる。
このような観点からすれば、放熱部４の構成材料としては、特にＡｌＮ、ＳｉＣなどが好ましい。これにより、例えば、半導体製造工程において、放熱部４および光反射部２１２を形成することができ、光学デバイス１の製造工程を簡略化することができる。

このような光学デバイス１は、例えば、次のようにして製造することができる。
図７および図８は、それぞれ、第１実施形態の光学デバイスの製造方法を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下では、説明の便宜上、図７および図８中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
［Ａ１］ まず、図７（ａ）に示すように、例えば、シリコン基板６０を用意する。
次に、図７（ｂ）に示すように、本体部２１１と、支持部２２と、駆動部２４１、２５１と、第１の弾性部２４２、２５２と、第２の弾性部２４３、２５３との形状（平面視形状）に対応するように、例えば、アルミニウム等により金属マスク７０を形成する。

また、シリコン基板６０の他方の面に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行って、空間３０の平面視形状と同様の形状をなす開口を有するレジストマスク７１を形成する。なお、レジストマスク７１の形成は、金属マスク７０の形成よりも先に行ってもよい。
次に、このレジストマスク７１を介して、シリコン基板６０の前記他方の面をエッチングした後、レジストマスク７１を除去する。これにより、図７（ｃ）に示すように、空間３０の平面視に対応する領域に凹部５１が形成される。

エッチング方法としては、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、以下の各工程におけるエッチングにおいても、同様の方法を用いることができる。

次に、金属マスク７０を介して、シリコン基板６０の前記一方の面側を、前記凹部５１に対応する部分が貫通するまでエッチングする。そして、金属マスク７０を除去した場合、この後、本体部２１１上に金属膜を成膜し、光反射部２１２を形成する。
なお、ここで、シリコン基板６０に対しエッチングを行った後、金属マスク７０は除去してもよく、除去せずに残存させてもよい。金属マスク７０を除去しない場合、本体部２１１上に残存した金属マスク７０は光反射部２１２として用いることができる。
金属膜の成膜方法としては、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、金属箔の接合等が挙げられる。なお、以下の各工程における金属膜の成膜においても、同様の方法を用いることができる。

［Ａ２］次に、図７（ｄ）に示すように、本体部２１１の下面（光反射部２１２が設けられた面とは反対の面）上に、金属膜８を成膜する。金属膜の成膜方法としては、前述した通りである。
さらに、金属膜８にフォトレジストを塗布し、露光、現像を行って、凸条４１２の平面視形状と同様の形状をなす開口を有するレジストマスク７２を形成する。次に、このレジストマスク７２を介して、金属膜８の面をエッチングした後、レジストマスク７１を除去する。
以上の工程により、図７（ｆ）に示すように、質量部２１と支持部２２と各駆動部２４１、２５１と第１の弾性部２４２、２５２と第２の弾性部２４３、２５３とが一体的に形成された基体２が得られる。

［Ｂ１］次に、図８（ａ）に示すように、支持基板３を形成するための基板として、例えばシリコン基板６１を用意する。
そして、シリコン基板６１の一方の面に、開口部３１を形成する領域を除いた部分に対応するように、例えば、アルミニウム等により金属マスク７３を形成する。
次に、この金属マスクを介して、シリコン基板６１の一方の面側をエッチングした後、金属マスク７３を除去し、図９（ｃ）に示すように、開口部３１を形成する。すなわち、支持基板３が得られる。

［Ｂ２］次に、図８（ｄ）に示すように、前記工程［Ａ２］で得られた基体２と、前記工程［Ｂ１］で得られた支持基板３とを直接接合により接合し、光学デバイス１を得る。なお、基体２と支持基板３との間に可動イオンを含む硼珪酸ガラスのようなガラスを介在させ、これらを陽極接合により接合してもよい。また、シリコン基板６１に代えてガラス基板を用いて、基体２と支持基板３とを陽極接合により接合することもできる。
以上のようにして、第１実施形態の光学デバイス１が製造される。

以上第１実施形態の光学デバイス１について説明したが、放熱部４の凸条４１２の形状、大きさ、配設数は、それぞれ任意であり、実施形態に限定されない。例えば、凸条４１２の配設数は、光学デバイス１の大きさや、放熱部４の質量や、光反射部２１２に照射させるレーザーの出力などを勘案して定めることができる。
また、凹凸部４１は、回動中心軸Ｘに対して対称となるように形成されているが、非対称に形成されていてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の光学デバイスの第２実施形態について説明する。
図９は、本発明の光学デバイスの第２実施形態を示す部分拡大図ある。
以下、第２実施形態の光学デバイス１Ａについて、前述した第１実施形態の光学デバイス１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第２実施形態の光学デバイス１Ａは、放熱部４Ａの構成が異なる以外は、第１実施形態の光学デバイス１とほぼ同様である。
すなわち、放熱部４Ａは、図９に示すように、凹凸部４１Ａを有している。凹凸部４１Ａは、互いに平行に設けられた複数の凸条４１４Ａと、互いに平行に設けられた複数の凸条４１５Ａと、互いに隣接する１対の凸条４１４Ａと互いに隣接する１対の凸条４１５Ａとで囲まれることにより区画形成された複数の凹部４１３Ａとで構成されている。このように凹部４１３Ａを形成することにより、比較的簡単に凹部４１３Ａを設けることができる。

このように複数の凹部４１３Ａを有するため、放熱部４Ａの表面積を大きくすることができ、放熱部４Ａは、優れた放熱特性を発揮することができる。
さらに、複数の凹部４１３Ａは、互いにほぼ同一形状、かつ、同一寸法をなしている。これにより、凹部４１３Ａをより蜜に形成することができる。すなわち、凹部４１３Ａをより多く形成することができ、放熱部４Ａの表面積をより大きくすることができる。その結果、放熱部４の放熱特性が向上する。
このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の光学デバイスの第３実施形態について説明する。
図１０は、本発明の光学デバイスの第３実施形態を示す部分拡大図ある。
以下、第３実施形態の光学デバイス１Ｂについて、前述した第１実施形態の光学デバイス１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第３実施形態の光学デバイス１Ｂは、放熱部４Ｂの構成が異なる以外は、第１実施形態の光学デバイス１とほぼ同様である。

すなわち、放熱部４Ｂは凹凸部４１Ｂを有している。凹凸部４１Ｂは、凸部４１２Ｂと凹部４１３Ｂとで構成されている。
凹凸部４１Ｂは、図１０に示すように、ハニカム状に形成されている。これにより、放熱部４Ｂの表面積を大きくすることができ、放熱部４の放熱効果が向上する。さらに、質量部２１の機械的強度を向上させることができ、質量部２１を安定的に回動させることができる。

このような第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
以上、本発明の光学デバイスについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の光学デバイスでは、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。

また、前述した実施形態では、連結部材が直線状をなしていたが、２つの連結部材を互いに逆方向に主として曲げ変形させることにより、第１の弾性連結部全体を捩り変形させることができるものであれば、連結部材の形状は任意である。例えば、連結部材は湾曲していてもよい。
また、前述した実施形態では、光学デバイスの中心を通り質量部や１対の駆動部の回動軸線に直角な面に対しほぼ対称（左右対称）な形状をなしている構造を説明したが、非対称であってもよい。

また、前述した実施形態では、光反射部が質量部の上面（支持基板とは逆側の面）に設けられ、放熱部が質量部の裏面（支持基板側の面）に設けられている構成について説明したが、例えば、その逆に設けられている構成であってもよい。すなわち、光反射部が質量部の裏面に設けられ、放熱部が質量部の上面に設けられているものであってもよい。
また、前述した実施形態では、放熱部を半導体製造プロセスの中で質量部に設ける製造方法について説明したが、例えば、別の工程にて放熱部を製造し、その後、質量部に取り付けてもよい。
また、前述した実施形態では、２自由度振動系について説明したが、例えば１自由度振動系の光学デバイスに用いてもよい。

本発明の光学デバイスの第１実施形態を示す斜視図である。 図１中のＡ−Ａ線断面図である。 電極の配置を示す図である。 図１に示す光学デバイスの駆動電圧の電圧波形の一例を示す図である。 印加した交流電圧の周波数と、質量部および駆動部の共振曲線を示すグラフある。 放熱部の部分拡大図である。 光学デバイスの製造方法を説明する図である。 光学デバイスの製造方法を説明する図である。 本発明にかかる光学デバイスの第２実施形態を示す部分拡大図である。 本発明にかかる光学デバイスの第３実施形態を示す部分拡大図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ‥‥‥光学デバイス ２‥‥‥基体 ２１‥‥‥質量部 ２１１‥‥‥本体部 ２１２‥‥‥光反射部 ２２‥‥‥支持部 ２４、２５‥‥‥弾性部 ２４１、２５１‥‥‥駆動部 ２４２、２５２‥‥‥第１の弾性部 ２４３、２５３‥‥‥第２の弾性部 ３‥‥‥支持基板 ３０‥‥‥空間 ３１‥‥‥開口部（逃げ部） ３２、３３‥‥‥電極 ４、４Ａ、４Ｂ‥‥‥放熱部 ４１、４１Ａ、４１Ｂ‥‥‥凹凸部 ４１１‥‥‥基部 ４１２、４１２Ｂ‥‥‥凸部（凸条） ４１３、４１３Ａ、４１３Ｂ‥‥‥凹部 ４１４Ａ、４１５Ａ‥‥‥凸条 ６０、６１‥‥‥シリコン基板 ７０、７３‥‥‥金属マスク ７１、７２‥‥‥レジストマスク Ｘ‥‥‥回動中心軸

Claims (14)

1. 板状をなす本体部と、その一方の面側に設けられた光反射性を有する光反射部とを有する質量部と、
   前記質量部を支持する支持部と、
   前記質量部を前記支持部に対し回動可能に連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
   前記質量部を回動駆動させるための駆動手段とを有し、
   前記駆動手段を作動させることにより、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で光を反射させ走査するように構成された光学デバイスであって、
   前記質量部は、前記本体部の前記光反射部とは反対の面側に前記本体部の構成材料よりも熱伝導率の高い材料で構成された放熱部を有することを特徴とする光学デバイス。
2. 前記本体部は、シリコンを主材料として構成されている請求項１に記載の光学デバイス。
3. 前記放熱部の構成材料は、前記光反射部の構成材料と同様である請求項１または２に記載の光学デバイス。
4. 前記放熱部は、前記本体部の面のほぼ全面にわたって設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の光学デバイス。
5. 前記放熱部は、前記本体部と反対側の面に凹凸部を有する請求項４に記載の光学デバイス。
6. 前記凹凸部は、前記本体部の平面視にて、前記質量部の回動中心軸に対して対称に設けられている請求項５に記載の光学デバイス。
7. 前記凹凸部は、前記本体部の平面視にて、前記質量部の回動中心軸に直角な方向に対して対称に設けられている請求項５または６に記載の光学デバイス。
8. 前記凹凸部は、複数の凸部を有する請求項５ないし７のいずれかに記載の光学デバイス。
9. 各前記凸部は、凸条である請求項６ないし８のいずれかに記載の光学デバイス。
10. 前記各凸条は、前記本体部の面上において、前記質量部の回動中心軸にほぼ直角な方向へ延在している請求項９に記載の光学デバイス。
11. 前記凸条は、前記本体部の面に対してほぼ垂直に突出している請求項９または１０に記載の光学デバイス。
12. 前記凹凸部は、複数の凹部を有し、
    各前記凹部は、前記本体部の平面視にて、多角形状をなしている請求項５ないし７のいずれかに記載の光学デバイス。
13. 各前記凹部は、ほぼ同一形状である請求項１２に記載の光学デバイス。
14. 各前記弾性部は、板状の駆動部と、前記駆動部を前記支持部に対して回動可能に連結する第１の弾性部と、前記質量部を前記駆動部に対して回動可能に連結する第２の弾性部とを有し、前記駆動手段が、前記第１の弾性部を捩れ変形させながら前記駆動部を回動させ、これに伴い、前記第２の弾性部を捩れ変形させながら前記質量部を回動させるように構成されている請求項１ないし１３のいずれかに記載の光学デバイス。
    

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