JP2008197140A

JP2008197140A - 光走査装置

Info

Publication number: JP2008197140A
Application number: JP2007029209A
Authority: JP
Inventors: Eiji Mochizuki; 栄二望月; Mitsuyoshi Fujii; 光美藤井; Tetsuo Saito; 哲郎齋藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2027-02-08
Also published as: JP4873560B2

Abstract

【課題】一対の捻り梁を軸としてミラー部材が往復振動する光走査装置の共振周波数調整機構等の改良。
【解決手段】捻り梁２の支点側端はフレーム１に固定される。捻り梁２は一対のカンチレバーの非固定側端に結合される。カンチレバー４上に駆動用圧電素子８が形成される。カンチレバー４の固定側端の近傍部位にバネ部４ａが形成され、このバネ部４ａに櫛歯状の電極５が、これに対向した櫛歯状の電極６がフレーム１側にそれぞれ形成される。電極５，６間の印加電圧を変化させるとカンチレバー４に働く引っ張り力が変化するため捻り梁２のバネ定数が変化する結果、ミラー部材３の共振周波数が変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ミラー部材を往復振動させることにより光源からの光ビームを偏向させる光走査装置に係り、特に、一対の捻り梁により支持されたミラー部材を、その捻り梁を捻り回転軸として往復振動させる光走査装置に関する。

一対の捻り梁により支持されたミラー部材を、その捻り梁を捻り回転軸として往復振動させる光走査装置は、ミラー部材の共振周波数に駆動周波数を一致させた場合に、少ない駆動エネルギーでミラー部材を大きな振れ角で振動させることができる。

しかしながら、ミラー部材の共振周波数は、製造工程における加工のばらつきによって、ある程度のばらつきが避けられない。また、動作環境（温度、湿度、気圧）の変化によっても共振周波数は変動する。例えば特許文献４に開示されているように、複数個並べた光走査装置により画像の主走査を分割して行うような用途の場合、光走査装置の共振周波数のばらつきが大きいと、複数の光走査装置の駆動周波数を共通の周波数で駆動できない等、極めて不都合である。したがって、光走査装置に共振周波数調整手段を備えるのが望ましい。

共振周波数調整手段を備える光走査装置の例が特許文献１に開示されている。この光走査装置は、図９に示すように、ミラー部材２１のねじり回転軸となる複数のベンディングばね２２（全体で捻り梁として作用する）の支点側の端は慣性部３０に支持され、この慣性部３０はベンディングばね３２によりアンカー６０に支持される。慣性部３０に櫛歯状電極３１が設けられ、この櫛歯状電極３１と噛み合う櫛歯状電極４１がアンカー４０に設けられる。ミラー部材２１の自由端側に櫛歯状電極２３が設けられ、これと噛み合う櫛歯状電極５１がアンカー５０に設けられている。動作は次の通りである。櫛歯状電極２３，５０間に駆動電圧を印加することにより駆動トルクが発生し、ミラー部材２１が往復振動する。櫛歯状電極３１，４１間に電圧を印加することにより、慣性部３０を外向きに引っ張る静電力が発生する。この引っ張り力はベンディングばね２２のバネ定数を増加させるように作用する。したがって、櫛歯状電極３１，４１間の印加電圧を調整することにより、ベンディングばね２２のバネ定数を調整してミラー部材２１の共振周波数を調整することができる。

また、本発明に係る光走査装置とは振動系の基本構造及び挙動が異なるものであるが、共振周波数調整手段を備えた光走査装置の例が特許文献２に開示されている。この光走査装置（光スキャナ）は、鏡面を持つ振動部と湖底部とを弾性変形部を介して連結してなる振動子と、その固定部に高周波振動を加える加振装置（例えば圧電素子）とから構成され、弾性変形部に設けた発熱抵抗素子又は圧電素子により弾性変形部を加熱又は変形させることにより、弾性変形部のバネ定数を変化させて振動子の共振特性を調整する。

なお、圧電素子を利用して、一対の捻り梁を回転軸としてミラー部材を振動させる光走査装置も知られている。例えば特許文献３に、圧電素子が形成された２対の圧電ユニモルフ振動板をミラー部材に連結し、各対の圧電ユニモルフ振動板の圧電素子に逆位相の交流電圧を印加することにより、ミラー部材を、一対の捻り梁（弾性部材）を回転軸として往復振動させる光走査装置（光偏向器）が開示されている。

特開２００５−１４１２２９号公報特許第２９８１６００号公報特開２００５−１２８１４７号公報特開２００１−２２８４２８号公報

特許文献１に記載の光走査装置においては、ミラー部材２１の捻り回転軸となるベンディングばね２２の支点側の端は固定されるのではなく慣性部３０に支持されており、この慣性部３０はベンディングばね３２により支持されているものであるから、ミラー部材２１の往復振動につられて慣性部３０も振動する。その軸周りの振動によって、慣性部３０に設けられた櫛歯状電極３１と固定された櫛歯状電極４１との間のショート（短絡）が起きやすく、また共振周波数（の制御）が不安定になる恐れもある。また、ベンディングばね２２の支点側の端が固定されていないことは、ミラー部材２１の往復振動の安定性の面からも一般に好ましくない。また、光走査装置のチップ面積が大きくなりやすい構造である。

なお、特許文献２に開示の光走査装置のように、共振周波数の調整のために発熱手段を用いる構成は、発熱のための電流を常時流すため消費電力が大きくなる等、一般的に好ましくない。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、一対の捻り梁により支持されたミラー部材が捻り梁を捻り回転軸として往復振動するタイプの光走査装置であって、前記特許文献１記載の従来例のような問題点が解消されるとともに、共振周波数を十分な範囲で連続的に調整することができ、ミラー部材が比較的大きい場合でも低い駆動電圧でミラー部材を大きな振れ角で振動させることができる改良した光走査装置を提供することにある。

請求項１記載の発明に係る光走査装置は、
一対の捻り梁により支持されたミラー部材が前記一対の捻り梁を捻り回転軸として往復振動する光走査装置であって、
前記捻り梁の支点側の端は固定部材に固定され、
前記捻り梁に対し対称な位置関係にある一対のカンチレバーの非固定側端が該捻り梁の同一部位に結合され、該一対のカンチレバーの固定側端は該捻り梁に対し対称な位置で固定部材に固定され、
前記カンチレバーを変形させることにより前記ミラー部材の駆動用トルクを発生させるための圧電素子が該カンチレバーに形成され、
前記カンチレバーにはその固定側端の近傍部位にバネ部が形成され、
前記カンチレバーをその固定側端へ引っ張る力を発生させるための互いに対向する第１電極及び第２電極が、該カンチレバーのバネ部及び固定部材にそれぞれ形成され、
対向した前記第１、第２電極間の印加電圧の調整により前記ミラー部材の共振周波数を調整可能であることを特徴とする。

この光走査装置においては、各捻り梁の支点側の端は固定部材に固定されているため、それが固定されていない前記特許文献１のような構造に比べ、ミラー部材の振動の安定性が良好である。また、前記特許文献１のような駆動に電極間の静電力を利用する構成に比べ、低い駆動電圧を圧電素子に印加することにより大きな駆動トルクを発生させることができるため、ミラー部材が比較的大きい場合でも大きな振れ角で往復振動させることができる。ミラー部材の振動時にカンチレバーの軸周りにバネ部が振動することがないため、第１、第２電極間のショートを確実に防止でき、またカンチレバーに作用する引っ張り力が安定するので共振周波数も安定する。

請求項２記載の発明に係る光走査装置は、
一対の捻り梁により支持されたミラー部材が前記一対の捻り梁を捻り回転軸として往復振動する光走査装置であって、
前記捻り梁の支点側の端は固定部材に固定され、
前記捻り梁に対し対称な位置関係にある一対のカンチレバーの非固定側端が該捻り梁の同一部位に結合され、該一対のカンチレバーの固定側端は該捻り梁に対し対称な位置で固定部材に固定され、
前記カンチレバーを変形させることにより前記ミラー部材の駆動用トルクを発生させるための第１圧電素子が該カンチレバーに形成され、
前記カンチレバーにはその固定側端の近傍部位にバネ部が形成され、
前記カンチレバーのバネ部を変形させることにより該カンチレバーをその固定側端へ引っ張る力を発生させるための第２圧電素子が該カンチレバーのバネ部に形成され、
前記第２圧電素子の印加電圧の調整により前記ミラー部材の共振周波数を調整可能であることを特徴とする。

この光走査装置においては、各捻り梁の支点側の端は固定部材に固定されているため、それが固定されていない前記特許文献１のような構造に比べ、ミラー部材の振動の安定性が良い。また、前記特許文献１のような駆動に電極間の静電力を利用する構成に比べ、低い駆動電圧を第１圧電素子に印加することにより大きな駆動トルクを発生させることができるため、ミラー部材が比較的大きい場合でも大きな振れ角で往復振動させることができる。低い電圧を第２圧電素子に印加して大きな引っ張り力を発生させることができるため、共振周波数の調整範囲の拡大が容易である。また、ミラー部材の振動時にカンチレバーの軸周りにバネ部が振動することがないため、カンチレバーに作用する引っ張り力が安定するので共振周波数も安定する。

請求項３記載の発明に係る光走査装置は、
一対の捻り梁により支持されたミラー部材が前記一対の捻り梁を捻り回転軸として往復振動する光走査装置であって、
前記捻り梁の支点側の端は固定部材に固定され、
前記捻り梁に対し対称な位置関係にある一対の第１カンチレバーの非固定側端が該捻り梁の同一部位に結合され、該一対の第１カンチレバーの固定側端は該捻り梁に対し対称な位置で固定部材に固定され、
前記捻り梁に対し対称な位置関係にある一対の第２カンチレバーの非固定側端が該捻り梁の同一部位に結合され、該一対の第２カンチレバーの固定側端は該捻り梁に対し対称な位置で固定部材に固定され、
前記第１カンチレバーを変形させることにより前記ミラー部材の駆動用トルクを発生させるための圧電素子が該第１カンチレバーに形成され、
前記第２カンチレバーにはその固定側端の近傍部位にバネ部が形成され、
前記第２カンチレバーをその固定側端へ引っ張る力を発生させるための互いに対向する第１電極及び第２電極が該第２カンチレバーのバネ部及び固定部材にそれぞれ形成され、
対向した前記第１、第２電極間の印加電圧の調整により前記ミラー部材の共振周波数を調整可能であることを特徴とする。

この光走査装置においては、各捻り梁の支点側の端は固定部材に固定されているため、それが固定されていない前記特許文献１のような構造に比べ、ミラー部材の振動の安定性の面で有利である。また、前記特許文献１のような駆動に電極間の静電力を利用する構成に比べ、低い駆動電圧を圧電素子に印加することにより大きな駆動トルクを発生させることができるため、ミラー部材が比較的大きい場合でも大きな振れ角で往復振動させることができる。ミラー部材の振動時に第２カンチレバーの軸周りにバネ部が振動することはないため、第１、第２電極間のショートを確実に防止でき、また第２カンチレバーに作用する引っ張り力が安定するので共振周波数も安定する。また、捻り梁に駆動用トルクを作用させる第１カンチレバーと、この駆動用トルクとは逆向きのトルク（共振周波数調整トルク）を捻り梁に作用させる第２カンチレバーとが分離しているため、両トルクの干渉を防ぐことができる。

請求項４記載の発明に係る光走査装置は、
一対の捻り梁により支持されたミラー部材が前記一対の捻り梁を捻り回転軸として往復振動する光走査装置であって、
前記捻り梁の支点側の端は固定部材に固定され、
前記捻り梁に対し対称な位置関係にある一対の第１カンチレバーの非固定側端が該捻り梁の同一部位に結合され、該一対の第１カンチレバーの固定側端は該捻り梁に対し対称な位置で固定部材に固定され、
前記捻り梁に対し対称な位置関係にある一対の第２カンチレバーの非固定側端が該捻り梁の同一部位に結合され、該一対の第２カンチレバーの固定側端は該捻り梁に対し対称な位置で固定部材に固定され、
前記第１カンチレバーを変形させることにより前記ミラー部材の駆動用トルクを発生させるための第１圧電素子が該第１カンチレバーに形成され、
前記第２カンチレバーにはその固定側端の近傍部位にバネ部が形成され、
前記第２カンチレバーのバネ部を変形させることにより該第２カンチレバーをその固定側端へ引っ張る力を発生させるための第２圧電素子が、該第２カンチレバーのバネ部に形成され、
前記第２圧電素子の印加電圧の調整により前記ミラー部材の共振周波数を調整可能であることを特徴とする。

この光走査装置においては、各捻り梁の支点側の端は固定部材に固定されているため、それが固定されていない前記特許文献１のような構造に比べ、ミラー部材の振動の安定性の面で有利である。また、前記特許文献１のような駆動に電極間の静電力を利用する構成に比べ、低い駆動電圧を第１圧電素子に印加することにより大きな駆動トルクを発生させることができるため、ミラー部材が比較的大きい場合でも大きな振れ角で往復振動させることができる。低い電圧を第２圧電素子に印加して大きな引っ張り力を発生させることができるため、共振周波数の調整範囲の拡大が容易である。ミラー部材の振動時に第２カンチレバーの軸周りにバネ部が振動することがないため、第２カンチレバーに作用する引っ張り力が安定するので共振周波数が安定する。また、捻り梁に駆動用トルクを作用させる第１カンチレバーと、この駆動用トルクとは逆向きのトルク（共振周波数調整トルク）を捻り梁に作用させる第２カンチレバーとが分離しているため、両トルクの干渉を防ぐことができる。

請求項５記載の発明は、請求項１又は３に記載の発明に係る光走査装置において、前記第１、第２電極が櫛歯状電極であることを特徴とする。

このように第１、第２電極を櫛歯状電極にすると両電極間の対向面積が増大し、低い印加電圧でより大きな引っ張り力を発生させることができるため、共振周波数の調整範囲の拡大が容易になる。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光走査装置において、前記カンチレバーがＳＯＩ基板の第１のシリコン基板側に形成され、前記捻り梁及び前記ミラー部材が前記ＳＯＩ基板の第２のシリコン基板側に形成されることを特徴とする。

このような構成によれば、例えば、第１のシリコン基板を薄くし、第２のシリコン基板を厚くすることにより、カンチレバーはその変形が容易になるように厚さを小さくする一方、ミラー部材は変形しにくいように厚さを大きくすることができる等の利点がある。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光走査装置において、前記カンチレバー、前記捻り梁及び前記ミラー部材がＳＯＩ基板の共通のシリコン基板側に形成されたことを特徴とする。

このような構成によれば、ミラー部材、捻り梁、カンチレバーが同一厚さでよい場合には、製造プロセスが簡単になる利点がある。

以上に述べたように、本発明によれば、前記特許文献１記載の従来例の問題点が解消され、共振周波数を十分な範囲で連続的に調整することができる、共振周波数を安定させることができる、ミラー部材が比較的大きい場合でも低い駆動電圧でミラー部材を大きな振れ角で往復振動させることができる等、多くの点について改良された光走査装置を実現することができる。

以下、添付図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。以下の説明で参照される複数の図面において、同一もしくは対応する要素には同一もしくは同様の参照番号が用いられる。ここでは、２枚のシリコン（Ｓｉ）基板が絶縁膜を介し接合されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いて本発明の光走査装置が製作されるものとして説明するが、これに限られるものではなく、例えば３枚以上のシリコン基板が接合されたＳＯＩ基板等を用いて光走査装置を製造することも可能である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る光走査装置について、図１を用いて説明する。図１において、（ｃ）は光走査装置の概略平面図である。（ａ）と（ｂ）は該光走査装置の構成要素のうちＳＯＩ基板の第１Ｓｉ基板側に形成された要素と第２Ｓｉ基板側に形成された要素を示す概略平面図である。つまり、（ａ）に示す構造の下側に（ｂ）に示す構造を重ね合わせた状態が（ｃ）に示されている。

この光走査装置においては、フレーム１に一対の捻り梁２によってミラー質量部（ミラー部材）３が支持され、ミラー質量部３は一対の捻り梁２を捻り回転軸として往復振動可能である。捻り梁２の支点側の端はフレーム１に固定され、もう一方の端はミラー質量部３に結合されている。フレーム１は、第１Ｓｉ基板側に形成されたフレーム部１ａと第２Ｓｉ基板側に形成されたフレーム部１ｂとから構成される。捻り梁２とミラー質量部３はフレーム部１ｂとともに第２Ｓｉ基板側に一体的に形成される。ミラー質量部３の表面にミラー面が形成されている。

各捻り梁２に、それに対し対称な位置関係にある一対のカンチレバー４の非固定側端が同一部位にて結合されている。対をなすカンチレバー４の固定側端は、捻り梁２に対し対称な位置でフレーム１に固定されている。カンチレバー４は第１Ｓｉ基板側にフレーム部１ａと一体的に形成されている。対をなす２本のカンチレバー４は、その非固定側端が接続した一本の部材として形成されるが、捻り梁２に対してはそれぞれが独立したカンチレバーとして作用する。

各カンチレバー４は、その固定側端の近傍部位に、２つの脚部に分岐した形状のバネ部４ａを有する。このバネ部４ｂには外向きの櫛歯状の電極５が形成されている。なお、バネ部４ａ及び電極５の下側にフレーム部１ｂは存在せず、バネ部４ａは弾性変形可能であり、フレーム１に対し相対的に微小変位可能である。電極５に対応したフレーム１の部位に、内向きの櫛歯状の電極６が、電極５と噛み合う位置関係で形成されている。この電極６は第１Ｓｉ基板側に形成されるが、分離溝７によってフレーム部１ａ及びカンチレバー４とは電気的に分離されている。なお、第１Ｓｉ基板は低抵抗基板（導体）であり、格別に金属膜等を成膜することなく、それ自体が電極を兼ねることができる。各カンチレバー４上に圧電素子８が形成されている。各圧電素子８の変形方向は、カンチレバー４の長さ方向である。

この光走査装置の動作を説明する。各捻り梁２に結合した対をなすカンチレバー４の一方に設けられた圧電素子８と他方に設けられた圧電素子８に駆動電圧として例えば逆位相の正弦波電圧を印加する。そうすると、正弦波電圧のある周期では、一方のカンチレバー４は、その上面に形成された圧電素子８が伸びるため凸方向に撓み変形し、他方のカンチレバー４はその上面に形成された圧電素子８が縮むため凹方向に撓み変形する。正弦波電圧の次の周期では、対をなすカンチレバー４の変形方向が逆転する。したがって、捻り梁２にミラー質量部３の駆動用トルクが作用し、ミラー質量部３は一対の捻り梁２を捻り回転軸として往復振動する。すなわち、圧電素子８は、カンチレバー４を変形させることによりミラー質量部３を振動させるための駆動用トルクを発生する手段である。各捻り梁２の支点側の端はフレーム１に固定されているため、それが固定されていない前記特許文献１のような構造に比べ、ミラー質量部３の振動の安定性の面で有利である（後記の各実施形態でも同様である）。また、前記特許文献１のような駆動に電極間の静電力を利用する構成に比べ、低い駆動電圧（圧電素子８の印加電圧）で大きな駆動用トルクを発生させることができ、ミラー質量部３が比較的大きい場合でも大きな振れ角で往復振動させることができる（これは後記各実施形態でも同様である）。

ミラー質量部３が往復振動している時に、カンチレバー４によって、捻り回転している捻り梁２にその反力となるトルクが作用する。このトルク（共振周波数調整トルクと呼ぶ）は、捻り梁３のバネ定数を増加させる方向に働く。電極５，６間に電圧を印加すると、電極間の静電引力によりバネ部４ａは電極６側へ引っ張られるため共振周波数調整トルクが増加する。電極５，６間の印加電圧を上げて電極間の静電引力を強めるほど、捻り梁２に作用する共振周波数調整トルクは増加する。したがって、電極５，６間の印加電圧を増減させて共振周波数調整トルクを増減させることにより、捻り梁３のバネ定数を調整することができる。そして、ミラー質量部３の振動共振周波数は捻り梁３のバネ定数によって決まるため、電極５，６間の印加電圧の調整により共振周波数を調整可能である。また、ミラー質量部３の振動時にカンチレバー４の軸周りにバネ部４ｂが振動することはないため、前記特許文献１で問題となっていたような、櫛歯状の電極５，電極６間のショートを確実に防止でき、また、電極５，６間の引っ張り力（静電引力）が安定するため安定した共振周波数調整トルクを付与することができ、共振周波数も安定する（後記の第２乃至第４の実施形態でも同様）。なお、試作した光走査装置で、共振周波数を１％以上の範囲内で連続的に調整することができることを確認した（後記各実施形態も同様）。

以上の説明から明らかなように、本実施形態は請求項１，５，６に記載の発明の一実施形態に相当する。

この光走査装置の製造方法について説明する。図２−１及び図２−２は工程説明図であり、図１（ｃ）のＡ−Ａ’断面に対応した各工程での断名形状を略示している。

工程（１）：第１Ｓｉ基板１０１と第２Ｓｉ基板１０２が酸化膜（絶縁膜）１０３を介し接合されたＳＯＩ基板の表面に、絶縁のための熱酸化膜１０４，１０５を例えば０．５μｍ厚に成膜する。なお、第１Ｓｉ基板は低抵抗の基板（導体）である。

工程（２）：熱酸化膜１０４上に、圧電素子８を作成するための下部電極膜１０６と、電圧印加によりカンチレバー４の長さ方向へ伸縮する圧電材料膜１０７と、上部電極膜１０８とをこの順に成膜する。各膜の材料及び膜厚の例を挙げれば次の通りである。下部電極膜１０６として、０．０５μｍ厚のＴｉ膜と０．１５μｍ厚のＰｔ膜がこの順に成膜される。圧電材料膜１０７として３μｍ厚のチタン酸ジルコン酸塩（ＰＺＴ）膜が成膜される。上部電極膜１０８として０．１５μｍ厚のＰｔ膜が成膜される。成膜方法としては、下部電極膜及び上部電極膜にはスパッタリング法を用いることができる。圧電材料膜（ＰＺＴ膜）１０７には、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、イオンプレーティング法等を用いることができる。

工程（３）：上部電極膜１０８及びＰＺＴ膜をドライエッチングするためのレジストパターン１０９を形成する。

工程（４）：上部電極膜１０８と圧電材料（ＰＺＴ）膜１０７をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）にてドライエッチングし、その後、レジストを除去する。

工程（５）：下部電極膜１０６及び熱酸化膜１０４をドライエッチングするためのレジストパターンを形成する。

工程（６）：下部電極膜１０６及び熱酸化膜１０４をＲＩＥにてドライエッチングする。その後、レジストを除去する。これで圧電素子８が完成した。

工程（７）：カンチレバー４、櫛歯状の電極５，６をドライエッチングで形成するためのレジストパターン１１１を形成する。

工程（８）：第１Ｓｉ基板１０１をＲＩＥにてドライエッチングする。その後、レジストを除去する。

工程（９）：露出した酸化膜１０３を除去した後、ミラー質量部３のミラー面となるミラー反射膜１１２を成膜する。ミラー反射膜１１２としては、例えば０．０５μｍ厚のＴｉ膜、０．０５μｍ厚のＰｔ膜、０．１μｍ厚のＡｕ膜をこの順に成膜する。ここでは、ステンシルマスクを用いスパッタリング法で形成しているが、この際に不図示の電極パッドも同時に形成することができる。リフトオフ法を用いることもできる。

工程（１０）：ミラー質量部３及び捩り梁２をドライエッチングで形成するためのレジストパターン１１３を第２Ｓｉ基板１０２側の熱酸化膜１０５上に形成する。

工程（１１）：第２Ｓｉ基板１０２をＲＩＥにてドライエッチングする。

工程（１２）：露出した酸化膜１０３を除去し、その後にレジストを除去する。

なお、櫛歯状の電極５，６を、図３に示すようなフラットな電極形状とすることも可能である。ただし、電極５，６を櫛歯状とすると対向面積が増えるため、より低い印加電圧で大きな静電力、大きな共振周波数調整トルクを発生させることができる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る光走査装置について図４により説明する。図４において、（ｃ）は光走査装置の概略平面図である。（ａ）と（ｂ）は該光走査装置の構成要素のうちＳＯＩ基板の第１Ｓｉ基板側に形成された要素と第２Ｓｉ基板側に形成された要素を示す概略平面図である。つまり、（ａ）に示す構造の下側に（ｂ）に示す構造を重ね合わせた状態が（ｃ）に示されている。

図４の（ａ），（ｂ）と図１の（ａ），（ｂ）とを比較すれば明らかなように、本実施形態では第１Ｓｉ基板側に捻り梁２及びミラー質量部３も形成されており、この点以外の構成は前記第１の実施形態と同一である。なお、櫛歯状の電極５，６を、図３に示すようなフラットな電極形状とすることも可能である。

本実施形態に係る光走査装置の製造方法は、前記第１の実施形態に係る光走査装置の製造方法の説明から容易に類推できるであろう。よって、本実施形態に係る光走査装置の製造方法の説明は省略する。

本実施形態は、実質的に全ての要素を第１Ｓｉ基板に形成するため、前記第１の実施形態に比べ製造プロセスは簡単になる。したがって、ミラー質量部３、捻り梁２、カンチレバー４が同一厚さでよい場合には、本実施形態を採用すると製造プロセスの面で有利である。一方、前記第１の実施形態は、製造プロセスは本実施形態より複雑になるが、第１Ｓｉ基板を薄くし、第２Ｓｉ基板を厚くすることにより、カンチレバー４は変形が容易になるように厚さを小さくし（圧電素子８の印加電圧を下げることができる）、ミラー質量部３は変形しにくいように厚さを大きくすることができる等の利点がある。

以上の説明から明らかなように、本実施形態は請求項１，５，７に記載の発明の一実施形態に相当する。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る光走査装置について図５により説明する。図５において、（ｃ）は光走査装置の概略平面図である。（ａ）と（ｂ）は該光走査装置の構成要素のうちＳＯＩ基板の第１Ｓｉ基板側に形成された要素と第２Ｓｉ基板側に形成された要素を示す概略平面図である。つまり、（ａ）に示す構造の下側に（ｂ）に示す構造を重ね合わせた状態が（ｃ）に示されている。

本実施形態においては、各捻り梁２は、それに対し対称な位置関係にある一対のカンチレバー４の非固定側端に同一部位にて結合されるとともに、別の同様の一対のカンチレバー１４の非固定側端に同一部位にて結合されている。このカンチレバー１４は第１Ｓｉ基板側に形成される。駆動用トルクを発生するための圧電素子８はカンチレバー１４の上面に形成される。これ以外の構成は前記第１の実施形態と同様である。

本実施形態は、駆動用トルク発生のための圧電素子８が設けられるカンチレバー１４と共振周波数調整トルクの発生に係るカンチレバー４とが分離しているため、駆動用トルクと共振周波数調整トルクの干渉を抑えることができる利点がある。ただし、カンチレバーの本数が増加した分、光走査装置のチップ面積は増加する。なお、本実施形態においても、櫛歯状電極５，６を図３に示すようなフラットな電極形状とすることもできる。

本実施形態に係る光走査装置は、カンチレバーの本数が増加した点を除けば、前記第１の実施形態に係る光走査装置と同じ製造工程で製造可能である。

以上の説明から明らかなように、本実施形態は請求項３，５，６記載の発明の一実施形態に相当する。そして、カンチレバー１４は第１カンチレバー、カンチレバー４は第２カンチレバーにそれぞれ対応する。

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る光走査装置について図６により説明する。図６において、（ｃ）は光走査装置の概略平面図である。（ａ）と（ｂ）は該光走査装置の構成要素のうちＳＯＩ基板の第１Ｓｉ基板側に形成された要素と第２Ｓｉ基板側に形成された要素を示す概略平面図である。つまり、（ａ）に示す構造の下側に（ｂ）に示す構造を重ね合わせた状態が（ｃ）に示されている。

図６の（ａ），（ｂ）と図５の（ａ），（ｂ）とを比較すれば明らかなように、本実施形態では第１Ｓｉ基板側に捻り梁２及びミラー質量部３も形成されており、この点以外の構成は前記第３の実施形態と同一である。なお、櫛歯状の電極５，６を、図３に示すようなフラットな電極形状とすることも可能である。

本実施形態は、実質的に全ての要素が共通の第１Ｓｉ基板側に形成されるため、前記第３の実施形態に比べ製造プロセスは簡単になる。したがって、ミラー質量部３、捻り梁部２、カンチレバー４，１４が同一厚さでよい場合には、本実施形態を採用すると製造プロセスの面で有利である。一方、前記第３の実施形態は、製造プロセスは本実施形態より複雑になるが、第１Ｓｉ基板を薄くし、第２Ｓｉ基板を厚くすることにより、カンチレバー４，１４は変形が容易になるように厚さを小さくし（圧電素子８の印加電圧を下げることができる）、ミラー質量部３は変形しにくいように厚さを大きくすることができる等の利点がある。

以上の説明から明らかなように、本実施形態は請求項３，５，７に記載の発明の一実施形態に相当する。そして、カンチレバー１４は第１カンチレバー、カンチレバー４は第２カンチレバーにそれそれ対応する。

［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係る光走査装置について図７により説明する。図７において、（ｃ）は光走査装置の概略平面図である。（ａ）と（ｂ）は該光走査装置の構成要素のうちＳＯＩ基板の第１Ｓｉ基板側に形成された要素と第２Ｓｉ基板側に形成された要素を示す概略平面図である。つまり、（ａ）に示す構造の下側に（ｂ）に示す構造を重ね合わせた状態が（ｃ）に示されている。

本実施形態においては、第１Ｓｉ基板に形成されたカンチレバー４のバネ部４ａに、その２つの脚部を連結する弾性変形部４ｂが形成されている。この弾性変形部４ｂの下側にはフレーム部１ｂは存在しない。弾性変形部４ｂ上に圧電素子１８が形成されている。この圧電素子１８の変形方向は、弾性変形部４ｂの長さ方向である。前記第１の実施形態における電極５，６は設けられない。他の構成は前記第１の実施形態と同様である。本実施形態に係る光走査装置の製造方法は、前記第１の実施形態に係る光走査装置と同様でよいので説明は繰り返さない。

動作について説明する。圧電素子８に駆動電圧を印加して駆動用トルクを発生させることにより、ミラー質量部３は捻り梁２を捻り回転軸として往復振動する。圧電素子１８に電圧を印加して圧電素子１８に伸び変形又は縮み変形を生じさせると、弾性変形部４ｂが凸方向又は凹方向に撓むことにより、バネ部４ｂの２つの脚部が引き寄せられる方向に変形してバネ部４ｂが外側へ引っ張られる結果、捻り梁２に作用する共振周波数調整トルクが増加する。圧電素子１８の印加電圧の増減によりバネ部４ｂを引っ張る力は増減し、共振周波数調整トルクも増減する。したがって、圧電素子１８の印加電圧を調整することにより、捻り梁２のバネ定数を調整し、ミラー質量部３の振動共振周波数を調整することができる。本実施形態では、前記第１乃至第４の実施形態における電極５，６間の印加電圧に比較し低い電圧を圧電素子１８に印加して大きな共振周波数調整トルクを発生させることができる。また、より広い範囲で共振周波数調整トルクを変化させることができるため、共振周波数の調整範囲の拡大が容易である。

以上の説明から明らかなように、本実施形態は請求項２，６に記載の発明の一実施形態に相当する。そして、圧電素子８が第１圧電素子に、圧電素子１８が第２圧電素子にそれぞれ対応する。

なお、前記第３の実施形態（図５）におけるカンチレバー４のバネ部４ａに本実施形態の場合と同様な弾性変形部と圧電素子を設ける形態も可能である。かかる実施形態は、請求項４，６記載の発明の一実施形態に相当する。

［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態に係る光走査装置について図８により説明する。図８において、（ｃ）は光走査装置の概略平面図である。（ａ）と（ｂ）は該光走査装置の構成要素のうちＳＯＩ基板の第１Ｓｉ基板側に形成された要素と第２Ｓｉ基板側に形成された要素を示す概略平面図である。つまり、（ａ）に示す構造の下側に（ｂ）に示す構造を重ね合わせた状態が（ｃ）に示されている。

図８の（ａ），（ｂ）と図７の（ａ），（ｂ）とを比較すれば明らかなように、本実施形態では第１Ｓｉ基板側に捻り梁２及びミラー質量部３も形成されており、この点以外の構成は前記第５の実施形態と同一である。本実施形態は、実質的に全ての要素が第１Ｓｉ基板側に形成されるため、前記第５の実施形態に比べ製造プロセスは簡単になる。したがって、ミラー質量部３、捻り梁部２、カンチレバー４，１４が同一厚さでよい場合には、本実施形態を採用すると製造プロセスの面で有利である。一方、前記第５の実施形態は、製造プロセスは本実施形態より複雑になるが、カンチレバー４，１４は変形が容易になるように厚さを小さくし（圧電素子８，１８の印加電圧を下げることができる）、ミラー質量部３は変形しにくいように厚さを大きくすることができる等の利点がある。

本実施形態に係る光走査装置の製造方法は、前記第１の実施形態に係る光走査装置の製造方法の説明から容易に類推できるので、その説明は繰り返さない。

以上の説明から明らかなように、本実施形態は請求項２，７に記載の発明の一実施形態に相当する。そして、圧電素子８が第１圧電素子に、圧電素子１８が第２圧電素子にそれぞれ対応する。

なお、前記第４の実施形態（図６）におけるカンチレバー４のバネ部４ａに本実施形態の場合と同様な弾性変形部と圧電素子を設ける形態も可能である。かかる実施形態は、請求項４，７に記載の発明の一実施形態に相当する。

以上、本発明をいくつかの実施形態について説明した。しかし、本発明はそのような実施形態のみに限定されるものではなく、様々に変形した実施形態をとり得るものである。また、製造にＳＯＩ基板を用いるものとして説明したが、これに限定されるものでもない。また、図２−１乃至図２−２により説明した製造方法は一例に過ぎず、本発明に係る光走査装置の製造に多様な製造方法を用いることができる。

本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の説明図である。本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の製造方法の一例を説明するための工程説明図である。本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の製造方法の一例を説明するための工程説明図である。電極形状の変形例を示す概略平面図である。本発明の第２の実施形態に係る光走査装置の説明図である。本発明の第３の実施形態に係る光走査装置の説明図である。本発明の第４の実施形態に係る光走査装置の説明図である。本発明の第５の実施形態に係る光走査装置の説明図である。本発明の第６の実施形態に係る光走査装置の説明図である。特許文献１記載の光走査装置の平面図である。

符号の説明

１フレーム
２捻り梁
３ミラー質量部
４カンチレバー
４ａバネ部
４ｂ弾性変形部
５電極
６電極
７分離溝
８圧電素子
１４カンチレバー
１８圧電素子

Claims

一対の捻り梁により支持されたミラー部材が前記一対の捻り梁を捻り回転軸として往復振動する光走査装置であって、
前記捻り梁の支点側の端は固定部材に固定され、
前記捻り梁に対し対称な位置関係にある一対のカンチレバーの非固定側端が該捻り梁の同一部位に結合され、該一対のカンチレバーの固定側端は該捻り梁に対し対称な位置で固定部材に固定され、
前記カンチレバーを変形させることにより前記ミラー部材の駆動用トルクを発生させるための圧電素子が該カンチレバーに形成され、
前記カンチレバーにはその固定側端の近傍部位にバネ部が形成され、
前記カンチレバーをその固定側端へ引っ張る力を発生させるための互いに対向する第１電極及び第２電極が、該カンチレバーのバネ部及び固定部材にそれぞれ形成され、
対向した前記第１、第２電極間の印加電圧の調整により前記ミラー部材の共振周波数を調整可能であることを特徴とする光走査装置。
一対の捻り梁により支持されたミラー部材が前記一対の捻り梁を捻り回転軸として往復振動する光走査装置であって、
前記捻り梁の支点側の端は固定部材に固定され、
前記捻り梁に対し対称な位置関係にある一対のカンチレバーの非固定側端が該捻り梁の同一部位に結合され、該一対のカンチレバーの固定側端は該捻り梁に対し対称な位置で固定部材に固定され、
前記カンチレバーを変形させることにより前記ミラー部材の駆動用トルクを発生させるための第１圧電素子が該カンチレバーに形成され、
前記カンチレバーにはその固定側端の近傍部位にバネ部が形成され、
前記カンチレバーのバネ部を変形させることにより該カンチレバーをその固定側端へ引っ張る力を発生させるための第２圧電素子が該カンチレバーのバネ部に形成され、
前記第２圧電素子の印加電圧の調整により前記ミラー部材の共振周波数を調整可能であることを特徴とする光走査装置。
一対の捻り梁により支持されたミラー部材が前記一対の捻り梁を捻り回転軸として往復振動する光走査装置であって、
前記捻り梁の支点側の端は固定部材に固定され、
前記捻り梁に対し対称な位置関係にある一対の第１カンチレバーの非固定側端が該捻り梁の同一部位に結合され、該一対の第１カンチレバーの固定側端は該捻り梁に対し対称な位置で固定部材に固定され、
前記捻り梁に対し対称な位置関係にある一対の第２カンチレバーの非固定側端が該捻り梁の同一部位に結合され、該一対の第２カンチレバーの固定側端は該捻り梁に対し対称な位置で固定部材に固定され、
前記第１カンチレバーを変形させることにより前記ミラー部材の駆動用トルクを発生させるための圧電素子が該第１カンチレバーに形成され、
前記第２カンチレバーにはその固定側端の近傍部位にバネ部が形成され、
前記第２カンチレバーをその固定側端へ引っ張る力を発生させるための互いに対向する第１電極及び第２電極が該第２カンチレバーのバネ部及び固定部材にそれぞれ形成され、
対向した前記第１、第２電極間の印加電圧の調整により前記ミラー部材の共振周波数を調整可能であることを特徴とする光走査装置。
一対の捻り梁により支持されたミラー部材が前記一対の捻り梁を捻り回転軸として往復
振動する光走査装置であって、
前記捻り梁の支点側の端は固定部材に固定され、
前記捻り梁に対し対称な位置関係にある一対の第１カンチレバーの非固定側端が該捻り梁の同一部位に結合され、該一対の第１カンチレバーの固定側端は該捻り梁に対し対称な位置で固定部材に固定され、
前記捻り梁に対し対称な位置関係にある一対の第２カンチレバーの非固定側端が該捻り梁の同一部位に結合され、該一対の第２カンチレバーの固定側端は該捻り梁に対し対称な位置で固定部材に固定され、
前記第１カンチレバーを変形させることにより前記ミラー部材の駆動用トルクを発生させるための第１圧電素子が該第１カンチレバーに形成され、
前記第２カンチレバーにはその固定側端の近傍部位にバネ部が形成され、
前記第２カンチレバーのバネ部を変形させることにより該第２カンチレバーをその固定側端へ引っ張る力を発生させるための第２圧電素子が、該第２カンチレバーのバネ部に形成され、
前記第２圧電素子の印加電圧の調整により前記ミラー部材の共振周波数を調整可能であることを特徴とする光走査装置。
前記第１、第２電極は櫛歯状電極であることを特徴とする請求項１又は３に記載の光走査装置。
前記カンチレバーがＳＯＩ基板の第１のシリコン基板側に形成され、前記捻り梁及び前記ミラー部材が前記ＳＯＩ基板の第２のシリコン基板側に形成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光走査装置。
前記カンチレバー、前記捻り梁及び前記ミラー部材がＳＯＩ基板の共通のシリコン基板側に形成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光走査装置。