JP2009210955A - 光スキャナ - Google Patents

Abstract

【課題】反射面の歪みを防止することが可能となる光スキャナを提供する。
【解決手段】光スキャナ１は、本体部２がベース３に装着されて構成されている。本体部２は、外側に固定枠６を備え、一方、内側には、反射面８Ａが形成された平面視略円形の反射ミラー部８を有する振動体１０を備えている。振動体１０は、更に、反射ミラー部８の外周面から揺動軸１５に対して直交する両半径方向外側に同一面上に延びて、該反射ミラー部８の周囲を囲むように配置される平面視四角形のミラー支持枠７に連結される一対のミラー支持梁１１、１１と、このミラー支持枠７の揺動軸１５方向の両側面部から外側方向に同一面上に延びて、そのミラー支持枠７を固定枠６に接合する一対のはり部１６Ａ、１６Ｂとを備えている。また、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄには、各下部電極２１Ａ〜２１Ｄ、各圧電素子２２Ａ、２２Ｂ、各上部電極２３Ａ〜２３Ｄが積層されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光スキャナに関するものである。

従来より、シリコン等の弾性を有する材料を用いて形成された本体部に圧電素子等を積層して構成された光スキャナが種々提案されている。
例えば、厚さ約１００μｍの矩形状に形成された固定枠の中央部に反射ミラー部が配置された光スキャナがある。また、この反射ミラー部の両側部から一対のはり部がそれぞれ互いに固定枠の長手方向逆向きに延びだして、固定枠の内側端面に連結されている。また、この一対のはり部は、それぞれ一端側が反射ミラー部に接続されるミラー側板ばね部と外側端縁部が固定枠に接続される一対の枠側板ばね部と、このミラー側板ばね部と枠側板ばね部とを接続する接続部とから形成されている。

また、各一対の枠側板ばね部には、下部電極と圧電素子と上部電極とが順番に積層されている。そして、一方のはり部を構成する一対の弾性部上に形成された各上部電極に逆位相の交番電圧（例えば、交番電圧は、ＡＣ１Ｖ〜４０Ｖである。）を印加することによって、反射ミラー部を揺動軸回りに揺動することができるように構成された光スキャナがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−１８１４７７号公報（段落（００７６）〜（００８９）、図２〜図５）

しかしながら、上述した特許文献１に記載される構成では、固定枠の長手方向に長い各枠側板ばね部に、下部電極と圧電素子と上部電極とを順番に積層して形成した場合には、この下部電極と圧電素子と上部電極とによって各枠側板ばね部に残量応力が生じる。このため、各枠側板ばね部が長さ方向に変位して、反射ミラー部が反射面に対して垂直方向に撓み、反射面が凸状又は凹状に約１００ｎｍ〜３００ｎｍ変形する歪みが生じるため、反射面で反射される光の径が拡大又は縮小して反射光の実効効率が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、反射面の歪みを防止することが可能となる光スキャナを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため請求項１に係る光スキャナは、ミラー部を揺動軸回りに変位駆動して所定方向に光を走査する光スキャナにおいて、前記ミラー部の周囲を囲むように配置される枠体部と、前記揺動軸に直交する軸線上に配置されて前記ミラー部の両側端面部と前記枠体部とを連結する一対の梁部と、前記枠体部の揺動軸方向両側にそれぞれ連結されて揺動軸に対して対称に配置される各一対の弾性部と、前記各一対の弾性部の外側端縁部が連結される固定枠と、前記各一対の弾性部上に積層された駆動部と、を備え、前記一対の梁部は、前記枠体部の前記揺動軸方向における基準面に対する歪み変化量が最も大きい頂点位置に配置されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る光スキャナは、請求項１に記載の光スキャナにおいて、前記枠体部の前記揺動軸方向の両側端面部から該揺動軸に沿って外側方向に延出される一対の直交梁部と、前記各一対の弾性部の前記枠体部側端縁部と前記一対の直交梁部とを接続する一対の接続部と、を備えたことを特徴とする。

更に、請求項３に係る光スキャナは、請求項１に記載の光スキャナにおいて、前記各一対の弾性部の前記枠体部側端縁部は、前記枠体部の前記揺動軸方向の両側端面部に連結されていることを特徴とする。

請求項１に係る光スキャナでは、ミラー部は、枠体部の揺動軸方向における基準面に対する歪み変化量が最も大きい頂点位置に、揺動軸に直交する軸線上に配置された一対の梁部によって該枠体部に連結される。このため、弾性部が積層された駆動部等によって発生する残留応力によって固定枠側を固定端として歪んで、枠体部が揺動軸方向に撓んでも、一対の梁部は、枠体部の歪み変化量が最も大きい頂点位置に配置されているため、ミラー部の揺動軸方向の撓みを避けることが可能となり、反射面の歪みを防止して、反射光の実効効率の向上を図ることが可能となる。
また、本発明のミラー部は揺動軸と直交方向の端面部が枠体部に懸架されているため、ミラー揺動軸の動的歪みも低減することが可能となる。

また、請求項２に係る光スキャナでは、各一対の弾性部は接続部に連結された直交梁部を介して枠体部に連結されるため、揺動軸に対して対向する弾性部の歪み変化量に違いが生じても、枠体部の揺動軸に対して直交する方向の撓みを避けることが可能となる。これにより、ミラー部の揺動軸に対して直交する方向の歪みを無くして、反射面の歪みを更に防止することが可能となる。

更に、請求項３に係る光スキャナでは、各一対の弾性部の枠体部側端縁部は、枠体部の揺動軸方向の両側端面部に連結されているため、固定枠の揺動軸方向の長さを短縮することが可能となり、小型化を図ることが可能となる。

以下、本発明に係る光スキャナについて具体化した一実施例に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。

［光スキャナの概略構成］
先ず、本実施例に係る光スキャナ１の概略構成について図１に基づき説明する。図１は光スキャナ１の概略構成を模式的に示す分解斜視図である。
図１に示すように、光スキャナ１は、本体部２がベース３に装着されて構成されている。この本体部２は、シリコン等、弾性を有する材料を用いて形成されている。本体部２の厚さは、約３０μｍ〜２００μｍとされている。本体部２は、図１の上部に示すように、概略的には、光が通過し得る貫通孔５を有して薄板長方形状を成している。本体部２は、外側には固定枠６を備え、一方、内側には、反射面８Ａが形成された平面視略円形の反射ミラー部８を有する振動体１０を備えている。尚、反射ミラー部８は、円形に限らず、四角形、多角形であってもよい。

このような本体部２の構成に対応して、ベース３は、図１の下部に示すように、本体部２との装着状態において固定枠６が装着されるべき支持部１２と、振動体１０と対向する凹部１３とを有するように構成されている。凹部１３は、本体部２をベース３に装着した状態において、振動体１０が振動によって変位してもベース３と干渉しない形状を有するために形成されている。

また、反射ミラー部８の反射面８Ａは、それの対称中心線でもある揺動軸１５を中心として揺動させられる。振動体１０は、さらに、反射ミラー部８の外周面から揺動軸１５に対して直交する両半径方向外側に同一面上に延びて、該反射ミラー部８の周囲を囲むように配置される平面視略矩形、望ましくは平面視略正方形のミラー支持枠７の揺動軸１５方向中央位置に連結される一対のミラー支持梁１１、１１と、このミラー支持枠７の揺動軸１５上で互いに対向する両側面部から外側方向に同一面上に延びて、そのミラー支持枠７を固定枠６に接合する一対のはり部１６Ａ、１６Ｂとを備えている。つまり、ミラー支持枠７の両側面部から一対のはり部１６Ａ、１６Ｂがそれぞれ互いに逆向きに延び出している。

また、一方の（図１中、左側の）はり部１６Ａは、揺動軸１５上に配置された１個のミラー側板ばね部１７Ａと、該揺動軸１５に対して直角方向の対称位置に配置される一対の枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｂと、それらミラー側板ばね部１７Ａと一対の枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｂとを互いに接続する接続部２０Ａとを含むように構成されている。

また、他方の（図１中、右側の）はり部１６Ｂは、揺動軸１５上に配置された１個のミラー側板ばね部１７Ｂと、該揺動軸１５に対して直角方向の対称位置に配置される一対の枠側板ばね部１８Ｃ、１８Ｄと、それらミラー側板ばね部１７Ｂと一対の枠側板ばね部１８Ｃ、１８Ｄとを互いに接続する接続部２０Ｂとを含むように構成されている。

従って、図１の上部に示すように、一対の枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｂと一対の枠側板ばね部１８Ｃ、１８Ｄとは、ミラー支持枠７及び反射ミラー部８を挟んで、各枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｄ、各枠側板ばね部１８Ｂ、１８Ｃが、それぞれ揺動軸方向に対向するように配置されている。つまり、一対の枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｂと一対の枠側板ばね部１８Ｃ、１８Ｄとは、ミラー支持枠７及び反射ミラー部８を挟んで、各枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｃ、各枠側板ばね部１８Ｂ、１８Ｄが、それぞれ対角方向に対向するように配置されている。

また、各はり部１６Ａ、１６Ｂにおいては、各ミラー側板ばね部１７Ａ、１７Ｂが、ミラー支持枠７のうち揺動軸１５上において互いに対向する一対の縁の一方から、対応する各接続部２０Ａ、２０Ｂまで延びている。また、各接続部２０Ａ、２０Ｂは、揺動軸１５と直交する方向に延びている。さらに、各はり部１６Ａ、１６Ｂにおいては、一対の枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｂと一対の枠側板ばね部１８Ｃ、１８Ｄとが、対応する各接続部２０Ａ、２０Ｂの端部から、揺動軸１５に対して平行に固定枠６まで延びている。

また、はり部１６Ａにおいては、一対の枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｂのそれぞれから固定枠６に渡って、後述のように０．２μｍ〜０．６μｍの厚さで積層された一対の下部電極２１Ａ、２１Ｂが形成されている。また、各一対の下部電極２１Ａ、２１Ｂは、揺動軸１５を挟んで対向するように分離されている。また、はり部１６Ｂにおいては、一対の枠側板ばね部１８Ｃ、１８Ｄのそれぞれから固定枠６に渡って、後述のように０．２μｍ〜０．６μｍの厚さで積層された一対の下部電極２１Ｃ、２１Ｄが形成されている。また、各一対の下部電極２１Ｃ、２１Ｄは、揺動軸１５を挟んで対向するように分離されている。

また、一対の下部電極２１Ａ、２１Ｂの上側には、一対の枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｂのそれぞれから該各下部電極２１Ａ、２１Ｂの固定枠６側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように１μｍ〜３μｍの厚さで積層された圧電素子２２Ａが形成されている。従って、圧電素子２２Ａは固定枠６上から各枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｂ上に延出されて形成され、各一対の下部電極２１Ａ、２１Ｂ間の分離部分を覆うように形成されている。

また、一対の下部電極２１Ｃ、２１Ｄの上側には、一対の枠側板ばね部１８Ｃ、１８Ｄのそれぞれから該各下部電極２１Ｃ、２１Ｄの固定枠６側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように１μｍ〜３μｍの厚さで積層された圧電素子２２Ｂが形成されている。従って、圧電素子２２Ｂは固定枠６上から各枠側板ばね部１８Ｃ、１８Ｄ上に延出されて形成され、各一対の下部電極２１Ｃ、２１Ｄ間の分離部分を覆うように形成されている。

また、圧電素子２２Ａの上側には、一対の枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｂのそれぞれから該圧電素子２２Ａの固定枠６側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように０．２μｍ〜０．６μｍの厚さで積層された一対の上部電極２３Ａ、２３Ｂが形成されている。また、一対の上部電極２３Ａ、２３Ｂは、揺動軸１５を挟んで対向するように分離されている。

また、圧電素子２２Ｂの上側には、一対の枠側板ばね部１８Ｃ、１８Ｄのそれぞれから該圧電素子２２Ｂの固定枠６側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように０．２μｍ〜０．６μｍの厚さで積層された一対の上部電極２３Ｃ、２３Ｄが形成されている。また、一対の上部電極２３Ｃ、２３Ｄは、揺動軸１５を挟んで対向するように分離されている。

従って、後述のように、各下部電極２１Ａ〜２１Ｄと各上部電極２３Ａ〜２３Ｄとの固定枠６上に形成された部分にワイヤボンディングして、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄ上に形成された圧電素子に駆動電圧を印加し、または、発生した発生電圧を検出することが可能となる（図９参照）。つまり、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄに負荷を与えることなく、駆動電圧を印加し、また、発生電圧を検出することが可能となる。また、本体部２は、各ミラー支持梁１１に対してほぼ対称になるように形成されている。

［本体部２の製造方法］
次に、本体部２の製造方法について図２乃至図７に基づいて説明する。
図２は固定枠６、ミラー支持枠７、各ミラー支持梁１１、反射ミラー部８及び各はり部１６Ａ、１６Ｂの作製を示す説明図である。図３は各下部電極２１Ａ〜２１Ｄの作製を示す説明図である。図４は各圧電素子２２Ａ、２２Ｂの作製を示す説明図である。図５は各上部電極２３Ａ〜２３Ｄの作製を示す説明図である。図６は図５のＸ１−Ｘ１矢視断面を示す模式図である。図７は図５のＸ２−Ｘ２矢視断面を示す模式図である。

先ず、図２に示すように、厚さ約３０μｍ〜２００μｍの薄長四角形のシリコン基材上において、貫通孔５の部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキング後、エッチングして、貫通孔５を形成した後、レジスト膜を除去する。これにより、固定枠６、ミラー支持枠７、各ミラー支持梁１１、反射ミラー部８、及び各はり部１６Ａ、１６Ｂを構成する各ミラー側板ばね部１７Ａ、１７Ｂ、各接続部２０Ａ、２０Ｂ、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄが形成される。

そして、図３に示すように、固定枠６と各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄとの上側の各下部電極２１Ａ〜２１Ｄを形成する部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキング後、白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）等を０．２μｍ〜０．６μｍ積層して各下部電極２１Ａ〜２１Ｄを形成後、レジスト膜を除去する。例えば、各下部電極２１Ａ〜２１Ｄの部分にチタン（Ｔｉ）を０．０５μｍ積層し、続いて、その上側に白金（Ｐｔ）を０．５μｍ積層後、レジスト膜を除去するようにしてもよい。これにより、図３、図６及び図７に示すように、各下部電極２１Ａ〜２１Ｄが各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄから固定枠６に渡って、それぞれ分離された状態で形成される。

尚、一対の下部電極２１Ａ、２１Ｂと一対の下部電極２１Ｃ、２１Ｄとを、それぞれ連続した状態で形成後、揺動軸１５に沿って、それぞれ所定幅の分離孔を各下部電極の揺動軸１５方向全幅に渡って形成するようにレジスト膜を形成してマスキングする。その後、エッチングして、一対の下部電極２１Ａ、２１Ｂと一対の下部電極２１Ｃ、２１Ｄに分割した後、レジスト膜を除去するようにしてもよい。また、各下部電極２１Ａ〜２１Ｄをシャドウマスク法でなく、エッチング法によって形成してもよい。

続いて、図４に示すように、各下部電極２１Ａ、２１Ｂと各下部電極２１Ｃ、２１Ｄとの上側に各圧電素子２２Ａ、２２Ｂを形成するように、この各圧電素子２２Ａ、２２Ｂを形成する部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキングする。その後、ＰＺＴ等の圧電素子を１μｍ〜３μｍ積層して各圧電素子２２Ａ、２２Ｂを形成後、レジスト膜を除去する。

これにより、図４、図６及び図７に示すように、圧電素子２２Ａが固定枠６上から各枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｂ上に延出されて形成され、各一対の下部電極２１Ａ、２１Ｂ間の分離部分を覆うように形成される。また、圧電素子２２Ｂが固定枠６上から各枠側板ばね部１８Ｃ、１８Ｄ上に延出されて形成され、各一対の下部電極２１Ｃ、２１Ｄ間の分離部分を覆うように形成される。

そして、図５に示すように、各圧電素子２２Ａ、２２Ｂの上側に、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄから固定枠６に渡って各上部電極２３Ａ〜２３Ｄを形成するように、各上部電極２３Ａ〜２３Ｄを形成する表面部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキングする。その後、白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）等を０．２μｍ〜０．６μｍ積層して各上部電極２３Ａ〜２３Ｄを形成後、レジスト膜を除去する。例えば、各上部電極２３Ａ〜２３Ｄの部分にチタン（Ｔｉ）を０．０５μｍ積層し、続いて、その上側に金（Ａｕ）を０．３μｍ積層後、レジスト膜を除去するようにしてもよい。これにより、図５乃至図７に示すように、各上部電極２３Ａ〜２３Ｄが各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄから固定枠６に渡って、それぞれ分離された状態で形成される。

尚、上述した本体部２の製造方法においては、下部電極材料、圧電素子材料、上部電極材料を順に堆積させて、下部電極層、圧電素子層、上部電極層を順に積層し、各下部電極２１Ａ〜２１Ｄ、各圧電素子２２Ａ、２２Ｂ、各上部電極２３Ａ〜２３Ｄを順に形成する物理気相成長法（ＰＶＤ：PhysicalVapor Deposition）を採用した。物理気相成長法には、例えば、真空中に不活性ガスを導入しながら基板とターゲット間に直流電圧あるいは交流電圧を印加し、イオン化した不活性ガスをターゲットに衝突させて、はじき飛ばされたターゲット物質を基板に成膜させるスパッタリングあるいはナノサイズの微粒子を吹付けることによって成膜を行なうＡＤ法もある。但し、これに限らず、化学気相成長法（ＣＶＤ：ChemicalVapor Deposition）によって、下部電極層、圧電素子層、上部電極層のうち、少なくとも一つの層を形成してもよい。

次に、上記のように作製された本体部２の揺動軸１５方向の基準面に対する歪み変化量の一例を図８に基づいて説明する。
図８は本体部２の揺動軸１５方向の基準面に対する歪み変化量の一例を示す説明図である。

図８の上部に示すように、先ず、本体部２は、厚さ約１００μｍのシリコン基材で形成され、貫通孔５の長手方向の幅は約５ｍｍに形成されている。また、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄの固定枠６側の基端部から各接続部２０Ａ、２０Ｂのミラー支持枠７側端面まで延出される距離は、約１．７ｍｍで、各ミラー側板ばね部１７Ａ、１７Ｂの長さは、約１００μｍで、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄ、各接続部２０Ａ、２９Ｂ及び各ミラー側板ばね部１７Ａ、１７Ｂの幅は平面視約１２０μｍに形成されている。

また、この各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄの固定枠６側の基端部からそれぞれミラー支持枠７側へ約１ｍｍの距離まで各下部電極２１Ａ〜２１Ｄ、各圧電素子２２Ａ、２２Ｂ及び各上部電極２３Ａ〜２３Ｄが形成されている。

また、ミラー支持枠７は、外周部の一辺が約１．４ｍｍの平面視略正方形で、幅が約１００μｍの四角枠状に形成されている。また、ミラー支持枠７の中央部に配置される反射ミラー部８は、直径約１ｍｍの円板状に形成され、この反射ミラー部８の揺動軸に対してほぼ直角半径方向の外周面からミラー支持枠７の揺動軸１５方向中央位置に連結される各ミラー支持梁１１は、平面視幅約１００μｍで長さ約１００μｍに形成されている。

続いて、上記のように作製された本体部２の基準面に対する歪み状態を図８の下部に示された歪み変化量に基づいて説明する。ここで、本体部２の基準面は、固定枠６の各下部電極２１Ａ〜２１Ｄよりも揺動軸方向外側部分の表面を基準面とする。
図８の下部に示すように、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄは、固定枠６側を固定端とし、ミラー支持枠７側を自由端として、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄの各自由端側の各圧電素子２２Ａ、２２Ｂの先端部までの基準面に対する各歪み変化量２５は、上方向に約３２４０ｎｍ、即ち、約３．２４μｍである。

また、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄの各自由端側の各圧電素子２２Ａ、２２Ｂの先端部から各接続部２０Ａ、２０Ｂのミラー支持枠７側の先端部までの各歪み変化量２６は、上方向に約９２０ｎｍである。

また、ミラー支持枠７の固定枠６側の両端面から該ミラー支持枠７の揺動軸方向中央位置までの各歪み変化量２７は、上方向に約１８０ｎｍで、該ミラー支持枠７の揺動軸方向中央位置の基準面に対する歪み変化量が、本体部２の基準面に対する歪み変化量の頂点に対応している。つまり、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄの固定枠６側の各固定端からミラー支持枠７の揺動軸方向中央位置まで側面視上方向に歪んでいる。

一方、反射ミラー部８の反射面８Ａの揺動軸１５上の基準面に対する歪み変化量２８は、ミラー支持枠７の揺動軸方向中央位置の基準面に対する歪み変化量で一定している。つまり、反射ミラー部８の反射面８Ａ上には、揺動軸方向の歪みが発生していない。従って、反射ミラー部８を各ミラー支持梁１１でミラー支持枠７内に支持することにより、反射ミラー部８の反射面８Ａの揺動軸方向の撓みを避けることが可能となり、反射面の歪みを防止できる。

［揺動駆動及び動作検出］
次に、光スキャナ１のミラー支持枠７内に支持された反射ミラー部８を揺動駆動した場合に、この反射ミラー部８の動作状態を検出する方法について図９に基づいて説明する。図９はミラー支持枠７内に支持された反射ミラー部８の揺動駆動及び動作検出の一例を示す説明図である。

図９に示すように、ミラー支持枠７内に支持された反射ミラー部８を挟んで揺動軸１５方向に対向する一対の枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｄ上に形成された各圧電素子２２Ａ、２２Ｂが駆動源として機能し、振動体１０を揺動軸１５の回りに捩り振動させて、ミラー支持枠７及び反射ミラー部８を揺動軸１５の回りに揺動させる。また、ミラー支持枠７内に支持された反射ミラー部８を挟んで揺動軸１５方向に対向する一対の枠側板ばね部１８Ｂ、１８Ｃ上に形成された各圧電素子２２Ａ、２２Ｂが、動作を検出するセンサとして機能し、ミラー支持枠７内に支持された反射ミラー部８の揺動振幅を検出する。

尚、ミラー支持枠７内に支持された反射ミラー部８を挟んで揺動軸１５方向に対向する一対の枠側板ばね部１８Ｂ、１８Ｃ上に形成された各圧電素子２２Ａ、２２Ｂを駆動源としてもよい。また同時に、ミラー支持枠７内に支持された反射ミラー部８を挟んで揺動軸１５方向に対向する一対の枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｄ上に形成された各圧電素子２２Ａ、２２Ｂを動作を検出するセンサとしてもよい。

具体的には、枠側板ばね部１８Ａ上に形成された下部電極２１Ａと上部電極２３Ａとに駆動回路３１を介して所定駆動電圧（例えば、約１Ｖ〜４０Ｖである。）の交番電圧が印加される。それにより、枠側板ばね部１８Ａ上に形成された圧電素子２２Ａには、その印加方向と直交する向き、即ち、長さ方向の変位が発生される。

また、枠側板ばね部１８Ｄ上に形成された下部電極２１Ｄと上部電極２３Ｄとに駆動回路３２を介して、駆動回路３１の出力電圧と同位相で同電圧（例えば、約１Ｖ〜４０Ｖである。）の交番電圧が印加される。それにより、枠側板ばね部１８Ｄ上に形成された圧電素子２２Ｂには、その印加方向と直交する向き、即ち、長さ方向の変位が発生される。

そして、この変位により、各枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｄは、固定枠６側を固定端とし、ミラー支持枠７側を自由端として、各変位が上向きであるか下向きであるかにより、各自由端が上向き又は下向きに変位する。その結果、ミラー支持枠７内に支持された反射ミラー部８は、揺動軸１５の回りに揺動される。

また同時に、各枠側板ばね部１８Ｂ、１８Ｃは、固定枠６側を固定端とし、ミラー支持枠７側を自由端として、各自由端が、ミラー支持枠７の揺動軸１５回りの揺動に伴って、各接続部２０Ａ、２０Ｂを介して各枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｄの自由端と反対方向に変位する。それにより、各枠側板ばね部１８Ｂ、１８Ｃに形成された各圧電素子２２Ａ、２２Ｂは、長さ方向の変位が発生するため、その長さ方向と直交する向きに所定電圧（例えば、数ｍＶである。）で、各駆動回路３１、３２の駆動電源と逆位相の交番電圧が発生する。

従って、図９に示すように、枠側板ばね部１８Ｂ上に形成された下部電極２１Ｂと上部電極２３Ｂとの間の電圧と、枠側板ばね部１８Ｃ上に形成された下部電極２１Ｃと上部電極２３Ｃとの間の電圧とを変位検出回路３３に入力して、各電圧を加算又は平均することによって、この算出した電圧に基づいてミラー支持枠７内に支持された反射ミラー部８の揺動振幅を検出することが可能となる。また、各下部電極２１Ａ、２１Ｂと各下部電極２１Ｃ、２１Ｄとは、それぞれ固定枠６上で揺動軸１５に沿って分割されて形成されているため、各駆動回路３１、３２の接地電位と、各下部電極２１Ｂ、２１Ｃの接地電位とを電気的に分離することができる。

そして、各駆動回路３１、３２を駆動制御する不図示の制御回路部に、変位検出回路３３で検出したミラー支持枠７内に支持された反射ミラー部８の揺動振幅の情報データを入力することによって、この制御回路部は変位検出回路３３から入力された情報データに基づいて各駆動回路３１、３２を駆動制御して、ミラー支持枠７内に支持された反射ミラー部８の揺動振幅を精密制御することが可能となる。

ここで、ミラー支持枠７は、枠体部として機能する。また、反射ミラー部８は、ミラー部として機能する。また、各ミラー支持梁１１は、梁部として機能する。また、各ミラー側板ばね部１７Ａ、１７Ｂは、直交梁部として機能する。また、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄは、弾性部として機能する。また、各下部電極２１Ａ〜２１Ｄ、各圧電素子２２Ａ、２２Ｂ、及び各上部電極２３Ａ〜２３Ｄは、駆動部を構成する。

以上説明した通り、本実施例に係る光スキャナ１では、ミラー支持枠７の内側に配置される反射ミラー部８は、揺動軸１５に直交する軸線上に配置された各ミラー支持梁１１によって、該ミラー支持枠７の固定枠６の各下部電極２１Ａ〜２１Ｄの外側部分の表面（基準面）に対する歪み変化量が最も大きい頂点位置に連結されている。

これにより、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄが積層された各下部電極２１Ａ〜２１Ｄ、各圧電素子２２Ａ、２２Ｂ、各上部電極２３Ａ〜２３Ｄ等によって発生する残留応力によって固定枠６側を固定端として歪んで、ミラー支持枠７が揺動軸１５方向に撓んでも、各ミラー支持梁１１を介して反射ミラー部８の揺動軸１５方向の撓みを避けることが可能となり、反射面８Ａの歪みを防止して、反射光の実効効率の向上を図ることが可能となる。

また、各一つの枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄは、各接続部２０Ａ、２０Ｂに連結された各ミラー側板ばね部１７Ａ、１７Ｂを介してミラー支持枠７に連結される。このため、揺動軸１５に対して対向する各枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｂ、各枠側板ばね部１８Ｃ、１８Ｄの歪み変化量に違いが生じても、ミラー支持枠７の揺動軸１５に対して直交する方向の撓みを避けることが可能となる。これにより、反射ミラー部８の揺動軸１５に対して直交する方向の歪みを無くして、反射面８Ａの歪みを更に防止することが可能となる。

尚、本発明は前記実施例に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。例えば、以下のようにしてもよい。

［他の実施例］
他の実施例に係る光スキャナ４０について図１０及び図１１に基づいて説明する。
図１０は他の実施例に係る光スキャナ４０の本体部４１を示す平面図である。図１１は図１０のＸ３−Ｘ３矢視断面を示す模式図である。尚、図１０及び図１１において、上記実施例に係る光スキャナ１と同一符号は、上記実施例に係る光スキャナ１と同一あるいは相当部分を示すものである。

図１０及び図１１に示すように、光スキャナ４０の本体部４１は、上記本体部２とほぼ同じ構成であるが、各接続部２０と各ミラー側板ばね部１７Ａ、１７Ｂを無くして、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄをミラー支持枠７の揺動軸方向の両側面部にそれぞれ連結するようにしてもよい。これにより、固定枠６の揺動軸１５方向の長さを短縮することが可能となり、光スキャナ４０の小型化を図ることが可能となる。

本実施例に係る光スキャナの概略構成を模式的に示す分解斜視図である。 固定枠、ミラー支持枠、各ミラー支持梁、反射ミラー部及び各はり部の作製を示す説明図である。 各下部電極の作製を示す説明図である。 各圧電素子の作製を示す説明図である。 各上部電極の作製を示す説明図である。 図５のＸ１−Ｘ１矢視断面を示す模式図である。 図５のＸ２−Ｘ２矢視断面を示す模式図である。 本体部の揺動軸方向の基準面に対する歪み変化量の一例を示す説明図である。 ミラー支持枠内に支持された反射ミラー部の揺動駆動及び動作検出の一例を示す説明図である。 他の実施例に係る光スキャナの本体部を示す平面図である。 図１０のＸ３−Ｘ３矢視断面を示す模式図である。

符号の説明

１ 光スキャナ
２、４１ 本体部
３ ベース
５ 貫通孔
６ 固定枠
７ ミラー支持枠
８ 反射ミラー部
８Ａ 反射面
１１ ミラー支持梁
１５ 揺動軸
１７Ａ、１７Ｂ ミラー側板ばね部
１８Ａ〜１８Ｄ 枠側板ばね部
２０Ａ、２０Ｂ 接続部
２１Ａ〜２１Ｄ 下部電極
２２Ａ、２２Ｂ 圧電素子
２３Ａ〜２３Ｄ 上部電極
２５〜２８ 歪み変化量

Claims (3)

1. ミラー部を揺動軸回りに変位駆動して所定方向に光を走査する光スキャナにおいて、
   前記ミラー部の周囲を囲むように配置される枠体部と、
   前記揺動軸に直交する軸線上に配置されて前記ミラー部の両側端面部と前記枠体部とを連結する一対の梁部と、
   前記枠体部の揺動軸方向両側にそれぞれ連結されて揺動軸に対して対称に配置される各一対の弾性部と、
   前記各一対の弾性部の外側端縁部が連結される固定枠と、
   前記各一対の弾性部上に積層された駆動部と、
   を備え、
   前記一対の梁部は、前記枠体部の前記揺動軸方向における基準面に対する歪み変化量が最も大きい頂点位置に配置されていることを特徴とする光スキャナ。
2. 前記枠体部の前記揺動軸方向の両側端面部から該揺動軸に沿って外側方向に延出される一対の直交梁部と、
   前記各一対の弾性部の前記枠体部側端縁部と前記一対の直交梁部とを接続する一対の接続部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
3. 前記各一対の弾性部の前記枠体部側端縁部は、前記枠体部の前記揺動軸方向の両側端面部に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。

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