JP2010002926A - 光偏向器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波で駆動させたときでも不要な共振を発生せず、かつ少ない消費電力で大きな偏向角のとれる光偏向器を提供する。
【解決手段】支持体103 と、光を反射するための鏡面が形成された可動板101 と、可動板101 と支持体103 との間を連結し、可動板101 を偏向可能に保持する弾性部材102 と、可動板101 が偏向運動する際の運動端近傍を通るよう可動板101上にリング状に形成された駆動コイル104 と、駆動コイル104 に対して可動板101 平面と略平行な方向に磁界を印加するための閉磁気回路を生成する磁石108 及び磁気ヨーク109,110 とを有する光偏向器において、閉磁気回路を生成する磁石108 又は磁気ヨーク109,110 を、駆動コイル104 の外側において可動板101 の運動端に対向する位置及び駆動コイル104 の内側において可動板101 に近接する位置に配置して磁気ギャップを形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は光源からの光を反射し、その反射光を走査する光偏向器その製造方法に関する。

特開昭６２−２１０４１８号公報は、従来の光偏向器の一例を開示しており、図２９はこの公報に開示された光偏向器の構成を示している。図２９に示すように、この光偏向器は、可動部１０と、支持バネ１４と、磁気ヨーク１８と、永久磁石１９とから構成されている。また、可動部１０はミラー１１と、ミラー支持体１２と、駆動コイル１３とから構成されている。

ミラー支持体１２には両端に長方形状の穴１７が形成され、その穴１７の中にそれぞれ磁気ヨーク１８の内側端が挿入され、永久磁石１９の磁極全面に対向している。またミラー１１の反対側の面に、各々の穴１７を囲うようにして駆動コイル１３が構成されている。両駆動コイル１３はともに同一形状、同一巻き数である。また支持バネ１４は平らな薄板であり、一端を可動部１０に両側に対称に設けられ、他端を固定部１５にネジ１６で固定されている。また支持バネ１４のＸ方向の位置は、可動部１０の中央にある。

次にこの光偏向器の動作を説明する。２つの駆動コイル１３に同じ大きさの電流を印加すると、駆動コイル１３に流れている電流と、駆動コイル１３近傍にある永久磁石１９および磁気ヨーク１８によって発生する磁界により、２つの駆動コイル１３にＹ軸回りに偶力が発生する。これにより可動部１０はＹ軸回りに揺動する。その揺動している可動部１０のミラー１１にレーザー光等の光を照射させることにより、ミラー１１で反射したレーザー光等を走査することができる。

また、特開平１−１９５４１４号公報は他の光偏向器の例を開示している。この例では、図３０（Ａ）に示すように、ミラー４と駆動コイル５とリガメント３とを一体形成してミラー振動子１０を構成し、これをフレーム２により保持する。次に図３０（Ｂ）に示すように、このフレーム２を、Ｌ字状部材８及びブロック部材９へ貼着し、励磁用の永久磁石６を取り付けることで、光偏向器を製造している。

このように、フレーム２によってミラー振動子１０をＬ字状部材８及びブロック部材９へ支持固定させた場合、ミラー４や駆動コイル５を挟持して支えている軟弱な２本のリガメント３を保持する上では、逆コの字型のフレーム２が欠かせない構造となる。

特開昭６２−２１０４１８号公報 特開平１−１９５４１４号公報

しかしながら、上記した特開昭６２−２１０４１８号公報に開示されている構成では、可動部１０の穴１７の存在により可動部１０の剛性が低下して、高周波で駆動させた場合に不要な共振が発生しやすいという欠点がある。

詳述すると、従来技術の磁気回路は可動部内に２つの磁気ヨーク１８が挿入されていることにより、磁気ヨーク１８と永久磁石１９のギャップが狭いので駆動コイル１３における磁束密度は強く、可動部１０に発生する駆動力は大きい。しかしながら、可動部１０の穴１７の存在により可動部１０の剛性が低下し、高周波で駆動させた場合に不要な共振が発生しやすい。

また可動部１０に穴１７が開いている分、可動部１０の面積が大きくなる。さらに可動部１０は面積、厚みの大きいミラー支持体１２の上部に面積、厚みの大きいミラー１１が設置されているので、可動部１０の慣性モーメントが非常に大きくなる。可動部１０を高周波で駆動させる場合に慣性モーメントが大きいと、可動部１０の偏向角は小さくなってしまう。

また、上記した特開平１−１９５４１４号公報に開示されている、片側にフレーム２を有するミラー振動子１０の構造においては、駆動コイル５に隣接してフレーム２が位置するために、このフレーム２の介在により駆動コイル５と永久磁石６との間の距離が大きくなってしまい、駆動コイル５へ作用する永久磁石６の磁界が低下してしまう。これによって駆動力も弱くなってしまい、駆動力の確保が困難であるという欠点がある。これを回避するために、フレーム２と駆動コイル５との間を予め大きく取って形成し、これらの間に永久磁石６を位置させることも可能であるが、フレーム２と駆動コイル５との間の距離が大きくなることによりチップサイズが大きくなり、製造コストが上昇してしまう。

また、フレーム２を除去後にＬ字状部材８やブロック部材９へ支持固定させることも考えられるが、ハンドリングし難く、特性も大幅に変化してしまう等の問題がある。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、その第１の目的とするところは、可動部の剛性を向上させることによって高周波で駆動させたときでも不要な共振を発生せず、かつ駆動コイルにおける磁束密度を強めた閉磁気回路により可動部の駆動力を大きくして、少ない消費電力で大きな偏向角のとれる光偏向器及びその製造方法を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、可動板には少なくとも２個以上の弾性部材を接続し、かつ各弾性部材に接続された支持体を互いに分離しつつ、少なくとも支持体と、可動板と、弾性部材とをモノリシックに一体形成することで、小型で高効率で低消費電力かつ特性の安定した光偏向器及びその製造方法を提供することにある。

上記した目的を達成するために、第１の発明に係る光偏向器は、支持体と、光を反射するための鏡面が形成された可動板と、この可動板と前記支持体との間を連結し、前記可動板を偏向可能に保持する弾性部材と、前記可動板が偏向運動する際の運動端近傍を通るよう前記可動板上にリング状に形成された駆動コイルと、前記駆動コイルに対して前記可動板平面と略平行な方向に磁界を印加するための閉磁気回路を生成する磁石及び磁気ヨークとを有し、前記閉磁気回路の磁気ギャップに位置する前記駆動コイルに交流電流を印加することで駆動力を発生させ、前記弾性部材の弾性変形により可動板の偏向運動を行う光偏向器において、前記閉磁気回路を生成する前記磁石又は前記磁気ヨークを、前記駆動コイルの外側において前記可動板の運動端に対向する位置及び前記駆動コイルの内側において前記可動板に近接する位置に配置して前記磁気ギャップを形成する。

また、第２の発明に係る光偏向器は、支持体と、光を反射するための鏡面が形成された可動板と、この可動板と前記支持体との間を連結し、前記可動板を偏向可能に保持する弾性部材と、前記可動板が偏向運動する際の運動端近傍を通るよう前記可動板上にリング状に形成された駆動コイルと、前記駆動コイルに対して前記可動板平面と略平行な方向に磁界を印加するための閉磁気回路を生成する磁石及び磁気ヨークとを有し、前記閉磁気回路の磁気ギャップに位置する前記駆動コイルに交流電流を印加することで駆動力を発生させ、前記弾性部材の弾性変形により可動板の偏向運動を行う光偏向器において、前記可動板上に前記閉磁気回路を生成する磁性部材をさらに設け、前記閉磁気回路を生成する前記磁石又は前記磁気ヨークを、前記磁性部材に対向する位置に配置して前記磁気ギャップを形成する。

また、第３の発明に係る光偏向器は、第２の発明に係る光偏向器において、前記閉磁気回路を生成する前記磁石又は前記磁気ヨークを、前記駆動コイルの外側において前記可動板の運動端に対向する位置及び前記駆動コイルの内側において前記可動板に近接する位置に配置する。

また、第４の発明に係る光偏向器は、第２の発明に係る光偏向器において、前記閉磁気回路を生成する前記磁石又は前記磁気ヨークを、前記駆動コイルの外側において前記可動板の運動端に対向する位置に配置する。

また、第５の発明に係る光偏向器は、第１から第４の発明のいずれか１つに係る光偏向器において、前記支持体、前記弾性部材、前記可動板及び前記駆動コイルがモノリシックに一体形成されている。

また、第６の発明に係る光偏向器は、第１から第５の発明のいずれか１つに係る光偏向器において、前記磁石は、前記可動板の駆動モーメントが最大となる位置に設けられている。

また、第７の発明に係る光偏向器は、固定用部材と、互いに分離するように設けられ、前記固定用部材に固定するための支持体と、光を反射するための鏡面を有する可動板と、前記可動板と前記支持体との間を連結する弾性部材と、前記弾性部材を弾性変形させて前記可動板を前記支持体に対して相対的に変位させる駆動手段とを具備し、少なくとも前記可動板と前記支持体と前記弾性部材とがモノリシックに一体成形されている。

また、第８の発明に係る光偏向器の製造方法は、固定用部材と、互いに分離するように設けられ、前記固定用部材に固定するための支持体と、光を反射するための鏡面を有する可動板と、前記可動板と前記支持体との間を連結する弾性部材と、前記弾性部材を弾性変形させて前記可動板を前記支持体に対して相対的に変位させる駆動手段と、前記固定用部材に前記支持体を固定した後、除去可能なように前記支持体間を連結する連結部とを具備する光偏向器を、少なくとも前記可動板と前記支持体と前記弾性部材と前記連結部とをモノリシックに一体成形し、前記ユニットを前記固定用部材に固定した後、前記連結部を除去し、当該連結部を除去した前記固定用部材に対して前記駆動手段の一部を固定配置して製造する。

本発明によれば、可動部に穴を設ける必要性をなくしたことにより可動部の剛性を向上させたので、高周波で駆動させたときでも不要な共振を発生せず、かつ駆動コイルにおける磁束密度を強めた閉磁気回路により可動部の駆動力を大きくして、少ない消費電力で大きな偏向角のとれる光偏向器及びその製造方法を提供することができる。

また、本発明によれば、可動板には少なくとも２個以上の弾性部材を接続し、かつ各弾性部材に接続された支持体を互いに分離しつつ、少なくとも支持体と、可動板と、弾性部材とをモノリシックに一体形成するようにしたので、小型で高効率で低消費電力かつ特性の安定した光偏向器及びその製造方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る光偏向器の平面図である。 図１に示す光偏向器のＡ−Ａ′に沿った断面図である。 図１に示す光偏向器のＢ−Ｂ′に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例を示す図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る光偏向器の平面図である。 図７に示す光偏向器のＡ−Ａ′に沿った断面図である。 本発明の第２実施形態に係る光偏向器の平面図である。 本発明の第２実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る光偏向器の平面図である。 図１１に示す光偏向器のＡ−Ａ′線に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態に係る光偏向器の平面図である。 図１３に示す光偏向器のＡ−Ａ′線に沿った断面図である。 本発明の第５実施形態に係る光偏向器の平面図である。 図１５に示す光偏向器のＡ−Ａ’に沿った断面図である。 図１５に示す光偏向器のＢ−Ｂ’に沿った断面図である。 本発明の第５実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第５実施形態の他の変形例を示す図である。 本発明の第６実施形態に係る光偏向器の平面図である。 図２０に示す光偏向器のＡ−Ａ’に沿った断面図である。 本発明の第７実施形態に係る光偏向器の断面図である。 本発明の第８実施形態に係る光偏向器の断面図である。 本発明の第９実施形態に係る光偏向器の概略構成を示す斜視図である。 （Ａ）は図２４に示す光偏向器の中心軸線であるＡ−Ａ′線に沿った断面図であり、（Ｂ）は図２４のＢ−Ｂ′線に沿った断面図である。 （Ａ）〜（Ｉ）は第９実施形態に係る光偏向器の製造工程を示す図である。 実装工程の説明を示す図である。 本発明の第１０実施形態に係る光偏向器の変形例を示す図である。 従来の光偏向器の構成を示す図である。 従来の光偏向器の構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１〜図６は本発明の第１実施形態を説明するための図である。図１は本発明の第１実施形態に係る光偏向器の平面図であり、図２は図１中のＡ−Ａ′に沿った断面図、図３は図１中のＢ−Ｂ′に沿った断面図である。

第１実施形態に係る光偏向器は、光偏向ミラー部１００と、永久磁石１０８と、磁気ヨーク１０９、１１０と、固定用部材１１１とから構成される。光偏向ミラー部１００は、可動板１０１と、弾性部材１０２と、支持体１０３と、駆動コイル１０４と、電極パッド１０５と、駆動コイル１０４が存在する駆動コイル面１０７の反対側にあるミラーとしての鏡面１０６とで構成されている。また、弾性部材１０２はトーションバー構造となっている。

光偏向ミラー部１００の各部において、可動板１０１、支持体１０３は主に高剛性材料であるシリコン基板等で形成することが望ましく、弾性部材１０２は長寿命、偏向角が大きくとれるポリイミド等の有機絶縁材料で形成することが望ましい。駆動コイル１０４の材料としては抵抗率の低いアルミニウム、銅等が望ましい。可動板１０１の駆動力を高め偏向角を大きくとるには、駆動コイル１０４の抵抗を低くしながら巻き数を多くし、できるだけ永久磁石１０８に近い位置（可動板１０１内においてできるだけ外側）に巻く。鏡面１０６の表面はシリコン基板の研磨面、あるいはその上部に薄いアルミニウムを被覆させてもよい。

光偏向ミラー部１００の製造方法の一例を簡単に説明すると、まずシリコン基板の後にシリコンエッチングするためのマスクとなる絶縁膜をスパッタリング、ＣＶＤ、真空蒸着法等によって成膜し、フォトリソグラフィー法でパターン形成する。次に弾性部材１０２の材料となる有機絶縁材料をスピンコート、印刷法等で成膜、パターン形成し、そのあと駆動コイル１０４の材料である金属膜をスパッタリング、ＣＶＤ、真空蒸着、印刷、メッキ法等によって成膜、パターン形成する。

図１では駆動コイル１０４がむき出しになっているが、駆動コイル１０４の上部にさらに絶縁膜を成膜し、駆動コイル１０４を絶縁膜で覆う構造にしてもよい。最後に、形成した絶縁膜をマスクとしてシリコン基板をエッチングして、光偏向ミラー部１００ができあがる。以上のように同一基板上に半導体製造法で作製することによって、可動板１０１、弾性部材１０２、支持体１０３、駆動コイル１０４、鏡面１０６をモノリシックに一体形成することができ、小型化、量産化が容易となる。

次に上記永久磁石１０８及び磁気ヨーク１０９と１１０とからなる閉磁気回路について説明する。

第１実施形態では、駆動コイル１０４の外側において可動板１０１の偏向運動する端部である運動端に対向して永久磁石１０８を配置し、駆動コイル１０４の内側において可動板１０１に近接して磁気ヨーク１１０を配置することで、閉磁気回路の磁気ギャップを形成したことを特徴としている。この磁気ギャップ中に駆動コイル１０４が位置する。

可動板１０１の駆動力を大きくするには、駆動コイル１０４における磁束密度を大きくする必要がある。そのため本実施形態では、永久磁石１０８は少なくとも可動板１０１のＸ方向幅よりも長く、着磁方向( Ｙ方向) はできるだけ広いものにする。また、できるかぎり、永久磁石１０８と可動板１０１との距離を狭くする。さらに、永久磁石１０８は可動板１０１の駆動モーメントが最大となる位置に設けることが望ましい。

そのため、図２に示すように、中立位置における光偏向ミラー部１００の駆動コイル面１０７は、Ｚ方向において永久磁石１０８のほぼ中央に位置するように設けられている。光偏向ミラー部１００を所定の位置に固定するために、本実施形態では例えば図３に示すように、光偏向ミラー部１００がベースフレーム１１１に装着されている。

２つの永久磁石１０８はそれぞれ、２つの磁極のうち、可動板１０１が設けられている側と反対側（外側）の磁極を覆うように、Ａ−Ａ′に沿った断面において略コの字型の磁気ヨーク１０９によって接続されている。これによって、永久磁石１０８から発生する磁界の漏れを小さくし、駆動コイル１０４における磁束密度を大きくすることができる。

さらに磁気ヨーク１０９には２つの磁気ヨーク１１０が設けられているが、この２つの磁気ヨーク１１０は、Ｙ方向において駆動コイル１０４を中心にして永久磁石１０８が設けられている側と反対側の位置に、かつ、Ｚ方向において、磁気ヨーク１０９の底面から突出し、可動板１０１の下面に近接する位置までの高さを持たせて配置されている。なお、磁気ヨーク１１０のＹ方向位置は駆動コイル１０４により近い位置に設けた方がよい。この磁気ヨーク１１０と永久磁石１０８により閉磁気回路が構成され、駆動コイルにおける磁束密度がさらに大きくなる。

図２９に示すように、磁気ヨーク１８が永久磁石１９の磁極に完全に対向する場合には、磁気ギャップ内の磁束密度がより大きくなることがシミュレーションにより知られているが、図２のように磁気ヨーク１１０が永久磁石１０８の磁極と一部対向する場合でも、磁気ギャップ内磁束密度の低減はほとんどなく、磁気ヨークが無い磁気回路と比較すると大きい磁束密度が得られる。

以下に、上記した第１実施形態の作用を説明する。

電極パッド１０５から交流電流を印加すると、永久磁石１０８近傍の駆動コイル１０４に流れるＸ方向の電流と、永久磁石１０８から発生するＹ方向の磁界の相互作用により、永久磁石１０８近傍の駆動コイル１０４にＺ方向にローレンツ力が発生する。両側にある永久磁石１０８の極性を同一方向にすれば、それぞれの永久磁石１０８近傍の駆動コイル１０４のローレンツ力は逆向きに働き、可動板１０１は弾性部材１０２のＸ方向を中心軸として揺動する。

可動板１０１の駆動力を大きくするには駆動コイル１０４に印加する交流電流を大きくすればよいが、その分、消費電力も大きくなる。従って可動板１０１の偏向角を大きくするには、駆動コイル１０４における磁束密度をできるだけ大きくすることが必要となる。

以上のように、第１実施形態は可動板１０１に穴を設けていないので、可動板１０１の剛性が高くなる。これによって、高周波で駆動させたときでも不要な共振が発生せず、スムーズな振動が得られる。また可動板１０１の慣性モーメントが低減されることにより高周波駆動でも偏向角が大きくとれ、かつ駆動コイル１０４近傍に設けられた、永久磁石１０８と磁気ヨーク１１０からなる閉磁気回路により駆動コイル１０４における磁束密度が大きくなるので、少ない消費電力で大きな偏向角のとれるトーションバー構造の光偏向器が得られる。また、磁気ヨーク１１０は、可動板１０１の振幅が必要以上に大きくなった場合、ストッパーとしての機能も持ち合わせている。

光偏向装置としての機能は、可動板１０１の鏡面１０６にレーザー光等の光を照射しながら可動板１０１を揺動させ、反射光を走査する。また本実施形態における閉磁気回路は図１に示したものに限定されるものではなく、例えば図４に示されるように、磁気ヨーク１０９を分離してなる２つの閉磁気回路でも同様の効果が得られる。

また本実施形態における閉磁気回路は、図５に示されるように、永久磁石１０８の着磁方向がＺ方向になるように構成してもよい。ただしこの場合、駆動力を確保するには、中立位置における光偏向ミラー部１００の駆動コイル面１０７は永久磁石１０８の上端に近い位置に設けることが望ましい。

また本実施形態における閉磁気回路は図６に示されるように、Ｙ方向において駆動コイル１０４を中心にして永久磁石１０８が設けられている側と反対側の位置に２つの永久磁石１１２、さらにそれぞれの上部に磁気ヨーク１１３を設ける構成、或いは、永久磁石１１２のみの構成にしてもよい。ただし永久磁石１１２および磁気ヨーク１１３のＹ方向の位置が、駆動コイル１０４に近いと、駆動コイル１０４における磁束密度の向きがＺ方向になってしまうので、Ｙ方向の磁界を大きく発生させるためには、駆動コイル１０４からある程度離れた位置に永久磁石１１２と磁気ヨーク１１３を設置するのが望ましい。

以下に本発明の第２実施形態を説明する。図７は第２実施形態に係る光偏向器の平面図であり、図８は、図７のＡ−Ａ′に沿った断面図である。図７、図８に示すように、第２実施形態では弾性部材２０２は片持ち構造になっている。各部の符号２００〜２０９、２１１は順に、第１実施形態で用いた参照符号１００〜１０９、１１１に対応しており、同一のものを参照している。また、製造方法も第１実施形態と同様に、光偏向ミラー部２００の各部は同一基板上に構成されている。

第２実施形態の可動板２０１の駆動は以下の通りである。電極パッド２０５から交流電流を印加すると、永久磁石２０８近傍の駆動コイル２０４に流れるＸ方向の電流と、永久磁石２０８から発生するＹ方向の磁界の相互作用により、永久磁石２０８近傍の駆動コイル２０４にＺ方向にローレンツ力が発生するが、可動板２０１は片持ち構造のため、並進のみでなく回転成分も有する振動となる。

この場合、永久磁石２０８側の駆動コイル２０４辺と弾性部材２０２側の駆動コイル２０４辺の電流は逆向きになるので、それぞれの駆動コイル２０４のローレンツ力は逆方向になる。可動板２０１の偏向角を大きくするには、永久磁石２０８側の駆動コイル２０４における磁束密度をなるべく大きく、弾性部材２０２側の駆動コイル２０４における磁束密度はなるべく小さくしなければならない。そのため駆動コイル２０４は可動板２０１内でなるべく外側に設けるのが望ましい。またもちろん永久磁石２０８は可動板２０１にできるだけ近く、中立位置における駆動コイル面２０７をＺ方向において永久磁石２０８の中央付近に配置するのが望ましい。

次に磁気ヨーク２０９について述べる。永久磁石２０８は、２つの磁極のうち、可動板２０１が設けられている側と反対側（外側）の磁極を覆うように磁気ヨーク２０９で接続することにより、永久磁石２０８から発生する磁界の漏れを小さくし、駆動コイル２０４における磁束密度を大きくすることができる。また磁気ヨーク２０９は、Ｙ方向において駆動コイル２０４を中心にして、永久磁石２０８が設けられている側と反対側の位置に設けられ、かつ、Ｚ方向において、磁気ヨーク２０９の底面から突出し、可動板２０１の下面に近接する位置までの高さを持たせて配置されている。

磁気ヨーク２０９のＹ方向位置は駆動コイル２０４により近い位置にした方がよい。この磁気ヨーク２０９と永久磁石２０８により、閉磁気回路が構成され、磁気ギャップに位置する駆動コイル２０４における磁束密度がさらに大きくなる。

上記した第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、可動板の剛性が高くなることにより、高周波で駆動させたときでも不要な共振が発生せず、スムーズな振動が得られる。また可動板の慣性モーメントが低減されることにより高周波駆動でも偏向角が大きくとれ、かつ駆動コイル２０４近傍に設けられた、永久磁石および磁気ヨーク２０９からなる閉磁気回路により駆動コイル２０４における磁束密度が大きくなるので、少ない消費電力で大きな偏向角のとれる片持ち構造の光偏向装置が得られる。また、磁気ヨーク２０９の内側端は、可動板２０１の振幅が必要以上になった場合におけるストッパーとしての機能も持ち合わせている。

また、第２実施形態における閉磁気回路は図７、図８に示したものに限定されるものではなく、例えば図９に示されるように、永久磁石２０８の着磁方向をＺ方向にした構成や、図１０に示されるように、Ｙ方向において駆動コイル２０４を中心にして永久磁石２０８が設けられている側と反対側の位置に永久磁石１２２を設け、この上部にさらに磁気ヨーク２１３を設けたり、或いは、永久磁石１１２のみの構成にしても同様の効果が得られる。

以下に本発明の第３実施形態を説明する。図１１は本発明の第３実施形態に係る光偏向器の平面図であり、図１２は、図１１のＡ−Ａ′線に沿った断面図である。各部の符号３００〜３０９、３１１は順に、第１実施形態で用いた参照符号１００〜１０９、１１１に対応しており、同一のものを参照している。３１４は磁性部材である。弾性部材３０２はトーションバー構造である。

第３実施形態では、可動板３０１上の駆動コイル３０４の内側に磁性部材３１４をスパッタリング、真空蒸着、メッキ法、印刷法等により形成する。材料としてはNi系、Ni-Fe 合金系、Ni-Fe-Moパーマロイ系等が望ましい。

第３実施形態では、閉磁気回路は、永久磁石３０８と磁気ヨーク３０９と磁性部材３１４から構成され、駆動コイル３０４の外側において可動板３０１の運動端に対向する位置に永久磁石３０８を配置し、磁性部材３１４との間に磁気ギャップを形成している。この磁気ギャップは、可動板３０１の両方の運動端に形成され、この両磁気ギャップ中に駆動コイル３０４が位置する。

このような磁性部材３１４を設けることにより、２つの永久磁石３０８間の漏れ磁界が低減され、駆動コイル３０４における磁束密度がより大きくなる。さらに可動板３０１のＺ軸方向における重心が弾性部材３０２の方向に近くなることにより、可動板３０１の振動がよりスムーズになる。ただし磁性部材３１４を設けると、可動板３０１の慣性モーメントが大きくなる。そのため可動板３０１がシリコン基板の場合、磁性部材３１４の膜厚は、可動板３０１の厚さの１／１０以下が望ましい。

第３実施形態においても第１、第２実施形態と同様に、可動板３０１の剛性が高く慣性モーメントが低減され、また磁性部材３１４により駆動コイル３０４における磁束密度がさらに大きくなり、より少ない消費電力で大きな偏向角のとれる光偏向器が得られる。また、可動板３０１の重心の高さが弾性部材３０２に近くなるので、第１、第２実施形態よりもさらにスムーズな可動板３０１の振動が得られる。

以下に本発明の第４実施形態を説明する。図１３は第４実施形態に係る光偏向器の平面図であり、図１４は、図１３のＡ−Ａ′線に沿った断面図である。図１３、図１４に示すように、第４実施形態では弾性部材４０２は片持ち構造になっている。各部の符号４００〜４０９、４１１、４１４は順に、第３実施形態で用いた参照符号３００〜３０９、３１１、３１４に対応しており、同一のものを参照している。

第４の実施形態では、閉磁気回路は、永久磁石４０８と磁気ヨーク４０９と磁性部材４１４から構成され、駆動コイル４０４の外側において可動板４０１の運動端に対向する位置に永久磁石４０８を配置し、磁性部材４１４との間に磁気ギャップを形成している。この磁気ギャップ中に駆動コイル４０４が位置する。

なお、上記した第３、第４実施形態の閉磁気回路は、上記した第１、第２実施形態と同様に、永久磁石の着磁方向をＺ方向にした構成や、Ｙ方向において、駆動コイルを中心にして永久磁石が設けられた側と反対側の位置に２つあるいは１つの永久磁石と、その上部に磁気ヨークを設ける構成、或いは、永久磁石のみの構成としてもよいことは勿論である。

以下に本発明の第５実施形態を示す。この実施形態の特徴は、トーションバー構造の両弾性部材に接続された支持体が分離されていない状態で、少ない消費電力で大きな偏向角のとれる閉磁気回路を有する光偏向器である。

図１５は第５実施形態に係る光偏向器の平面図であり、図１６は図１５のＡ−Ａ′線に沿った断面図、図１７は図１５のＢ−Ｂ′線に沿った断面図である。各部の符号は第１実施形態で用いた参照符号に対応しており、同一のものを参照している。

この実施形態は支持体を固定用部材に装着せず、且つ両弾性部材を接続する支持体同士を分離していない場合の光偏向器である。本実施形態の閉磁気回路について説明する。図１６に見られるように、駆動コイル１０４の外側において、永久磁石１０８を駆動コイル１０４に近い位置に設けるため、弾性部材１０２を挟むように支持体１０３上に永久磁石１０８を接着する。支持体１０３の存在により、駆動コイル１０４をＺ方向において永久磁石１０８の着磁面の中央に配置することができないため、永久磁石１０８の着磁方向をＹ方向よりもＺ方向( 可動板厚方向) にした方がはるかに駆動コイル１０４におけるＹ方向の磁束密度が大きくとれる。従って、駆動力を大きくするために永久磁石１０８の着磁方向はＺ方向にし、できるだけ着磁幅を大きくする。また両永久磁石１０８の磁極の向きは互いに反対にする。

次に永久磁石１０８から発生する磁界の漏れを小さくするために、２つの永久磁石１０８の支持体１０３と反対側の磁極同士を磁気ヨーク１０９で接続する。また第１実施例同様、Ｙ方向において駆動コイル１０４を中心にして永久磁石１０８と反対側の位置で、かつＺ方向において両弾性部材１０２を中心にして可動板１０１の両側に近接する位置に磁気ヨーク１１０を設ける。これにより磁気ヨーク１１０と永久磁石１０８で磁気ギャップを形成し、この磁気ギャップ中に駆動コイル１０４が位置することになる。なおできるだけ駆動コイル１０４におけるＹ方向の磁束密度を大きくするために、磁気ヨーク１１０のＹ方向位置は駆動コイル１０４に近い位置に設けた方がよい。磁気ヨーク１１０の存在により駆動コイル１０４における磁束密度がさらに大きくなる。

以上第５実施形態により、両弾性部材１０２に接続された支持体１０３が分離されていない状態でも第１実施形態と同様、少ない消費電力で大きな偏向角のとれるトーションバー構造の光偏向装置が得られる。なお本実施形態の作用は第１実施形態と同様である。

また第５実施形態における閉磁気回路は図１６に示したものに限定されるものではなく、第１実施形態同様、図１８に示されるように磁気ヨーク１０９を分離してなる２つの閉磁気回路でも同様の効果が得られる。

また第５実施形態における閉磁気回路は図１９に示されるように、Ｙ方向において駆動コイル１０４を中心にして永久磁石１０８が設けられている側と反対側の位置に２つの永久磁石１１２、さらにそれぞれの上部に磁気ヨーク１１３を設ける構成にしてもよく、あるいは永久磁石１１２のみの構成にしてもよい。

次に本発明の第６実施形態について説明する。図２０は第６実施形態に係る光偏向器の平面図であり、図２１は図２０のＡ−Ａ′線に沿った断面図である。各部の符号は第１実施形態で用いた参照符号に対応しており、同一のものを参照している。

図２１、図２２に示すように光偏向ミラー部２００は片持ち構造であり、第５実施形態同様、支持体をベースフレームに装着せず、また弾性部材に接続されている支持体と反対側の支持体を分離していない状態である。

次に磁気回路について説明する。駆動コイル２０４の外側において、弾性部材２０２と反対側の支持体２０３上にＺ方向に着磁した永久磁石２０８を接着する。次に永久磁石２０８から発生する磁界の漏れを小さくするために、永久磁石２０８の支持体２０３と反対側の磁極に磁気ヨーク２０９を接続する。また磁気ヨーク２０９はＺ方向において可動板２０１に近接する位置に磁気ヨーク２１０を設ける。これにより磁気ヨーク２１０と永久磁石２０８で磁気ギャップを形成し、この磁気ギャップ中に駆動コイル２０４が位置することになる。なおできるだけ駆動コイル２０４におけるＹ方向の磁束密度を大きくするために、磁気ヨーク２１０のＹ方向位置は駆動コイル２０４に近い位置に設けた方が望ましい。

以上第６実施形態により、弾性部材に接続された支持体と反対側の支持体が分離されていない状態でも第２実施形態と同様、少ない消費電力で大きな偏向角のとれる片持ち構造の光偏向装置が得られる。なお本実施形態の作用は第２実施形態と同様である。

また第６実施形態における閉磁気回路は図２１に示されるものに限定されるものでなく、第５実施形態の変形例同様、Ｙ方向において駆動コイルを中心にして永久磁石が設けられている側と反対側の位置に永久磁石、さらにその上部に磁気ヨークを設ける構成にしてもよく、あるいは永久磁石のみの構成にしてもよい（図示せず）。

次に第７実施形態について説明する。第７実施形態は第３実施形態同様、可動板上の駆動コイルの内側に磁性部材を設けたトーションバー構造の光偏向ミラー部で、両弾性部材に接続された支持体が分離されていない状態で、少ない消費電力で大きな偏向角のとれる閉磁気回路を有する光偏向器を特徴としている。

第７実施形態において図１２と同様の断面図を図２２に示す。閉磁気回路について説明すると、駆動コイル１０４の外側において、両弾性部材の支持体１０３上にＺ方向に着磁した２つの永久磁石１０８を接着する。次に永久磁石１０８から発生する磁界の漏れを小さくするために、２つの永久磁石１０８を接続した支持体１０３と反対側の永久磁石１０８の磁極同士を磁気ヨーク１０９で接続する。この閉磁気回路は永久磁石１０８と磁性部材で磁気ギャップを形成し、この磁気ギャップ中に駆動コイル１０４が位置することになる。第３実施形態同様、磁性部材を設けることにより、２つの永久磁石１０８間の漏れ磁界が低減され、駆動コイル１０４における磁束密度がより大きくなる。さらに可動板１０１のＺ軸方向における重心を弾性部材の方向に近くすることにより可動板１０１の不要振動モードの発生を抑えることができる。なお本実施形態の作用は第３実施形態と同様である。

次に第８実施形態について説明する。第８実施形態は第４実施形態同様、可動板上の駆動コイルの内側に磁性部材を設けた片持ち構造の光偏向ミラー部で、弾性部材に接続されている支持体と反対側の支持体を分離していない状態で、少ない消費電力で大きな偏向角のとれる閉磁気回路を有する光偏向器を特徴としている。

第８実施形態において図１４と同様の断面図を図２３に示す。閉磁気回路について説明すると、駆動コイル２０４の外側において、弾性部材２０２と反対側の支持体２０３上にＺ方向に着磁した永久磁石２０８を接着する。次に永久磁石２０８から発生する磁界の漏れを小さくするために、永久磁石２０８を接続した支持体２０３と反対側の永久磁石２０８の磁極を磁気ヨーク２０９で接続する。この閉磁気回路は永久磁石２０８と磁性部材２１４で磁気ギャップを形成し、この磁気ギャップ中に駆動コイル２０４が位置することになる。第４実施形態同様、磁性部材を設けることにより、永久磁石２０８と磁性部材２１４間の漏れ磁界が低減され、駆動コイル２０４における磁束密度がより大きくなる。さらに可動板２０１のＺ軸方向における重心が弾性部材２０２の方向に近くなることにより可動板２０１の不要振動モードの発生を抑えることができる。

なお上記の第８実施形態の閉磁気回路は上記した第６実施形態と同様、Ｙ方向において駆動コイルを中心にして永久磁石が設けられた側と反対側の位置に永久磁石と、その上部に磁気ヨークを設ける構成、あるいは永久磁石のみの構成にしてもよいことはもちろんである。

なお、上述した第５〜第８の実施形態では、支持体への永久磁石の固定を接着で行なっていたが、特に限定されるものではなく、例えば、ネジ止めによる固定も可能である。

以下に本発明の第９実施形態を説明する。

図２４は第９実施形態に係る光偏向器の概略構成を示す斜視図、図２５（Ａ）は図２４に示す光偏向器の中心軸線であるＡ−Ａ′線に沿った断面図、図２５（Ｂ）は図２４のＢ−Ｂ′線に沿った断面図である。また、図２６（Ａ）〜（Ｉ）は第９実施形態に係る光偏向器の製造工程を示す図、図２７は実装工程の説明を示す図、図２８は第９実施形態に係る光偏向器の変形例を示す図である。

図２４に示すように、第９実施形態に係る光偏向器は、その自由端が振動される可動板１３と、この可動板１３の自由端に対向配置された永久磁石１５とを有している。可動板１３と固定端である支持体１２とは、板バネ状の弾性部材１８で連結され、可動板１３の表面には、ミラーとしての鏡面１７が設けられている。また、可動板１３には、その周縁近傍を周回するように駆動コイル１６が設けられている。駆動コイル１６内周部に位置する駆動コイル１６の端からは、駆動コイル１６を跨ぐように、配線が形成され、弾性部材１８に設けられた配線を経由して電極パッド１９に接続されている。一方、駆動コイル１６の外周部に位置する駆動コイル１６の端部は、そのまま弾性部材１８に設けられた配線により電極パッド１９に接続されている。光偏向器の製造工程上、配線類は同時に形成されるので、配線と駆動コイル１６の端部の接続部においては、配線に段差が形成されている。

ここで、永久磁石１５は、その着磁方向が可動板１３の振動方向に略垂直であって、着磁面のほぼ中心が駆動コイル１６の平面に対向する位置に配置される。以下に図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）を参照して、図２４に示す光偏向器のＡ−Ａ′線、Ｂ−Ｂ′線に沿った断面構造を説明する。

図２５（Ａ）に示すように、図２４の光偏向器をＡ−Ａ′線に沿った断面で見ると、支持体１２は、シリコン基板２５１、窒化シリコン膜２５０、第１ポリイミド層２２０、第２ポリイミド層２３０、第３ポリイミド層２４０を積層して構成され、一方の支持体１２においては、第２ポリイミド層２３０上に、駆動コイル１６を跨ぐ配線１４２及び配線１４２よりも膜厚の厚い電極パッド１９が設けられ、第３ポリイミド層２４０には、電極パッド１９の部分に貫通孔が形成されている。

可動板１３は支持体１２の構成に加えて、第１ポリイミド層２２０上に駆動コイル１６が設けられている構成となっている。また、弾性部材１８は、第１ポリイミド層２２０、第２ポリイミド層２３０、第３ポリイミド層２４０を積層して構成され、一方の弾性部材１８では、第２ポリイミド層２３０上に配線１４２が設けられている。シリコン基板２５１は、面方位が（１００）面のシリコン単結晶基板が用いられる。ポリイミドは弾性を有する有機絶縁材料であり、その弾性係数は、シリコン単結晶基板と比較してかなり小さいため、第１ポリイミド層２２０、第２ポリイミド層２３０及び第３ポリイミド層２４０は、弾性変形可能な弾性薄膜となる。

ここで、第３ポリイミド層２４０の膜厚は、第１ポリイミド層２２０及び第２ポリイミド層２３０の膜厚の和に略等しく形成されている。従って、弾性部材１８において、第２ポリイミド層２３０上に設けられた駆動コイル１６は、弾性部材１８の厚み方向に略二等分の位置に配置されることになる。

更に、一方の支持体１２においては、駆動回路と接続するために、絶縁保護用のカバーレイフィルム３０を付したフレキ基板２０上の配線１４３と、支持体１２上の電極パッド１９とを、異方導電性接着剤３２０を介して接続してある。

図２５（Ｂ）に示すように、図２４の光偏向器をＢ−Ｂ′線に沿った断面で見ると、図２５（Ａ）の可動板１３の積層構造に対して、左右対称に同程度のクリアランスを挟んで、永久磁石１５が磁気ヨーク１４の壁面に固定されている。

次に、このような構成を有する光偏向器の動作について説明する。駆動コイル１６には、電極パッド１９を介して、図示しない電源より交流電流が印加される。駆動コイル１６を流れる電流は、可動板１３の自由端近傍に配置された永久磁石１５が作る磁場と相互作用し、駆動コイル１６は可動板１３の自由端近傍で特に力を受ける。つまり、永久磁石１５と駆動コイル１６の一部とが、アクチュエータの働きをする。駆動コイル１６を流れる電流が交流であるため、平面状の駆動コイル１６が受ける力の向きは、周期的に変化する。ここで、第１ポリイミド層２２０、第２ポリイミド層２３０、第３ポリイミド層２４０の内、シリコン基板２５１と固定されていない部分は、相対的に剛性が低く、この部分が板バネ状の弾性部材１８として機能し、可動板１３は厚み方向に振動する。その共振周波数は、可動板１３と弾性部材１８の形状や材質によって一意的に決まり、この共振周波数に等しい周波数の交流電流を駆動コイル１６に供給することにより、可動板１３は、その電流値での最大の振幅で振動する。可動板１３の鏡面１７で反射される光は、可動板１３によって決まっている偏向角で往復走査される。

次に、本実施形態に係る光偏向器の製造方法について、図２６（Ａ）〜（Ｉ）を参照して説明する。

図２６（Ａ）に示すように、面方位が（１００）面のシリコン基板２５１は、洗浄後、その表面に低圧ＣＶＤ装置を用いて、窒化シリコン膜２５０が成膜される。下面の窒化シリコン膜２５０は、ドライエッチングにより部分的に除去されてパターニングされ、パターニングされた窒化シリコン膜２５０は、シリコン基板２５１から支持体１２と可動板１３を形成する際のマスクとして働く。また、上面の窒化シリコン膜２５０は、シリコン基板２５１から支持体１２と可動板１３を形成する際に、上面の窒化シリコン膜２５０の上部に作製される構造体を、シリコン基板のエッチングプロセスから保護する役割を有する。

図２６（Ｂ）に示すように、上面の窒化シリコン膜２５０の上に、第１ポリイミド層２２０が形成される。第１ポリイミド層２２０は、液状のポリイミド溶液をシリコン基板２５１上に、印刷法あるいはスピンコーティング法によって均一に塗布し、乾燥・硬化して成膜される。

図２６（Ｃ）に示すように、第１ポリイミド層２２０の上に、駆動コイル１６が形成される。駆動コイル１６は、スパッタリングによってアルミを成膜し、これをエッチングによってパターニングして製造される。

図２６（Ｄ）に示すように、第１ポリイミド層２２０の上に、駆動コイル１６を覆う第２ポリイミド層２３０が形成される。第２ポリイミド層２３０は、第１ポリイミド層と同様に、液状のポリイミド溶液を第１ポリイミド層２２０上に均一に塗布し、乾燥・硬化して成膜される。

図２６（Ｅ）に示すように、第２ポリイミド層２３０の上に、配線１４２が形成される。配線１４２は、スパッタされたアルミをエッチングによりパターニングして形成される。この工程においては、図２６（Ｃ）において製造した平面状の駆動コイル１６を跨ぐ形で、配線１４２を形成するため、まず、駆動コイル１６の内周部端部の上部ポリイミドをエッチングで除去し、除去部分にアルミを成膜し、パターニングによって層間の接続を取ってから、第２ポリイミド層２３０上にアルミを成膜し、パターニングする。

図２６（Ｆ）に示すように、第２ポリイミド層２３０の上に、第３ポリイミド層２４０が設けられる。第３ポリイミド層２４０は、第１、第２ポリイミド層２２０，２３０と同様に、液状ポリイミド溶液を第２ポリイミド層２３０上に均一に塗布し、乾燥・硬化して成膜される。第３ポリイミド層２４０は、弾性部材１８に所定の特性を持たせるように形成されると同時に、図２６（Ｅ）の工程で製造された配線１４２が、空気中に露出して経時変化を起こすことを防ぐ役割、及び絶縁保護の役割をする。更に、第３ポリイミド層２４０の厚さは、第１ポリイミド層２２０と第２ポリイミド層２３０の厚さの和に略等しく成膜され、完成状態で、弾性部材の内部に存在する配線１４２が、弾性部材の厚さ方向に略二等分の位置に配置される。

更に、第３ポリイミド層２４０の鏡面該当部分に、マスクを介して、クロム、続いてアルミを電子シャワー方式の蒸着により成膜して、鏡面を形成する。図２６（Ｇ）に示すように、第３ポリイミド層２４０において、電極パッド１９の上に位置する部分が、ドライエッチングにより除去される。

図２６（Ｈ）に示すように、弾性部材を形成するために、シリコン基板２５１の下面のパターニングされた窒化シリコン膜２５０をマスクにして、アルカリ性溶液を用いてシリコン基板２５１を、下面から異方性エッチングして除去する。この時、第１ポリイミド層２２０の下にある窒化シリコン膜２５０は、シリコン基板２５１がエッチングされ貫通した際に、第１ポリイミド層２２０を保護するマスク層として働く。

図２６（Ｉ）に示すように、第１ポリイミド層２２０のマスク層となった窒化シリコン膜２５０は、シリコン基板２５１のエッチング後、ドライエッチングによって除去される。その後、図示はしないが、弾性部材を形成する部分以外のポリイミド層を裏面から酸素系のドライエッチングで除去して、モノリシックな構造体が完成する。

また、必要であれば、図２６（Ｆ）の工程で鏡面を形成する代わりに、シリコン基板裏面に同様の工程で鏡面を形成してもよく、高反射率が不要な場合には、シリコン基板裏面をそのまま鏡面として使用してもよい。

このように製作した構造体を、異方導電性接着剤を介して、駆動回路への配線が回路形成され、その表面をカバーレイフィルムで絶縁保護されているフレキ基板と、熱圧着して接続した後、図２７に示すように固定用部材１１に固着する。その後に、連結部４０を機械的に破壊して除去し、更に、永久磁石を取り付けた磁気ヨークを固定用部材１１に取り付けることにより、図２４に示すような本実施形態の光偏向器が得られる。なお、連結部４０が破壊し易いように、予めシリコン基板上にエッチング加工等によってスクライブライン等を入れておくことが好ましい。

図２６（Ａ）の工程において、スクライブラインを形成する部分の窒化膜を例えば１００μｍ幅のライン状に除去し、図２６（Ｈ）におけるシリコンエッチングの際に同時にエッチングすることで、Ｖ溝状のスクライブラインが形成される。

以上詳述した本実施形態に係る光偏向器によれば、電磁型の駆動方式により、光束径を大きく取れ、駆動コイルを可動部とすることにより、可動部が軽量化でき、高速走査が安定してできる。また、駆動コイルと永久磁石の位置をより近接化したことで、小型で高効率で低消費電力かつ特性の安定した光偏向器を提供することができる。

また、各材料で各構成部材を別個に製作してから組み立てる様な従来の製造方法でも、可動板を保持する弾性部材の特性を調節する機構を付加すれば、ある程度の小型軽量化は可能であるが、本実施形態のように、マイクロマシニングによる微細加工技術を用いて製作することで、支持体と弾性部材と可動板とを、一連の工程で一体に形成できるため、部品点数が少なく、その後の組立工程も減らすことができ、超小型の光偏向器を大量に安価に製造することができる。更に、薄膜積層を得意とする半導体製造技術を応用しているため、より小型軽量化ができ、寸法精度を高くし、特性のばらつきが極めて少なく、調整機構も不要な光偏向器を製造することができる。また、弾性部材に、有機絶縁材料であるポリイミドを用いることにより、脆性破壊が発生しがたく、かつ大きな偏向角を得ることができる。また、駆動コイルと配線がポリイミドの表面に露出せず、内部に形成されるため、湿気や酸化による特性変化を抑えることができる。更に、両持ち梁のねじれ方式を用いることにより、位置変動の少ない安定した駆動が可能となる。

また、鏡面と駆動コイルを有する前記構造体を固定用部材に固着してから、連結部を除去し、永久磁石を取り付けた磁気ヨークを固定用部材に取り付けたことにより、ハンドリング性が維持でき、特性も変化させることなく、かつ永久磁石への近接による高効率化も可能となる。

なお、本実施形態では、弾性部材において、配線が厚み方向に略二等分の位置に配置されている。通常、光偏向器の動作時には、弾性部材が大きく変形し、その結果応力が発生する。配線を弾性部材の最表層に形成すると、この応力により繰り返し疲労で断線してしまうが、本実施形態のような構成にすれば、長期信頼性が得られる。

なお、本実施形態の各構成は、上述したものには限定されず、各種の変形、変更が可能である。例えば、平面状の駆動コイルは、スパッタ成膜とエッチング加工による代わりに、メッキ加工によっても良い。この場合は、容易に配線類の厚膜化ができるため、駆動コイルの抵抗値を下げる一方で巻数を増やして、大きな偏向角を得ることができる。

ポリイミド各層は、剛性や膨張係数等の物性、あるいは溶剤可溶型、光反応型、付加型、熱可塑型等各層への適用方法により、種々の特性を発現できる材料であるため、同一材料を用いる必要はなく、組み合わせも可能である。ポリイミドのパターニングも、レーザーアブレーションを用いる手法等も適用できる。本実施形態では、鏡面の形成は、第３ポリイミド層上に行ったが、中央部分のポリイミド層と窒化膜全てをエッチングで除去して、シリコン基板表面を露出させた上で、ここにアルミをスパッタリングで成膜しても良い。

また、本実施形態では、可動板上部に鏡面を形成したが、広い面積が必要な場合には、可動部下表面上に、金等の金属薄膜を成膜して鏡面を形成しても良い。フレキ基板の配線と、支持体上の電極パッドとの接続は、ワイヤーボンディングして樹脂封止する方式も可能である。更に、駆動方法は、上記したような共振周波数に等しい交流電流を用いる方法に限定されず、例えば可変の周波数による駆動、直流電流による駆動で静的な位置決めを行うこと等も可能である。

以下に本発明の第１０実施形態を説明する。

図２８は本発明の第１０実施形態の構成を示す図である。上記した第９実施形態では、可動部１３の形状が可動部１３の振動軸に対して対称な矩形であったが、第１０実施形態における可動部１３の形状は、図２８に示すように、支持体１２から弾性部材１８が分岐する交差線部分から、可動部１３の自由端先端に向かって、可動部１３の振動軸に対して対称な稜線を有する六角形とする。また、弾性部材１８のサイズは、支持体１２から弾性部材１８が分岐する交差線部分が可動部１３の全長の１／１０以下になるようにする。それ以外の構成は第１実施形態と同様である。

なお、第１０実施形態における弾性部材１８は、可動部１３の全重量を支えるために、第９実施形態で適用した厚さよりも若干厚くするか、剛性の高いものを使用すると良い。このように、本実施形態の弾性部材１８は、極力短く形成したために、可動部１３の重量によって弾性部材１８がたわんでしまい、可動部１３の自由端位置が安定しなくなる現象を回避することができる。

なお、上記した具体的実施形態には以下のような構成の発明が含まれている。

（１） 支持体と、
光を反射するための鏡面が形成された可動板と、
この可動板と前記支持体との間を連結し、前記可動板を偏向可能に保持する弾性部材と、
前記可動板が偏向運動する際の運動端近傍を通るよう前記可動板上にリング状に形成された駆動コイルと、
前記駆動コイルに対して前記可動板平面と略平行な方向に磁界を印加するための閉磁気回路を生成する磁石及び磁気ヨークとを有し、
前記閉磁気回路の磁気ギャップに位置する前記駆動コイルに交流電流を印加することで駆動力を発生させ、前記弾性部材の弾性変形により可動板の偏向運動を行う光偏向器において、
前記閉磁気回路を生成する前記磁石又は前記磁気ヨークを、前記駆動コイルの外側において前記可動板の運動端に対向する位置及び前記駆動コイルの内側において前記可動板に近接する位置に配置して前記磁気ギャップを形成したことを特徴とする光偏向器。

構成（１）の光偏向器では、可動板に穴を設けていないので、可動板の剛性が高くなる。これによって、高周波で駆動させたときでも不要な共振が発生せず、スムーズな振動が得られる。また可動板の慣性モーメントが低減されることにより高周波駆動でも偏向角が大きくとれ、さらに閉磁気回路により駆動コイルにおける磁束密度が大きくなるので、従来よりも少ない消費電力で大きな偏向角のとれる光偏向器となる。また、駆動コイルの内側において可動板に近接して配置された磁石又は磁気ヨークは、可動板の振幅が必要以上になった場合にストッパーとしての機能も持ちあわせている。

この発明に対応する実施形態は、第１，２，５，６の実施形態である。

（２） 支持体と、
光を反射するための鏡面が形成された可動板と、
この可動板と前記支持体との間を連結し、前記可動板を偏向可能に保持する弾性部材と、
前記可動板が偏向運動する際の運動端近傍を通るよう前記可動板上にリング状に形成された駆動コイルと、
前記駆動コイルに対して前記可動板平面と略平行な方向に磁界を印加するための閉磁気回路を生成する磁石及び磁気ヨークとを有し、
前記閉磁気回路の磁気ギャップに位置する前記駆動コイルに交流電流を印加することで駆動力を発生させ、前記弾性部材の弾性変形により可動板の偏向運動を行う光偏向器において、
前記可動板上に前記閉磁気回路を生成する磁性部材をさらに設け、
前記閉磁気回路を生成する前記磁石又は前記磁気ヨークを、前記磁性部材に対向する位置に配置して前記磁気ギャップを形成したことを特徴とする光偏向器。

構成（２）の光偏向器では、可動板に穴を設けていないので、可動板の剛性が高くなる。これによって、高周波で駆動させたときでも不要な共振が発生せず、スムーズな振動が得られる。また可動板の慣性モーメントが低減されることにより高周波駆動でも偏向角が大きくとれ、さらに閉磁気回路により駆動コイルにおける磁束密度が大きくなるので、従来よりも少ない消費電力で大きな偏向角のとれる光偏向器となる。また、可動板上に閉磁気回路が存在することにより、可動板の重心が弾性部材に近づくことになり、スムーズな可動板の振動が得られる。

この発明に対応する実施形態は、第３，４，７，８の実施形態である。

（３） 前記閉磁気回路を生成する前記磁石又は前記磁気ヨークを、前記駆動コイルの外側において前記可動板の運動端に対向する位置及び前記駆動コイルの内側において前記可動板に近接する位置に配置することを特徴とする構成（２）記載の光偏向器。

構成（３）の光偏向器では、構成（２）の光偏向器と同様の作用効果を得ながら、駆動コイルの内側において可動板に近接して配置された磁石又は磁気ヨークは、可動板の振幅が必要以上になった場合にストッパーとしての機能も持ちあわせている。

この発明に対応する実施形態は第４，８の実施形態である。

（４） 前記閉磁気回路を生成する前記磁石又は前記磁気ヨークを、前記駆動コイルの外側において前記可動板の運動端に対向する位置に配置することを特徴とする構成（２）記載の光偏向器。

構成（４）の光偏向器では、構成（２）の光偏向器と同様の作用効果を得る。

この発明に対応する実施形態は、第３，７の実施形態である。

（５） 前記支持体、前記弾性部材、前記可動板及び前記駆動コイルがモノリシックに一体形成されていることを特徴とする構成（１）から（４）のいずれか１つに記載の光偏向器。

構成（５）の光偏向器では、さらに、従来よりも小型でかつ製造工数が大幅に低減可能な光偏向器となる。

この発明に対応する実施形態は第１，２，３，４，５，６，７，８の実施形態である。

（６） 前記磁石は、前記可動板の駆動モーメントが最大となる位置に設けられていることを特徴とする構成（１）から（５）のいずれか１つに記載の光偏向器。

構成（６）の光偏向器では、さらに、従来よりも少ない消費電力で大きな偏向角のとれる光偏向器となる。

この発明に対応する実施形態は、第１，２，３，４，５，６，７，８の実施形態である。

（７） 前記可動板上に設けた磁性部材は、前記可動板に対してモノリシックに形成されていることを特徴とする構成（２）記載の光偏向器。

構成（７）の光偏向器では、さらに、従来よりも小型でかつ製造工数が大幅に低減可能な光偏向器となる。

この発明に対応する実施形態は、第３，４，７，８の実施形態である。

（８） 前記可動板が揺動運動を行うことで前記弾性部材がねじり振動を行うように、前記可動板に対する前記弾性部材の支持方向と前記閉磁気回路による磁界の印加方向とを交差するように構成したことを特徴とする構成（１）から（７）のいずれか１つに記載の光偏向器。

構成（８）の光偏向器では、さらに、ねじり振動を行う光偏向器となる。

この発明に対応する実施形態は、第１，３，５，７の実施形態である。

（９） 前記可動板が偏向運動を行うことで前記弾性部材が曲げ振動を行うように、前記可動板に対する前記弾性部材の支持方向と前記閉磁気回路による磁界の印加方向とがほぼ同一になるように構成したことを特徴とする構成（１）から（７）のいずれか１つに記載の光偏向器。

構成（９）の光偏向器では、さらに、曲げ振動を行う光偏向器となる。

この発明に対応する実施形態は第２，４，６，８の実施形態である。

（１０） 固定用部材と、互いに分離するように設けられ、前記固定用部材に固定するための支持体と、光を反射するための鏡面を有する可動板と、前記可動板と前記支持体との間を連結する弾性部材と、前記弾性部材を弾性変形させて前記可動板を前記支持体に対して相対的に変位させる駆動手段と、を具備し、少なくとも前記可動板と前記支持体と前記弾性部材とがモノリシックに一体成形されていることを特徴とする光偏向器。

構成（１０）の光偏向器では、少なくとも支持体と、可動板と、弾性部材とをモノリシックに一体形成するとともに、弾性部材を少なくとも二個以上形成して各弾性部材に接続された支持体を互いに分離させたので、アクチュエータ部分をより近接化できるようになり、より駆動力を増強でき、小型で高効率で低消費電力かつ特性の安定した光偏向器を提供することができる。

この発明に対応する実施形態は、第１，３，５，７，９，１０の実施形態である。

（１１） 二個以上の前記弾性部材が、二個以上の前記支持体に固定され、前記アクチュエータの一部が前記固定用部材とは異なる支持部材に固定され、前記支持体と前記支持部材とは、前記固定用部材を介して相互に固定されていることを特徴とする構成（１０）に記載の光偏向器。

構成（１１）の光偏向器では、二個以上の前記弾性部材が、二個以上の前記支持体に固定され、前記アクチュエータの一部が前記固定用部材とは異なる支持部材に固定され、前記支持体と前記支持部材とを、前記固定用部材を介して相互に固定したことにより、各ユニットを組み合わせて組み立てられるため、チップのハンドリングに優れ、形状が安定した状態で組み立て可能である。

この発明に対応する実施形態は、第１，３，５，７，９，１０の実施形態である。

（１２） 前記弾性部材が、両持ち梁状に形成されていることを特徴とする構成（１０）または（１１）に記載の光走査装置。

構成（１２）の光偏向器では、前記弾性部材を、両持ち梁状に形成することにより、片持ち梁に比べてミラー角度や位置の不安定さが小さくなるので、安定した駆動力で大きな変位を得ることができ、高効率かつ低消費電力の光偏向器を提供することができる。

この発明に対応する実施形態は、第１，３，５，７，９，１０の実施形態である。

（１３） 前記固定用部材に前記アクチュエータの一部が固定され、前記アクチュエータの一部が可動板に隣接した位置で、前記可動板を延長した面の一部を含むように配置したことを特徴とする構成（１０）〜（１２）のいずれか１つに記載の光偏向器。

構成（１３）の光偏向器では、前記固定用部材に前記アクチュエータの一部が固定され、前記アクチュエータの一部が可動板に隣接した位置で、前記可動板を延長した面の一部を含むように配置したことにより、より大きな駆動空間が確保できかつ大きな変位を得ることができる光偏向器を提供することができる。

この発明に対応する実施形態は、第１，３，５，７，９，１０の実施形態である。

（１４） 前記固定用部材に固定された前記アクチュエータが永久磁石であり、前記可動板に固定されたアクチュエータがコイルであることを特徴とする構成（１０）〜（１３）のいずれか１つに記載の光偏向器。

構成（１４）の光偏向器では、前記固定用部材に固定された前記アクチュエータを永久磁石とし、前記可動板に固定されたアクチュエータをコイルとすることにより、電磁型の駆動方式で光束径を大きく取ることができ、コイルを可動部とすることで、可動部を軽量化して高速走査かつ大きな変位を安定して得ることができ、高効率で、低消費電力の光偏向器を提供できる。

この発明に対応する実施形態は、第１，３，５，７，９，１０の実施形態である。

（１５） 固定用部材と、互いに分離するように設けられ、前記固定用部材に固定するための支持体と、光を反射するための鏡面を有する可動板と、前記可動板と前記支持体との間を連結する弾性部材と、前記弾性部材を弾性変形させて前記可動板を前記支持体に対して相対的に変位させる駆動手段と、前記固定用部材に前記支持体を固定した後、除去可能なように前記支持体間を連結する連結部とを具備する光偏向器を、少なくとも前記可動板と前記支持体と前記弾性部材と前記連結部とをモノリシックに一体成形し、前記ユニットを前記固定用部材に固定した後、前記連結部を除去し、当該連結部を除去した前記固定用部材に対して前記駆動手段の一部を固定配置して製造することを特徴とする光偏向器の製造方法。

構成（１５）の光偏向器では、前記可動板には少なくとも２個以上の弾性部材を接続し、かつ各弾性部材に接続された前記支持体を互いに分離しつつ、少なくとも前記支持体と、前記可動板と、前記弾性部材とを半導体製造プロセスを用いて一体のユニットに形成したので、脆弱な前記可動板や前記弾性部材に負荷を与えることなく組立作業ができ、容易に前記ユニットを前記固定用部材に固定することができる。

この発明に対応する実施形態は、第１，３，５，７，９，１０の実施形態である。

１００…光偏向ミラー部、
１０１…可動板、
１０２…弾性部材、
１０３…支持体、
１０４…駆動コイル、
１０５…電極パッド、
１０６…鏡面、
１０７…駆動コイル面、
１０８…永久磁石、
１０９、１１０…磁気ヨーク、
１１１…ベースフレーム。

Claims (8)

1. 支持体と、
   光を反射するための鏡面が形成された可動板と、
   この可動板と前記支持体との間を連結し、前記可動板を偏向可能に保持する弾性部材と、
   前記可動板が偏向運動する際の運動端近傍を通るよう前記可動板上にリング状に形成された駆動コイルと、
   前記駆動コイルに対して前記可動板平面と略平行な方向に磁界を印加するための閉磁気回路を生成する磁石及び磁気ヨークとを有し、
   前記閉磁気回路の磁気ギャップに位置する前記駆動コイルに交流電流を印加することで駆動力を発生させ、前記弾性部材の弾性変形により可動板の偏向運動を行う光偏向器において、
   前記閉磁気回路を生成する前記磁石又は前記磁気ヨークを、前記駆動コイルの外側において前記可動板の運動端に対向する位置及び前記駆動コイルの内側において前記可動板に近接する位置に配置して前記磁気ギャップを形成したことを特徴とする光偏向器。
2. 支持体と、
   光を反射するための鏡面が形成された可動板と、
   この可動板と前記支持体との間を連結し、前記可動板を偏向可能に保持する弾性部材と、
   前記可動板が偏向運動する際の運動端近傍を通るよう前記可動板上にリング状に形成された駆動コイルと、
   前記駆動コイルに対して前記可動板平面と略平行な方向に磁界を印加するための閉磁気回路を生成する磁石及び磁気ヨークとを有し、
   前記閉磁気回路の磁気ギャップに位置する前記駆動コイルに交流電流を印加することで駆動力を発生させ、前記弾性部材の弾性変形により可動板の偏向運動を行う光偏向器において、
   前記可動板上に前記閉磁気回路を生成する磁性部材をさらに設け、
   前記閉磁気回路を生成する前記磁石又は前記磁気ヨークを、前記磁性部材に対向する位置に配置して前記磁気ギャップを形成したことを特徴とする光偏向器。
3. 前記閉磁気回路を生成する前記磁石又は前記磁気ヨークを、前記駆動コイルの外側において前記可動板の運動端に対向する位置及び前記駆動コイルの内側において前記可動板に近接する位置に配置することを特徴とする請求項２記載の光偏向器。
4. 前記閉磁気回路を生成する前記磁石又は前記磁気ヨークを、前記駆動コイルの外側において前記可動板の運動端に対向する位置に配置することを特徴とする請求項２記載の光偏向器。
5. 前記支持体、前記弾性部材、前記可動板及び前記駆動コイルがモノリシックに一体形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の光偏向器。
6. 前記磁石は、前記可動板の駆動モーメントが最大となる位置に設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の光偏向器。
7. 固定用部材と、
   互いに分離するように設けられ、前記固定用部材に固定するための支持体と、
   光を反射するための鏡面を有する可動板と、
   前記可動板と前記支持体との間を連結する弾性部材と、
   前記弾性部材を弾性変形させて前記可動板を前記支持体に対して相対的に変位させる駆動手段と、を具備し、
   少なくとも前記可動板と前記支持体と前記弾性部材とがモノリシックに一体成形されていることを特徴とする光偏向器。
8. 固定用部材と、
   互いに分離するように設けられ、前記固定用部材に固定するための支持体と、
   光を反射するための鏡面を有する可動板と、
   前記可動板と前記支持体との間を連結する弾性部材と、
   前記弾性部材を弾性変形させて前記可動板を前記支持体に対して相対的に変位させる駆動手段と、
   前記固定用部材に前記支持体を固定した後、除去可能なように前記支持体間を連結する連結部と、を具備する光偏向器を、
   少なくとも前記可動板と前記支持体と前記弾性部材と前記連結部とをモノリシックに一体成形し、
   前記ユニットを前記固定用部材に固定した後、前記連結部を除去し、
   当該連結部を除去した前記固定用部材に対して前記駆動手段の一部を固定配置して製造することを特徴とする光偏向器の製造方法。

Images