JP2016085391A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラーの振角を検出するセンサの出力信号の変動を低減可能な光走査装置を提供する。
【解決手段】本光走査装置は、ミラーを揺動させて入射光を走査する光走査装置であって、前記ミラーの振角を検出するセンサ、及び前記センサと接続された配線を備えた光走査部と、前記センサ及び前記配線を前記入射光の迷光及び外乱光から遮光する遮光部と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、光走査装置に関する。

従来、ミラーを備えた光走査部を有し、ミラーを回転軸回りに回転させてレーザ光等の入射光を反射させる光走査装置が知られている。この光走査装置には、ミラーが駆動され遥動している状態でミラーの振角を検出するセンサが設けられており、このセンサの出力信号に基づいてミラーの傾きが検出されミラーが駆動制御される（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２０１０−２６１９２号公報 特開２０１１−１８６１２４号公報

しかしながら、上記の光走査装置において、ミラーの振角を検出するセンサやそれに接続されるセンサ配線を光走査部に配置する場合がある。この場合、センサやセンサ配線に光（レーザ光の迷光や外乱光）が照射されると、センサの出力信号が変動し、その結果、ミラーの駆動制御を適切に行うことができないという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ミラーの振角を検出するセンサの出力信号の変動を低減可能な光走査装置を提供することを課題とする。

本光走査装置（２００、２００Ａ）は、ミラー（１１０）を揺動させて入射光を走査する光走査装置（２００、２００Ａ）であって、前記ミラー（１１０）の振角を検出するセンサ（１９１）、及び前記センサ（１９１）と接続された配線（１９９）を備えた光走査部（１００）と、前記センサ（１９１）及び前記配線（１９９）を前記入射光の迷光及び外乱光から遮光する遮光部（４００、４１０）と、を有することを要件とする。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

開示の技術によれば、ミラーの振角を検出するセンサの出力信号の変動を低減可能な光走査装置を提供できる。

第１の実施の形態に係る光走査装置の光走査部を例示する表面側の斜視図である。 第１の実施の形態に係る光走査装置の光走査部を例示する裏面側の斜視図である。 図２のリブ１７５近傍を例示する部分拡大平面図である。 第１の実施の形態に係る光走査装置を例示する斜視図（パッケージカバー不図示）である。 第１の実施の形態に係る光走査装置を例示する斜視図（パッケージカバー図示）である。 第１の実施の形態に係る光走査装置を例示する斜視断面図である。 第１の実施の形態に係る光走査装置の開口部近傍を拡大して例示する斜視図である。 比較例に係る光走査装置の開口部近傍を拡大して例示する斜視図である。 レーザ入射光Ｌｉの強度分布を例示する図である。 実験において直接レーザ光を照射した位置を説明する斜視図である。 圧電センサの出力信号の変動の実験結果を例示する図（その１）である。 圧電センサの出力信号の変動の実験結果を例示する図（その２）である。 圧電センサ上に熱バッファ層及び反射膜を設けた例を示す断面図である。 圧電センサの出力信号の変動が低減された実験結果を例示する図である。 第１の実施の形態の変形例に係る光走査装置を例示する斜視図である。 第１の実施の形態の変形例に係る光走査装置を例示する斜視断面図である。 第１の実施の形態の変形例に係る光走査装置の開口部近傍を拡大して例示する斜視図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る光走査装置の光走査部を例示する表面側の斜視図である。図１に示す光走査部１００は、ミラーを揺動させてレーザ等の光源から照射される入射光を走査する部分であり、例えば圧電素子によりミラーを駆動させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー等である。

具体的には、光走査部１００は、ミラー１１０と、ミラー支持部１２０と、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂと、可動枠１６０と、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂと、固定枠１８０とを有する。又、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、それぞれ駆動源１５１Ａ、１５１Ｂを有する。又、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、それぞれ駆動源１７１Ａ、１７１Ｂを有する。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、ミラー１１０を上下又は左右に揺動してレーザ光を走査するアクチュエータとして機能する。

ミラー支持部１２０には、ミラー１１０の円周に沿うようにスリット１２２が形成されている。スリット１２２により、ミラー支持部１２０を軽量化しつつ捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂによる捻れをミラー１１０へ伝達することができる。

光走査部１００において、ミラー支持部１２０の表面にミラー１１０が支持され、ミラー支持部１２０は、両側にある捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの端部に連結されている。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは、揺動軸を構成し、軸方向に延在してミラー支持部１２０を軸方向両側から支持している。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂが捻れることにより、ミラー支持部１２０に支持されたミラー１１０が揺動し、ミラー１１０に照射された光の反射光を走査させる動作を行う。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは、それぞれが連結梁１４０Ａ、１４０Ｂに連結支持され、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂに連結されている。

第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂ、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂ、ミラー支持部１２０及びミラー１１０は、可動枠１６０に取り囲まれている。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、可動枠１６０にそれぞれの一方の側が支持されている。第１の駆動梁１５０Ａの他方の側は内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。第１の駆動梁１５０Ｂの他方の側も同様に、内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。

第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと直交する方向に、ミラー１１０及びミラー支持部１２０を挟むように、対をなして設けられている。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの表面には、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂがそれぞれ形成されている。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの表面上の圧電素子の薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電素子の下面に形成された下部電極とにより構成される。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、上部電極と下部電極に印加する駆動電圧の極性に応じて伸長したり縮小したりする。

このため、第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂとで異なる位相の駆動電圧を交互に印加すれば、ミラー１１０の左側と右側で第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂとが上下反対側に交互に振動する。これにより、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂを揺動軸又は回転軸として、ミラー１１０を軸周りに揺動させることができる。ミラー１１０が捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの軸周りに揺動する方向を、以後、水平方向と呼ぶ。例えば第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂによる水平駆動には、共振振動が用いられ、高速にミラー１１０を揺動駆動することができる。

又、可動枠１６０の外部には、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの一端が連結されている。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、可動枠１６０を左右両側から挟むように、対をなして設けられている。第２の駆動梁１７０Ａは、第１の駆動梁１５０Ａと平行に延在する梁が、隣接する梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。そして、第２の駆動梁１７０Ａの他端は、固定枠１８０の内側に連結されている。第２の駆動梁１７０Ｂも同様に、第１の駆動梁１５０Ｂと平行に延在する梁が、隣接する梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。そして第２の駆動梁１７０Ｂの他端は、固定枠１８０の内側に連結されている。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの表面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位毎に駆動源１７１Ａ、１７１Ｂが形成されている。駆動源１７１Ａは、第２の駆動梁１７０Ａの表面上の圧電素子の薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電素子の下面に形成された下部電極とにより構成される。駆動源１７１Ｂは、第２の駆動梁１７０Ｂの表面上の圧電素子の薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電素子の下面に形成された下部電極とにより構成される。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、矩形単位毎に隣接している駆動源１７１Ａ、１７１Ｂ同士で、異なる極性の駆動電圧を印加することにより、隣接する矩形梁を上下反対方向に反らせ、各矩形梁の上下動の蓄積を可動枠１６０に伝達する。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、この動作により、平行方向と直交する方向である垂直方向にミラー１１０を揺動させる。例えば第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂによる垂直駆動には、非共振振動を用いることができる。

例えば、駆動源１７１Ａを、可動枠１６０側から右側に向かって並ぶ駆動源１７１ＡＲ、１７１ＢＲ、１７１ＣＲ及び１７１ＤＲを含むものとする。又、駆動源１７１Ｂを、可動枠１６０側から左側に向かって並ぶ駆動源１７１ＡＬ、１７１ＢＬ、１７１ＣＬ及び１７１ＤＬを含むものとする。この場合、駆動源１７１ＡＲ、１７１ＡＬ、１７１ＣＲ及び１７１ＣＬを同波形、駆動源１７１ＢＲ、１７１ＢＬ、１７１ＤＲ及び１７１ＤＬを前者と位相の異なる同波形で駆動することで垂直方向へ遥動することができる。

駆動源１５１Ａの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群ＴＡに含まれる所定の端子と接続されている。又、駆動源１５１Ｂの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群ＴＢに含まれる所定の端子と接続されている。又、駆動源１７１Ａの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群ＴＡに含まれる所定の端子と接続されている。又、駆動源１７１Ｂの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群ＴＢに含まれる所定の端子と接続されている。

又、光走査部１００は、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂに駆動電圧が印加されてミラー１１０が水平方向に遥動している状態におけるミラー１１０の水平方向の傾き具合（水平方向の振角）を検出する水平振角センサとして圧電センサ１９１、１９２を有する。圧電センサ１９１は連結梁１４０Ｂに設けられ、圧電センサ１９２は連結梁１４０Ａに設けられている。なお、本実施の形態では、圧電センサ１９２は、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂの重量のバランスをとるためのダミーセンサである。

又、光走査部１００は、駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに駆動電圧が印加されてミラー１１０が垂直方向に遥動している状態におけるミラー１１０の垂直方向の傾き具合（垂直方向の振角）を検出する垂直振角センサとして圧電センサ１９５、１９６を有する。圧電センサ１９５は第２の駆動梁１７０Ａの有する矩形梁の一つに設けられており、圧電センサ１９６は第２の駆動梁１７０Ｂの有する矩形梁の一つに設けられている。

圧電センサ１９１は、ミラー１１０の水平方向の傾き具合に伴い、捻れ梁１３０Ｂから伝達される連結梁１４０Ｂの変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１９５は、ミラー１１０の垂直方向の傾き具合に伴い、第２の駆動梁１７０Ａのうち圧電センサ１９５が設けられた矩形梁の変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１９６は、ミラー１１０の垂直方向の傾き具合に伴い、第２の駆動梁１７０Ｂのうち圧電センサ１９６が設けられた矩形梁の変位に対応する電流値を出力する。

本実施の形態では、圧電センサ１９１の出力を用いてミラー１１０の水平方向の傾き具合を検出する。又、本実施の形態では、圧電センサ１９５、１９６の出力を用いてミラー１１０の垂直方向の傾き具合を検出する。なお、本実施の形態では、各圧電センサから出力される電流値からミラー１１０の傾き具合の検出を行う傾き検出部が光走査部１００の外部に設けられていても良い。又、本実施の形態では、傾き検出部の検出結果に基づき駆動源１５１Ａ、１５１Ｂ、駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに供給する駆動電圧を制御する駆動制御部が光走査部１００の外部に設けられていても良い。

圧電センサ１９１、１９５、及び１９６は、圧電素子の薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電素子の下面に形成された下部電極とにより構成される。本実施の形態では、各圧電センサの出力は、上部電極と下部電極とに接続されたセンサ配線の電流値となる。

圧電センサ１９１の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線１９９は、固定枠１８０に設けられた端子群ＴＢに含まれる所定の端子と接続されている。又、圧電センサ１９５の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群ＴＡに含まれる所定の端子と接続されている。又、圧電センサ１９６の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群ＴＢに含まれる所定の端子と接続されている。ダミーセンサである圧電センサ１９２にはセンサ配線を接続しなくてよい。

図２は、第１の実施の形態に係る光走査装置の光走査部を例示する裏面側の斜視図である。図２において、ミラー支持部１２０の裏面には、リブ１２５が設けられている。リブ１２５を設けることで、駆動中にミラー１１０に歪みが発生することを抑制し、ミラー１１０を平坦に保つことができる。リブ１２５は、ミラー１１０の形状とほぼ外形が一致するように形成される。これにより、ミラー１１０を全体に亘って平坦にすることができる。又、ミラー支持部１２０に形成されたスリット１２２により、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂから伝達される応力をミラー支持部１２０内で分散させ、リブ１２５にまで応力が伝達することを防ぐことができる。

可動枠１６０には、肉抜き部１６５が設けられている。肉抜き部１６５は、可動枠１６０を軽量化するために形成された窪みである。可動枠１６０は、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂを支持する役割を有するため、厚肉部で構成されるが、自らも垂直方向に揺動する駆動対象であるため、重量が大きいと、同じ電圧を印加しても変位が小さくなり、感度が低下してしまう。よって、可動枠１６０に肉抜き部１６５を設け、軽量化することにより、感度を向上させることができる。

又、可動枠１６０が例えば６０Ｈｚで駆動される場合、６０Ｈｚの倍数（１２０Ｈｚ、１８０Ｈｚ、２４０Ｈｚ・・・）に不要な共振周波数が存在すると、ノイズが大きくなる。つまり、振動特性として、駆動周波数の倍数付近に不要な共振周波数が存在しないことが好ましい。軽量化により、不要な共振周波数を高周波数化することができ、駆動周波数の倍数付近から不要な共振周波数を遠ざけることができる。又、不要な共振周波数が駆動周波数の倍数であった場合でも、６０Ｈｚから離れた周波数、つまり高周波数側である方が影響は少ない。つまり、可動枠１６０の軽量化により、不要な共振周波数を高周波数化することができ、ノイズを減少させることができる。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの裏面において、隣接する駆動梁同士を連結する部分には、リブ１７５、１７６が設けられている。リブ１７５、１７６を設けることで、隣接する駆動梁同士を連結する部分を補強し、剛性を高めて変形を防止している。以下、図３を用いて、リブ１７５、１７６について更に説明をする。

図３は、図２のリブ１７５近傍を例示する部分拡大平面図である。光走査部１００は、例えば、支持層、ＢＯＸ（Buried Oxide: 埋め込み）層及び活性層を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いて形成することができる。その場合、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂにおいて、曲げの起点となる一点鎖線Ａで示す部分が、応力集中部分となる。この応力集中部分の外形端面Ｂに支持層、ＢＯＸ層及び活性層が存在すると破壊されやすく、特にＳｉＯ_２からなるＢＯＸ層が破壊されやすい。

すなわち、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの破壊の主な原因は、応力集中部分となる一点鎖線Ａで示す曲げの起点上でのＢＯＸ層の破壊である。そこで、応力集中部分にリブ１７５、１７６を設けているが、リブ１７５、１７６の破線Ｃで囲まれた部分が外形端面よりも内側に位置するようにし、更に角を丸めることで応力を分散している。なお、リブの効果は、幅と高さにより決まるが、体積が大きいと１次共振周波数の低下を招くため、より少ない体積で高い変形防止効果を得る必要がある。リブ１７５、１７６では、隣接する駆動梁の隙間部分の端部近傍に半円環状部分を設けることで、より少ない体積で高い変形防止効果を得ている。

図４は、第１の実施の形態に係る光走査装置を例示する斜視図（パッケージカバー不図示）である。図５は、第１の実施の形態に係る光走査装置を例示する斜視図（パッケージカバー図示）である。図６は、第１の実施の形態に係る光走査装置を例示する斜視断面図である。図４〜図６に示すように、光走査装置２００は、光走査部１００と、光走査部１００を搭載するセラミックパッケージ３００と、セラミックパッケージ３００上に配されて光走査部１００を覆うパッケージカバー４００とを有する。光走査装置２００は、セラミックパッケージ３００の下側に、基板５００や制御回路６００を備えてもよい。

光走査装置２００において、パッケージカバー４００の略中央部にはミラー１１０の近傍を露出する開口部４００ｘが設けられている。開口部４００ｘは、ミラー１１０へのレーザ入射光Ｌｉ、及びミラー１１０からのレーザ出射光Ｌｏ（走査光）を遮らない形状とされている。なお、開口部４００ｘにおいて、レーザ入射光Ｌｉが通る側は、レーザ出射光Ｌｏが通る側よりも小さく開口されている。すなわち、レーザ入射光Ｌｉ側が略半円形状に狭く開口しているのに対し、レーザ出射光Ｌｏ側は略矩形状に広く開口している。これは、レーザ入射光Ｌｉは一定の方向から入射するのでその方向のみを開口すればよいのに対し、レーザ出射光Ｌｏは２次元に走査されるため、２次元に走査されるレーザ出射光Ｌｏを遮らないように、走査される全範囲を開口する必要があるためである。

図７に示すように、開口部４００ｘはミラー１１０の近傍に配置された圧電センサ１９１と、圧電センサ１９１の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線１９９を露出していない。つまり、パッケージカバー４００が圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９を覆い、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９への光照射を防止している。なお、図７は、第１の実施の形態に係る光走査装置の開口部近傍を拡大して例示する斜視図であり、図７では便宜上開口部４００ｘを破線で示している。破線で囲まれた部分が開口部４００ｘ内に露出する部分となる。

ここで、比較例を参照しながら、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９をパッケージカバー４００で覆うことの技術的意義について説明する。図８は、比較例に係る光走査装置の開口部近傍を拡大して例示する斜視図である。図８では、略矩形状の開口部４００ｚがミラー１１０を露出すると共に、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９を露出するように設けられている。つまり、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９は、パッケージカバーで覆われていない。そのため、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９にも光が照射される。

ところで、レーザ入射光Ｌｉの強度分布は図９のようになっている。図９において、Ｉｃはレーザ入射光Ｌｉの強度中心であり、Ｗｈはレーザ入射光Ｌｉの強度が強度中心Ｉｃの半分になるところの幅（半値）である。半値Ｗｈの部分が主にミラー１１０に照射されるが、その際に半値外光Ｌｓ（迷光）が圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９を含むミラー１１０の近傍に照射される。又、レーザ入射光Ｌｉの半値外光Ｌｓ以外に蛍光灯の光や太陽光等の外乱光が照射される場合もある。

発明者らは、圧電センサ１９１やセンサ配線１９９にレーザ入射光Ｌｉの半値外光Ｌｓや外乱光が照射されると、圧電センサ１９１の出力信号が変動することを以下の実験結果から発見した。なお、ミラー１１０の水平方向の駆動制御は圧電センサ１９１の出力信号を基準として行う。そのため、圧電センサ１９１の出力信号が変動すると、ミラー１１０の水平方向の振角を正確に検出することができず、ミラー１１０の水平方向の駆動制御を適切に行うことができない。

発明者らの行った実験について説明する。まず、パッケージカバー４００を取り外した状態で、光走査部１００の図１０・Ｄ部に直接レーザ光を照射し、その時の圧電センサ１９１の出力信号の変動を確認した。その結果、図１１（ａ）に示すように、レーザ光をｏｆｆからｏｎに切り替えた瞬間に圧電センサ１９１の出力信号が一度急激に変動し、それから徐々に変動することがわかった。これは、第１の駆動梁１５０Ｂ及び駆動源１５１Ｂがレーザ光により加熱され、光走査部１００を構成するシリコンの物性値が変動して共振周波数がシフトすることで、圧電センサ１９１の出力が徐々に変動したと考えられる。

次に、パッケージカバー４００を取り外した状態で、光走査部１００の図１０・Ｅ部に直接レーザ光を照射し、その時の圧電センサ１９１の出力信号の変動を確認した。その結果、図１１（ｂ）に示すように、レーザ光をｏｆｆからｏｎに切り替えた瞬間に圧電センサ１９１の出力信号が一度急激に変動し、以降そのままの状態を保つことがわかった。又、図１１（ｃ）に示すように、図１０・Ｅ部において、１００ＫＨｚという高周波でレーザ光をｏｎ／ｏｆｆした場合にも、それに追従して圧電センサ１９１の出力信号が変動することがわかった。

図１０・Ｅ部は圧電センサ１９１から距離が十分に離れているので、図１０・Ｅ部に直接レーザ光を照射した際の図１０・Ｅ部近傍の発熱が圧電センサ１９１に与える影響は無視できると考えられる。又、１００ＫＨｚでのｏｎ／ｏｆｆに追従することからも熱の影響とは考えにくい。この場合、静電容量変動が確認されているため、レーザ光の照射により光走査部１００を構成するシリコンへのリーク電流が発生し、圧電センサ１９１の出力信号が変動したと考えられる。つまり、圧電センサ１９１の出力信号の急激な変動は、光走査部１００を構成するシリコン上に形成された配線の寄生成分が光電効果によってリーク電流を発生させることにより生じると考えられる。

このように、圧電センサ１９１の出力信号が急激に変動するモードと、徐々に変動するモードの２種類があり、それぞれの場合で原因が異なる。図１０・Ｄ部に直接レーザ光を照射した場合には、圧電センサ１９１の出力信号が急激に変動するモードと、徐々に変動するモードが同時に発生する。又、図１０・Ｅ部に直接レーザ光を照射した場合には、圧電センサ１９１の出力信号が急激に変動するモードのみが発生する。

なお、温度上昇により共振周波数がシフトすることで、圧電センサ１９１の出力信号が徐々に変動することは、以下のようにして確認できる。図１２（ａ）は駆動周波数によるミラー１１０の水平方向の振角の変化を示している。例えば、常温で光照射がない場合（光ｏｆｆ）には駆動周波数＝ｆ０［Ｈｚ］で水平方向の振角が最大となる（ｆ０［Ｈｚ］が共振周波数）。又、光照射がある場合には温度上昇により周波数特性がシフトし、駆動周波数＝ｆ０−１５［Ｈｚ］で水平方向の振角が最大となる（ｆ０−１５［Ｈｚ］が共振周波数）。この場合、駆動周波数＝ｆ０＋１５［Ｈｚ］で比較すると、光ｏｆｆの場合よりも水平方向の振角が小さくなる。

ここで、図８に示す開口部４００ｚを備えたパッケージカバー４００で覆われた光走査部１００（比較例）において、ミラー１１０にレーザ光を照射した場合の圧電センサ１９１の出力信号の変動を確認した実験結果を示す。

図１２（ｂ）は、常温において光ｏｆｆで駆動周波数＝ｆ０−１５［Ｈｚ］で駆動を開始し、その後光照射を行った場合の圧電センサ１９１の出力信号の変動を示している。光照射により温度が上昇して共振周波数がｆ０［Ｈｚ］からｆ０−１５［Ｈｚ］にシフトすると、図１２（ａ）に示すように駆動周波数＝ｆ０−１５［Ｈｚ］における振角は増加する。従って、図１２（ｂ）では、圧電センサ１９１の出力信号の振幅が徐々に増加している。なお、図１２（ｂ）の左上側が圧電センサ１９１の出力信号、左下側が水平駆動信号、夫々の右側は左側の時間軸を大きくしたものである（図１２（ｃ）及び図１２（ｄ）についても同様）。

図１２（ｃ）は、常温において光ｏｆｆで駆動周波数＝ｆ０［Ｈｚ］で駆動を開始し、その後光照射を行った場合の圧電センサ１９１の出力信号の変動を示している。
光照射により温度が上昇して共振周波数がｆ０［Ｈｚ］からｆ０−１５［Ｈｚ］にシフトしても、図１２（ａ）に示すように駆動周波数＝ｆ０［Ｈｚ］における振角は大きく変わらない。従って、図１２（ｃ）では、圧電センサ１９１の出力信号の振幅の変動は小さい。

図１２（ｄ）は、常温において光ｏｆｆで駆動周波数＝ｆ０＋１５［Ｈｚ］で駆動を開始し、その後光照射を行った場合の圧電センサ１９１の出力信号の変動を示している。光照射により温度が上昇して共振周波数がｆ０［Ｈｚ］からｆ０−１５［Ｈｚ］にシフトすると、図１２（ａ）に示すように駆動周波数＝ｆ０＋１５［Ｈｚ］における振角は減少する。従って、図１２（ｄ）では、圧電センサ１９１の出力信号の振幅が徐々に減少している。

このように、温度上昇によりミラー１１０の共振周波数がシフトすることで、圧電センサ１９１の出力信号が徐々に変動する。図１１（ａ）で示した波形は、図１２（ｂ）〜図１２（ｄ）で示した波形と同様である。このことから、光走査部１００の図１０・Ｄ部に直接レーザ光を照射した時に生じた圧電センサ１９１の出力信号の変動は、温度上昇によりミラー１１０の共振周波数がシフトしたことに起因するといえる。

このように、圧電センサ１９１やセンサ配線１９９にレーザ入射光Ｌｉの半値外光Ｌｓや外乱光が照射されると、圧電センサ１９１の出力信号が変動することが確認された。特に、圧電センサ１９１の出力信号が急激に変動するモードは、１００ＫＨｚの光のｏｎ／ｏｆｆでも発生する高速変動であるため、電気的に変動を補正することは困難であり、構造的な対策が必須である。

そこで、本実施の形態では、光走査部１００の圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９をパッケージカバー４００で覆うようにしている。つまり、開口部４００ｘを除くパッケージカバー４００が遮光部となり、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９をレーザ入射光Ｌｉの半値外光や外乱光から遮光している。これにより、上記実験により示した圧電センサ１９１の出力信号が急激に変動するモードの発生、及び徐々に変動するモードの発生を防止できる。

なお、光走査部１００の圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９をパッケージカバー４００で覆うことは、圧電センサ１９１の出力信号の変動の防止に十分な効果を奏する。しかし、レーザ入射光Ｌｉの半値外光Ｌｓや外乱光が浅い角度で光走査部１００とパッケージカバー４００との隙間から入り込むことも考えられる。このような隙間から入り込む光によって圧電センサ１９１の出力信号の変動が生じるおそれを排除するために、熱バッファ層及び反射膜を設けることが好ましい。

図１３は、圧電センサ上に熱バッファ層及び反射膜を設けた例を示す断面図である。図１３に示すように、光走査部１００ではシリコン２１０上に絶縁膜２２０を介して圧電センサ１９１が形成されている。圧電センサ１９１は、上部電極１９１Ａ、圧電素子１９１Ｂ及び下部電極１９１Ｃを有する。

熱バッファ層２５０は、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９（図１３では不図示）を覆うように設けることができる。熱バッファ層２５０を、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９を含む光走査部１００の表面側の全面を覆うように設けてもよい。熱バッファ層２５０は、外部からの熱を吸収及び分散する層であり、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９に熱が伝導し難くする機能を有する。熱バッファ層２５０は、熱伝導率が低く、単位体積当たりの熱容量が大きな材料から構成することが好ましい。

熱バッファ層２５０の材料としては、例えば、アルミナ膜（Ａｌ_２Ｏ_Ｘ）や酸化チタン膜（ＴｉＯ_Ｘ）等の酸化膜、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）等の非晶質膜を用いることができる。熱バッファ層２５０の材料として、例えば、エポキシ樹脂、フォトレジスト等を用いてもよい。熱バッファ層２５０の厚さは、例えば、１０〜１０００ｎｍ程度とすることができる。熱バッファ層２５０は、例えば、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により形成することができる。

なお、熱バッファ層２５０は、外部からの熱を吸収及び分散する層ではなく、外部からの熱を断熱する層としてもよい。この場合には、熱バッファ層２５０の材料として、例えば、多孔質アルミナ膜（Ａｌ_２Ｏ_Ｘ）や多孔質ガラス膜（ＳｉＯ_Ｘ）、多孔質酸化チタン膜（ＴｉＯ_Ｘ）等の多孔質膜を用いることができる。

反射膜２６０は、熱バッファ層２５０を覆うように設けることができる。反射膜２６０は、レーザ入射光Ｌｉの半値外光Ｌｓや外乱光を反射し、照射された部分が発熱することを防止する機能を有する。反射膜２６０は、反射率が高い材料から構成することが好ましい。反射膜２６０の材料としては、例えば、銀、銀合金、アルミニウム、アルミニウム合金、金、金合金等を用いることができる。反射膜２６０の厚さは、例えば、１０〜１０００ｎｍ程度とすることができる。反射膜２６０は、例えば、スパッタ法により形成することができる。

なお、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９を覆うように熱バッファ層２５０のみを設けてもよいし、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９を覆うように反射膜２６０のみを設けてもよい。但し、反射膜２６０が導電性材料から構成される場合には、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９上に絶縁層を介して反射膜２６０を設ける必要がある。

図１４は、圧電センサの出力信号の変動が低減された実験結果を例示する図である。具体的には、図７に示す開口部４００ｘを備えたパッケージカバー４００で覆われた光走査部１００において、ミラー１１０にレーザ光を照射した場合の圧電センサ１９１の出力信号の変動を確認した実験結果を示している。なお、実験に用いた光走査部１００では、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９を覆う熱バッファ層２５０、及び熱バッファ層２５０を覆う反射膜２６０が設けられている。

図１４に示すように、ミラー１１０に照射するレーザ光をｏｆｆからｏｎにしても、圧電センサ１９１の出力信号が変動しない。つまり、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９を覆うパッケージカバー４００、熱バッファ層２５０及び反射膜２６０を設けることで、ミラー１１０に照射するレーザ光をｏｆｆからｏｎにしても、圧電センサ１９１の出力信号が変動しないことが確認された。なお、発明者らの検討により、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９を覆うパッケージカバー４００のみでも圧電センサ１９１の出力信号の変動は大幅に抑制できるため、熱バッファ層２５０及び反射膜２６０の何れか一方又は双方は、必要に応じて設ければよい。

このように、第１の実施の形態に係る光走査装置２００では、パッケージカバー４００が、水平方向の傾き具合を検出する圧電センサ１９１及びそれに接続されるセンサ配線１９９を覆い、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９への光照射を防止している。

これにより、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９に光が照射されることで生じるリーク電流及びミラー１１０の共振周波数のシフトを抑制可能となり、圧電センサ１９１の出力信号の変動を低減することができる。又、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９を覆うように熱バッファ層２５０や反射膜２６０を設けることで、圧電センサ１９１の出力信号の変動を更に低減することができる。その結果、ミラー１１０の水平方向の振角を正確に検出でき、ミラー１１０の水平方向の駆動制御を適切に行うことができる。

〈第１の実施の形態の変形例〉
第１の実施の形態の変形例では、パッケージカバーにカバーガラスを設けた光走査装置を示す。なお、第１の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図１５は、第１の実施の形態の変形例に係る光走査装置を例示する斜視図である。図１６は、第１の実施の形態の変形例に係る光走査装置を例示する斜視断面図である。図１５及び図１６に示すように、光走査装置２００Ａは、光走査部１００と、光走査部１００を搭載するセラミックパッケージ３００と、セラミックパッケージ３００上に配されて光走査部１００を覆うパッケージカバー４１０とを有する。光走査装置２００Ａは、セラミックパッケージ３００の下側に、基板５００や制御回路６００を備えてもよい。

光走査装置２００Ａにおいて、パッケージカバー４１０の略中央部にはミラー１１０の近傍を露出する開口部４１０ｘが設けられている。開口部４１０ｘは、ミラー１１０へのレーザ入射光Ｌｉ、及びミラー１１０からのレーザ出射光Ｌｏ（走査光）を遮らない形状とされている。又、開口部４１０ｘを覆うように、レーザ入射光Ｌｉ及びレーザ出射光Ｌｏを透過するカバーガラス４２０が設けられている。これにより、光走査装置２００Ａでは、光走査部１００がセラミックパッケージ３００と、カバーガラス４２０が設けられたパッケージカバー４１０とで封止された構造となる。なお、開口部４００ｘと同様の理由により、開口部４１０ｘにおいて、レーザ入射光Ｌｉが通る側は、レーザ出射光Ｌｏが通る側よりも小さく開口されている。

図１７に示すように、開口部４１０ｘはミラー１１０の近傍に配置された圧電センサ１９１と、圧電センサ１９１の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線１９９を露出していない。つまり、開口部４１０ｘを除くパッケージカバー４１０が遮光部となり、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９をレーザ入射光Ｌｉの半値外光や外乱光から遮光している。これにより、上記実験により示した圧電センサ１９１の出力信号が急激に変動するモードの発生、及び徐々に変動するモードの発生を防止できる。なお、図１７は、ミラー１１０の近傍を例示する斜視図であり、図１７では便宜上開口部４１０ｘを破線で示している。破線で囲まれた部分が開口部４１０ｘ内に露出する部分となる。

このように、光走査装置２００Ａを、パッケージカバー４１０にカバーガラス４２０を設けた封止構造としてもよい。この場合にも、パッケージカバー４１０が圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９を覆い、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９への光照射を防止しているため、第１の実施の形態と同様に、圧電センサ１９１の出力信号の変動を低減することができる。その結果、ミラー１１０の水平方向の振角を正確に検出でき、ミラー１１０の水平方向の駆動制御を適切に行うことができる。なお、必要に応じて熱バッファ層２５０や反射膜２６０を設けるとよい点も、第１の実施の形態と同様である。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記実施の形態では、パッケージカバーの開口部の形状を工夫することにより、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９への光照射を防止する遮光構造を実現した。しかし、パッケージカバーの開口部は圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９を露出するように大きく形成しておき、パッケージカバーとは別に、ミラー１１０の近傍に、圧電センサ１９１及びセンサ配線１９９への光照射を防止する遮光部材を設けてもよい。

１００ 光走査部
１１０ ミラー
１９１ 圧電センサ
１９９ センサ配線
２００、２００Ａ 光走査装置
２５０ 熱バッファ層
２６０ 反射膜
３００ セラミックパッケージ
４００、４１０ パッケージカバー
４００ｘ、４１０ｘ 開口部
４２０ カバーガラス

Claims (7)

1. ミラーを揺動させて入射光を走査する光走査装置であって、
   前記ミラーの振角を検出するセンサ、及び前記センサと接続された配線を備えた光走査部と、
   前記センサ及び前記配線を前記入射光の迷光及び外乱光から遮光する遮光部と、を有することを特徴とする光走査装置。
2. 前記光走査部を搭載するパッケージと、
   前記パッケージ上に配されて前記光走査部を覆うカバーと、を有し、
   前記カバーには、前記ミラーへの入射光、及び前記ミラーからの走査光を遮らない形状の開口部が設けられ、
   前記開口部を除く前記カバーが前記遮光部となることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記開口部において、前記入射光が通る側は、前記走査光が通る側よりも小さく開口されていることを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
4. 前記入射光はレーザ光であり、
   前記入射光の迷光は、前記レーザ光の半値外光であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の光走査装置。
5. 前記センサ及び前記配線上に熱バッファ層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の光走査装置。
6. 前記熱バッファ層上に反射膜が設けられていることを特徴とする請求項５記載の光走査装置。
7. 前記センサ及び前記配線上に絶縁層を介して反射膜が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の光走査装置。