JP5652336B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、光を二次元に走査する光走査装置に関する。

レーザプロジェクタやヘッドマウントディスプレイ等の投射型の表示装置、レーザプリンタ、バーコードリーダ等に、光を走査する光走査装置が用いられる。光走査装置としてポリゴンミラー、ガルバノミラー等を用いたものが知られているが、近年、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術により製造された超小型の光走査装置が注目されている。

投射型の表示装置は、水平方向及び垂直方向の走査（例えばラスタ走査）を行う必要がある。投射型の表示装置は、一般に周波数１０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度の水平方向の走査と、周波数３０Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度（水平方向の１／１０００〜１／１００程度）の垂直方向の走査とを組み合わせ、±１０°〜±３０°程度の走査角が必要とされる場合が多い。

水平方向の１軸方向のみ走査を行う光走査装置が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の光走査装置は、剛性が高いシリコン（Ｓｉ）ウェハから形成され、機械的強度に関する共振周波数で高速駆動されることにより、必要な走査角を達成するものである。上述のように、一般に垂直方向の走査周波数は、水平方向の走査周波数より低く、Ｓｉを軸部に用いた特許文献１の光走査装置を垂直方向の走査に用いるのは困難である。Ｓｉを軸部に用いて低速駆動を行うには、軸部を薄く、或いは長くする必要があり、光走査装置の生産性、信頼性が低下する虞がある。

一方、垂直方向及び水平方向の２軸方向の走査を行う光走査装置が、例えば特許文献２に開示されている。特許文献２の光走査装置は、ポリイミド等の樹脂からなる軸部を用いることにより、共振周波数における低速駆動を達成するものである。

特開２００３−５７５８６号公報 特開２００４−１９８６４８号公報

投射型の表示装置は、長時間の使用を考慮して設計される必要があり、光走査装置は、例えば連続１万時間以上の駆動耐久性を確保するように設計される。樹脂は、弾性変形領域においても変形にヒステリシスを持ち、破壊限界以下の応力であっても、長時間、周期的に応力がかかると、徐々に弾性が失われ、破壊される。特に高温下では、機械特性が変化し、疲労劣化も激しい。例えばポリイミドは、２５℃でヤング率３００ＭＰａであるが、８０℃ではヤング率が−１０〜−２０％程度低下してしまう。

よって、特許文献２のように樹脂を軸部に用いた光走査装置は、ヒステリシスが生じ、長時間の使用によりヤング率が下がり、共振周波数が下がっていき、安定した駆動を保てない虞がある。また、樹脂で形成された軸部に駆動信号を供給する配線を設けると、剛性の異なる材料が重なることにより、ヒステリシス、ウォブルを生じ、走査の精度が低下し、解像度の低下を招いてしまう他、疲労により断線を起こす可能性がある。

上記問題点を鑑み、本発明は、製造コストが小さく、信頼性が高い光走査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、２軸方向に揺動することにより光を走査する走査部（１１）と、前記走査部（１１）が第１の方向の揺動可能なように、前記走査部（１１）を支持する梁部（１２）と、前記梁部（１２）を支持する可動支持部（１５）と、前記走査部（１１）を前記第１の方向に揺動させるように駆動する駆動部（１４）と、前記可動支持部（１５）が前記第１の方向と直交する第２の方向の揺動可能なように、一端側において前記可動支持部（１５）を支持し、前記駆動部（１４）と電気的に接続するワイヤ（１７）と、前記ワイヤ（１７）の一端側と前記可動支持部（１５）とを固定する導電性材料（３１）と、前記ワイヤ（１７）の他端側において前記ワイヤ（１７）を支持する固定支持部（２１）とを備える光走査装置であることを要旨とする。

また、本発明の第１の態様に係る光走査装置においては、前記ワイヤ（１７）は、バネ性を有する金属からなることができる。

また、本発明の第１の態様に係る光走査装置においては、前記ワイヤ（１７）は、耐食性のメッキ処理がされていることができる。

また、本発明の第１の態様に係る光走査装置においては、前記ワイヤ（１７）は、前記第１の方向に平行に複数設けられ、前記複数のワイヤ（１７）すべてが、前記可動支持部（１５）の揺動の回転軸から等距離に配置されることができる。

また、本発明の第１の態様に係る光走査装置においては、前記走査部（１１）は平板状であり、前記ワイヤ（１７）は、前記走査部（１１）を挟んで対向配置されていることができる。

また、本発明の第１の態様に係る光走査装置においては、前記可動支持部（１５）は、前記可動支持部（１５）の表面を開口する溝部（１８）を有し、前記導電性材料（３１）は、前記溝部（１８）において前記ワイヤ（１７）と前記可動支持部（１５）とを固定することができる。

また、本発明の第１の態様に係る光走査装置においては、前記溝部（１８）は、前記ワイヤ（１７）の線径よりも広い幅を有することができる。

また、本発明の第１の態様に係る光走査装置においては、前記溝部（１８）は、ダイシングソーにより形成されていることができる。

また、本発明の第１の態様に係る光走査装置においては、前記可動支持部（１５）は、前記溝部（１８）近傍に、前記導電性材料（３１）をため込む堀部（１９）を有することができる。

また、本発明の第１の態様に係る光走査装置においては、一端側において前記梁部（１２）を支持し、駆動されることにより前記走査部（１１）を前記第１の方向に揺動させるアーム部（１３）と、前記アーム部（１３）に設けられた圧電モノモルフ（１４）とを更に備え、前記圧電モノモルフ（１４）と前記ワイヤ（１７）とが電気的に接続されることができる。

本発明によれば、製造コストが小さく、信頼性が高い光走査装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る光走査装置の基本的な構成を説明する模式的な斜視図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査装置を説明する模式的な斜視図である。（ｂ）は、図１（ａ）の上方から見た模式的な平面図である。 図２（ｂ）のＡ−Ａ方向から見た模式的な拡大断面図である。 （ａ）は、光走査装置のワイヤの状態を説明する模式的な拡大断面図である。（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る光走査装置のワイヤの状態を説明する模式的な拡大断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査装置のワイヤの固定部を説明する模式的な断面図である。（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ方向から見た模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る光走査装置の溝部を説明する模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る光走査装置の溝部の変形例を説明する模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る光走査装置の堀部を説明する模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る光走査装置の堀部の変形例を説明する模式的な断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査装置の製造方法を説明する模式的な平面図である。（ｂ）は、図１０（ａ）のＣ−Ｃ方向から見た模式的な断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査装置の製造方法を説明する模式的な平面図である。（ｂ）は、図１１（ａ）のＣ−Ｃ方向から見た模式的な断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査装置の製造方法を説明する模式的な平面図である。（ｂ）は、図１２（ａ）のＣ−Ｃ方向から見た模式的な断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査装置の製造方法を説明する模式的な平面図である。（ｂ）は、図１３（ａ）のＣ−Ｃ方向から見た模式的な断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査装置の製造方法を説明する模式的な平面図である。（ｂ）は、図１４（ａ）のＣ−Ｃ方向から見た模式的な断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査装置の製造方法を説明する模式的な平面図である。（ｂ）は、図１５（ａ）のＣ−Ｃ方向から見た模式的な断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査装置の製造方法を説明する模式的な平面図である。（ｂ）は、図１６（ａ）のＣ−Ｃ方向から見た模式的な断面図である。（ｃ）は、図１６（ａ）のＤ方向から見た模式的な側面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査装置の製造方法を説明する模式的な平面図である。（ｂ）は、図１７（ａ）のＣ−Ｃ方向から見た模式的な断面図である。（ｃ）は、図１６（ａ）のＤ方向から見た模式的な側面図である。 本発明の実施の形態に係る光走査装置の変形例を説明する模式的な斜視図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査装置の変形例を説明する模式的な斜視図である。（ｂ）は、図１９（ａ）のＥ方向から見た模式的な側面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る光走査装置の変形例を説明する模式的な斜視図である。（ｂ）は、図２０（ａ）のＥ方向から見た模式的な側面図である。 （ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る光走査装置を説明する模式的な斜視図である。（ｂ）は、図２１（ａ）の上方から見た模式的な平面図である。 図２１（ｂ）のＦ−Ｆ方向から見た模式的な断面図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法の関係、各層の厚みの比率等は、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や装置を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでなく、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（光走査装置）
本発明の実施の形態に係る光走査装置１は、図１及び図２に示すように、２軸方向に揺動することにより光を２次元に走査する走査部１１と、走査部１１がＸ軸方向の揺動可能なように、走査部１１を支持する梁部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、それぞれ一端側において梁部１２ａ〜１２ｄをそれぞれ支持するアーム部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと、それぞれアーム部１３ａ〜１３ｄの他端側を支持することにより梁部１２ａ〜１２ｄを支持する可動支持部１５と、走査部１１をＸ軸方向に揺動させるように駆動する駆動部を含む圧電モノモルフ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、可動支持部１５がＸ軸方向と直交するＹ軸方向の揺動可能なように、一端側において可動支持部１５を支持するワイヤ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆと、ワイヤ１７ａ〜１７ｆの他端側においてワイヤ１７ａ〜１７ｆを支持する固定支持部２１ａ，２１ｄとを備える。

可動支持部１５は、例えば、概略として矩形平板状であり、上面から下面に貫通する矩形の窓部１０を有する枠型形状である。アーム部１３ａ，１３ｂ、アーム部１３ｃ，１３ｄは、可動支持部１５のＹ軸方向に平行な２辺からそれぞれＸ軸方向に対向して延伸する平面視帯状の部位である。アーム部１３ａ〜１３ｄは、それぞれ梁部１２ａ〜１２ｄを支持しない他端側が、可動支持部１５の窓部１０のＹ軸方向に平行な対向する２辺において、それぞれ可動支持部１５に連結されることにより、可動支持部１５に支持される。走査部１１は、例えば、平板状であり、上面に光を反射するミラー部が設けられる。

走査部１１、梁部１２ａ〜１２ｄ、アーム部１３ａ〜１３ｄ、可動支持部１５は、例えば、同一の単結晶Ｓｉ基板から、ＭＥＭＳ技術により形成可能である。走査部１１、梁部１２ａ〜１２ｄ、アーム部１３ａ〜１３ｄ、可動支持部１５、圧電モノモルフ１４ａ〜１４ｄ、ワイヤ１７ａ〜１７ｆは、走査部１１の重心を通る、走査部１１に対する垂線を対称の中心とした２回回転対称のトポロジーを有している。走査部１１、梁部１２ａ〜１２ｄ、アーム部１３ａ〜１３ｄは、可動支持部１５より厚さが薄く形成されている。

圧電モノモルフ１４ａ〜１４ｄは、それぞれ、下部電極層、圧電体層、上部電極層を備える。圧電体層は、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢＴＯ）等の圧電セラミック、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等からなる。

可動支持部１５の上面には、電極パターン１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄがそれぞれ形成されている。例えば、電極パターン１６ａは、圧電モノモルフ１４ａ，１４ｂのそれぞれ上部電極層に電気的に接続され、電極パターン１６ｂは、圧電モノモルフ１４ａ，１４ｂのそれぞれ下部電極層に電気的に接続される。また、電極パターン１６ｃは、圧電モノモルフ１４ｃ，１４ｄのそれぞれ下部電極層に電気的に接続され、電極パターン１６ｄは、圧電モノモルフ１４ｃ，１４ｄのそれぞれ上部電極層に電気的に接続される。

電極パターン１６ａ〜１６ｄは、圧電モノモルフ１４ａ〜１４ｄとワイヤ１７ａ〜１７ｄとをそれぞれ電気的に接続する。なお、図示を省略しているが、可動支持部１５、アーム部１３ａ〜１３ｄのそれぞれ表面には、それぞれ電極パターン１６ａ〜１６ｄ、圧電モノモルフ１４ａ〜１４ｄ、及び配線と絶縁するシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）等の絶縁層が形成される。

例えば、圧電モノモルフ１４ａ，１４ｂは、圧電モノモルフ１４ｃ，１４ｄと互いに逆位相となる正弦波電圧が印加されることにより、アーム部１３ａ，１３ｂの対応する領域に、交互に反りを生じさせる駆動部となる。アーム部１３ａ，１３ｂは、駆動部となる圧電モノモルフ１４ａ，１４ｂが駆動されることにより、走査部１１を、Ｙ軸方向に平行な軸を回転軸Ｒ_ｘとしてＸ軸方向に揺動させる。走査部１１は、Ｘ軸方向に揺動し、光をＸ軸方向に走査をする。この場合、圧電モノモルフ１４ｃ，１４ｄは、検出部となり、アーム部１３ａ，１３ｂの駆動によって上下方向に変位されて電圧を発生する。検出部となる圧電モノモルフ１４ｃ，１４ｄに発生した電圧を検出することにより、圧電モノモルフ１４ａ，１４ｂに印加する駆動信号をフィードバック制御できる。

光走査装置１は、例えば図１に示すように、可動支持部１５の下面に設けられ、Ｘ軸方向に着磁され、Ｘ軸方向に延伸する２つの磁石２４ａ，２４ｄと、可動支持部１５の下方に、可動支持部１５を周回するように設けられたコイル２５とを備える。磁石２４ａ，２４ｄは、例えば、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、ネオジム鉄（ＮｄＦｅ）等からなり、幅、厚さ約１００〜３００μｍ程度、長さ約５００〜２０００μｍ程度である。コイルは、例えば線径が約３０〜１００μｍ程度の絶縁被覆付きの導線で、巻数２０〜１００回程度とすることができる。

可動支持部１５は、コイル２５に交流電圧を印加することによって回転軸Ｒ_Ｘ，Ｒ_Ｙに対して垂直な方向に発生する磁場と、磁石２４ａ，２４ｄとの作用により、発生する磁場に比例して、３本ずつ配置されるワイヤ１７ａ〜１７ｆの中心を回転軸Ｒ_Ｙとして傾く。このように、磁石２４ａ，２４ｄ及びコイル２５は、可動支持部１５を回転軸Ｒ_ＹとしてＹ軸方向に揺動させる駆動部となる。走査部１１は、駆動部となる磁石２４ａ，２４ｄ及びコイル２５によりＹ軸方向に揺動し、光をＹ軸方向に走査する。

ワイヤ１７ａ〜１７ｆ（以下、総称する場合において単に「ワイヤ１７」という。）は、金属からなり、圧電モノモルフ１４ａ〜１４ｄと外部とを電気的に接続する配線として用いることができる。また、ワイヤ１７は、走査部１１、梁部１２ａ，１２ｂ、アーム部１３ａ，１３ｂ及び可動支持部１５を、接地電位と接続する配線として用いても良い。

それぞれ一対のワイヤ１７ａ〜１７ｆは、可動支持部１５のＹ軸方向と平行な２辺のそれぞれ中央部に固定され、Ｘ軸方向に相反して延伸するように配置されている。可動支持部１５は、ワイヤ１７ａ〜１７ｆを介して、固定支持部２１ａ，２１ｄに支持される。ワイヤ１７ａ〜１７ｄは、可動支持部１５の上面の電極パターン１６ａ〜１６ｄ上に固定され、ワイヤ１７ｅ，１７ｆは、可動支持部１５の下面に固定される。

図３に示すように、ワイヤ１７ａ〜１７ｆは、それぞれ導電性材料３１ａ〜３１ｆにより、可動支持部１５に固定されている。ワイヤ１７ａ〜１７ｄは、導電性材料３１ａ〜３１ｄ、電極パターン１６ａ〜１６ｄを介して、圧電モノモルフ１４ａ〜１４ｄと電気的に接続されている。ワイヤ１７ａ，１７ｂ，１７ｅ、ワイヤ１７ｃ，１７ｄ，１７ｆの相互間の距離（ピッチ）は、ワイヤ１７ａ〜１７ｆのＸ軸方向に沿う長さよりも狭くなっている。導電性材料３１ａ〜３１ｆは、例えば、はんだ、導電性ペーストであり、固化することによりワイヤ１７の一端側と可動支持部１５とを固定する。

走査部１１がＹ軸方向の揺動をする際の、Ｘ軸方向に沿う回転軸Ｒ_Ｙの位置は、ワイヤ１７ａ〜１７ｆの位置と、走査部１１、梁部１２ａ〜１２ｄ、アーム部１３ａ〜１３ｄ、可動支持部１５の合計の重心の位置とで決まる。本発明の実施の形態に係る光走査装置１においては、可動支持部１５の両端側に３本ずつ配置されるワイヤ１７ａ〜１７ｆの中心位置と、走査部１１、梁部１２ａ〜１２ｄ、アーム部１３ａ〜１３ｄ、可動支持部１５の重心位置とが一致するように設計されているので、図３に示すように、回転軸Ｒ_Ｙは、３本ずつ配置されるワイヤ１７ａ〜１７ｆの中心とほぼ等しくなっており、ワイヤ１７ａ〜１７ｆから離れている。

仮に、図４（ａ）に示すように、ワイヤ１７の位置が、走査部１１の回転軸Ｒ_Ｙと一致している場合、ワイヤ１７がねじれ変形して走査部１１がＸ軸方向に揺動すると、ワイヤ１７と、ワイヤ１７を固定する導電性材料３１との界面では、ワイヤ１７の円周に沿う方向の力Ｆ１が加わり、ワイヤ１７と導電性材料３１とが剥がれやすい。

一方、図４（ｂ）に示すように、ワイヤ１７の位置が、走査部１１の回転軸Ｒ_Ｙと離れている場合、ワイヤ１７がねじれ変形して走査部１１がＸ軸方向に揺動すると、ワイヤ１７と、ワイヤ１７を固定する導電性材料３１との界面では、回転軸Ｒ_Ｙを円心とした円周に沿う方向の力Ｆ２が加わる。よって、光走査装置１は、ワイヤ１７と導電性材料３１との界面が剥がれにくくなっており、長時間の使用でも故障の可能性が低く、信頼性が高い。

ワイヤ１７は、例えば、ステンレス鋼、燐青銅、ベリリウム銅などのバネ性を有する金属材料からなる。ワイヤ１７は、ショットピーニング、メッキ処理等の表面処理が施されていても良い。表面処理として、例えば、金（Ａｕ）などの耐食性を有する金属をメッキ処理することにより、ワイヤの信頼性を更に上げることができる。ワイヤ１７の材料、線径等は、Ｙ軸方向の走査周波数によって決定されればよい。

ワイヤ１７ａ〜１７ｆは、可動支持部１５が、Ｘ軸方向に平行な軸を回転軸Ｒ_Ｙとして、Ｙ軸方向の揺動可能なように、固定支持部２１ａ，２１ｄに支持される。固定支持部２１ａは、例えば、上面に電極パターン２２ａ，２２ｂが形成される。電極パターン２２ａ，２２ｂは、それぞれワイヤ１７ａ，１７ｂが導電性材料等により固定され、ワイヤ１７ａ，１７ｂとそれぞれ電気的に接続されている。同様に、固定支持部２１ｄは、上面に電極パターン２２ｃ，２２ｄが形成される。電極パターン２２ｃ，２２ｄは、それぞれワイヤ１７ｃ，１７ｄが導電性材料３１等により固定され、ワイヤ１７ｃ，１７ｄとそれぞれ電気的に接続されている。

電極パターン２２ａ〜２２ｄは、それぞれ導線２３ａ〜２３ｄと電気的に接続されており、圧電モノモルフ１４ａ〜１４ｄは、導線２３ａ〜２３ｄを介して、給電、電圧検出されることができる。

図示を省略しているが、固定支持部２１ａ，２１ｄは、走査部１１、梁部１２ａ〜１２ｄ、アーム部１３ａ〜１３ｄ、可動支持部１５よりも質量の大きなパッケージやシャーシなどに固定されている。或いは、固定支持部２１ａ，２１ｄは、電極パターンが設けられず、光走査装置１の機械的な固定のみ行うようにしても良い。その場合、ワイヤ１７の途中を固定支持部２１ａ，２１ｄにおいて固定し、更に続くワイヤ１７を配線として利用すれば良い。

また、図５に示すように、ワイヤ１７ａ〜１７ｆは、可動支持部１５の表面を開口する溝部１８ａ〜１８ｆ（溝部１８ｃ，１８ｄ，１８ｆ側は図示省略）に嵌められた後、導電性材料３１ａ〜３１ｆにより可動支持部１５に固定されるようにしても良い。溝部１８ａ〜１８ｄは、図５（ｂ）に示すように、可動支持部１５の表面から続く絶縁層７１が内壁部に設けられている。溝部１８ａ〜１８ｄの内壁部は、更に、金属等からなる導体層７２ａ〜７２ｄが設けられている。導体層７２ａ〜７２ｄは、例えば、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等からなり、メッキ処理やスパッタ等により溝部１８ａ〜１８ｄの内壁部に付着される。導電性材料３１ａ〜３１ｄ、導体層７２ａ〜７２ｄにより、ワイヤ１７ａ〜１７ｄは、電極パターン１６ａ〜１６ｄと、より確実に電気的に接続される。溝部１８ａ〜１８ｆは、可動支持部１５のＹ軸方向に沿う側壁部において、コの字型に開口している。

溝部１８e，１８ｆは、絶縁層７１、導体層７２が設けられておらず、ワイヤ１７ｅ，１７ｆが嵌められ、導電性材料３１ｅ，３１ｆに固定されている。ワイヤ１７ｅ，１７ｆは、接地電位と接続され、走査部１１、梁部１２ａ〜１２ｄ、アーム部１３ａ〜１３ｄ、可動支持部１５を接地することができる。

ワイヤ１７の線径に対して大きな幅を有する溝部１８であっても、はんだ、樹脂材料等の固化する導電性材料３１を用いると、液体状態での表面張力によるセルフアライメント効果により、ワイヤ１７の配置は、溝１８内においてずれが修正される傾向がある。

また、図５（ｂ）において、断面形状がコの字型の溝部１８ａ〜１８ｆについて説明したが、ワイヤ１７を嵌める溝部は、断面がＶ字型形状であっても良い。図６に示すように、Ｖ字型形状の溝部１８１は、異方性エッチングにより容易に作成可能であり、ワイヤ１７と溝部１８１とを線接触にて位置決めできるので、生産性と精度を更に向上できる。

また、図５（ｂ）において、溝部１８の深さはワイヤ１７の線径より深くなっているが、図７に示すように、ワイヤ１７の線径より深さが浅い溝部１８２であっても良い。

例えば、図５において、ワイヤ１７ａ，１７ｂとの間の距離（ピッチ）は、バネ係数の増大や、不要な共振モードの発生を考慮して、小さい方が望ましい。しかしながら、例えばワイヤ１７ａ，１７ｂ間のピッチが小さくなると、固化することでワイヤ１７ａ，１７ｂを固定する導電性材料３１ａ，３１ｂが、互いに接触し、ショートしてしまう虞がある。

本発明の実施の形態に係る光走査装置１は、図８に示すように、液体状態の導電性材料３１の流れをため込むことで、微小なピッチであってもワイヤ１７ａ，１７ｂのショートを防ぐ溝状の堀部１９１ａ，１９１ｂを設けることができる。堀部１９１ａ，１９１ｂは、可動支持部１５の表面においてＸ軸方向と平行に、溝部１８ａ，１８ｂの開口部を共有して溝部１８ａ，１８ｂの開口部より広く開口し、深さが溝部１８ａ，１８ｂより浅く設けられる。

また、ワイヤ１７ａ，１７ｂのショートを防ぐ溝状の部位は、図９に示すように、可動支持部１５の表面においてＸ軸方向と平行に、溝部１８ａ，１８ｂの間に設けられた溝状の堀部１９２ａ，１９２ｂとしても良い。ワイヤ１７の固定に用いる導電性材料３１の体積が、堀部１９１ａ，１９１ｂまたは堀部１９２ａ，１９２ｂの体積を超えないように制御することで、導電性材料３１は、堀部を超えて流出することがなく、ワイヤ１７間のショートを抑制できる。導電性材料３１の体積は、例えば汎用品のディスペンサーを用いて、塗布圧と塗布時間を調整することにより容易に制御できる。堀部１９１ａ，１９１ｂ、堀部１９２ａ，１９２ｂは、可動支持部１５において片側２本設けられる例を説明したが、３本以上であれば同様の効果が得られる。

−光走査装置の動作−
本発明の実施の形態に係る光走査装置１は、画像信号に応じて輝度が変調され、光源５から出射されたレーザ光Ｌを、走査部１１において反射して２軸方向に走査し、スクリーン等に画像を表示できる。

走査部１１は、圧電モノモルフ１４ａ〜１４ｄの駆動部、コイル２５に駆動信号が印加されることにより、Ｘ軸方向（水平方向）及びＹ軸（垂直方向）に揺動し、２軸方向の走査を行う。

例えば、駆動部となる圧電モノモルフ１４ａ，１４ｂは、導線２３ａ，２３ｂを介して、例えば約５〜２０Ｖ程度の交流電圧を印加されることにより、アーム部１３ａ，１３ｂを駆動する。検出部となる圧電モノモルフ１４ｃ，１４ｄは、アーム部１３ａ，１３ｂの駆動による応力歪みが生じ、この応力歪みに生じた電圧を発生する。

圧電モノモルフ１４ｃ，１４ｄにそれぞれ生じた電圧に応じて、圧電モノモルフ１４ｃ，１４ｄにそれぞれ生じた電圧の、それぞれ１８０°反転した逆位相となるような駆動信号を圧電モノモルフ１４ａ，１４ｂにそれぞれ出力するフィードバック制御を行うことにより、光走査装置１のＸ軸方向の駆動を、例えば約１０ｋ〜５０ｋＨｚ程度の共振周波数で行うことができる。

光走査装置１の駆動用、検出用の配線は、ワイヤ１７ａ〜１７ｆを介して行われることができる。Ｙ軸方向駆動時の、駆動用、検出用信号の他、可動支持部１５等の接地も同様に、ワイヤ１７ａ〜１７ｆを介して行われて良い。

コイル２５に例えば０．１〜１Ａ程度の交流電流が流れることにより、可動支持部１５は、回転軸Ｒ_ＹとしてＹ軸方向に揺動する。ワイヤ１７は、細長い金属なのでＸ軸方向の駆動に比べ、ねじればね定数が小さく、共振周波数でなくとも大きな振幅を得ることができる。例えば、約５０〜２００Ｈｚ程度の低い周波数での駆動や、ランプ波形での駆動も可能である。

更に、磁石２４ａ，２４ｄは密度が高く、Ｙ軸方向の駆動について共振周波数は小さくなる。よって、Ｙ軸方向の駆動について約５０〜２００Ｈｚ程度の低い周波数に設計された寸法とすることも可能であり、この場合、非共振周波数での駆動に比して消費電力を低減させることができる。

また、固定周波数で駆動する場合でも、例えば６０Ｈｚで駆動する場合、共振周波数を駆動周波数の整数倍である高次高調波周波数の中間の周波数とすることで、駆動周波数に対する高調波成分による不要振動を抑制することが可能となる。例えば共振周波数を３９０Ｈｚとなるようにワイヤ１７の線径や間隔（ピッチ）を最適化した場合、駆動周波数の高調波成分は３６０Ｈｚと４２０Ｈｚの中間となるので、ランプ波形上に加わる高調波が抑制可能となる。

−光走査装置の製造方法−
図１０〜図１５を参照して、本発明の実施の形態に係る光走査装置１の製造方法を説明する。なお、以下に述べる光走査装置１の製造方法は、一例であり、これ以外の種々の方法により光走査装置１を製造可能であることは勿論である。

先ず、図１０に示すように、単結晶Ｓｉ基板１００を準備する。単結晶Ｓｉ基板１００は、例えば、約φ１００〜２００ｍｍ程度、厚み約３００〜７５０μｍ程度のウェハが使用できる。実際は、単結晶Ｓｉ基板１００に対して数百個の光走査装置の構成部品一度に作成することが可能であるが、以下の説明において、１つの素子のみを図示して説明する。

次に、図１１に示すように、フォトリソグラフィ法によりパターン形成されたフォトレジスト膜をマスクとして、単結晶Ｓｉ基板１００の窓部形成予定領域１０ｐをエッチングする。窓部形成予定領域１０ｐをエッチングすることにより、走査部形成予定領域１１ｐ、梁部形成予定領域１２ａｐ〜１２ｄｐ、アーム部形成予定領域１３ａｐ〜１３ｄｐ、可動支持部形成予定領域１５ｐが形成される。窓部形成予定領域１０ｐのエッチング深さは、走査部１１、梁部１２ａ〜１２ｄ、アーム部１３ａ〜１３ｄの最終的な設計の厚みに相当し、例えば約３０〜１５０μｍ程度である。各寸法は、例えば、走査部１１が矩形平板状の場合、１辺の長さ約５００μｍ〜２ｍｍ程度、走査部１１が円盤状、楕円盤状の場合、直径約５００μｍ〜２ｍｍ程度、梁部１２ａ〜１２ｄの幅約１０〜１００μｍ程度、長さ約２００〜６００μｍ程度、アーム部１３ａ〜１３ｄの幅約２００〜１０００μｍ程度、長さ約５００〜２０００μｍ程度、可動支持部１５の幅約５００〜１５００μｍ程度であり、厚さ約３０〜１５０μｍ程度である。この場合、Ｘ軸方向の駆動について共振周波数は１０ｋ〜５０ｋＨｚ程度となる。

次に、図１２に示すように、アーム部形成予定領域１３ａｐ〜１３ｄｐ及び可動支持部形成予定領域１５ｐ上に、下層電極パターン４１ｂ，４１ｃを形成する。下層電極パターン４１ｂ，４１ｃは、例えば、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等を、真空蒸着やスパッタリングした後、フォトリソグラフィ、エッチングにより形成される。下層電極パターン４１ｂ，４１ｃは、例えば、厚さ約０．１〜２μｍ程度である。

次に、図１３に示すように、アーム部形成予定領域１３ａｐ〜１３ｄｐ上に形成された下層電極パターン４１ｂ，４１ｃ上に、圧電体層４２ａ〜４２ｄを形成する。圧電体層４２ａ〜４２ｄは、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢＴＯ）等の圧電セラミック、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等からなる。圧電体層４２ａ〜４２ｄは、スパッタリング、化学気相成長法（ＣＶＤ）、ゾルゲル法、エアロゾル法などの方法により約０．５〜５μｍ程度形成した後、フォトリソグラフィ、エッチングにより、平面視アーム部１３ａ〜１３ｄとほぼ同形状に形成される。

次に、図１４に示すように、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）等の絶縁膜４５を上面に形成した後、アーム部形成予定領域１３ａｐ〜１３ｄｐ上に形成された下層電極パターン４１ｂ，４１ｃ及び圧電体層４２ａ〜４２ｄ上に、上層電極パターン４３ａ，４３ｄを形成する。上層電極パターン４３ａ，４３ｄは、下層電極パターン４１ｂ，４１ｃと同様の材料、工法で形成可能である。上層電極パターン４３ａ，４３ｄを形成することにより、アーム部形成予定領域１３ａｐ〜１３ｄｐ上に圧電モノモルフ１４ａ〜１４ｄが構成され、残余の上層電極パターン４３ａ、下層電極パターン４１ｂ、下層電極パターン４１ｃ、上層電極パターン４３ｄは、それぞれワイヤ１７と接続するための電極パターン１６ａ〜１６ｄとなる。

次に、図１５に示すように、単結晶Ｓｉ基板１００の裏面側から、エッチングをしてキャビティ部１０１を形成する。キャビティ部１０１が、窓部形成予定領域１０ｐに到達するまで形成されることにより、上面から下面に貫通する窓部１０、走査部１１、梁部１２ａ〜１２ｄ、アーム部１３ａ〜１３ｄが形成される。走査部１１、梁部１２ａ〜１２ｄ、アーム部１３ａ〜１３ｄの厚さを決定するエッチング深さは、ワイヤ１７の線径、走査周波数、各部の強度等を考慮して決定すれば良い。また、走査部１１の上面には、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等からなる高反射率の反射膜が設けられる。反射膜の膜厚は、例えば約０．１〜１μｍ程度である。

また、図示を省略しているが、電極パターン１６ａ〜１６ｄのうち、ワイヤ１７ａ〜１７ｄと導通させる個所の絶縁膜４５は、エッチング等により除去されている。ワイヤ１７ａ〜１７ｆと固定支持部２１ａ，２１ｄとを固定し、電極パターン１６ａ〜１６ｄとワイヤ１７ａ〜１７ｆとを導電性材料３１で固定することにより光走査装置１が完成する。

また、可動支持部１５に設けられた溝部１８ａ〜１８ｆに、ワイヤ１７ａ〜１７ｆを導電性材料３１ａ〜３１ｆにより固定する場合、溝部１８ａ〜１８ｄは、図１６に示すように、フォトリソグラフィ、エッチングにより形成されれば良い。図１６に示す工程は、上述の説明における図１１に示す製造工程に相当する。次に、図１２〜図１５を用いてした説明と同様に、窓部１０、走査部１１、梁部１２ａ〜１２ｄ、アーム部１３ａ〜１３ｄ等を形成していき、図１７に示すように、溝部１８ｅ，１８ｆを形成する（溝部１８ｆは図示省略）。溝部１８ｅ，１８ｆは、同一平面上に他の構造物がないことから、例えばダイシングソーにより形成可能である。ダイシングソーのブレード厚は、ワイヤ１７の線径を考慮して選択すればよい。

また、図１８に示すように、可動支持部１５の上層部となる上層可動支持部６５を形成し、上層可動支持部６５が有する溝部６８ａ〜６８ｄを下方に向けて、図１９に示すように、溝部１８ｅ，１８ｆが形成された可動支持部１５の上面に上層可動支持部６５を張り付けることによっても光走査装置を製造可能である。この場合、ワイヤ１７を嵌める溝部６８ａ〜６８ｄ、溝部１８ｅ，１８ｆのすべてが、同一平面上に他の構造物がないことから、ダイシングソーにより形成可能である。上層可動支持部６５は、例えば、セラミックス、ガラス等の絶縁材料からなる。溝部６８ａ〜６８ｄにワイヤ１７ａ〜１７ｄを嵌め、導電性材料３１により固定し可動支持部１５に張り付けることによって、ワイヤ１７ａ〜１７ｄは、それぞれ電極パターン１６ａ〜１６ｄと電気的に接続される。

或いは、図２０に示すように、溝部６８ａ〜６８ｄを上方に向けて、可動支持部１５の上面に張り付けるようにしても良い。この場合、上層可動支持部６５の溝部６８ａ〜６８ｄと接する側壁部に、導電性接着剤８１ａ〜８１ｄを塗布することにより、ワイヤ１７ａ〜１７ｄを、それぞれ電極パターン１６ａ〜１６ｄと電気的に接続させることができる。溝部６８，１８が、走査部１１に対する垂直方向において、走査部１１の両側に位置することにより、回転軸Ｒ_Ｙが走査部１１を通り、駆動を安定させることができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、ワイヤ１７の本数は、ワイヤ１７の線径、剛性、走査周波数等を考慮して適宜変更することができる。本発明の他の実施の形態に係る光走査装置１Ａは、図２１に示すように、可動支持部１５が、Ｘ軸方向における両側において２本ずつのワイヤ１７ａ〜１７ｄを介して固定支持部２１ａ，２１ｄに支持される点で既に述べた実施の形態と異なる。既に述べた実施の形態と実質的に同様な構成については、重複する説明を省略する。

即ち、図２２に示すように、Ｙ軸方向の駆動用の軸部として、片側２本ずつのワイヤ１７ａ〜１７ｄを用いる場合においても、光走査装置１Ａは、溝部１８ａ〜１８ｄ、堀部１９１ａ〜１９１ｄ、及びそれらの変形例を備えることができることは勿論である。

また、光走査装置１、光走査装置１ＡのＹ軸方向の駆動部を、磁石２４ａ，２４ｄとコイル２５とを用いたムービングマグネット（ＭＭ）式の電磁アクチュエータとして説明したが、ムービングコイル（ＭＣ）式の電磁アクチュエータや、電極間の静電気力を用いた静電アクチュエータ、圧電膜の圧電効果を用いた圧電アクチュエータ等の他の方式のアクチュエータであっても良い。

上記の他、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１，１Ａ…光走査装置
５…光源
１０…窓部
１１…走査部
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…梁部
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…アーム部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…圧電モノモルフ
１５…可動支持部
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ…電極パターン
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ…ワイヤ
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ，１８１，１８２…溝部
２１ａ，２１ｄ…固定支持部
２１ｄ…固定支持部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ…電極パターン
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ…導線
２４ａ，２４ｄ…磁石
２５…コイル
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ…導電性材料
４１ｂ，４１ｃ…下層電極パターン
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ…圧電体層
４３ａ，４３ｄ…上層電極パターン
４５…絶縁膜
６５…上層可動支持部
７１…絶縁層
７２ａ〜７２ｄ…導体層
８１ａ〜８１ｄ…導電性接着剤
１００…単結晶Ｓｉ基板
１０１…キャビティ部
１９１ａ，１９１ｂ，１９２ａ，１９２ｂ……堀部

Claims (10)

1. 水平方向および垂直方向からなる２軸方向に揺動することにより光を走査する走査部と、
   前記走査部が前記水平方向に揺動可能なように、前記走査部を支持する梁部と、
   前記梁部を支持する可動支持部と、
   前記走査部を前記水平方向に揺動させるように駆動する圧電モノモルフによる第１の駆動部と、
   前記可動支持部を前記垂直方向に揺動させることにより、前記走査部を前記垂直方向に揺動させる第２の駆動部と、
   前記可動支持部が前記水平方向と直交する前記垂直方向に揺動可能なように、一端側において前記可動支持部を支持するとともに、前記第１の駆動部に前記走査部を前記水平方向に揺動させるための駆動信号を印加する配線として電気的に接続されるワイヤと、
   前記ワイヤの一端側と前記可動支持部とを固定する導電性材料と、
   前記ワイヤの他端側において前記ワイヤを支持する固定支持部と
   を備えることを特徴とする光走査装置。
   
2. 前記ワイヤは、バネ性を有する金属材料からなることにより、前記可動支持部が前記垂直方向に揺動するように支持することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記ワイヤは、耐食性のメッキ処理がされていることを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 前記ワイヤは、前記水平方向に平行に複数設けられ、前記複数のワイヤすべてが、前記可動支持部の揺動の回転軸から等距離に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 前記走査部は平板状であり、
   前記ワイヤは、前記走査部を挟んで対向配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光走査装置。
6. 前記可動支持部は、前記可動支持部の表面を開口する溝部を有し、
   前記導電性材料は、前記溝部において前記ワイヤと前記可動支持部とを固定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光走査装置。
7. 前記溝部は、前記ワイヤの線径よりも広い幅を有することを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
8. 前記溝部は、ダイシングソーにより形成されていることを特徴とする請求項６または７に記載の光走査装置。
9. 前記可動支持部は、前記溝部近傍に、前記導電性材料をため込む堀部を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の光走査装置。
10. 一端側において前記梁部を支持し、駆動されることにより前記走査部を前記水平方向に揺動させるアーム部を更に備え、
    前記第１の駆動部は、前記アーム部に設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光走査装置。

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