JPH1152278A

JPH1152278A - 光スキャナとその駆動方法

Info

Publication number: JPH1152278A
Application number: JP9205707A
Authority: JP
Inventors: Keizo Yamada; 恵三山田; Toshihide Kuriyama; 敏秀栗山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 1999-02-26
Anticipated expiration: 2017-07-31
Also published as: US5959760A; JP3011144B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低電圧で駆動でき、しかも偏向角度が大き
く、かつ小型化を可能にした光スキャナを提供する。【解決手段】支持基板１にトーションバー３ａ，３ｂ
で支持されて支持基板１の平面方向と垂直な方向に揺動
可能とされたミラー２と、このミラーの両側位置におい
て前記支持基板１に支持された固定電極７ａ，７ｂとを
備え、これら固定電極７ａ，７ｂとミラー２に設けられ
た電極部５との間に電圧を印加し、両者間に生じる静電
引力によってミラー２を揺動させる構成の光スキャナに
おいて、前記固定電極７ａ，７ｂとミラー２は、ミラー
の揺動方向には重ならない平面形状に形成される。固定
電極７ａ，７ｂとミラー電極部５との間隔を小さくして
も相互干渉が防止できるため、低電圧でしかも偏向角度
の大きな、かつ小型の光スキャナが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ビームを走査する
ための光スキャナに関し、特に捩じりバネ（トーション
バー）に支持された微小なミラーを揺動させて光ビーム
偏向を行う構成の光スキャナとその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年におけるレーザ光等の光ビームを走
査する光スキャナは、バーコードリーダ、レーザープリ
ンタ、ヘッドマウントディスプレー等の光学機器、ある
いは赤外線カメラ等入カデバイスの光取り入れ装置とし
て用いられている。この種の光スキャナとして、シリコ
ンマイクロマシニング技術を利用した微小ミラーを揺動
させる構成のものが提案されている。例えば、図１２は
米国特許第４３１７６１１号明細書に開示されたシリコ
ンマイクロミラーを有する光スキャナを示している。支
持基板１に設けられた凹部１ａ内にシリコン薄板で形成
されたミラー２が配置されており、このミラー２は一体
的に設けられたトーションバー３ａ，３ｂを介して前記
支持基板１に支持されている。したがって、前記ミラー
２はトーションバー３ａ，３ｂの捩じり作用により、そ
の両側部がミラーの平面に対して垂直方向に揺動可能と
される。また、トーションバー３ａ，３ｂは導電性部材
で構成され、その両端は前記支持基板１に設けられたパ
ッド４ａ，４ｂに電気接続されている。さらに、前記支
持基板１の前記凹部１ａの両側には絶縁体６によってそ
れぞれ固定電極７ａ，７ｂが支持されており、これらの
固定電極７ａ，７ｂは前記ミラー２の両側部の領域上
に、ミラー平面に対して所要の間隔、例えば１０μｍの
間隔で対向配置されている。

【０００３】この光スキャナでは、例えば、一方の固定
電極７ａのパッド８ａと、トーションバー３ａが接続さ
れたパッド４ａとの間、すなわち固定電極７ａとミラー
２との間に５００ボルト程度の高電圧を加えることによ
り、固定電極７ａとミラー２との間に静電力を発生さ
せ、その静電引力によってミラー２の一側部を固定電極
７ａ側に吸引し、この吸引動作によってトーションバー
３ａ，３ｂを捩じり変形させながらミラー２を図示反時
計方向に揺動させる。また、この揺動動作の直後に固定
電極７ａへの電圧印加を解除すると、トーションバー３
ａ，３ｂの捩じり復帰力によってミラーは逆方向に揺動
される。この動作は他方の固定電極７ｂに電圧を印加す
る場合でも同様である。したがって、この電圧印加と停
止を繰り返すことにより、ミラー２を揺動させることが
でき、図外の光源からのレーザ光をこのミラー２で反射
させることで、レーザ光を偏向させ、光走査が可能とな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この従来の光スキャナ
では、ミラーの揺動角度は、図１２にθ１で示すよう
に、ミラー２の両端部が固定電極７ａ，７ｂに衝突され
る角度位置に制限される。前記したよう、ミラー２と固
定電極７ａ，７ｂとの対向間隔は１０μｍ程度に設計さ
れているため、ミラーの寸法にもよるが、通常では揺動
角度θ１は最大でも１°程度となる。このため、レーザ
光が走査される際の偏向角度も、反射の法則から２°程
度となる。このような小さな偏向角度では、光スキャナ
を前記したようなバーコードリーダやレーザープリンタ
に適用する際に、要求される長さ領域での光走査を行う
ためには、レーザ光の光路長を長くとる必要が生じ、こ
れら光学機器を小型化する上での障害となる。また、ミ
ラーのサイズが一定のとき光走査によって得られる光ビ
ームの分解能は偏向角度の大きさに比例するため、高分
解能の光ビームを得るためには前記偏向角度を可及的に
大きくすることが望ましい。

【０００５】このため、従来では、ミラー２と固定電極
７ａ，７ｂとの対向間隔を大きくすることでミラー２の
揺動角度θ１を増大し、偏向角度を大きくすることが考
えられているが、この対向間隔の増大に伴ってミラー２
と固定電極７ａ，７ｂとの間に要求される静電引力を得
るための電圧にさらに高い電圧が必要とされることにな
り、電源回路が大型化されるとともに、安全面の上での
問題も生じる。

【０００６】本発明の目的は、低電圧でかつ偏向角度の
大きな光スキャナを提供することにある。また、本発明
は小型化を可能にした光スキャナを提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、支持基板にト
ーションバーで支持されて、前記支持基板の平面方向と
垂直な方向に揺動可能とされたミラーと、前記トーショ
ンバーを挟むミラーの両側位置において前記支持基板に
支持された固定電極とを備え、前記固定電極と前記ミラ
ーに設けられた電極部との間に電圧を印加し、両者間に
生じる静電引力によって前記ミラーを揺動させる構成の
光スキャナにおいて、前記固定電極とミラーとは、前記
ミラーの揺動方向には重ならない平面形状に形成されて
いることを特徴とする。この場合、前記ミラーの電極部
と、これに対向配置される前記固定電極の側縁部の各平
面形状をそれぞれ櫛歯状に形成することが好ましい。ま
た、前記固定電極の一方は、前記ミラーの電極部の初期
位置よりも揺動方向に沿って高い平面位置に配置され、
他方の固定電極は揺動方向に沿って低い平面位置に配置
されることが好ましい。さらに、前記固定電極はそれぞ
れ前記ミラーの揺動方向に沿って積層配置された一対の
固定電極で構成され、これら各対の固定電極は前記ミラ
ーの電極部の初期位置に対して上下に挟む高さ位置に配
置されることが好ましい。また、前記ミラーの電極部
は、少なくとも前記固定電極に対向する部分の厚みが、
前記ミラーのその他の部分よりも厚く形成された構成と
してもよい。

【０００８】また、本発明の光スキャナの駆動方法は、
本発明にかかる光スキャナを駆動する際に、固定電極
と、その固定電極に対して揺動されるミラー若しくは中
間支持部等の揺動部材に設けられた電極との間に電圧を
印加して揺動を開始した後は、前記揺動部材が前記各固
定電極に近づく揺動タイミングにおいて、前記固定電極
と揺動部材の電極部との間にパルス状の電圧を印加する
ことを特徴とする。この場合、前記揺動部材に設けられ
た電極と前記固定電極間に交流電庄を印加し、これらの
間に流れる電流値を測定し、この測定値に基づいて前記
揺動部材の揺動タイミングを測定し、この測定結果に基
づいて前記印加する電圧のタイミング、電圧値を制御す
ることが好ましい。

【０００９】本発明では、ミラーの電極部と固定電極が
ミラーの揺動方向には重ならないため、電極部と固定電
極とを微小間隔で配置しても両者が衝突されることがな
く、ミラー電極部と固定電極部との間に低電圧を印加し
た場合でも、相対的に大きな静電引力を得ることがで
き、しかも大きな最大角度でのミラーの揺動が可能とな
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１
の実施形態の平面図と縦断面図である。この光スキャナ
はシリコンマイクロマシニング技術を用いて作製され全
体サイズは数ミリ角に形成される。支持基板１は矩形の
厚板で形成され、その中央部分には凹部１ａが形成さ
れ、この凹部１ａ内にシリコン薄板で形成されたミラー
２が内装支持されている。このミラー２には一体的に形
成された２本のトーションバー３ａ，３ｂが両端方向に
突出されており、これらトーションバー３ａ，３ｂの先
端部は前記支持基板１に固定され、それぞれパッド４
ａ，４ｂに接続されている。これにより、前記ミラー２
は、トーションバー３ａ，３ｂの捩じりにより、ミラー
の平面方向と垂直な方向に揺動することが可能とされて
いる。前記トーションバー３ａ，３ｂの寸法は数μｍか
ら数ｍｍ程度の長さと幅、および厚みを持つ。また、前
記ミラー２は数ｍｍ角の大きさを持ち、厚みは数μｍか
ら数百μｍである。そして、前記ミラー２の少なくとも
周辺領域あるいは表面には不純物イオンの打ち込みや拡
散が行われ、あるいは、アルミニウムや銀あるいは導電
性を有する有機薄膜などが被着されており、これらの領
域が導電性を有する電極部５として構成されている。

【００１１】一方、前記支持基板１は、前記凹部１ａを
挟む両側位置の表面上に、絶縁体６を介してそれぞれ固
定電極７ａ，７ｂが配置されている。これらの固定電極
７ａ，７ｂは半導体あるいは有機材料からなる導電性材
料で形成されており、かつそれぞれの内側縁部は前記ミ
ラー２の両側縁の電極部５に近接配置され、これら電極
部５と前記各固定電極７ａ，７ｂとの間でコンデンサが
形成されている。ここで、前記固定電極７ａ，７ｂは、
前記ミラー電極部５の平面高さよりも若干高い位置の平
面上に配置されており、かつ各固定電極７ａ，７ｂの内
側縁部とミラー電極部５とは各平面上で相互に重ならな
い位置、換言すれば前記トーションバー３ａ，３ｂの捩
じりによってミラー２が揺動されたときに、ミラー電極
部５が各固定電極７ａ，７ｂの内側縁部と衝突ないし干
渉されることがないように構成されている。また、前記
各固定電極７ａ，７ｂにはそれぞれパッド８ａ，８ｂが
形成されている。

【００１２】次に、以上の構成の光スキャナの駆動方法
を図２及び図３を参照して説明する。図２において、
（Ａ）は初期状態である。この状態から一方の固定電極
７ａのパッド８ａと、前記トーションバー３ａ，３ｂの
パッド４ａ，４ｂとの間に所定の電圧を印加すると、こ
れらパッド４ａ，４ｂにつながるミラー電極部５に電圧
が印加され、固定電極７ａとミラー電極部５の表面にお
互いに逆の極性の電荷が蓄積してコンデンサが構成され
る。そして、固定電極７ａとミラー電極部５との間に静
電引力が働き、固定電極７ａがミラー電極部５よりも若
干高い平面位置に配置されているため、（Ｂ）のように
ミラー２は図示の反時計方向に回転が開始される。前記
ミラー２はこの回転動作によって慣性が生じるため、ミ
ラー電極部５と固定電極７ａが最小距離の位置になった
ときに前記電圧印加を停止しても、ミラー２はミラー電
極部５が固定電極７ａの位置を超えて回転し、（Ｃ）の
ように最大回転位置にまで回転される。そして、前記慣
性力が低下されてトーションバー３ａ，３ｂの捩じり力
よりも低下されると、（Ｄ）のようにミラー２はトーシ
ョンバー３ａ，３ｂの反力により時計方向に回転され始
める。このとき、固定電極７ａとミラー電極部５との間
に再度電圧を印加すると、ミラー電極部５と固定電極７
ａとの間の静電引力によって前記した時計方向の回転動
作を加速することができる。

【００１３】そして、図３において、（Ｅ）のように、
ミラー２が元の位置にまで回転復帰された後は、今度は
反対側の固定電極７ｂとトーションバー、すなわちミラ
ー電極部５との間に電圧を印加することにより、今度は
（Ｆ），（Ｇ），（Ｈ）のように、固定電極７ｂとミラ
ー２との間で図２（Ａ）ないし（Ｄ）と回転方向は逆で
あるが同様な動作が行われる。なお、この間、固定電極
７ａには電圧を印加しない。また、（Ｈ）のときに、固
定電極７ｂとミラー電極部５との間に再度電圧を印加す
ることで、ミラーの反時計方向の回転動作を加速するこ
とが可能となる。したがって、図２及び図３の動作を繰
り返して行うことにより、ミラー２は反時計方向及び時
計方向のそれぞれの最大回転位置にまで回転する動作を
繰り返す揺動動作が行われることになる。

【００１４】なお、図４は前記したミラーの揺動を連続
的に行うためのミラー揺動位置と時間との関係、および
これに対応した固定電極７ａ，７ｂのそれぞれに対する
印加電圧のタイミングを示す図である。なお、同図にお
いてＡからＨは図２及び図３の（Ａ）〜（Ｈ）に対応し
ている。このように、ミラーの揺動位置の変化に同期さ
せて固定電極７ａ，７ｂに対する印加電圧のタイミング
を制御することで、図２及び図３に示したミラーの揺動
動作を連続して行うことが可能となる。なお、この場
合、ミラー電極部５が固定電極７ａや７ｂに最も接近さ
れた位置を通過したのちも電圧を印加し続けるとミラー
２は固定電極７ａ，７ｂによる引力の影響を受けて大き
な最大回転角度が得られなくなるため、ミラー電極部５
が固定電極７ａ，７ｂを通過した直後は電圧が印加され
なくなるような駆動パルスを用いて電圧印加を行ってい
る。これにより、ミラー２は駆動パルスによって、これ
に同期した共振状態での揺動動作が行われることにな
る。

【００１５】また、ミラーの揺動に同期して駆動パルス
での電圧を行うためには、ミラーの揺動位置を測定する
ことが必要とされる。図５に、このミラーの揺動位置を
測定するための構成を示している。ミラー電極部５と各
固定電極７ａ，７ｂはコンデンサ構造を有しているの
で、図５（ａ）に示すような等価回路のコンデンサＣ
１，Ｃ２として表わされる。そして、これらコンデンサ
Ｃ１，Ｃ２を流れる電流差を差動増幅器ＯＰで求めるよ
うに抵抗Ｒ１〜Ｒ６を用いて回路を構成する。前記した
ように、ミラー２は左右対称に揺動するので、駆動電圧
に加えて微小な電庄値を持つ高い周波数の交流電圧を重
畳しておくと、左右のコンデンサＣ１，Ｃ２を流れる電
流量の差からミラーの位置を測定できる。

【００１６】図５（ｂ）はミラー２の回転に伴う前記左
右の各コンデンサＣ１，Ｃ２における容量値の差を示し
たものである。ＡからＨは第２図なしし図４で示したミ
ラー位置（Ａ）〜（Ｈ）に対応している、固から明らか
なように、ミラー２の回転と容量値には一定の関係があ
る。したがって、容量の値を測定すればミラー２の位置
が測定可能となり、その信号を他の信号と同期をとるた
めの信号として利用できる。また、容量値の大きさは揺
動角度の最大値に比例するため、この値を一定にするよ
うに制御することによりミラーの最大角度の大きさを制
御することができる。また、ミラーが単一の共振状態で
駆動されるときには、駆動周波数が明らかであればミラ
ーの揺動速度と最大角度の間には比例関係が生じる。そ
こで、各固定電極を流れる電流量の微分値等から容量値
の大きさの時間変化量を算出するとミラーの最大角度を
測定することができ、この信号を利用して最大角度の制
御を行うことも可能となる。

【００１７】このように、この実施形態の光スキャナで
は、固定電極７ａ，７ｂの内側縁部とミラー電極部５と
は平面上で重ならない位置に設定しているため、ミラー
２が揺動してもミラー電極部５が固定電極７ａ，７ｂに
衝突あるいは干渉することがなく、ミラー２の最大回転
角度を大きくすることができる。また、これにより、ミ
ラー２と固定電極７ａ，７ｂとの間隔をミクロンオーダ
以下の半導体微細下降の製造限界まで小さくすることが
可能となる。このため、前記したように静電引力を駆動
力に利用してミラー２を揺動させる場合、その駆動力は
同じ電圧の場合には間隔距離の２乗に比例するため、間
隔寸法を小さくすればするほど小さな電圧で大きな駆動
力を得ることができ、この実施形態の場合には、極めて
低電圧で前記したミラーの揺動動作を実現することが可
能となる。

【００１８】図６（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施
形態の平面図と縦断面図である。この実施形態では、ミ
ラー電極部５と固定電極７ａ，７ｂとの対向面積を増加
させるためにミラーの電極部５と固定電極７ａ，７ｂの
対向縁部を櫛形部９として形成し、それぞれの凹凸９ａ
を互いに対向させた構成としている。このため、ミラー
電極部５と固定電極７ａ，７ｂとは、櫛形部９のそれぞ
れの凹凸９ａの側辺においても対向され、コンデンサを
構成するための対向面積が増加される。したがって、こ
の実施形態では、図１の構成に比較して３倍以上の大き
な対向面積を有することが可能となり、ミラー電極部５
と固定電極７ａ，７ｂとの対向間隔を図１と同じとし、
かつ同じ電圧を印加した場合には、３倍以上の大きな静
電引力を発生することが可能となる。なお、櫛形部９の
凹凸９ａの間隔を狭くして、より多数の凹凸を形成する
ことでさらに対向面積を増加させ、より大きな駆動力を
得ることが可能となる。

【００１９】図７（ａ），（ｂ）は本発明の第３の実施
形態の平面図と縦断面図である。この実施形態では、前
記第２の実施形態における櫛形部９を構成する各凹凸９
ａの各側辺部に、さらにこれと直交する方向の凹凸１０
ａを形成して十字形部１０として構成したものである。
この構成により、ミラー電極部５と固定電極７ａ，７ｂ
の対向縁部との対向面積をさらに増大することができ、
図１の構成に比較して４倍以上の大きな対向面積を有す
ることが可能となる。これにより、ミラー電極部５と固
定電極７ａ，７ｂとの対向間隔を図１と同じとし、かつ
同じ電圧を印加した場合には、４倍以上の大きな静電引
力を発生することが可能となる。なお、寸法的に余裕が
あれば、１つの凹凸９ａに対して複数個の凹凸１０ａを
形成することでさらに対向面積を増加させ、より大きな
駆動力を得ることが可能となる。なお、凹凸の形状は任
意に設計可能である。

【００２０】図８（ａ），（ｂ）は本発明の第４の実施
形態の平面図と縦断面図である。この実施形態では、ミ
ラー２に対してミラー電極部５の厚みのみを増大し、こ
れにより固定電極７ａ，７ｂとの対向面積の増加を図っ
ている。ミラー２は高速で動作させる必要があるため軽
量化することが好ましい。そこで、この実施形態ではミ
ラー電極部５の高さのみを増加している。また、これと
同時に対向配置される固定電極７ａ，７ｂの厚みを増加
しており、これにより両者の対向面積を増加している。
このように、ミラー電極部５と固定電極７ａ，７ｂとの
対向面積を厚み方向に増加しても、前記第２及び第３の
実施形態と同様に大きな駆動力を得ることが可能とな
る。また、この実施形態では、ミラーが揺動されている
間に、固定電極７ａ，７ｂとミラー電極部５が最接近し
ている時間の割合が増大するため、より大きな引力を発
生することも可能となる。

【００２１】図９（ａ），（ｂ）は本発明の第５の実施
形態の平面図と縦断面図である。この実施形態では、ミ
ラー電極部５及び固定電極７ａ，７ｂの平面形状は前記
第２の実施形態と同じであるが、固定電極７ａ，７ｂの
高さ位置を相違させている。すなわち、トーションバー
３ａ，３ｂを対称中心として固定電極７ａ，７ｂをミラ
ー２の初期位置に対して一方は高い平面位置に、他方は
低い平面位置にそれぞれ配置した構成としている。この
構成では、固定電極７ａ，７ｂの両方に同時に電圧を印
加すると、各固定電極７ａ，７ｂとミラー電極部５との
間でそれぞれ同じ方向の静電引力が発生されるため、図
１の実施形態に比較して２倍の静電引力に基づき駆動力
を得ることができる。また、ミラー２に対して対称に駆
動力が生じるので、ミラーの変形を防ぐことができる効
果もある。

【００２２】図１０（ａ），（ｂ）は本発明の第６の実
施形態の平面図と縦断面図である。この実施形態は、第
５の実施形態を拡張したもので、各固定電極７ａ，７ｂ
を絶縁体を介して二層に構成し、これら二層の固定電極
７ａ，７ａ’と７ｂ，７ｂ’をミラー電極部５を高さ方
向に挟む位置に配置した構成である。そして、トーショ
ンバー３ａ，３ｂに対して点対称位置にある各固定電極
７ａと７ｂ’，７ａ’と７ｂに対して同時に電圧印加を
行うことにより、前記第５の実施形態と同様な２倍の静
電引力を発生させることができ、かつこの電圧印加をミ
ラー２の揺動方向に合わせて対称的に切り替えること
で、ミラーの時計方向及び反時計方向のいずれの方向の
揺動に対してもそれぞれ大きな静電引力を得ることが可
能となり、効率良く駆動力を発生することが可能とな
る。

【００２３】図１１（ａ），（ｂ）は本発明の第７の実
施形態の平面図と縦断面図である。この実施形態の特徴
は直交する２つの軸の周りに揺動可能なミラーを実現
し、Ｘ方向及びＹ方向に光走査が可能な光スキャナを実
現することにある。これを実現するために、Ｙ軸周りの
揺動自由度を有する中間支持部１１を設けその中にＸ軸
周りの揺動自由度を有するミラー２を配置している。す
なわち、前記中間支持部１１は支持基板１に支持された
２本のトーションバー３ａ，３ｂによってＹ軸回りに揺
動可能に支持されており、そのＸ方向の両側にはそれぞ
れ電極部１２が設けられている。そして、この中間支持
部１１の両側には中間支持部１１を揺動させるための固
定電極７ａ，７ｂが微小間隔をおいて支持基板１に固定
配置されている。なお、前記電極部１２と固定電極７
ａ，７ｂの対向縁部は櫛形部として構成され、その対向
面積が増大されている。また、前記各固定電極７ａ，７
ｂにはパッド８ａ，８ｂが設けられている。

【００２４】一方、前記中間支持部１１には内部に開口
１３が設けられており、この開口１３内に前記ミラー２
が配置されている。このミラー２は前記中間支持部１１
に支持された２本のトーションバー１４ａ，１４ｂによ
ってＸ軸回りに揺動可能に支持されており、Ｙ軸方向に
は電極部５が形成されている。前記ミラー２の両側、す
なわち前記固定電極７ａ，７ｂと平面上で直交する側の
両側位置にはミラー２を駆動するための固定電極１５
ａ，１５ｂが前記中間支持部１１に固定配置されてい
る。この場合にも、前記電極部５と各固定電極１５ａ，
１５ｂは櫛形部として構成され、その対向面積が増大さ
れている。なお、前記電極部５と１２は相互に電気接続
されてパッド１６ａ，１６ｂに接続されており、前記固
定電極１５ａ，１５ｂはこれらと電気的に絶縁されてパ
ッド１７ａ，１７ｂに配線によって接続されている。

【００２５】したがって、この実施形態では、固定電極
７ａ，７ｂに電圧印加することで、中間支持部１１を支
持基板１に対してＹ軸回りに揺動することができ、この
中間支持部１１と一体的にミラー２をＹ軸回りに揺動す
る。また、固定電極１５ａ，１５ｂに電圧印加すること
で、ミラー２を中間支持部１１に対してＸ軸回りに揺動
することができる。結果として、固定電極７ａ，７ｂと
１５ａ，１５ｂにそれぞれ制御された電圧を印加するこ
とで、ミラー２をＹ軸回り及びＸ軸回りに揺動すること
が可能となり、Ｘ方向及びＹ方向の光走査が可能な光ス
キャナが実現できる。なお、前記支持基板１に対する中
間支持部１１の揺動動作と、前記中間支持部１１に対す
るミラー２の揺動動作は、前記各実施形態で説明した動
作原理に基づくものであることは言うまでもない。

【００２６】ここで、前記各実施形態では、ミラーに対
する電圧印加を実現するために、トーションバーを導電
体で構成し、あるいはトーションバーの表面に配線を配
設した構成を示しているが、一般的なボイスコイル型ス
ピーカ等で見られるように柔らかい変形容易な配線を利
用してミラーとパッドとを電気接続する構成を採用する
ことも可能である。

【００２７】なお、本発明の光スキャナを例えばレーザ
ープリンタに適用する場合には、固定電極とミラーの間
隔寸法を１μｍに設定した場合に、固定電極とミラー間
に５Ｖの電庄を加えると、１ｋＨｚの走査速度で３０度
以上のミラー振幅を得ることができる。あるいはヘッド
マウントディスプレー用に１５．７４ｋＨｚで走査した
場合にも、やはり５Ｖ程度の電圧を利用して２０００×
２０００ピクセルを表示するために必要とされる±２°
のミラー走査角度が実現できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、固定電極
とミラーとが揺動方向には重ならないように形成されて
いるので、固定電極とミラーの電極部との間隔を小さく
しても、固定電極とミラーとの衝突が生じることがな
い。これにより、印加電圧が低電圧の場合でも大きな静
電力が得られ、偏向角度の大きな光走査が実現できる。
また、これにより、駆動回路を含めた光スキャナ全体を
小型化し、製造コストの低減にも有効となる。また、支
持基板に中間支持部を揺動可能に支持し、かつこの中心
支持部にミラーを揺動可能に支持しているので、ＸＹ方
向の光走査が実現可能な光スキャナを得ることもでき
る。

【００２９】また、本発明は、ミラーや中間支持部等の
揺動部材の揺動動作に同期してパルス状の電圧を印加し
て揺動部材を揺動制御を行っているので、複雑な構造を
用いることなく揺動部材を少ない電力で、かつ円滑に揺
動させることができる。また、この際に揺動部材の共振
状態を検出することにより、さらに好適な揺動制御が実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の平面図と縦断面図で
ある。

【図２】揺動動作を説明するための工程断面図のその１
である。

【図３】揺動動作を説明するための工程断面図のその２
である。

【図４】印加電圧のタイミングを示すタイミング図であ
る。

【図５】ミラーの揺動周期を測定するための回路とその
測定値を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施形態の平面図と縦断面図で
ある。

【図７】本発明の第３の実施形態の平面図と縦断面図で
ある。

【図８】本発明の第４の実施形態の平面図と縦断面図で
ある。

【図９】本発明の第５の実施形態の平面図と縦断面図で
ある。

【図１０】本発明の第６の実施形態の平面図と縦断面図
である。

【図１１】本発明の第７の実施形態の平面図と縦断面図
である。

【図１２】従来の光スキャナの一例の平面図と縦断面図
である。

【符号の説明】

１支持基板２ミラー３ａ，３ｂトーションバー４ａ，４ｂパッド５ミラー電極部６絶縁体７ａ，７ｂ固定電極８ａ，８ｂパッド９櫛形部１０十字形部１１中間支持部１２中間支持部の電極部１３開口１４ａ，１４ｂトーションバー１５ａ，１５ｂ固定電極１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂパッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持基板にトーションバーで支持され
て、前記支持基板の平面方向と垂直な方向に揺動可能と
されたミラーと、前記トーションバーを挟むミラーの両
側位置において前記支持基板に支持された固定電極とを
備え、前記固定電極と前記ミラーに設けられた電極部と
の間に電圧を印加し、両者間に生じる静電引力によって
前記ミラーを揺動させる構成の光スキャナにおいて、前
記固定電極とミラーとは、前記ミラーの揺動方向には重
ならない平面形状に形成されていることを特徴とする光
スキャナ。
【請求項２】前記ミラーの電極部と、これに対向配置
される前記固定電極の側縁部の各平面形状をそれぞれ櫛
歯状に形成した請求項１に記載の光スキャナ。
【請求項３】前記固定電極の一方は、前記ミラーの電
極部の初期位置よりも揺動方向に沿って高い平面位置に
配置され、他方の固定電極は揺動方向に沿って低い平面
位置に配置されている請求項１または２に記載の光スキ
ャナ。
【請求項４】前記固定電極はそれぞれ前記ミラーの揺
動方向に沿って積層配置された一対の固定電極で構成さ
れ、これら各対の固定電極は前記ミラーの電極部の初期
位置に対して上下に挟む高さ位置に配置されている請求
項１または２に記載の光スキャナ。
【請求項５】前記ミラーの電極部は、少なくとも前記
固定電極に対向する部分の厚みが、前記ミラーのその他
の部分よりも厚く形成されている請求項１または２に記
載の光スキャナ。
【請求項６】支持基板にＹ方向に延設された第１のト
ーションバーで支持されて、前記支持基板の平面方向と
垂直な方向に揺動可能とされた中間支持部と、前記第１
のトーションバーを挟む前記中間支持部の両側位置にお
いて前記支持基板に支持された第１の固定電極と、前記
中間支持部にＸ方向に延設された第２のトーションバー
で支持されて前記平面方向と垂直な方向に揺動可能とさ
れたミラーと、前記第２のトーションバーを挟む前記ミ
ラーの両側位置において前記中間支持部に支持された第
２の固定電極とを備え、前記第１の固定電極と中間支持
部に設けられた電極部との間、及び前記第２の固定電極
と前記ミラーに設けられた電極部との間にそれぞれ電圧
を印加し、それぞれの間に生じる静電引力によって前記
中間支持部とミラーを揺動させるように構成され、かつ
前記第１の固定電極と前記中間支持部及び前記第２の固
定電極と前記ミラーとは、前記中間支持部及び前記ミラ
ーの揺動方向には重ならない平面形状に形成されている
ことを特徴とする光スキャナ。
【請求項７】請求項１ないし６に記載の光スキャナを
駆動するための駆動方法であって、前記各固定電極と、
その固定電極に対して揺動されるミラー若しくは中間支
持部等の揺動部材に設けられた電極との間に電圧を印加
して揺動を開始した後は、前記揺動部材が前記各固定電
極に近づく揺動タイミングにおいて、前記固定電極と揺
動部材の電極部との間にパルス状の電圧を印加すること
を特徴とする光スキャナの駆動方法。
【請求項８】前記揺動部材に設けられた電極と前記固
定電極間に交流電庄を印加し、これらの間に流れる電流
値を測定し、この測定値に基づいて前記揺動部材の揺動
タイミングを測定し、この測定結果に基づいて前記印加
する電圧のタイミング、電圧値を制御する請求項７に記
載の光スキャナの駆動方法。