JP5157459B2

JP5157459B2 - 光スキャナ

Info

Publication number: JP5157459B2
Application number: JP2008002696A
Authority: JP
Inventors: 克巳各務
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-01-10
Also published as: JP2009163154A

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マイクロアクチュエータが種々提案されている。
例えば、矩形状に形成された枠体の中央部に反射ミラー部が配置され、この反射ミラー部の両側部と枠体とは、それぞれ２本の弾性部で連結されて本体部が形成されている。また、この本体部の反射ミラー部の両側部における２本の弾性部と枠体とを跨いで上部電極、圧電素子、下部電極が積層されている。そして、この上部電極と下部電極との間に駆動電圧を印可することによって、反射ミラー部を反射面に対して垂直方向に駆動することができるように構成されたマイクロアクチュエータがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−３２００８９号公報（段落（００４７）〜（００５６）、図３（ａ））

上述した特許文献１に記載される構成では、反射ミラー部を２本の弾性部の長手方向回りに揺動させて振動させるためには、上部電極を２本の弾性部に対応させて２分割し、反射ミラー部を挟んで対向する一対の弾性部上に形成された各上部電極に同位相の交番電圧（例えば、交番電圧は、ＡＣ１Ｖ〜４０Ｖである。）を印加することによって実現することが可能となる。そして、反射ミラー部の揺動軸回りの振幅を制御するために、交番電圧を印加していない圧電素子に発生する電圧を計測して、弾性部の歪み量を測定することが考えられる。
しかしながら、交番電圧を印加していない圧電素子に発生する電圧は、微弱な電圧（例えば、ＡＣ数ｍＶである。）のため、交番電圧の接地電位の変動、つまり、ノイズに埋もれてしまって、弾性部の歪み量を測定することが困難であ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、ミラー部の揺動軸回りの振幅を検出する検出精度の向上を図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の表面部から前記固定枠の表面部に渡って積層された一対の下部電極と、前記一対の下部電極上にそれぞれ前記各一対の弾性部の上側を含むように積層された一対の圧電素子と、前記一対の圧電素子上にそれぞれ前記各一対の弾性部毎に分割されて積層された各一対の上部電極と、を備え、前記一対の下部電極は、前記各一対の上部電極に対応するようにそれぞれ分割され、前記一対の圧電素子は、前記各一対の弾性部の個々の弾性部に対応するようにそれぞれ分割され、前記各一対の弾性部のうちの前記ミラー部の片側に設けられた一対の弾性部のうちの一方の弾性部に形成された圧電素子にのみ駆動電圧を印加し、該各一対の弾性部のうちの残り３つの弾性部に形成された各圧電素子に発生する電圧又は電流を全て検出することを特徴とする。

請求項１に係る光スキャナでは、圧電素子を挟んで積層された一対の下部電極と一対の上部電極とは、各弾性部毎に分割されているため、１つの弾性部に配置された駆動電圧を印加した圧電素子の接地電位と、残り３つの弾性部に配置された駆動電圧を印加していない圧電素子の接地電位とを切り離すことができる。これにより、ミラー部の揺動軸回りの揺動振幅を、駆動電圧を印加していない残り３つの弾性部に配置された圧電素子の発生電圧によって検出する場合に、駆動電圧との電圧差による接地電位のノイズの干渉を避け、検出精度の向上を図ることが可能となる。

また、圧電素子も各弾性部毎に分割されているため、３つの弾性部に配置された駆動電圧を印加していない圧電素子に、１つの弾性部に配置された駆動電圧を印加した圧電素子の不必要な歪みが加わることを防止して、３つの弾性部に配置された駆動電圧を印加していない圧電素子に発生する電圧又は電流のノイズ成分の更なる低減化を図ることが可能となる。

また、駆動電圧を印加された圧電素子が配置された弾性部に隣接する弾性部と、ミラー部を挟んで反対側に配置された一対の弾性部とに配置されて駆動電圧を印加されていない残り３つの圧電素子に発生する電圧又は電流を全て検出することが可能となり、駆動側弾性部の実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。また、駆動電圧を印加していない残り３つの弾性部に配置された圧電素子に発生する電圧又は電流の加算、平均、差分を用いることが可能となり、検出精度の向上を図ることが可能となる。

以下、本発明に係る光スキャナ及び光スキャナの製造方法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７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７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、その反射ミラー部８の揺動軸１５上の両側面部から外側方向に同一面上に延びて、その反射ミラー部８を固定枠６に接合する一対のはり部１６Ａ、１６Ｂを備えている。つまり、反射ミラー部８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、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、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、反射ミラー部８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８参照）。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。

［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、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、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）や真空蒸着法を採用した。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。

［揺動駆動及び動作検出］
次に、光スキャナ１の反射ミラー部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８に基づいて説明する。図８は反射ミラー部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８に示すように、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、反射ミラー部８を揺動軸１５の回りに揺動させる。また、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、反射ミラー部８の揺動振幅を検出する。

尚、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、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、反射ミラー部８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、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、反射ミラー部８側を自由端として、各自由端が、反射ミラー部８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８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、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、光スキャナ１の反射ミラー部８の他の揺動駆動及び動作検出について図９に基づいて説明する。図９は反射ミラー部８の揺動駆動及び動作検出の他の組み合わせの一例を示す組み合わせテーブル４１である。
尚、図９においては、説明を簡単にするため、組み合わせテーブル４１の下側に示すように、図８に示す状態の各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄを順に梁Ａ、梁Ｂ、梁Ｃ、梁Ｄとする。

図９に示すように、組み合わせテーブル４１は、組み合わせの順番を示す「Ｎｏ」と、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の使用状態を表す「梁Ａの電極」と、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の使用状態を表す「梁Ｂの電極」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の使用状態を表す「梁Ｃの電極」と、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の使用状態を表す「梁Ｄの電極」とから構成されている。

従って、組み合わせテーブル４１の「Ｎｏ１」と「Ｎｏ２」に示すように、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上に形成された各下部電極２１Ａ、２１Ｄと各上部電極２３Ａ、２３Ｄに各駆動回路３１、３２によって同位相の交番電圧を印加する。そして、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、又は枠側板ばね部１８Ｃ上に形成された下部電極２１Ｃと上部電極２３Ｃとのうちの一方に発生する発生電圧を変位検出回路３３に入力して、この電圧に基づいて反射ミラー部８の揺動振幅を検出することが可能となる。

また、組み合わせテーブル４１の「Ｎｏ３」〜「Ｎｏ６」に示すように、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に駆動回路３１によって交番電圧を印加して、反射ミラー部８を揺動軸１５回りに揺動する。そして、各枠側板ばね部１８Ｂ〜１８Ｄ上に形成された各下部電極２１Ｂ〜２１Ｄと各上部電極２３Ｂ〜２３Ｄのうちの全部、又は、２つに発生する発生電圧を変位検出回路３３に入力して、各電圧の加算又は平均又は差分をとることによって、この算出した電圧に基づいて反射ミラー部８の揺動振幅を検出することが可能となる。

また、組み合わせテーブル４１の「Ｎｏ７」〜「Ｎｏ９」に示すように、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に駆動回路３１によって交番電圧を印加して、反射ミラー部８を揺動軸１５回りに揺動する。そして、各枠側板ばね部１８Ｂ〜１８Ｄ上に形成された各下部電極２１Ｂ〜２１Ｄと各上部電極２３Ｂ〜２３Ｄのうち１つに発生する発生電圧を変位検出回路３３に入力して、この電圧に基づいて反射ミラー部８の揺動振幅を検出することが可能となる。

また、組み合わせテーブル４１の「Ｎｏ１０」に示すように、反射ミラー部８を挟んで対角方向に対向する一対の枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｃ上に形成された各下部電極２１Ａ、２１Ｃと各上部電極２３Ａ、２３Ｃに各駆動回路３１、３２によって逆位相の交番電圧を印加する。そして、反射ミラー部８を挟んで対角方向に対向する一対の枠側板ばね部１８Ｂ、１８Ｄ上に形成された各下部電極２１Ｂ、２１Ｄと各上部電極２３Ｂ、２３Ｄに発生する発生電圧を変位検出回路３３に入力して、各電圧の加算又は差分又は平均をとることによって、この算出した電圧に基づいて反射ミラー部８の揺動振幅を検出することが可能となる。

更に、組み合わせテーブル４１の「Ｎｏ１１」と「Ｎｏ１２」に示すように、反射ミラー部８を挟んで対角方向に対向する一対の枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｃ上に形成された各下部電極２１Ａ、２１Ｃと各上部電極２３Ａ、２３Ｃに各駆動回路３１、３２によって逆位相の交番電圧を印加する。そして、反射ミラー部８を挟んで対角方向に対向する一対の枠側板ばね部１８Ｂ、１８Ｄ上に形成された各下部電極２１Ｂ、２１Ｄと各上部電極２３Ｂ、２３Ｄのうちの一方に発生する発生電圧を変位検出回路３３に入力して、この電圧に基づいて反射ミラー部８の揺動振幅を検出することが可能となる。

尚、上記組み合わせテーブル４１においては、図８に示す状態から各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄを反射ミラー部８を中心として上下反転、左右反転した状態の各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄを順に梁Ａ、梁Ｂ、梁Ｃ、梁Ｄとしてもよい。

ここで、反射ミラー部８は、ミラー部として機能する。また、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄは、弾性部として機能する。

以上説明した通り、本実施例に係る光スキャナ１では、本体部２の圧電素子２２Ａを挟んで積層された各下部電極２１Ａ、２１Ｂと各上部電極２３Ａ、２３Ｂとは、揺動軸１５に沿って固定枠６上で分割されて積層されている。また、圧電素子２２Ｂを挟んで積層された各下部電極２１Ｃ、２１Ｄと各上部電極２３Ｃ、２３Ｄとは、揺動軸１５に沿って固定枠６上で分割されて積層されている。

これにより、各枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｂのうちの一方の圧電素子２２Ａに駆動電圧を印加して、他方の圧電素子２２Ａに発生する発生電圧を検出する場合には、各下部電極２１Ａ、２１Ｂが固定枠６上で分割されているため、駆動電圧との電圧差による接地電位のノイズの干渉を避け、他方の圧電素子２２Ａに発生する発生電圧の検出精度の向上を図ることが可能となる。また、各枠側板ばね部１８Ｃ、１８Ｄのうちの一方の圧電素子２２Ｂに駆動電圧を印加して、他方の圧電素子２２Ｂに発生する発生電圧を検出する場合には、各下部電極２１Ｃ、２１Ｄが固定枠６上で分割されているため、駆動電圧との電圧差による接地電位のノイズの干渉を避け、他方の圧電素子２２Ｂに発生する発生電圧の検出精度の向上を図ることが可能となる。

また、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上に形成された各下部電極２１Ａ、２１Ｄと各上部電極２３Ａ、２３Ｄに各駆動回路３１、３２を介して同位相の交番電圧を印加して反射ミラー部８を揺動軸１５回りに揺動する。また、隣接する一対の枠側板ばね部１８Ｂ、１８Ｃに形成された各下部電極２１Ｂ、２１Ｃと各上部電極２３Ｂ、２３Ｃのうちの少なくとも一方に発生する電圧を変位検出回路３３に入力する。

これにより、駆動側の各枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｄに隣接する一対の枠側板ばね部１８Ｂ、１８Ｃに形成された各下部電極２１Ｂ、２１Ｃと各上部電極２３Ｂ、２３Ｃのうちの少なくとも一方に発生する発生電圧を検出することが可能となり、駆動側の各枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｄの実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。また、一対の枠側板ばね部１８Ｂ、１８Ｃに形成された各下部電極２１Ｂ、２１Ｃと各上部電極２３Ｂ、２３Ｃに発生する発生電圧を変位検出回路３３に入力して、各電圧を加算又は平均することによって、検出精度の向上を図ることが可能となる。

また、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に駆動回路３１によって交番電圧を印加して、反射ミラー部８を揺動軸１５回りに揺動する。そして、各枠側板ばね部１８Ｂ〜１８Ｄ上に形成された各下部電極２１Ｂ〜２１Ｄと各上部電極２３Ｂ〜２３Ｄのうちの全部、又は、２つ、又は、１つに発生する発生電圧を変位検出回路３３に入力して、各電圧の加算又は平均又は差分をとることによって、検出精度の向上を図ることが可能となる。また、枠側板ばね部１８Ａに隣接する枠側板ばね部１８Ｂ上に形成された下部電極２１Ｂと上部電極２３Ｂに発生する発生電圧を変位検出回路３３に入力することによって、枠側板ばね部１８Ａの実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。

更に、反射ミラー部８を挟んで対角方向に対向する一対の枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｃ上に形成された各下部電極２１Ａ、２１Ｃと各上部電極２３Ａ、２３Ｃに各駆動回路３１、３２によって逆位相の交番電圧を印加する。そして、反射ミラー部８を挟んで対角方向に対向する一対の枠側板ばね部１８Ｂ、１８Ｄ上に形成された各下部電極２１Ｂ、２１Ｄと各上部電極２３Ｂ、２３Ｄのうちの少なくとも一方に発生する電圧を変位検出回路３３に入力する。

これにより、駆動側の各枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｃに隣接する一対の枠側板ばね部１８Ｂ、１８Ｄに形成された各下部電極２１Ｂ、２１Ｄと各上部電極２３Ｂ、２３Ｄのうちの少なくとも一方に発生する発生電圧を検出することが可能となり、駆動側の各枠側板ばね部１８Ａ、１８Ｄの実動作の状態をより確実に検出することが可能となる。また、一対の枠側板ばね部１８Ｂ、１８Ｄに形成された各下部電極２１Ｂ、２１Ｄと各上部電極２３Ｂ、２３Ｄに発生する発生電圧を変位検出回路３３に入力して、各電圧を差分又は差分を平均することによって、検出精度の向上を図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１］
（Ａ）他の実施例１に係る光スキャナ５０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１に係る光スキャナ５０の本体部５１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５０の本体部５１は、上記本体部２とほぼ同じ構成であるが、上記各圧電素子２２Ａ、２２Ｂに替えて、本体部５１の各下部電極２１Ａ〜２１Ｄのそれぞれの上側に各圧電素子５２Ａ〜５２Ｄを形成するようにしてもよい。従って、一対の圧電素子５２Ａ、５２Ｂは、揺動軸１５を挟んで対向するように分割されている。また、一対の圧電素子５２Ｃ、５２Ｄは、揺動軸１５を挟んで対向するように分割されている。

ここで、各圧電素子５２Ａ〜５２Ｄの形成方法について説明する。
先ず、上記図３に示すように、固定枠６と各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄとの上側に、各下部電極２１Ａ〜２１Ｄを形成する。続いて、各下部電極２１Ａ〜２１Ｄの上側に各圧電素子５２Ａ〜５２Ｄを形成するように、この各圧電素子５２Ａ〜５２Ｄを形成する部分を除いた部分にレジスト膜を形成、若しくは、別途用意した各圧電素子５２Ａ〜５２Ｄを形成する形状部分が切り抜かれた金属片を用いてマスキングする。その後、ＰＺＴ等の圧電素子を１μｍ〜３μｍ積層して各圧電素子５２Ａ〜５２Ｄを形成後、レジスト膜、若しくは、金属片を除去する。

尚、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、一対の圧電素子５２Ａ、５２Ｂと一対の圧電素子５２Ｃ、５２Ｄに分割した後、レジスト膜を除去するようにしてもよい。
そして、図５に示すように、各圧電素子５２Ａ〜５２Ｄ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を形成することによって、本体部５１を形成することができる。

従って、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄ毎に各圧電素子５２Ａ〜５２Ｄが固定枠６上で分割されて積層されているため、駆動電圧を印加していない圧電素子に、駆動電圧を印加した圧電素子の不必要な歪みが加わることを防止して、駆動電圧を印加していない圧電素子に発生する電圧又は電流のノイズ成分の更なる低減化を図ることが可能となる。
尚、本体部５１の反射ミラー部８を揺動駆動方法及び動作状態を検出する方法は、上記実施例と同一である。

［他の実施例２］
（Ｂ）他の実施例２に係る光スキャナ６０について図１２乃至図１４に基づいて説明する。図１２は他の実施例２に係る光スキャナ６０の本体部６１を示す平面図である。図１３は図１２のＸ４−Ｘ４矢視断面を示す模式図である。図１４は図１２のＸ５−Ｘ５矢視断面を示す模式図である。尚、図１２乃至図１４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１２乃至図１４に示すように、光スキャナ６０の本体部６１は、上記本体部２とほぼ同じ構成である。但し、厚さ約３０μｍ〜２００μｍの薄長四角形のシリコン基材である固定枠６２の各下部電極２１Ａ〜２１Ｄが形成される部分及びその外周縁部を含む部分が、約半分の厚さに窪むようにエッチングによって形成した各凹部６３、６４が設けられている。

これにより、各下部電極２１Ａ〜２１Ｄ、各圧電素子２２Ａ、２２Ｂ、及び、各上部電極２３Ａ〜２３Ｄは、各凹部６３、６４内に形成されているため、固定枠６２の周辺部を持っても各下部電極２１Ａ〜２１Ｄ、各圧電素子２２Ａ、２２Ｂ、及び、各上部電極２３Ａ〜２３Ｄに触れることを防止することが可能となる。また、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄの各下部電極２１Ａ〜２１Ｄが形成される部分の厚さは、固定枠６２の約半分の厚さになるため、低電圧で反射ミラー部８を揺動軸１５回りに揺動させることが可能となる。

［他の実施例３］
（Ｃ）他の実施例３に係る光スキャナ７０について図１５に基づいて説明する。図１５は他の実施例３に係る光スキャナ７０の本体部７１を示す平面図である。尚、図１５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１５に示すように、光スキャナ７０の本体部７１は、上記本体部２とほぼ同じ構成である。但し、厚さ約３０μｍ〜２００μｍの薄長四角形のシリコン基材である固定枠７２は、各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄに替えて、各接続部２０Ａ、２０Ｂの両端縁部から揺動軸１５方向外側に所定長さ延びて、更に、それぞれ揺動軸１５に対して直交する外側方向に延びて固定枠７２に接合された各枠側板ばね部７３Ａ〜７３Ｄが、エッチングによって形成されている。

そして、各枠側板ばね部７３Ａ〜７３Ｄの揺動軸１５に対して直交する部分から固定枠７２に渡って、０．２μｍ〜０．６μｍの厚さで積層された各下部電極２１Ａ〜２１Ｄが形成されている。また、各下部電極２１Ａ〜２１Ｄの上側には、各枠側板ばね部７３Ａ〜７３Ｄの揺動軸１５に対して直交する部分から該各下部電極２１Ａ〜２１Ｄの固定枠７２側の外周部と所定隙間を形成するように、１μｍ〜３μｍの厚さで積層された各圧電素子７５Ａ〜７５Ｄが形成されている。更に、各圧電素子７５Ａ〜７５Ｄの上側には、各枠側板ばね部７３Ａ〜７３Ｄの揺動軸１５に対して直交する部分から該各圧電素子７５Ａ〜７５Ｄの固定枠７２側の外周部と所定隙間を形成するように、０．２μｍ〜０．６μｍの厚さで積層された各上部電極２３Ａ〜２３Ｄが形成されている。

尚、各下部電極２１Ａ〜２１Ｄを各枠側板ばね部７３Ａ〜７３Ｄの各接続部２０Ａ、２０Ｂに接続される部分から固定枠７２に渡って形成してもよい。また、この各下部電極２１Ａ〜２１Ｄの上側に、各枠側板ばね部７３Ａ〜７３Ｄの各接続部２０Ａ、２０Ｂに接続される部分から該各下部電極２１Ａ〜２１Ｄの固定枠７２側の外周部と所定隙間を形成するように各圧電素子７５Ａ〜７５Ｄを形成するようにしてもよい。更に、各圧電素子７５Ａ〜７５Ｄの上側に、各枠側板ばね部７３Ａ〜７３Ｄの各接続部２０Ａ、２０Ｂに接続される部分から該各圧電素子７５Ａ〜７５Ｄの固定枠７２側の外周部と所定隙間を形成するように各上部電極２３Ａ〜２３Ｄを形成するようにしてもよい。これにより、各圧電素子７５Ａ〜７５Ｄの面積を大きくして、低電圧で反射ミラー部８を揺動軸１５回りに揺動させることが可能となる。

また、本体部７１の製造方法は、上記実施例の本体部２の製造方法とほぼ同じである。また、光スキャナ７０の反射ミラー部８を揺動駆動するために、各下部電極２１Ａ〜２１Ｄと各上部電極２３Ａ〜２３Ｄに駆動電圧を印加する方法は、各枠側板ばね部７３Ａ〜７３Ｄを各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄに対応させることによって、上記実施例と同じである。また、光スキャナ７０の反射ミラー部８の動作状態を検出するために、各下部電極２１Ａ〜２１Ｄと各上部電極２３Ａ〜２３Ｄに発生する発生電圧を検出する方法は、各枠側板ばね部７３Ａ〜７３Ｄを各枠側板ばね部１８Ａ〜１８Ｄに対応させることによって、上記実施例と同じである。従って、光スキャナ７０は、上記光スキャナ１と同じ効果を奏することが可能である。

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、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。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。反射ミラー部の揺動駆動及び動作検出の他の組み合わせの一例を示す組み合わせテーブルである。他の実施例１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。他の実施例２に係る光スキャナの本体部を示す平面図である。図１２のＸ４−Ｘ４矢視断面を示す模式図である。図１２のＸ５−Ｘ５矢視断面を示す模式図である。他の実施例３に係る光スキャナの本体部を示す平面図である。

符号の説明

１光スキャナ
２、５１、６１、７１本体部
３ベース
５貫通孔
６、６２、７２固定枠
８反射ミラー部
１２支持部
１３、６３、６４凹部
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、５２Ａ〜５２Ｄ、７５Ａ〜７５Ｄ圧電素子
２３Ａ〜２３Ｄ上部電極
３１、３２駆動回路
３３変位検出回路
４１組み合わせテーブル

Claims

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の表面部から前記固定枠の表面部に渡って積層された一対の下部電極と、
前記一対の下部電極上にそれぞれ前記各一対の弾性部の上側を含むように積層された一対の圧電素子と、
前記一対の圧電素子上にそれぞれ前記各一対の弾性部毎に分割されて積層された各一対の上部電極と、
を備え、
前記一対の下部電極は、前記各一対の上部電極に対応するようにそれぞれ分割され、
前記一対の圧電素子は、前記各一対の弾性部の個々の弾性部に対応するようにそれぞれ分割され、
前記各一対の弾性部のうちの前記ミラー部の片側に設けられた一対の弾性部のうちの一方の弾性部に形成された圧電素子にのみ駆動電圧を印加し、該各一対の弾性部のうちの残り３つの弾性部に形成された各圧電素子に発生する電圧又は電流を全て検出することを特徴とする光スキャナ。