特許 6808506 光走査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6808506

(24)【登録日】2020年12月11日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】光走査装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20201221BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20201221BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   G02B26/10 104Z

   G02B26/08 E

   B81B3/00

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-11273(P2017-11273)

(22)【出願日】2017年1月25日

(65)【公開番号】特開2018-120085(P2018-120085A)

(43)【公開日】2018年8月2日

【審査請求日】2019年12月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】特許業務法人創成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 直

【審査官】 鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１９８３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−００１２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９８４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２０６５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００６１４１７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２６／１０

Ｇ０２Ｂ ２６／０８

Ｂ８１Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
ミラー部、支持部及びアクチュエータを有し、前記アクチュエータは、前記ミラー部と前記支持部との間に介在するとともに、その圧電膜に印加される電圧に応じて変形して、前記ミラー部を所定の軸線の周りに往復回動させ、前記ミラー部は前記光源からの入射光を前記軸線の周りの回動角に応じた方向に反射光として出射する光偏向器と、
前記圧電膜に電圧を印加して前記軸線の周りの前記ミラー部の回動角を制御する制御部と備える光走査装置であって、
前記アクチュエータは、ミアンダパターンで結合し個々に前記圧電膜をもつ複数のカンチレバーを有し、
前記複数のカンチレバーに前記支持部から前記ミラー部の方への配置順に番号を付けたとき、
奇数番号となるカンチレバーを較正用奇数番号カンチレバーと往復回動用奇数番号カンチレバーとに区分けし、
偶数番号となるカンチレバーを較正用偶数番号カンチレバーと往復回動用偶数番号カンチレバーとに区分けし、
前記制御部は、
前記較正用奇数番号カンチレバー及び前記較正用偶数番号カンチレバーの前記圧電膜に、前記往復回動用奇数番号カンチレバー及び前記往復回動用偶数番号カンチレバーの非駆動時の前記反射光の出射方向が基準出射方向になる較正用電圧を印加し
前記往復回動用奇数番号カンチレバー及び前記往復回動用偶数番号カンチレバーの前記圧電膜に、前記ミラー部を前記軸線の周りに往復回動させる周期変動電圧を印加することを特徴とする光走査装置。

【請求項2】

請求項１に記載の光走査装置において、
前記制御部は、前記較正用奇数番号カンチレバー及び前記較正用偶数番号カンチレバーの前記圧電膜に、前記較正用電圧に加えて、前記軸線の周りの前記ミラー部の往復回動範囲の中心回動角を変更するバイアス電圧を印加することを特徴とする光走査装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の光走査装置において、
前記較正用奇数番号カンチレバー及び前記較正用偶数番号カンチレバーは、それぞれ番号が１番及び２番のカンチレバーであることを特徴とする光走査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光偏向器を備える光走査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の光偏向器が知られている。該光偏向器は、ミラー部、支持部及びアクチュエータを有し、アクチュエータは、ミラー部と支持部との間に介在するとともに、その圧電膜に印加される電圧に応じて変形して、ミラー部を所定の軸線の周りに往復回動させ、ミラー部は光源からの入射光を軸線の周りの回動角に応じた方向に反射光として出射する。また、アクチュエータとして、大きな駆動力を得るために、複数のカンチレバーをミアンダパターンで結合したアクチュエータを使用する光偏向器が知られている（例：特許文献１）。

【0003】

特許文献１は、ミラー部である可動部が垂直ではなく水平に配置されるときに、可動部が、自重により一端側において落ち込み、水平に対して傾くのを防止する光走査装置を開示している。該光走査装置によれば、左右のアクチュエータが可動部を左右両側から結合する位置が、回転軸線に対して同一側になることなく、例えば矩形の可動部の対角線の両端に設定して、左右のアクチュエータが可動部を回転軸線に対して相互に反対側から支持するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−１９８３１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般的な光走査装置では、光偏向器は、パッケージに封入されて、基板に固定される。そして、光源からの光がパッケージ内の光偏向器のミラー部に入射し、ミラー部で反射された反射光が走査光としてパッケージから出射される。

【0006】

光走査装置では、基板に対する所定方向を基準出射方向として設定し、アクチュエータによるミラー部の非駆動時では、ミラー部からの反射光が基準出射方向になることが望ましい。なぜならば、光偏向器のアクチュエータの駆動電圧は、光を出射しようとする出射方向と基準出射方向との相違に基づいて決めるからである。

【0007】

しかしながら、現実の光走査装置では、アクチュエータの非駆動時の光の出射方向は、光走査装置ごとにばらつきがあり、基準出射方向からずれている。このため、光走査装置からの光の出射方向を基準出射方向に合わせる較正が必要になる。なお、ばらつきの原因として、具体的には、（ａ）光偏向器のミアンダパターン配列の複数のカンチレバーから成るアクチュエータの製造ばらつき、（ｂ）パッケージ内での光偏向器の固着角度のばらつき、及び（ｃ）基板におけるパッケージの実装角度のばらつき等が挙げられる。

【0008】

特許文献１の光走査装置は、可動部の初期位置を水平に設定するときに可動部の自重による傾きを防止するだけであり、製造ばらつきに対処して基準出射方向を確立するものではない。

【0009】

本発明の目的は、基準出射方向を確立して、ミラー部の往復回動制御を的確化することができる光走査装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の光走査装置は、
光源と、
ミラー部、支持部及びアクチュエータを有し、前記アクチュエータは、前記ミラー部と前記支持部との間に介在するとともに、その圧電膜に印加される電圧に応じて変形して、前記ミラー部を所定の軸線の周りに往復回動させ、前記ミラー部は前記光源からの入射光を前記軸線の周りの回動角に応じた方向に反射光として出射する光偏向器と、
前記圧電膜に電圧を印加して前記軸線の周りの前記ミラー部の回動角を制御する制御部と備える光走査装置であって、
前記アクチュエータは、ミアンダパターンで結合し個々に前記圧電膜をもつ複数のカンチレバーを有し、
前記複数のカンチレバーに前記支持部から前記ミラー部の方への配置順に番号を付けたとき、
奇数番号となるカンチレバーを較正用奇数番号カンチレバーと往復回動用奇数番号カンチレバーとに区分けし、
偶数番号となるカンチレバーを較正用偶数番号カンチレバーと往復回動用偶数番号カンチレバーとに区分けし、
前記制御部は、
前記較正用奇数番号カンチレバー及び前記較正用偶数番号カンチレバーの前記圧電膜に、前記往復回動用奇数番号カンチレバー及び前記往復回動用偶数番号カンチレバーの非駆動時の前記反射光の出射方向が基準出射方向になる較正用電圧を印加し
前記往復回動用奇数番号カンチレバー及び前記往復回動用偶数番号カンチレバーの前記圧電膜に、前記ミラー部を前記軸線の周りに往復回動させる周期変動電圧を印加することを特徴とする。

【0011】

本発明によれば、奇数番号カンチレバー及び偶数番号カンチレバーが、それぞれ基準出射方向の較正用カンチレバーと軸線の周りにミラー部を往復回動させる往復回動用カンチレバーとに区分けされる。これにより、基準出射方向の較正は、較正用奇数番号カンチレバー及び較正用偶数番号カンチレバーとにより行われて、基準出射方向を確立することができる。また、較正用奇数番号カンチレバー及び較正用偶数番号カンチレバーは、ミラー部の回動中、振動することなく静止状態に保持されるので、基準出射方向を安定化することができる。

【0012】

そして、基準出射方向を確立した上で、往復回動用奇数番号カンチレバー及び往復回動用偶数番号カンチレバーにより軸線の周りのミラー部の往復回動を制御するので、往復回動用奇数番号カンチレバー及び往復回動用偶数番号カンチレバーの制御を個々の光走査装置に依らず汎用化して、的確化することができる。

【0013】

本発明の光走査装置において、好ましくは、前記制御部は、前記較正用奇数番号カンチレバー及び前記較正用偶数番号カンチレバーの前記圧電膜に、前記較正用電圧に加えて、前記軸線の周りの前記ミラー部の往復回動範囲の中心回動角を変更するバイアス電圧を印加する。

【0014】

この構成によれば、較正用奇数番号カンチレバー及び較正用偶数番号カンチレバーにより基準出射方向の較正と走査領域のシフトを同時に行う。これにより、往復回動用奇数番号カンチレバー及び往復回動用偶数番号カンチレバーにより大きな往復回動角範囲を確保しつつ、走査領域のシフトが可能になる。

【0015】

本発明の光走査装置において、好ましくは、前記較正用奇数番号カンチレバー及び前記較正用偶数番号カンチレバーは、それぞれ番号が１番及び２番のカンチレバーである。

【0016】

この構成によれば、較正用奇数番号カンチレバー及び較正用偶数番号カンチレバーは、往復回動用奇数番号カンチレバー及び往復回動用偶数番号カンチレバーとミラー部との間に介在しない。したがって、往復回動用奇数番号カンチレバー及び往復回動用偶数番号カンチレバーとミラー部との間で伝わる振動が較正用奇数番号カンチレバー及び較正用偶数番号カンチレバーを通らないので、較正用奇数番号カンチレバー及び較正用偶数番号カンチレバーによる基準出射方向の支持を安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】光走査装置の構成図。

【図2】制御部内の各要素と光偏向器の各電極パッドとの接続関係を示す図。

【図3】光偏向器の右半部の配線図。

【図4A】製造ばらつき無しのときの光走査装置における初期出射方向及び基準出射方向の関係を示す図。

【図4B】製造ばらつき有りのときの光走査装置における初期出射方向及び基準出射方向の関係を示す図。

【図5】制御部が外側アクチュエータの往復回動用カンチレバーの圧電膜に印加する往復回動用電圧と第２軸線の周りのミラー部の回動角との関係を示すグラフ。

【図6】制御部が外側アクチュエータに印加する往復回動用電圧の時間変化を示す図。

【図7】較正角度と較正用電圧との関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１は光走査装置２０の構成図である。光走査装置２０は、光偏向器１、レーザ光源２１及び制御部２２を備える。光偏向器１は、頂面に光の透過窓を有するパッケージ２３内に封入される。制御部２２及びパッケージ２３は、基板２４（図４Ａ及び図４Ｂ）に実装される。レーザ光源２１は、基板２４に実装されることもあるし、基板２４とは別の所定の箇所に、基板２４上の光偏向器１にレーザ光の出射先を向けて配設されることもある。

【0019】

最初に光偏向器１について説明する。光偏向器１は、ＭＥＭＳの一種である。光偏向器１は、中心に回動自在に配置される円形のミラー部２、ミラー部２を外側から包囲する円形環状の可動枠３、及び可動枠３を外側から包囲する矩形の固定枠４を備えている。

【0020】

構造の説明の便宜上、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸から成る３軸座標系を定義する。３軸座標系の原点としての中心Ｏは、ミラー面２ａ上の円形のミラー部２の中心に設定する。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、中心Ｏにおいて相互に直交する。Ｘ軸及びＹ軸は、それぞれ矩形の固定枠４の長辺及び短辺に平行に設定する。Ｚ軸は固定枠４の厚み方向に平行に設定する。

【0021】

さらに、説明の便宜上、Ｚ軸方向にミラー部２のミラー面２ａが見える側を光偏向器１の正面側と定義し、その反対側を背面側と定義する。さらに、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を光偏向器１の正面視の縦方向及び横方向と定義する。

【0022】

ミラー面２ａの法線２５（図４Ａ及び図４Ｂ）は、中心Ｏを通り、ミラー面２ａに対して直角となる。ミラー部２は、後述の第１軸線及び第２軸線の周りに往復回動可能になっている。ミラー面２ａの法線２５は、ミラー部２の往復回動に伴い、変動する。ただし、ミラー部２の中心である中心Ｏは、ミラー部２の往復回動中も、不動を維持する。図１のミラー部２は、ミラー面２ａの法線２５がＺ軸に一致したときの状態で図示されている。

【0023】

１対のトーションバー５ａ，５ｂは、円形のミラー部２において正面視でＹ軸方向の直径に沿ってミラー部２の両側から突出し、突出端において半円環状の内側アクチュエータ６ａ，６ｂの両端に結合している。なお、トーションバー５ａ，５ｂは、可動枠３の内周まで延長させて、該内周に結合することも可能である。

【0024】

内側アクチュエータ６ａ，６ｂは、正面視でミラー部２の左右に配設され、正面視で個々には半円周形状、全体では円周形状となるように、形成されている。トーションバー５ａ，５ｂの軸線は、ミラー部２が往復回動する第１軸線に一致する。ミラー面２ａの法線２５がＺ軸に一致するとき、第１軸線はＹ軸に重なる。第１軸線の周りのミラー部２の往復回動に伴い、ミラー部２は、正面視で左右に首振りする。

【0025】

内側アクチュエータ６ａ，６ｂは、外側から円環状の可動枠３により包囲されている。柄部１２ａ，１２ｂは、Ｘ軸に沿って延び、両端において内側アクチュエータ６ａ，６ｂの外側の半円周の中点と円環状の可動枠３の円形孔の内周円とを結合している。

【0026】

内側アクチュエータ６ａ，６ｂは、１つのカンチレバーから構成され、該カンチレバーは、後述の外側アクチュエータ７ａ，７ｂの各カンチレバー１５と同様に、基板層（図示せず）の片面側に形成された圧電膜と該圧電膜をＺ軸方向の上側及び下側（基板層側を下側と定義している）から挟む上部電極及び下部電極を有している。内側アクチュエータ６ａ，６ｂは、圧電膜に供給されるユニポーラの駆動電圧で湾曲変形するユニモルフ構造の圧電アクチュエータである。

【0027】

柄部１２ａ，１２ｂの軸線は、第２軸線２７（図４）そのものではないが、第２軸線２７を規定する。第２軸線２７は、そのＹ軸方向位置が柄部１２ａ，１２ｂのＹ軸方向位置に維持しつつ、第１軸線の周りのミラー部２の往復回動に伴い、Ｙ軸の周りに往復回動する。

【0028】

外側アクチュエータ７ａ，７ｂは、固定枠４の内側において正面視で可動枠３の左右に配設され、基端側結合部１８及び先端側結合部１９において固定枠４の内周縁と可動枠３の外周縁とに結合している。外側アクチュエータ７ａ，７ｂを構成する後述の各カンチレバー１５は、基板層の片面側に形成された圧電膜を有し、該圧電膜に供給されるユニポーラの駆動電圧で湾曲変形するユニモルフ構造の圧電アクチュエータである。

【0029】

外側アクチュエータ７ａ，７ｂは、可動枠３をＸ軸の周りに往復回動させる。可動枠３がＸ軸の周りに往復回動することにより、ミラー部２は第２軸線２７の周りに往復回動する。第２軸線２７の周りのミラー部２の往復回動に伴い、ミラー部２は、正面視で上下に首振りする。

【0030】

第１軸線及び第２軸線２７は、共にミラー面２ａを含む平面上に設定され、中心Ｏにおいて直交する。第２軸線２７は、ミラー面２ａの法線２５がＺ軸に一致したとき、Ｘ軸に一致する。中心Ｏにおける第２軸線２７とＸ軸との交角は、第１軸線の周りのミラー部２の往復回動に伴い、変化する。第１軸線と可動枠３とは、Ｘ軸の周りに一体で往復回動する。

【0031】

以下、トーションバー５ａ，５ｂを、特に区別しないときは、「トーションバー５」と総称する。内側アクチュエータ６ａ，６ｂを、特に区別しないときは、「内側アクチュエータ６」と総称する。外側アクチュエータ７ａ，７ｂを、特に区別しないときは、「外側アクチュエータ７」と総称する。柄部１２ａ，１２ｂを、特に区別しないときは、「柄部１２」と総称する。

【0032】

外側アクチュエータ７は、ミアンダパターンを形成するように折返し部１６により結合された複数のカンチレバーとして、較正用カンチレバー１５ＣＲ（１），１５ＣＲ（２）及び往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（３），１５ＣＣ（４），１５ＣＣ（５）を備える。較正用カンチレバー１５ＣＲ（１），１５ＣＲ（２）及び往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（３），１５ＣＣ（４），１５ＣＣ（５）の詳細については後述する。較正用カンチレバー１５ＣＲ（１），１５ＣＲ（２）及び往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（３），１５ＣＣ（４），１５ＣＣ（５）を個々に区別する必要のないときは、「カンチレバー１５」と総称する。

【0033】

外側アクチュエータ７は、両端部において基端側結合部１８及び先端側結合部１９を介して固定枠４の内周及び可動枠３の外周にそれぞれ結合している。複数のカンチレバー１５は、長手方向をＹ軸方向に揃えてＸ軸方向に１列に配列されている。

【0034】

基端側結合部１８は、Ｘ軸からＹ軸方向＋側に離れ、ほぼ固定枠４の長辺部の内周側に近い位置にあり、先端側結合部１９は、Ｘ軸上に存在する。すなわち、カンチレバー１５のうち、Ｘ軸方向に可動枠３に最も近いカンチレバーは、他のカンチレバー１５の長さの半分の長さになっている。

【0035】

較正用カンチレバー１５ＣＲ（１），１５ＣＲ（２）及び往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（３），１５ＣＣ（４），１５ＣＣ（５）について説明する。カンチレバー１５について、基端側結合部１８側から先端側結合部１９側への並び順に番号Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５（１番〜５番）を付ける。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４のカンチレバー１５の長手方向寸法は等長であり、Ｎｏ．５のカンチレバー１５の長手方向寸法は、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４のカンチレバー１５の長手方向寸法の約１／２となっている。

【0036】

各カンチレバー１５は、その圧電膜に電圧を印加されると、いずれも背面側に凸に湾曲する。各カンチレバー１５は、印加電圧の増大に連れて、湾曲量を増大する。

【0037】

Ｎｏ．１，Ｎｏ．２のカンチレバー１５は、後述の基準出射方向Ｒｏ（図４Ａ等）の較正に使用されるので、それぞれ較正用カンチレバー１５ＣＲ（１），１５ＣＲ（２）で指示する。較正用カンチレバー１５ＣＲ（１）は本発明の「較正用奇数番号カンチレバー」に相当し、較正用カンチレバー１５ＣＲ（２）は本発明の「較正用偶数番号カンチレバー」に相当する。なお、較正用カンチレバー１５ＣＲ（１），１５ＣＲ（２）を個々に区別する必要のないときは、「較正用カンチレバー１５ＣＲ」と総称する。

【0038】

Ｎｏ．３−Ｎｏ．５のカンチレバー１５は、第２軸線の周りのミラー部２の往復回動に使用されるので、それぞれ往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（３），１５ＣＣ（４），１５ＣＣ（５）で指示する。往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（３），１５ＣＣ（５）は、本発明の「往復回動用奇数番号カンチレバー」に相当し、往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（４）は、本発明の「往復回動用偶数番号カンチレバー」に相当する。なお、往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（３），１５ＣＣ（４），１５ＣＣ（５）を個々に区別する必要のないときは、「往復回動用カンチレバー１５ＣＣ」と総称する。

【0039】

光偏向器１の正面視で、左側の電極パッド８ａ１〜８ａ６は、固定枠４の左の短辺部に配設され、ミラー部２に対して左側半部に存在する対応素子に光偏向器１内の埋設配線又は埋設金属層を介して接続されている。光偏向器１の正面視で、右側の電極パッド８ｂ１〜８ｂ６は、固定枠４の右の短辺部に配設され、ミラー部２に対して右側半部に存在する対応素子に光偏向器１内の埋設配線又は埋設金属層を介して接続されている。以下、電極パッド８ａ１〜８ａ６，８ｂ１〜８ｂ６を、特に区別しないときは、「電極パッド８」と総称する。

【0040】

図２は、制御部２２内の各要素と光偏向器１の電極パッド８との接続関係を示している。可変直流電源１０１，１０２は出力電圧を可変とされている。可変直流電源１０１は電極パッド８ａ１，８ｂ１に接続される。可変直流電源１０２は電極パッド８ａ２，８ｂ２に接続される。可変直流電源１０１，１０２が電極パッド８ａ１，８ｂ１に印加する電圧は、ミラー部２の往復回動中、一定に維持される。

【0041】

往復回動用電圧生成部１０３，１０４は、第２軸線の周りにミラー部２を往復回動させる往復回動用電圧Ｖｃを生成する。往復回動用電圧Ｖｃの具体例は、のこぎり波や（図６）、三角波や、正弦波形のような周期変動電圧である。往復回動用電圧生成部１０３が出力する往復回動用電圧Ｖｃと往復回動用電圧生成部１０４が出力する往復回動用電圧Ｖｃとは、正相及び逆相の関係になっている。バイアス電圧生成部１０５は、バイアス電圧Ｖｂ（ユニポーラ駆動を行うために、Ｖｃの最小値を０Ｖより上にバイアスさせる電圧）を発生する。加算器１０６は、往復回動用電圧生成部１０３及びバイアス電圧生成部１０５の出力電圧を加算して、電極パッド８ａ３，８ｂ３に出力する。加算器１０７は、往復回動用電圧生成部１０４及びバイアス電圧生成部１０５の出力電圧を加算して、電極パッド８ａ４，８ｂ４に出力する。

【0042】

正弦波生成器１１０，１１１は、振幅及び周波数の等しい正弦波電圧Ｖｓを生成する。正弦波生成器１１０が出力する正弦波電圧Ｖｓと正弦波生成器１１１が出力する正弦波電圧Ｖｓとは、正相及び逆相の関係になっており、それぞれ電極パッド８ａ５，８ｂ５に出力される。第１軸線の周りのミラー部２の往復回動は、第１軸線の周りのミラー部２の共振が利用されるので、該正弦波電圧Ｖｓの周波数は、該共振周波数に等しく設定されている。アース１１２は、電極パッド８ａ６，８ｂ６に接続されている。

【0043】

図３は、光偏向器１の右半部の配線図である。光偏向器１の左半部の配線は、図示していないが、対応素子間では左半部の対応素子間と同一接続関係の配線を有している。

【0044】

図３において表面端子３１ｄ１〜３１ｄ５は、それぞれ較正用カンチレバー１５ＣＲ（１），１５ＣＲ（２）及び往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（３）−１５ＣＣ（５）の上面に形成され、各カンチレバー１５において上部電極（圧電膜を両側から挟んでいる電極のうち、表面側の電極）に接続されている。配線３１ｂ１は、電極パッド８ｂ１と表面端子３１ｄ１とを接続する。配線３２ｂ１は、電極パッド８ｂ２と表面端子３１ｄ２とを接続する。配線３３ｂ１は、電極パッド８ｂ３と表面端子３１ｄ３，３１ｄ５とを接続する。配線３４ｂ１は、電極パッド８ｂ４と表面端子３１ｄ４とを接続する。

【0045】

なお、電極パッド８ｂ５は、図示しない配線により内側アクチュエータ６ｂの上部電極に接続される。電極パッド８ｂ６は、光偏向器１の右半部の埋設金属層としての共通のアース電極層（図示せず）に接続されている。アース電極層は、内側アクチュエータ６ｂ及び外側アクチュエータ７ｂにおいて下部電極を構成する。

【0046】

光偏向器１は、パッケージ２３内に封入され、パッケージ２３の各端子と電極パッド８ａ，８ｂの各々とはボンディングワイヤ（図示せず）により接続される。光偏向器１は、前述したように、制御部２２と共に基板２４（図４Ａ及び図４Ｂ）に実装される。レーザ光源２１は、光偏向器１のミラー部２のミラー面２ａの中心Ｏに向かって、パッケージ２３の外から光偏向器１の入射光Ｌａを出射する。なお、パッケージ２３には、光の入射及び出射を許容する透過窓が形成されている。

【0047】

ミラー部２は、中心Ｏに入射して来た入射光Ｌａを第１軸線及び第２軸線２７の周りの回動角に応じた向きで反射し、走査光Ｌｂ（入射光Ｌａの反射光でもある）として所定の照射領域に出射する。図１では、入射光Ｌａはレーザ光源２１からミラー部２に直接入射し、照射領域へ直接向かっている。実際の製品では、パッケージ２３の外側において光学系が配設され、光路を変更している。

【0048】

図４Ａは、製造ばらつき無しのときの光走査装置２０における初期出射方向Ｒｉ及び基準出射方向Ｒｏの関係を示している。図４Ｂは、製造ばらつき有りのときの光走査装置２０における初期出射方向Ｒｉ及び基準出射方向Ｒｏの関係を示している。図４Ａ及び図４Ｂの製造ばらつきとは、（ａ）光偏向器１のミアンダパターン配列の複数のカンチレバー１５から成る外側アクチュエータ７の製造ばらつき、（ｂ）パッケージ２３内での光偏向器１の固着角度のばらつき、及び（ｃ）基板２４におけるパッケージ２３の実装角度のばらつきを合計したばらつきである。したがって、図４Ａ及び図４Ｂで図示しているミラー部２の傾きや走査光Ｌｂの方向等は、光偏向器１が封入されているパッケージ２３が基板２４に実装された状態で示されている。

【0049】

図４Ａ及び図４Ｂにおいて、補助線Ｈ１及び補助線Ｑ１は、説明の便宜上、示したものである。補助線Ｈ１は、法線２５の根元の中心Ｏを通りかつ基板２４の面に対して平行に引かれている。補助線Ｑ１は、法線２５の根元の中心Ｏを通りかつ基板２４の面に対して垂直に引かれている。製造ばらつき無しの光走査装置２０では、ミラー部２の法線２５は補助線Ｑ１に一致する。説明の便宜上、この光走査装置２０では、法線２５は補助線Ｑ１に一致するときの第２軸線２７の周りのミラー部２の回動角θを０°と定義する。

【0050】

基準出射方向Ｒｏは、基板２４の上面の平面又は該平面に立てた所定の法線に対する所定方向として定義される。基準出射方向Ｒｏは、制御部２２が第２軸線２７の周りのミラー部２の回動角θを制御するときの該回動角θに対応する外側アクチュエータ７の圧電膜の印加電圧を算出又は決定する基礎にされる。例えば、制御部２２が光走査装置２０からの光の出射方向をＲｕ（図示せず）に制御するとき、制御部２２は、基準出射方向Ｒｏ及び出射方向Ｒｕに対応する第２軸線２７の周りのミラー部２の回動角θｏ，θｕ（θｕは図示せず）の差分θｕ−θｏに基づいて外側アクチュエータ７の各圧電膜の印加電圧を算出して、カンチレバー１５の上部電極に印加する。初期出射方向Ｒｉは、内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７の非駆動時に、光走査装置２０からの反射光Ｌｂの出射方向と定義される。

【0051】

図４Ａの光走査装置２０は、製造ばらつき無しであるので、初期出射方向Ｒｉは基準出射方向Ｒｏに一致する。説明の便宜上、初期出射方向Ｒｉを、ミラー部２の回動角θで表わすと、θｉであるとする。図４Ａでは、θｏ＝θｉである。このときは、基準出射方向Ｒｏを確立するための光走査装置２０からの光の出射方向の較正は省略できる。

【0052】

図４Ｂでは、法線２５は補助線Ｑ１からずれるので、初期出射方向Ｒｉが図４Ａの初期出射方向Ｒｉの方向からずれる。この結果、θｏ≠θｉとなり、基準出射方向Ｒｏを確立するための光走査装置２０からの光の出射方向の較正が行われる。較正の詳細は、図７で説明する。概略だけ述べるとθｏ−θｉに対応する較正用電圧が、電極パッド８ａ１，８ｂ１，８ａ２，８ｂ２に供給されて、較正用カンチレバー１５ＣＲの圧電膜に印加される。

【0053】

光偏向器１の特徴的な作用を説明する前に、一般的な作用について概略的に説明する。光偏向器１において、ミラー部２は、内側アクチュエータ６の作動によりトーションバー５の軸線（第１軸線）の周りに往復回動する。ミラー部２は、また、外側アクチュエータ７の作動により、ミラー部２のミラー面２ａに含まれかつミラー面２ａの中心Ｏにおいて第１軸線と直交する柄部１２ａ，１２ｂの軸線として第２軸線２７の周りに往復回動する。

【0054】

典型的な光走査装置２０では、第１軸線の周りのミラー部２の往復回動により走査光Ｌｂは照射領域を横方向に走査する。また、第２軸線２７の周りのミラー部２の往復回動により走査光Ｌｂは照射領域を縦方向に走査する。横方向及び縦方向は、光走査装置２０が例えばプロジェクタ等の画像生成装置に装備される場合には、典型的には、それぞれ水平方向及び鉛直方向に揃えられる。

【0055】

例えば、第１軸線の周りのミラー部２の往復回動の周波数は１８ｋＨｚであり、第２軸線２７の周りのミラー部２の往復回動の周波数は６０Ｈｚである。第１軸線の周りのミラー部２の往復回動には、共振が利用される。第２軸線２７の周りのミラー部２の往復回動には、共振は利用されず、外側アクチュエータ７の作用力のみが利用される。第２軸線２７の周りのミラー部２の往復回動の周波数は往復回動用電圧Ｖｃの周波数に一致する。

【0056】

次に、光走査装置２０を特徴付ける作用について説明する。図５は制御部２２が外側アクチュエータ７の往復回動用カンチレバー１５ＣＣの圧電膜に印加する往復回動用電圧Ｖｃと第２軸線２７の周りのミラー部２の回動角θとの関係を示すグラフである。図５において、往復回動用電圧Ｖｃｏは、往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（３），１５ＣＣ（５）の圧電膜に印加される。往復回動用電圧Ｖｃｅは、往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（４）の圧電膜に印加される。

【0057】

なお、図５の回動角θは、較正用カンチレバー１５ＣＲにより基準出射方向Ｒｏが確立された後の回動角を意味し、法線２５と補助線Ｑ１とは重なっている。図５によれば、回動角θが０°であるとき、往復回動用電圧Ｖｃｏ，Ｖｃｅは共にＶ１とされる。回動角θが例えばβ１であるとき、往復回動用電圧Ｖｃｏは値Ｖｃｏ１とされ、往復回動用電圧Ｖｃｅは値Ｖｃｅ１とされる。

【0058】

往復回動用電圧Ｖｃｏ，Ｖｃｅは、各回動角θにおいて相互に逆相の関係になっている。一方、各カンチレバー１５が有する圧電膜について耐電圧Ｖｗが存在する。したがって、往復回動用電圧Ｖｃｏ，Ｖｃｅの最大値Ｖｍａｘは、Ｖｍａｘ≦Ｖｗとされる。

【0059】

往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（３），１５ＣＣ（５）と往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（４）とは、すなわち奇数番号の往復回動用カンチレバーと偶数番号の往復回動用カンチレバーとは、相互に逆相の往復回動用電圧Ｖｃｏ，Ｖｃｅを印加されて、ミラー部２を第２軸線２７の周りに−β〜βの範囲で往復回動させる。往復回動用電圧Ｖｃｏ，Ｖｃｅの大小関係は、θ＝０°を境に逆転する。

【0060】

図６は制御部２２が外側アクチュエータ７に印加する往復回動用電圧の時間変化を示す図である。往復回動用電圧Ｖｃｏは外側アクチュエータ７の往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（３），１５ＣＣ（５）に供給される。往復回動用電圧Ｖｃｅは外側アクチュエータ７の往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（４）に供給される。往復回動用電圧Ｖｃｏ，Ｖｃｅは、周期変動電圧の波形としてこぎり波で変化し、相互に逆相の関係になっている。

【0061】

次に、光走査装置２０の製造ばらつきに因る基準回動角θｏの較正の仕方について説明する。図７は、較正角（＝θｏ−θｉ）と較正用電圧Ｖｒとの関係を示すグラフである。図７のＶｗ及びＶｍａｘは、図５のそれらと一致する。較正用電圧Ｖｒｏは較正用カンチレバー１５ＣＲ（１）の圧電膜に印加される。較正用電圧Ｖｒｅは較正用カンチレバー１５ＣＲ（２）の圧電膜に印加される。

【0062】

光走査装置２０は、基準出射方向Ｒｏを、第２軸線２７の周りのミラー部２の回動角が−γ〜γの範囲で較正可能にしている。図７によれば、較正角が０°であるとき、較正用電圧Ｖｒｏ，Ｖｒｅは共にＶ２とされる。較正角が例えばγ１であるとき、較正用電圧Ｖｒｏは値Ｖｒｏ１とされ、較正用電圧Ｖｒｅは値Ｖｒｅ１とされる。往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（５）が存在せず、往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（４）が可動枠３に結合している場合は、γ＝βとなり、Ｖ２＝Ｖ１となる。

【0063】

例えば、較正角（＝θｏ−θｉ）＝γ１であるとき、較正用電圧Ｖｒｏ＝Ｖｒｏ１及び較正用電圧Ｖｒｅ＝Ｖｒｅ１とし、較正用カンチレバー１５ＣＲ（１）のカンチレバー１５の圧電膜には、Ｖｒｏ１を印加し、較正用カンチレバー１５ＣＲ（２）の圧電膜には、Ｖｒｅ１を印加し、較正用カンチレバー１５ＣＲ（１）の湾曲量＞較正用カンチレバー１５ＣＲ（２）のカンチレバー１５の湾曲量とする。これにより、ミラー部２の回動角θが増大し、光の出射方向が、基板２４の上面の方へ接近して、基準出射方向Ｒｏとすることができる（図４Ｂ参照）。

【0064】

一方、較正用カンチレバー１５ＣＲの駆動電圧は較正用電圧Ｖｒｏ（又はＶｒｅ）＋バイアス電圧Ｖｂ（≦Ｖｍａｘ）とされる。このバイアス電圧Ｖｂには、較正用カンチレバー１５ＣＲのユニポーラ駆動を行う電圧分に、所定の増分を付加することができる。バイアス電圧Ｖｂの調整により、第２軸線２７の周りのミラー部２の往復回動範囲の中心回動角が変化し、光走査装置２０から出射される走査光が走査される走査領域が、第２軸線２７の周りの回動方向に対応する方向へ変位する。この結果、往復回動用カンチレバー１５ＣＣによる往復回動角範囲を大きく維持したまま、走査領域のシフトが可能になる。

【0065】

（変形例）
実施形態の光偏向器１は、直交２軸回動の光偏向器１である。本発明の光偏向器は、実施形態の光偏向器１において、ミラー部２を第１軸線の周りに回動させる機構部分（可動枠３、トーションバー５及び内側アクチュエータ６等）を省略して、外側アクチュエータの先端側結合部１９をミラー部２の周縁に直接結合させて、ミラー部２を第２軸線２７の周りのみ（この場合、第２軸線２７はＸ軸に一致する）往復回転するように構成変更した１軸回動の光偏向器であってもよい。

【0066】

実施形態では、支持部としての固定枠４は、ミラー部２及びアクチュエータとしての外側アクチュエータ７を包囲している。本発明の支持部は、ミラー部を包囲することなく、ミラー部に対して一方の側のみに配設されているものであってもよい。

【0067】

実施形態のレーザ光源２１は本発明の光源に相当する。本発明の光源は、ビーム状の光を出射するものであれば、レーザ光源２１に限定されない。

【0068】

実施形態では、較正用カンチレバー１５ＣＲ（１），１５ＣＲ（２）がそれぞれ本発明の較正用奇数番号カンチレバー及び較正用偶数番号カンチレバーに相当し、往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（３），１５ＣＣ（５）が本発明の「往復回動用奇数番号カンチレバー」に相当し、往復回動用カンチレバー１５ＣＣ（４）が本発明の「往復回動用偶数番号カンチレバー」に相当する。本発明では、較正用奇数番号カンチレバー、較正用偶数番号カンチレバー、往復回動用奇数番号カンチレバー及び往復回動用偶数番号カンチレバーがそれぞれ少なくとも１以上確保されて奇数番号及び偶数番号が維持されるのであれば、ミアンダパターンの結合における較正用奇数番号カンチレバー、較正用偶数番号カンチレバー、往復回動用奇数番号カンチレバー及び往復回動用偶数番号カンチレバーの配置順は任意であってよい。

【0069】

ただし、本発明の較正用奇数番号カンチレバー及び較正用偶数番号カンチレバーとして最も基端側結合部１８側の奇数番号カンチレバー及び偶数番号カンチレバーを選択したときは、較正用カンチレバー１５ＣＲが往復回動用カンチレバー１５ＣＣとミラー部２との間に介在しないことになる。この結果、較正用カンチレバー１５ＣＲが、往復回動用カンチレバー１５ＣＣ及びミラー部２の振動により振動することが抑制されて、軸線の周りのミラー部２の回動制御を安定化することができる。

【0070】

実施形態の光偏向器１では、ミラー部２は円形となっているが、ミラー部２は円形でなくてもよい。例えば正方形や矩形とすることもできる。

【符号の説明】

【0071】

１・・・光偏向器、２・・・ミラー部、４・・・固定枠（支持部）、７・・・外側アクチュエータ（アクチュエータ）、１５ＣＲ（１）・・・カンチレバー（較正用奇数番号カンチレバー）、１５ＣＲ（２）・・・カンチレバー（較正用偶数番号カンチレバー）、１５ＣＲ（３）・・・カンチレバー（往復回動用奇数番号カンチレバー）、１５ＣＲ（４）・・・カンチレバー（往復回動用偶数番号カンチレバー）、１５ＣＲ（５）・・・カンチレバー（往復回動用奇数番号カンチレバー）、１８・・・基端側結合部、１９・・・先端側結合部、２０・・・光走査装置、２１・・・レーザ光源（光源）、２２・・・制御部、２４・・・基板、２５・・・法線、２７・・・第２軸線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】