特許 7011164 アクチュエータ及び光走査装置

(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】

(24)【登録日】2022-01-18

(45)【発行日】2022-02-10

(54)【発明の名称】アクチュエータ及び光走査装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20220203BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20220203BHJP

   B81B 7/02 20060101ALI20220203BHJP

   H02N 2/14 20060101ALN20220203BHJP

【ＦＩ】

G02B26/10 104Z

G02B26/08 E

B81B7/02

H02N2/14

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2018048094

(22)【出願日】2018-03-15

(65)【公開番号】P2019159195

(43)【公開日】2019-09-19

【審査請求日】2021-02-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000006220

【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】山田 健介

【審査官】井亀 諭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２１５３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０７８８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０５８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１３８３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０５８６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－３２７０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１９８４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２６９２７０４（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１６５２９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２４３８５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２６／１０

Ｇ０２Ｂ ２６／０８

Ｂ８１Ｂ ７／０２

Ｈ０２Ｎ ２／１４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動対象物を支持する梁と、
駆動信号が入力される駆動源と、を有し、
前記駆動信号は鋸波形状の駆動波形を含み、
前記鋸波形状の駆動波形の下り部分における微分波形が、リンギング波長を整数を除く所定数倍した波長となる正弦半波の形状を有し、
前記駆動源の駆動により所定の軸の周りを回転する方向に前記駆動対象物を揺動駆動する
アクチュエータ。

【請求項2】

前記所定数倍した波長は、リンギング波長の（ｎ＋０．５）倍（ｎは正の整数）の波長である
請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項3】

前記梁は、複数が前記所定の軸に垂直な方向に延在しており、
隣接する前記梁の端部同士が折り返し部で連結され全体としてジグザグ状の蛇腹構造を有する
請求項１又は２に記載のアクチュエータ。

【請求項4】

前記梁は、前記駆動源が表面に形成され前記駆動対象物を揺動する駆動梁である
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【請求項5】

前記鋸波形状の駆動波形の下り部分の微分波形は、前記正弦半波が偶数個つながった波形を有する
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【請求項6】

前記鋸波形状の駆動波形の上り部分は、第１階段状波形と前記第１階段状波形に連続する第２階段状波形を有し、
前記第１階段状波形と前記第２階段状波形との間に、リンギング波形と逆位相の振動を発生するリンギング抑制波形が形成されている
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【請求項7】

前記第１階段状波形により発生するリンギングと前記第２階段状波形により発生するリンギングが互いに打ち消し合う
請求項６に記載のアクチュエータ。

【請求項8】

前記リンギング抑制波形はリンギング波長の０．５倍である
請求項６または７に記載のアクチュエータ。

【請求項9】

前記鋸波形状の上り区間は、前記アクチュエータによる走査の主走査区間である
請求項１乃至８のいずれか１つに記載のアクチュエータ。

【請求項10】

前記鋸波形状の下り部分は、前記主走査区間と次の主走査区間の間の戻り区間である
請求項９に記載のアクチュエータ。

【請求項11】

前記鋸波形状の駆動波形の下り部分の微分波形は、前記リンギング波長の３．５倍の波長である正弦半波が２個つながった波形を有する
請求項５に記載のアクチュエータ。

【請求項12】

前記鋸波形状の駆動波形の下り部分の微分波形は、前記リンギング波長の１．５倍の波長である正弦半波が４個つながった波形を有する
請求項５に記載のアクチュエータ。

【請求項13】

光反射面を有するミラーと、
前記ミラーを支持するミラー支持体と、
所定の軸に垂直な方向に延在する複数の梁を有し、隣接する前記梁の端部同士が折り返し部で連結されて全体としてジグザグ状の蛇腹構造を有し、前記ミラー支持体を支持する駆動梁と、
前記梁の表面に形成され、駆動信号が入力される駆動源と、を有し、
前記駆動信号は鋸波形状の駆動波形を含み、
前記鋸波形状の駆動波形の下り部分における微分波形が、リンギング波長を整数を除く所定数倍した波長となる正弦半波の形状を有し、
前記駆動源の駆動により前記所定の軸の周りを回転する方向に前記ミラー支持体を揺動駆動する
光走査装置。

【請求項14】

前記所定数倍した波長は、リンギング波長の（ｎ＋０．５）倍（ｎは正の整数）の波長である
請求項１３に記載の光走査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アクチュエータ及び光走査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から圧電薄膜の上面に上部電極、下面に下部電極を形成した圧電素子を駆動源とするアクチュエータを用いて、入射光を反射させるミラー部を回転軸回りに回転させ、反射光を走査する光走査装置が知られている。このアクチュエータでは、圧電薄膜に電圧を印加するために、上部電極に接続される上部配線と、下部電極に接続される下部配線とが形成されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。

【0003】

上記の光走査装置では、駆動源に鋸歯状波形の電圧が用いられるが、駆動時にミラー部の共振振動によるリンギングが発生する場合ある。リンギングの発生は、光走査装置の走査により形成される画像の画質劣化に繋がる。

【0004】

特許文献３では、鋸波を入力した際の振れ角をセンシングし、リンギング成分を除去するように駆動波形に周波数フィルタを掛けるフィードバック制御を行っている。

【0005】

特許文献４では既知の周波数成分に対して共振周波数成分を除去するフィルタを掛けた駆動波形を入力している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１６－１３２５号公報

【文献】特許５８７６３２９号

【文献】特開２０１２－５５８５２号公報

【文献】特開２００４－３６１９２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記のように駆動波形全体に周波数フィルタを掛ける方法を用いると、例えば主走査区間が階段状になった鋸波を使用する場合においては階段部分が鈍ってしまい必要な直線区間が得られなくなる問題がある。また、フィルタを掛ける方法では連続的に繰り返される鋸波には有効だが、鋸波の周波数が変動する場合や、鋸波と鋸波の間に不定期に待ち時間が発生する場合などでは適切なリンギング抑制効果が得られなくなる。

【0008】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、鋸波全体ではなく、鋸波の戻り区間単独で発生するリンギングそのものを抑制し、戻り部分の波形以外の波形に依らずリンギングを抑えることを可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係るアクチュエータは、駆動対象物（１２０）を支持する梁（１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２）と、駆動信号が入力される駆動源（１７１Ａ、１７１Ｂ）と、を有し、前記駆動信号は鋸波形状の駆動波形を含み、前記鋸波形状の駆動波形の下り部分における微分波形が、リンギング波長を整数を除く所定数倍した波長となる正弦半波の形状を有し、前記駆動源の駆動により所定の軸（ＡＸＶ）の周りを回転する方向に前記駆動対象物を揺動駆動する。

【0010】

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。

【発明の効果】

【0011】

開示の技術によれば、駆動波形の微分波形におけるリンギング波長の（ｎ＋０．５）倍（ｎは正の整数）の波長となる正弦半波の形状が、鋸波全体ではなく、鋸波の戻り区間単独で発生するリンギングそのものを抑制し、戻り部分の波形以外の波形に依らずリンギングを抑えることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の斜視図（Ａ）と下面側の斜視図（Ｂ）である。

【図2】実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の平面図である。

【図3】実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例の駆動波形を示す図である。

【図4】実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例の駆動波形の上り部分である主走査区間の波形を示す図である。

【図5】実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例の駆動波形の下り部分である戻り区間の波形を示す図である。

【図6】実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例の駆動波形の下り部分である戻り区間の波形の微分波形を示す図である。

【図7】実施の形態に係る光走査装置の光走査部の他の一例の駆動波形の下り部分である戻り区間の波形を示す図である。

【図8】実施の形態に係る光走査装置の光走査部の他の一例の駆動波形の下り部分である戻り区間の波形の微分波形を示す図である。

【図9】実施の形態に係る光走査装置の光走査部の他の一例の戻り区間のミラー角度波形を示す図である。

【図10】実施の形態に係る光走査装置の光走査部の他の一例の戻り区間のミラー角度波形の要部拡大図である。

【図11】実施の形態に係る光走査装置の光走査部の他の一例の入力波形の微分波形の正弦半波の波長に対するリンギング振幅を示す図である。

【図12】実施の形態に係る光走査装置の光走査部のさらに他の一例の駆動波形の下り部分である戻り区間の波形を示す図である。

【図13】実施の形態に係る光走査装置の光走査部のさらに他の一例の駆動波形の下り部分である戻り区間の波形の微分波形を示す図である。

【図14】実施の形態に係る光走査装置の光走査部のさらに他の一例の戻り区間のミラー角度波形を示す図である。

【図15】実施の形態に係る光走査装置の光走査部のさらに他の一例の戻り区間のミラー角度波形の要部拡大図である。

【図16】実施の形態に係る光走査装置の光走査部のまたさらに他の一例の戻り区間のミラー振れ角波形を示す図である。

【図17】実施の形態に係る光走査装置の光走査部のまたさらに他の一例の戻り区間のミラー振れ角波形の要部拡大図である。

【図18】実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例の主走査区間の入力波形と対応するミラー角度波形を示す図である。

【図19】実施の形態に係る光走査装置の光走査部の変形例の主走査区間の入力波形を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

＜実施の形態＞
図１（Ａ）は、実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の斜視図である。図１（Ｂ）は、実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す下面側の斜視図である。図２は、実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の平面図である。本実施の形態に係る光走査部１００は、セラミックパッケージとパッケージカバー等のパッケージ部材に収容して用いることができる。

【0015】

光走査部１００は、ミラー１１０を揺動させて光源から照射されるレーザ入射光を走査する部分である。光走査部１００は、例えば圧電素子である駆動源によりミラー１１０を駆動させるＭＥＭＳミラー等である。光走査部１００に設けられたミラー１１０にレーザ入射光を入射して、ミラー１１０から出射される光を２次元に走査する。

【0016】

図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図２に示されるように、光走査部１００は、ミラー１１０と、ミラー支持部１２０と、連結梁１２１Ａ、１２１Ｂと、水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂと、可動枠１６０と、垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂと、固定枠１８０とを有する。ミラー支持部１２０の上面にミラー１１０が支持されている。

【0017】

ミラー１１０を支持するミラー支持部１２０の両側に、ミラー支持部１２０に接続され、ミラー１１０及びミラー支持部１２０を支持する一対の水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂが配置されている。ミラー支持部１２０と水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂは連結梁１２１Ａ、１２１Ｂにより接続されている。また、水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂ、連結梁１２１Ａ、１２１Ｂ、ミラー支持部１２０及びミラー１１０は、可動枠１６０によって外側から支持されている。水平駆動梁１３０Ａは、水平回転軸ＡＸＨと直交する垂直回転軸ＡＸＶの方向に延在する複数の矩形状の水平梁１３３Ｘ１、１３３Ｘ２、１３３Ｘ３、１３３Ｘ４を有し、隣接する水平梁の端部同士が折り返し部１３１Ｘ２、１３１Ｘ３、１３１Ｘ４により連結され、全体としてジグザグ状の蛇腹構造を有する。水平駆動梁１３０Ａの一方が可動枠１６０の内周側に、他方が折り返し部１３１Ｘ１及び連結梁１２１Ａを介してミラー支持部１２０に接続される。また、水平駆動梁１３０Ｂは、水平回転軸ＡＸＨと直交する垂直回転軸ＡＸＶの方向に延在する複数の矩形状の水平梁１３３Ｙ１、１３３Ｙ２、１３３Ｙ３、１３３Ｙ４を有し、隣接する水平梁の端部同士が折り返し部１３１Ｙ２、１３１Ｙ３、１３１Ｙ４により連結され、全体としてジグザグ状の蛇腹構造を有する。水平駆動梁１３０Ｂの一方が可動枠１６０の内周側に、他方が折り返し部１３１Ｙ１及び連結梁１２１Ｂを介してミラー支持部１２０に接続される。

【0018】

また、可動枠１６０の両側に、可動枠１６０に接続される一対の垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂが配置されている。垂直駆動梁１７０Ａは、水平回転軸ＡＸＨ方向に延在する複数の矩形状の垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２を有し、隣接する垂直梁の端部同士が折り返し部１７１Ｘにより連結され、全体としてジグザグ状の蛇腹構造を有する。垂直駆動梁１７０Ａの一方が固定枠１８０の内周側に、他方が可動枠１６０の外周側に接続される。また、垂直駆動梁１７０Ｂは、水平回転軸ＡＸＨ方向に延在する複数の矩形状の垂直梁１７３Ｙ１、１７３Ｙ２を有し、隣接する垂直梁の端部同士が折り返し部１７１Ｙにより連結され、全体としてジグザグ状の蛇腹構造を有する。垂直駆動梁１７０Ｂの一方が固定枠１８０の内周側に、他方が可動枠１６０の外周側に接続される。

【0019】

水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂは、それぞれ圧電素子である水平駆動源１３１Ａ、１３１Ｂを有する。また、垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、それぞれ圧電素子である垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂを有する。水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂ、垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、ミラー１１０を上下又は左右に揺動駆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。

【0020】

水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂの上面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位である水平梁ごとに水平駆動源１３１Ａ、１３１Ｂが形成されている。水平駆動源１３１Ａは、水平駆動梁１３０Ａの上面に形成された圧電素子であり、圧電薄膜と、圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。水平駆動源１３１Ｂは、水平駆動梁１３０Ｂの上面に形成された圧電素子であり、圧電薄膜と、圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。

【0021】

水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂは、水平梁ごとに隣接している水平駆動源１３１Ａ、１３１Ｂ同士で、駆動波形の中央値を基準に上下反転した波形の駆動電圧を印加することにより、隣接する水平梁を上方向に反らせ、各水平梁の上下動の蓄積をミラー支持部１２０に伝達する。本実施の形態においては、駆動波形は鋸波形状とする。水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂの動作によりミラー１１０及びミラー支持部１２０が水平回転軸ＡＸＨを回転する方向に揺動駆動され、この揺動する方向を水平方向と呼び、ミラー１１０の光反射面の中心を通る上記の揺動軸を水平回転軸ＡＸＨという。例えば水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂによる水平駆動には、非共振振動を用いることができる。

【0022】

例えば、水平駆動源１３１Ａは、水平駆動梁１３０Ａを構成する１番目から４番目の各水平梁の上にそれぞれ形成された４つの水平駆動源１３１Ａ１、１３１Ａ２、１３１Ａ３、１３１Ａ４を含む。また、水平駆動源１３１Ｂは、水平駆動梁１３０Ｂを構成する１番目から４番目の各水平梁の上にそれぞれ形成された４つの水平駆動源１３１Ｂ１、１３１Ｂ２、１３１Ｂ３、１３１Ｂ４を含む。この場合、水平駆動源１３１Ａ１、１３１Ｂ１、１３１Ａ３、１３１Ｂ３を同波形、水平駆動源１３１Ａ２、１３１Ｂ２、１３１Ａ４、１３１Ｂ４を前者と駆動波形の中央値を基準に上下反転した波形で駆動することで、ミラー１１０及びミラー支持部１２０を水平方向へ揺動駆動できる。

【0023】

垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位である垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２ごとに垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂが形成されている。垂直駆動源１７１Ａは、垂直駆動梁１７０Ａの上面に形成された圧電素子であり、圧電薄膜と、圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。垂直駆動源１７１Ｂは、垂直駆動梁１７０Ｂの上面に形成された圧電素子であり、圧電薄膜と、圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。

【0024】

垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２ごとに隣接している垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂ同士で、駆動波形の中央値を基準に上下反転した波形の駆動電圧を印加することにより、隣接する垂直梁を上方向に反らせ、各垂直梁の上下動の蓄積を可動枠１６０に伝達する。本実施の形態においては、駆動波形は鋸波形状とする。垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの動作により可動枠１６０に接続されたミラー１１０が水平回転軸ＡＸＨの方向と直交する方向に揺動駆動され、この揺動する方向を垂直方向と呼び、ミラー１１０の光反射面の中心を通る上記の揺動軸を垂直回転軸ＡＸＶという。例えば垂直駆動梁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。

【0025】

例えば、垂直駆動源１７１Ａは、垂直駆動梁１７０Ａを構成する１番目から２番目の各垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２の上にそれぞれ形成された２つの垂直駆動源１７１Ａ１、１７１Ａ２を含む。また、垂直駆動源１７１Ｂは、垂直駆動梁１７０Ｂを構成する１番目から２番目の各垂直梁１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の上にそれぞれ形成された２つの垂直駆動源１７１Ｂ１、１７１Ｂ２を含む。この場合、垂直駆動源１７１Ａ１、１７１Ｂ１を同波形、垂直駆動源１７１Ａ２、１７１Ｂ２を前者と駆動波形の中央値を基準に上下反転した波形で駆動することで、ミラー１１０に接続されている可動枠１６０を垂直方向へ揺動できる。

【0026】

本実施の形態の光走査装置において、アクチュエータとして機能するＭＥＭＳ構造体は、例えば支持層、埋め込み（ＢＯＸ）層及び活性層を有するＳＯＩ基板から形成されている。上記の固定枠１８０と可動枠１６０等は、支持層、ＢＯＸ層及び活性層の３層から形成されている。一方、水平駆動梁１３０Ａ，１３０Ｂ及び垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂ等の固定枠１８０と可動枠１６０等を除く部分は活性層の単層によって形成されている。あるいは、ＢＯＸ層と活性層の２層で形成されていてもよい。

【0027】

本実施の形態の光走査装置において、水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂを構成する水平梁の一方の面（上面）には上記のように水平駆動源１３１Ａ、１３１Ｂが形成されており、他方の面（裏面）には水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂを構成する水平梁の中央部である水平回転軸ＡＸＨ上にリブ１３２が形成されている。リブ１３２は、水平梁の長手方向に短く、短手方向に長い形状である。水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂを構成する水平梁の他方の面（裏面）に形成されているリブ１３２は、例えば、ＭＥＭＳ構造体の製造工程においてダイシングを行う際に、振動や水流によって蛇腹部分が振動し破損することを抑制するために設けられている。

【0028】

また、本実施の形態の光走査装置においては、垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを構成する垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙの一方の面（上面）には上記のように垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂが形成されている。垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙの他方の面（裏面）にはリブ１７２が形成されている。リブ１７２は、例えば垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２と折り返し部１７１Ｘ、１７１Ｙの連結部分からの距離が垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の長さの１０～２０％である位置に形成されている。リブ１７２は、垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の長手方向に短く、短手方向に長い形状である。垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを構成する垂直梁の他方の面（裏面）に形成されているリブ１７２を設けることで、垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上方向への反りと直交する方向（垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の幅（短手）方向）へ不要に反ってしまうことを防止し、ミラー支持部１２０の厚さ方向の変位量を抑制できる。

【0029】

また、本実施の形態の光走査装置においては、ミラー支持部１２０のミラー１１０形成面の裏面にもリブが形成されている。ミラー支持部１２０の裏面に形成されているリブは、例えば、ミラー支持部が不要に反ってしまうことを防止する目的で設けられている。

【0030】

垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを構成する垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の他方の面（裏面）に形成されているリブ１７２は、固定枠１８０及び可動枠１６０と同じ高さ（厚さ）を有する。即ち、光走査装置のアクチュエータとして機能するＭＥＭＳ構造体がＳＯＩ基板で形成される場合、活性層から形成される垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の裏面において、ＢＯＸ層と支持層からリブ１７２が形成される。水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂを構成する水平梁は活性層から形成され、水平梁の他方の面（裏面）に形成されているリブ１３２は、ＢＯＸ層と支持層から形成される。ミラー支持部１２０は活性層から形成され、ミラー支持部１２０のミラー１１０形成面の裏面に形成されているリブはＢＯＸ層と支持層から形成される。また、リブはＳＯＩ基板の支持層を利用するほかに、バルクシリコンをエッチングすることで段差を形成することで設けてもよい。

【0031】

図３は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例の駆動波形を示す図である。例えば、垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに入力される駆動波形である。横軸は時間であり、縦軸はミラーの目標角度である。図３に示されるように、駆動波形は鋸波形状となっている。鋸波形状の１周期は主走査区間と戻り区間とを有する。主走査区間において、角度は、初期角度から時間変化に従って一定の割合で変化し、主走査区間の終了時に所定の角度に到達する。戻り区間において、主走査区間の終了時の角度から初期角度に戻る。

【0032】

図４は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例の駆動波形の上り部分である主走査区間の波形を示す図である。図４は図３中のＡ１で示された領域を拡大した図に相当する。鋸波形状の主走査区間は、図４のように階段形状となっている。第１階段状波形と、第１階段状波形に連続する第２階段状波形を有し、第１階段状波形と第２階段状波形との間に、リンギング波形と逆位相の振動を発生するリンギング抑制波形が形成されている。リンギング抑制波形はリンギング波長λｒの０．５倍である。即ち、階段の段差部分において、リンギング波長λｒの１／２の時間間隔で、２回に分けて上昇している。第１階段状波形により発生するリンギングと第２階段状波形により発生するリンギングが互いに打ち消し合う。第１階段状波形と第２階段状波形によりリンギングが打ち消されることの詳細は後述する。

【0033】

図５は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例の駆動波形の下り部分である戻り区間の波形を示す図である。図５は図３中のＡ２で示された領域を拡大した図に相当する。戻り区間は図５に示されるように曲線状に２段階で戻る形状となっている。

【0034】

図６は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例の駆動波形の下り部分である戻り区間の波形の微分波形を示す図である。図４に示される、戻り区間の曲線状に２段階で戻る形状の波形を微分すると、図６に示されるように、正弦半波が２つ連続する形状となる。

【0035】

本実施の形態においては、正弦半波１つの波長は、リンギングの波長をλｒとした場合に（ｎ＋０．５）λｒとする。リンギング周波数の１／ｎ（ｎは正の整数）の周波数で駆動した場合、駆動周波数のｎ倍高調波成分でリンギングが励起されてしまう。本実施の形態においては、戻り区間の駆動波形を微分した波形が同じ波長の正弦半波を２つ繋げた形状となっている。正弦半波１つの波長は、リンギング波長の（ｎ＋０．５）倍、つまりリンギング周波数の１／（ｎ＋０．５）倍の周波数となっている。正弦半波であることから、他の周波数成分を含みにくい。さらに、リンギング周波数の１／（ｎ＋０．５）倍であることからｎ倍高調波と（ｎ＋１）倍高調波の中間におけるリンギング周波数の値となり、リンギングを励起する成分が非常に少なくなる。また、上記の微分したときに同じ波長の正弦半波を２つ繋げた形状となる入力波形とすると、２つ目の正弦半波は１つ目に対してリンギング周波数成分で（ｎ＋０．５）周期位相がずれることになるため、１つ目の正弦半波で発生したリンギング成分を逆位相で打ち消すことになる。上記の効果によりリンギングを大幅に低減することが可能となる。例えば、ｎ＝３とし、リンギング波長の３．５倍の波長の正弦半波を使用する。

【0036】

図７は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部の他の一例の駆動波形の下り部分である戻り区間の波形を示す図である。図７に示される入力波形は、微分した際に正弦半波が１つとなる波形である。また、図８は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部の他の一例の駆動波形の下り部分である戻り区間の波形の微分波形を示す図である。図７に示される入力波形の微分波形である。図７に示される入力波形を微分すると、図８に示されるように正弦半波が１つの波形となる。ここでは、戻り区間の影響のみを確認するため、その前後は振幅に変化がないものとしており、戻り区間の初期のミラー角度と戻り区間終了時のミラー角度の差を動作振幅と称する。

【0037】

図９は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部の他の一例の戻り区間のミラー角度波形を示す図である。図７に示される入力波形で駆動したときのミラー角度をシミュレーションにより求めた結果である。図１０は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部の他の一例の戻り区間のミラー角度波形の要部拡大図である。図９中のＡ３で示された領域を拡大した図に相当する。図９に示されるように、戻り区間においてミラー角度は入力波形に沿って所定の角度に戻された後一定の値となるが、図１０に示されるように一定の値となった後にリンギングが発生する。図１０に示されるリンギングの波形の波長と振幅は、図７の入力波形に依存して変化する。

【0038】

図１１は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部の他の一例における入力波形の微分波形の正弦半波の波長に対するリンギング振幅を示す図である。図１１において、横軸は正弦半波波長／リンギング波長であり、縦軸はリンギング振幅／動作振幅である。図１１は、図７に示される入力波形を変えることで入力波形を微分したときの正弦半波波長を変えたときの、リンギング振幅の大きさをまとめた図である。横軸において正弦半波波長はリンギング波長に対する比で示されている。縦軸においてリンギング振幅は動作振幅に対する比で示されている。正弦半波の波長が、リンギング波長の１．５倍、２．５倍、３．５倍等、（ｎ＋０．５）倍のときに、リンギング振幅が極小となっている。これは、リンギング周波数がｎ倍高調波と（ｎ＋１）倍高調波の中間における周波数の値となるときに、リンギングを励起する成分が非常に少なくなるためである。なお、上述したようにリンギング波長の（ｎ＋０．５）倍のときにリンギング振幅が極小となるが、例えば（ｎ＋０．４）倍や（ｎ＋０．６）倍などリンギング波長の整数倍となる部分を除いて設定することでリンギング振幅を減少する効果を得られる。光走査装置を使用する用途毎にリンギング振幅が問題とならない範囲の倍数を適宜選択すればよい。

【0039】

図１２は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部のさらに他の一例の駆動波形の下り部分である戻り区間の波形を示す図である。図１２に示される入力波形は、微分した際に正弦半波が１つである波形Ｘ１と、２つつながった波形Ｘ２を示す。また、図１３は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部のさらに他の一例の駆動波形の下り部分である戻り区間の波形の微分波形を示す図である。図１２に示される入力波形の微分波形である。図１２に示される入力の波形Ｘ１を微分すると、図１３に示されるように正弦半波が１つの波形Ｘ１となる。この正弦半波の波長は、例えばリンギング波長λｒの３．５倍である。また、図１２に示される入力の波形Ｘ２を微分すると、図１３に示されるように正弦半波が２つつながった波形Ｘ２となる。２つの正弦半波の波長は、それぞれ、例えばリンギング波長λｒの３．５倍である。ここでは、戻り区間の影響のみを確認するため、その前後は振幅に変化がないものとしている。

【0040】

図１４は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部のさらに他の一例の戻り区間のミラー角度波形を示す図である。図１２に示される入力波形で駆動したときのミラー角度をシミュレーションにより求めた結果である。図１５は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部のさらに他の一例の戻り区間のミラー角度波形の要部拡大図である。図１４中のＡ４で示された領域を拡大した図に相当する。図１４に示されるように、戻り区間においてミラー角度は入力波形に沿って所定の角度に戻された後一定の値となるが、図１５に示されるように一定の値となった後にリンギングが発生する。図１５に示されるリンギングの波形の波長と振幅は、図１２の入力波形に依存して変化する。図１５において、図１２中の正弦半波が２つつながった波形Ｘ２に対応する波形Ｘ２のリンギングは、正弦半波が１つである波形Ｘ１に対応する波形Ｘ１のリンギングよりも大きく低減していることが確認された。

【0041】

図１６は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部のまたさらに他の一例の戻り区間のミラー振れ角波形をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。図１６中、微分したときの波形が、戻り区間において１．５λｒの波長の正弦半波が４つつながった形状となる波形Ｙ１と、３．５λｒの波長の正弦半波が２つつながった形状となる波形Ｙ２を示している。図１７は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部のまたさらに他の一例の戻り区間のミラー振れ角波形の要部拡大図である。図１６中のＡ５で示された領域を拡大した図に相当する。図１６に示されるように、戻り区間においてミラー角度は入力波形に沿って所定の角度に戻された後一定の値となるが、図１７に示されるように一定の値となった後にリンギングが発生する。図１７において、図１６中の波形Ｙ２（３．５λｒの波長の正弦半波が２つつながった形状となる波形Ｙ２）のリンギングは波形Ｙ１（１．５λｒの波長の正弦半波が４つつながった形状となる波形Ｙ１）のリンギングよりも低減していることが確認された。

【0042】

上記のように、本実施の形態に係る光走査装置の光走査部によれば、駆動波形が鋸波形状であり、駆動波形の下り部分における微分波形が、リンギング波長の（ｎ＋０．５）倍（ｎは正の整数）の波長となる正弦半波の形状を有している。リンギング周波数の１／（ｎ＋０．５）倍であることからｎ倍高調波と（ｎ＋１）倍高調波の中間におけるリンギング周波数の値となり、リンギングを励起する成分が非常に少なくなる。また、上記の微分したときに同じ波長の正弦半波を偶数個繋げた形状となる入力波形とすることで、偶数個目の正弦半波は奇数個目に対してリンギング周波数成分で（ｎ＋０．５）周期位相がずれることになるため、奇数個目の正弦半波で発生したリンギング成分を偶数個目の正弦半波で発生した逆位相のリンギングで打ち消すことになる。上記の効果によりリンギングを大幅に低減することが可能となる。

【0043】

図１８は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例の主走査区間の入力波形と対応するミラー角度波形を示す図である。図１８（ａ）は階段状波形の１段目の入力波形である。図１８（ｂ）は図１８（ａ）の入力の結果のミラー角度である。１段目の階段状波形でミラー角度の変位が生じた後、リンギングが生じている。図１８（ｃ）は階段状波形の２段目の入力波形であり、１段目の階段状波形から０．５λｒ分立ち上がりが遅くなっている。図１８（ｄ）は図１８（ｃ）の入力の結果のミラー角度である。図１８（ｄ）は２段目の階段状波形のみを考慮したときのミラー角度である。図１８（ｄ）は、図１８（ｂ）に対して０．５λｒ分立ち上がりが遅くなった形状である。図１８（ｅ）は図１８（ａ）と図１８（ｃ）を足し合わせた波形である。図１８（ｆ）は図１８（ｅ）の入力の結果を示すミラー角度であり、図１８（ｂ）と図１８（ｄ）を足し合わせた波形となる。ここで、図１８（ｂ）と図１８（ｄ）では、リンギングの位相が反転して山と谷が逆になっており、図１８（ｂ）と図１８（ｄ）を足し合わせるとリンギングの波形同士が相殺して互いに打ち消し合い、リンギングが消失する。この結果、リンギングのない平坦なミラー角度の波形を得ることができる。

【0044】

上記のように、本実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例では、主走査区間の駆動波形は、図１８（ａ）に対応する第１階段状波形と、第１階段状波形に連続する図１８（ｃ）に対応する第２階段状波形を有し、第１階段状波形と第２階段状波形との間に、リンギング波形と逆位相の振動を発生するリンギング抑制波形が形成されている。

【0045】

上記の図１８に示される光走査装置の光走査部の駆動波形においては、第１階段状波形により発生するリンギングと第２階段状波形により発生するリンギングが互いに打ち消し合う。

【0046】

上記のリンギング抑制波形は、リンギング波長の０．５倍である。０．５λｒ分立ち上がりがずれた第１階段状波形のリンギングと、第２階段状波形のリンギングでは、波形同士が相殺して互いに打ち消し合うようになるので、これを組み合わせることでリンギングが消失し、平坦なミラー角度の波形を得ることができる。

【0047】

上記の第１階段状波形と第２階段状波形を１組としたときに、主走査区間の駆動波形は第１階段状波形と第２階段状波形の組を複数有して構成されている。第１階段状波形と第２階段状波形の組ごとに、リンギングの波形同士が相殺して消されている。上記の効果は、上記の鋸波形状の駆動波形の下り部分における微分波形が、リンギング波長の（ｎ＋０．５）倍（ｎは正の整数）の波長となる正弦半波の形状を有していることでリンギングを抑制する効果に加えて実現可能である。

【0048】

図１９は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部の変形例の主走査区間の入力波形を示す図である。図１９では、主走査区間において、段階的でなく漸次的に変位する駆動波形となっている。本変形例においても、上記の実施の形態ように、駆動波形が鋸波形状であり、駆動波形の下り部分における微分波形が、リンギング波長の（ｎ＋０．５）倍（ｎは正の整数）の波長となる正弦半波の形状を有しており、リンギングを抑制することができる。

【0049】

以上、好ましい実施の形態について説明したが、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、上記の実施の形態では、ミラーを有する光走査装置にアクチュエータを適用した形態を説明しているが、アクチュエータの駆動対象物はミラーでなくてもよく、本発明はミラーを持たないアクチュエータにも適用することが可能である。また、上記実施の形態では、圧電薄膜を駆動源とする圧電駆動方式のアクチュエータを適用した形態を説明しているが、その他の電磁駆動方式や静電駆動方式を採用したアクチュエータにも適用することが可能である。また、本発明の光走査装置は、眼底検査装置の光干渉断層計に好ましく適用することができる。眼底検査装置の光干渉断層計では、プロジェクタのように一方の軸が高速動作するため共振駆動を必要とされず、振角量を自由に設定して調整して光走査ができることを求められているため、本実施例のような二軸とも非共振駆動の構成が適している。また、プロジェクション装置にも適用可能である。

【符号の説明】

【0050】

１００ 光走査部
１１０ ミラー
１２０ ミラー支持部
１２１Ａ、１２１Ｂ 連結梁
１３０Ａ、１３０Ｂ 水平駆動梁
１３１Ａ、１３１Ｂ 水平駆動源
１３１Ａ１、１３１Ａ２、１３１Ａ３、１３１Ａ４ 水平駆動源
１３１Ｂ１、１３１Ｂ２、１３１Ｂ３、１３１Ｂ４ 水平駆動源
１３１Ｘ１、１３１Ｘ２、１３１Ｘ３、１３１Ｘ４ 折り返し部
１３１Ｙ１、１３１Ｙ２、１３１Ｙ３、１３１Ｙ４ 折り返し部
１３２ リブ
１３３Ｘ１、１３３Ｘ２、１３３Ｘ３，１３３Ｘ４ 水平梁
１３３Ｙ１、１３３Ｙ２，１３３Ｙ３、１３３Ｙ４ 水平梁
１６０ 可動枠
１７０Ａ、１７０Ｂ 垂直駆動梁
１７１Ａ、１７１Ｂ 垂直駆動源
１７１Ａ１、１７１Ａ２ 垂直駆動源
１７１Ｂ１、１７１Ｂ２ 垂直駆動源
１７１Ｘ、１７１Ｙ 折り返し部
１７２ リブ
１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２ 垂直梁
１８０ 固定枠

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】