特許 7089157 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】2022-06-14

(45)【発行日】2022-06-22

(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 20060101AFI20220615BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20220615BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20220615BHJP

【ＦＩ】

G02B26/10 104Z

G02B26/08 E

B81B3/00

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2018037056

(22)【出願日】2018-03-02

(65)【公開番号】P2019152725

(43)【公開日】2019-09-12

【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】鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２３５２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０７８２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１９４５５５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２６／０８ － ２６／１０

Ｂ８１Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の軸に垂直な方向に延在する梁を有し、駆動対象物を支持する駆動梁と、
前記梁の一方の面上に形成された駆動源と、
前記梁の他方の面において形成されたリブと、を有し、
前記駆動梁は、前記所定の軸に垂直な方向に延在する複数の前記梁を有し、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、
前記リブは前記梁の長手方向に短く、短手方向に長い形状であり、
前記駆動源の前記リブの端部と対向する部分に切欠き部が形成されており、
前記駆動源の駆動により前記駆動対象物を前記所定の軸を回転する方向に揺動駆動する
アクチュエータ。

【請求項2】

前記梁と前記折り返し部の連結位置から前記リブまでの距離は、前記所定の軸に垂直な方向における前記梁の長さの１０％以上２０％以下である
請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項3】

前記所定の軸の方向における前記リブの長さは前記梁の幅の７０％以上である
請求項１または２に記載のアクチュエータ。

【請求項4】

前記切欠き部は、前記梁の一方の面における平面視で前記駆動源の一部が半円形状に除去されてなる切欠き部である
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】

前記所定の軸の方向における前記切欠き部の深さは前記リブの長さの１４％以上である
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】

前記所定の軸に垂直な方向における前記切欠き部の幅と前記リブの幅の差が０．２ｍｍ以上である
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】

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、駆動対象物に接続された駆動梁と、
前記梁の一方の面上に形成された駆動源と、
前記梁の他方の面において形成されたリブと、を有し、
前記リブは前記梁の長手方向に短く、短手方向に長い形状であり、
前記梁と前記折り返し部の連結位置から前記リブまでの距離は、前記所定の軸に垂直な方向における前記梁の長さの１０％以上２０％以下であり、
前記駆動源の駆動により前記駆動対象物を前記所定の軸を回転する方向に揺動駆動する
アクチュエータ。

【請求項8】

前記所定の軸の方向における前記リブの長さは前記梁の幅の７０％以上である
請求項７に記載のアクチュエータ。

【請求項9】

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梁を有し、前記ミラー支持体に接続された駆動梁と、
前記梁の一方の面上に形成された駆動源と、
前記梁の他方の面において形成されたリブと、を有し、
前記駆動梁は、前記所定の軸に垂直な方向に延在する複数の前記梁を有し、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、
前記リブは前記梁の長手方向に短く、短手方向に長い形状であり、
前記駆動源の前記リブの端部と対向する部分に切欠き部が形成されており、
前記駆動源の駆動により前記ミラー支持体を前記所定の軸を回転する方向に揺動駆動する
光走査装置。

【請求項10】

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、前記ミラー支持体に接続された駆動梁と、
前記梁の一方の面上に形成された駆動源と、
前記梁の他方の面において形成されたリブと、を有し、
前記リブは前記梁の長手方向に短く、短手方向に長い形状であり、
前記梁と前記折り返し部の連結位置から前記リブまでの距離は、前記所定の軸に垂直な方向における前記梁の長さの１０％以上２０％以下であり、
前記駆動源の駆動により前記ミラー支持体を前記所定の軸を回転する方向に揺動駆動する
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】

上記のアクチュエータは、ミラー部を回転軸回りに回転させるためのＭＥＭＳ構造体を有しており、ＭＥＭＳ構造体は厚さ方向に大きく変形する。ＭＥＭＳ構造体としては、表面の面内方向の剛性を確保しつつ、厚さ方向の剛性を下げるために蛇腹構造とすることができる。

【0004】

特許文献３の図４で示される蛇腹構造を有するＭＥＭＳ構造体においては、蛇腹のカンチレバー部に圧電素子を配置し、これを変形させることによってミラーを揺動させている。この挙動は圧電素子が伸び縮みすることで蛇腹のカンチレバー部が反ることでＭＥＭＳ構造体として機能しているが、圧電素子はカンチレバーの長手方向だけでなく短手方向にも伸び縮みするため、その影響によりミラー部は揺動だけでなく厚さ方向の並進移動も行っており、即ち、厚さ方向の変位がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－１３２５号公報

【文献】特許５８７６３２９号

【文献】特開２０１２－１２３３６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

レーザを走査して画像を表示するプロジェクション装置に使用される場合、画像の走査範囲に比べてミラー部の厚さ方向の変位は十分に小さいため、大きな問題とはならないと考えられる。一方で、光干渉断層画像診断装置（ＯＣＴ；Optical Coherence Tomography）やフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ；Fourier Transform Infrared Spectrometer）のように光の干渉を利用する装置の場合、ミラー部の厚さ方向の変位はミラー部が反射する光の位相の変化してしまう。このため、ＯＣＴやＦＴＩＲとしての出力に大きな影響を与えるため、問題となる。

【0007】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、アクチュエータの厚さ方向の変位を抑制することで、光の干渉を利用した測定装置でも利用できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様に係るアクチュエータは、所定の軸（ＡＸＶ）に垂直な方向に延在する梁（１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２）を有し、駆動対象物（１２０）に接続された駆動梁（１７０Ａ、１７０Ｂ）と、前記梁の一方の面上に形成された駆動源（１７１Ａ、１７１Ｂ）と、前記梁の他方の面において形成されたリブ（１７２）と、を有し、前記駆動梁は、前記所定の軸に垂直な方向に延在する複数の前記梁を有し、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、前記リブは前記梁の長手方向に短く、短手方向に長い形状であり、前記駆動源の前記リブの端部と対向する部分に切欠き部（Ｚ）が形成されており、前記駆動源の駆動により前記駆動対象物を前記所定の軸を回転する方向に揺動駆動する。

【0009】

本発明の他の一態様に係るアクチュエータは、所定の軸（ＡＸＶ）に垂直な方向に延在する複数の梁（１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２）を有し、隣接する前記梁の端部同士が折り返し部（１７１Ｘ、１７１Ｙ）で連結されて全体としてジグザグ状の蛇腹構造を有し、駆動対象物に接続された駆動梁（１７０Ａ、１７０Ｂ）と、前記梁の一方の面上に形成された駆動源（１７１Ａ、１７１Ｂ）と、前記梁の他方の面において形成されたリブ（１７２）と、を有し、前記リブは前記梁の長手方向に短く、短手方向に長い形状であり、前記梁と前記折り返し部の連結位置から前記リブまでの距離は、前記所定の軸に垂直な方向における前記梁の長さの１０％以上２０％以下であり、前記駆動源の駆動により前記駆動対象物を前記所定の軸を回転する方向に揺動駆動する。

【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、アクチュエータの厚さ方向の変位を抑制することで、光の干渉を利用した測定装置でも利用できる。

【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要部を拡大した上面側の平面図である。

【図4】実施例１に係る厚さ方向変位の特性を示す図である。

【図5】実施例２に係る厚さ方向変位の特性を示す図である。

【図6】実施例３に係る光走査装置の光走査部の駆動時の駆動梁の姿勢を説明する斜視図（Ａ）と駆動時に発生する応力を説明する図（Ｂ）である。

【図7】実施例４に係るリブ最大応力の特性を示す図である。

【図8】実施例５に係るリブ最大応力の特性を示す図である。

【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。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。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要部を拡大した上面側の平面図である。垂直駆動梁１７０Ｂを構成する垂直梁１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の一方の面（上面）には圧電素子である垂直駆動源１７１Ｂ（１７１Ｂ１、１７１Ｂ２）が形成されており、他方の面（裏面）には破線で示される位置にリブ１７２が形成されている。また、本実施の形態に係る光走査装置の光走査部においては、圧電素子である垂直駆動源１７１Ｂ１、１７１Ｂ２のリブ１７２の端部と対向する部分に切欠き部Ｚが形成されている。切欠き部Ｚは、垂直梁１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の一方の面における平面視で圧電素子である垂直駆動源１７１Ｂ１、１７１Ｂ２の一部が半円形状に除去されてなる切欠き部である。

【0032】

図３においては図面上垂直駆動梁１７０Ｂについて説明しているが、垂直駆動梁１７０Ａについても同様の構成となっている。

【0033】

上記の光走査装置の垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂにおいて、圧電素子である垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに電圧を印加すると、垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２は長手方向に反るとともに、短手方向にもわずかながら反りが発生する。ミラー支持部１２０を揺動させるには長手方向の反りが必要となるが、短手方向にも反ってしまうことで、ミラー支持部１２０は揺動動作と同期して厚さ方向の変位も発生する。

【0034】

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、１７３Ｙ２の他方の面（裏面）に、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リブ１７２が形成されている。これにより、垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２に短手方向の反りを抑制し、ミラー支持部１２０の厚さ方向の変位を抑制することができる。

【0035】

垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２に短手方向の反りを抑制し、ミラー支持部１２０の厚さ方向の変位を抑制することで、ＯＣＴやＦＴＩＲ等の光の干渉を利用して計測する装置の光走査装置に適用することが可能となる。

【0036】

例えば、外側から１本目の垂直梁１７３Ｙ２では、垂直梁１７３Ｙ２の幅Ｗ_Ｂ２が１．８３ｍｍであり、リブ１７２の長さＬ_Ｒは１．７９ｍｍであり、リブ１７２の幅は０．１ｍｍである。外側から２本目の垂直梁１７３Ｙ１では、垂直梁１７３Ｙ１の幅Ｗ_Ｂ１が１．８０ｍｍであり、リブ１７２の長さＬ_Ｒは１．７６ｍｍであり、リブ１７２の幅は０．１ｍｍである。

【0037】

垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の短手方向（幅方向）に対するリブ１７２の長さは、垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の幅の７０％以上であることが好ましい。これにより、リブ１７２を設けてミラー支持部１２０の厚さ方向の変位量を抑制する効果を十分に享受できる。

【0038】

垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２と折り返し部１７１Ｘ、１７１Ｙとの連結位置とリブ１７２の距離（折り返し部からの距離）は、垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の長手方向の長さに対して１０％以上２０％以下とすることが好ましい。これにより、ミラー支持部１２０の厚さ方向の変位を抑制し、かつ、ミラーの振れ角感度（圧電素子への印加電圧１Ｖあたりのミラーの振れ角）の低下を抑制できる。

【0039】

上記のようにミラー支持部１２０の厚さ方向の変位を抑制するためにリブ１７２を設けると、リブ１７２によって垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の反りを抑え込むため、リブ１７２の端部の付け根部分にはそれに応じた応力が発生する。これが限界応力を超えると亀裂が一気に進展して破壊に至る場合がある。本実施の形態においては、リブ１７２の端部に対向する部分において、圧電素子である垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに切欠き部Ｚが設けられている。これにより、リブ１７２の直上の圧電素子である垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂの幅が細くなり短手方向の反りが小さくなり、応力が低減されるだけでなく、他の部分から伝わる応力もリブ１７２との間にあるシリコンの活性層で分散される。これにより、リブ１７２の端部における付け根部分にかかる応力を低減することができる。

【0040】

例えば、圧電素子である垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂの切欠き部Ｚの幅Ｗ_ＣＯは０．４ｍｍであり、切欠き部Ｚの深さＤ_ＣＯは０．１６ｍｍである。

【0041】

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と、光走査部となるアクチュエータによれば、垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを構成する垂直梁の他方の面（裏面）にはリブ１７２が形成されている。これにより、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。さらに、リブ１７２の端部に対向する部分において、圧電素子である垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに切欠き部Ｚが設けられており、これにより、リブ１７２の端部における付け根部分にかかる応力を低減することができる。また、リブ１７２が、垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２と折り返し部１７１Ｘ、１７１Ｙとの連結位置から、垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の長手方向の長さに対して１０％以上２０％以下の距離の位置に設けられていることで、ミラー支持部１２０の厚さ方向の変位を抑制し、かつ、ミラーの振れ角感度（圧電素子への印加電圧１Ｖあたりのミラーの振れ角）の低下を抑制できる。

【0042】

＜実施例１＞
図４は実施例１に係る厚さ方向変位の特性を示す図である。上記の実施の形態の光走査装置において、ミラー支持部１２０を±１°傾ける際のミラー支持部１２０の厚さ方向変位が、垂直梁１７３Ｘ１，１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の幅に対するリブ１７２の長さ（リブ長さ／梁幅）によってどのように変化するかシミュレーションにより算出した。図４において、縦軸は厚さ方向変位であり、横軸はリブ長さ／梁幅である。ここで、リブ長さ／梁幅がゼロの場合は、リブが設けられていない場合に相当する。リブ１７２が設けられていない場合では厚さ方向変位は±２．６μｍであるのに対して、リブ１７２が梁幅と同等の長さで設けられている場合では±０．０３μｍであった。リブ１７２を設けることでミラー支持部１２０の厚さ方向の変位量を抑制できることが確認された。リブ長さは長いほど厚さ方向変位を抑制することができるが、梁幅の７０％以上の長さにすると十分な効果を得ることができるので好ましい。

【0043】

＜実施例２＞
図５は実施例２に係る厚さ方向変位の特性を示す図である。上記の実施の形態の光走査装置において、ミラー支持部１２０を±１°傾ける際のミラー支持部１２０の厚さ方向変位が、リブ１７２の位置によってどのように変化するかシミュレーションにより算出した。図４において、縦軸は厚さ方向変位であり、横軸は折り返し部からの距離／梁長さである。折り返し部からの距離は、垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２と折り返し部１７１Ｘ、１７１Ｙとの連結位置とリブ１７２の距離である。リブ１７２の位置は、折り返し部１７１Ｘ、１７１Ｙに近いほうが厚さ方向の変位に対する効果は大きいが、折り返し部１７１Ｘ、１７１Ｙに近づけて折り返し部からの距離／梁長さを１０％未満とするとミラーの振れ角感度（圧電素子への印加電圧１Ｖあたりのミラーの振れ角）が低下する。従って、折り返し部からの距離／梁長さを１０％以上２０％以下とすることが好ましい。

【0044】

＜実施例３＞
図６（Ａ）は実施例３に係る光走査装置の光走査部の駆動時の駆動梁の姿勢を説明する斜視図であり、図６（Ｂ）は駆動時に発生する応力を説明する図である。図６（Ａ）に示されるように、光走査部を垂直駆動したとき、リブ１７２は垂直駆動梁１７０Ｂを構成する垂直梁の短手方向の反りを抑えことができる。このとき、リブ１７２の端部には剥離方向の応力が発生する。特に光走査部がＳＯＩ基板で形成されている場合では、ＢＯＸ層の強度がシリコンの活性層に比べて低いため、そこからクラックが入り、破壊に至る場合がある。

【0045】

図６（Ｂ）は駆動時に発生する応力を説明するための図６（Ａ）のＸで示される部分を拡大した図である。図面上グラデーションの濃度が濃いほど応力が大きいことを示している。圧電素子である垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに切欠き部Ｚがもうけられていない場合、リブ１７２の端部の付け根部分には大きな応力が発生する。ミラーを１°傾ける際にリブ１７２にかかる剥離方向の応力は最大で７．８ＭＰａであった。本実施の形態のように、圧電素子である垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに切欠き部Ｚを設けると、リブ１７２の直上の圧電素子である垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂの幅が細くなり短手方向の反りが小さくなり、応力が低減される。さらに、切り欠いていない部分の短手方向の反りによる応力は、リブ１７２と圧電素子である垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂとの間のシリコンの活性層によって分散される。これにより、リブ１７２の端部の付け根部分にかかる応力は低減する。ミラーを１°傾ける際にリブ１７２にかかる剥離方向の応力は最大で５．８ＭＰａとなり、約３割の応力を低減できていた。

【0046】

＜実施例４＞
図７は実施例４に係るリブ最大応力の特性を示す図である。上記の実施の形態の光走査装置において、ミラー支持部１２０を±１°傾ける際にリブ１７２の端部の付け根部分に発生する最大応力（リブ最大応力）が、リブ１７２の長さに対する切欠き部Ｚの深さＤ_ＣＯ（切欠き深さ／リブ長さ）によってどのように変化するかシミュレーションにより算出した。図７において、縦軸はリブ最大応力であり、横軸は切欠き深さ／リブ長さである。切欠き部Ｚの深さＤ_ＣＯは、図３に示されるように、切欠き深さを、リブ１７２の先端と、切欠き部Ｚの外形のリブの先端からリブの長さ方向に最も離れた位置との間の距離とする。切欠き深さは、リブ１７２の長さ方向における切欠き部Ｚの大きさに相当する。切欠き深さをリブ長さの１４％以上とすると、リブに発生する応力は抑制される。１４％以上よりさらに大きくしても効果は大きくは変わらない。一方で、切欠き深さを大きくするほど圧電素子である垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂの面積が低下し、ミラー振れ角の感度は低下する。従って、切欠き深さをリブ長さの１４％以下とすることが好ましく、１４％程度にするのが最も好ましい。

【0047】

＜実施例５＞
図８は実施例５に係るリブ最大応力の特性を示す図である。上記の実施の形態の光走査装置において、ミラー支持部１２０を±１°傾ける際にリブ１７２の端部の付け根部分に発生する最大応力（リブ最大応力）が、切欠き部Ｚの幅Ｗ_ＣＯとリブ１７２の幅の差（切欠き幅－リブ幅）によってどのように変化するかシミュレーションにより算出した。図８において、縦軸はリブ最大応力であり、横軸は切欠き幅－リブ幅である。切欠き部Ｚの幅とリブ１７２の幅の差が０．２ｍｍ未満の場合は切欠き部Ｚの幅が広いほうが応力は低下するが、０．２ｍｍ以上の場合はリブ最大応力に対する効果はほぼ変わらない。一方、切欠き部Ｚを大きくするほど圧電素子である垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂの面積が低下し、ミラー振れ角の感度は低下する。従って、切欠き幅－リブ幅は０．２ｍｍ以下にすることが好ましく、０．２ｍｍ程度が最も好ましい。

【0048】

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、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。また、上記の実施の形態においては、垂直駆動梁を構成する垂直梁の裏面にリブが形成され、リブの端部に対向する位置における圧電素子である垂直駆動源に切欠き部が設けられている構成について説明しているが、これに限定されない。垂直駆動源に切欠き部が設けられていない場合でも、リブの位置として、折り返し部からの距離／梁長さが１０％以上２０％以下である構成とすることができる。駆動時におけるミラー支持部の厚さ方向の変位を抑制でき、さらに、ミラーの振れ角感度（圧電素子への印加電圧１Ｖあたりのミラーの振れ角）を低下させないので、好ましく用いることができる。

【符号の説明】

【0049】

１０ 支持層
１１ 埋め込み（ＢＯＸ）層
１２ 活性層
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
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
Ｚ 切欠き部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】