ホーム > 特許ランキング > スタンレー電気株式会社
(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】2023-12-18
(45)【発行日】2023-12-26
(54)【発明の名称】光偏向器
(51)【国際特許分類】
G02B 26/10 20060101AFI20231219BHJP
G02B 26/08 20060101ALI20231219BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20231219BHJP
【ＦＩ】
G02B26/10 104Z
G02B26/08 E
B81B3/00
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020089226
(22)【出願日】2020-05-21
(65)【公開番号】P2021184034
(43)【公開日】2021-12-02
【審査請求日】2023-04-14
(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】デロイトトーマツ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】石井 功之
【審査官】河村 麻梨子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－０９０９１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０９７１０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１３２７４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１４４４１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】欧州特許出願公開第３８３９６０５（ＥＰ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ２６／０８－２６／１０
Ｂ８１Ｂ ３／００
Ｂ０６Ｂ １／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光偏向器本体と、該光偏向器本体を内部に収容するパッケージとを備える光偏向器であって、前記光偏向器本体は、
ミラー部と、
該ミラー部を包囲する可動枠と、
前記可動枠を包囲する固定枠と、
前記可動枠と前記固定枠との間に介在して、前記可動枠を、前記ミラー部において所定軸の回りに往復回動させる圧電アクチュエータであって、ミアンダパターンの配列で直列に連結され、各々が長手方向を前記所定軸と垂直に揃えた複数のカンチレバーを有する外側圧電アクチュエータと、
前記固定枠の表面に配置された複数の第１電極と、
を備え、
前記パッケージは、
表面側に開口を有し、前記光偏向器本体を、前記ミラー部を前記開口に向けて内部に収容し、各々が対応する前記光偏向器本体の前記第１電極に接続されている複数の第２電極を有するパッケージ本体と、
前記パッケージ本体の前記表面側を閉鎖する板状の透光性部材と、
を備え、
前記光偏向器本体の前記固定枠は、前記透光性部材に対して平行に前記パッケージ本体に固定され、
前記光偏向器本体の前記外側圧電アクチュエータの前記複数のカンチレバーのうち、前記固定枠から前記可動枠への配列順で最初のカンチレバーは、湾曲しており、その弧の接線が前記固定枠に所定の傾斜角を有するように前記パッケージ本体に固定されていることを特徴とする光偏向器。
【請求項2】
請求項１記載の光偏向器において、前記光偏向器本体における前記複数の第１電極の配列面及び前記パッケージ本体における前記複数の第２電極の配列面は、共に、前記透光性部材に対して平行であることを特徴とする光偏向器。
【請求項3】
請求項１又は２記載の光偏向器において、前記複数のカンチレバーにおいて、前記最初のカンチレバーは、前記配列順で前記最初のカンチレバーと最後のカンチレバーとの間の中間カンチレバーより短い長さを有することを特徴とする光偏向器。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか１項に記載の光偏向器において、前記所定の傾斜角は、前記最初のカンチレバーにおいて前記固定枠に結合する側の端部としての基端部が突出側の先端部より前記パッケージ本体の表面側に位置することにより、設定されていることを特徴とする光偏向器。
【請求項5】
請求項４記載の光偏向器において、前記パッケージ本体は、
前記開口の周縁に沿って延在して、前記透光性部材の背面の周縁部が固定される第１面部と、
前記第１面部の内周側において前記第１面部より背面側に形成され、前記光偏向器本体の前記固定枠の背面が固定される第２面部と、
前記第２面部より背面側に底面としての第３面部を有し、前記光偏向器本体の作動時に前記ミラー部の往復回動を許容する凹所と、
前記最初のカンチレバーの前記先端部の裏面が固定され、前記最初のカンチレバーの前記先端部の裏面が固定される第４面部と、
を有していることを特徴とする光偏向器。
【請求項6】
請求項５に記載の光偏向器において、前記最初のカンチレバーは、前記先端部の裏面側に、前記第４面部に当接する突起を有していることを特徴とする光偏向器。
【請求項7】
請求項１～６のいずれか１項に記載の光偏向器において、前記最初のカンチレバーは接着により前記パッケージ本体に固定されていることを特徴とする光偏向器。
【請求項8】
請求項１～６のいずれか１項に記載の光偏向器において、前記最初のカンチレバーは、第１接着剤により前記パッケージ本体に固定され、
前記固定枠は、第２接着剤により前記パッケージ本体に固定され、
前記最初のカンチレバーと前記パッケージ本体との間に介在する前記第１接着剤の常温時の層厚と線膨張係数との積は、前記固定枠と前記パッケージ本体との間に介在する前記第２接着剤の常温時の層厚と線膨張係数との積に、等しいことを特徴とする光偏向器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光偏向器本体と、該光偏向器本体を内部に収容するパッケージとを備える光偏向器に関する。
【背景技術】
【0002】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の光偏向器本体を収容するパッケージは、表面側に透光性部材（例：ガラス板）を有し、該透光性部材を介して内部の光偏向器本体への光ビームの出入りを許容している。
【0003】
光偏向器本体のミラー部で反射した走査光ビームは、一定の振れ角範囲で、透光性部材から外部へ出射する。一方、光源から入射する入射光ビームの一部は、透光性部材で反射した反射光ビームとなる。
【0004】
従来の一般的な光偏向器では、透光性部材とパッケージ本体とは相互に平行に配設されている。したがって、透光性部材で反射した反射光ビームの反射方向がパッケージ本体からの走査光ビームの振れ角範囲に含まれる場合がある。その場合、該反射光ビームと走査光ビームとが一時的に重なってしまい、再生される映像の品質が低下する。
【0005】
これに対処して、特許文献１の光偏向器では、光偏向器本体が光偏向器本体の開口面に対して所定の傾斜角となるように、パッケージ本体内に配設されている。これにより、透光性部材での反射光ビームの反射方向が、光偏向器本体からの走査光ビームの振れ角範囲外になるようにしている。
【0006】
特許文献２の光偏向器では、光偏向器本体は、パッケージ内にパッケージの底面に対して平行に配設するものの、透光性部材は、パッケージの底面に対して傾斜して取り付けて、透光性部材での反射光ビームの反射方向が、光偏向器本体からの走査光ビームの振れ角範囲外になるようにしている。
【0007】
特許文献３は、ミラー部を軸の回りに往復回動させる圧電アクチュエータを備える光偏向器本体を開示する。該圧電アクチュエータは、ミアンダ配列で直列に連結される複数のカンチレバーを備え、ミラー部の振れ角幅を増大させるために、ミアンダパターンの配列順で奇数番のカンチレバーと偶数番のカンチレバーとは、駆動電圧の非印加時に逆側に湾曲した形状をあらかじめもたせている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開２０１１－７００５６号公報
【文献】特開２０１９－５３３３１号公報
【文献】特開２０１８－７２４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献１の光偏向器では、パッケージ本体の側壁を斜めに加工する必要がある。パッケージ本体は、絶縁性や密封性等を確保するため、典型的には、高硬度のセラミックから成り、側壁の斜め加工が煩雑になる。
【0010】
特許文献２の光偏向器では、パッケージ本体の開口がパッケージ本体内の光偏向器本体に対して斜めに形成されている。一方、パッケージ本体の電極はパッケージ本体の開口に対して垂直である。この場合、光偏向器では、パッケージ本体の開口に対してキャピラリを垂直に挿入し、キャピラリを使って、パッケージ本体－光偏向器本体間のワイヤボンディングを行う。パッケージ本体の開口がパッケージ本体内の光偏向器本体に対して斜めであると、キャピラリの先端部が電極に対して斜めに当たることになり、片当たりや荷重低下が起こり、結線不良の原因になる。
【0011】
特許文献３の光偏向器本体は、残留応力の制御によりミアンダ配列の各カンチレバーが非駆動時に湾曲しているが、奇数番のカンチレバーと偶数番のカンチレバーとは、逆側に湾曲している。これにより非駆動時のミラーは光学窓に対して傾斜させることができるが、残留応力の制御による湾曲度合いのコントロールは非常に難しく、非駆動時のミラー角度を一定に担保することが出来ない。また、工程も煩雑化してしまう。
【0012】
本発明の目的は、パッケージ本体の斜め加工や、パッケージ本体内への光偏向器本体の斜め配置を省略しつつ、パッケージの透過性部材における反射光ビームの向きを容易にミラー部からの走査光ビームの振れ角範囲外にすることができる光偏向器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の光偏向器は、
光偏向器本体と、該光偏向器本体を内部に収容するパッケージとを備える光偏向器であって、
前記光偏向器本体は、
ミラー部と、
該ミラー部を包囲する可動枠と、
前記可動枠を包囲する固定枠と、
前記可動枠と前記固定枠との間に介在して、前記可動枠を、前記ミラー部において所定軸の回りに往復回動させる圧電アクチュエータであって、ミアンダパターンの配列で直列に連結され、各々が長手方向を前記所定軸と垂直に揃えた複数のカンチレバーを有する外側圧電アクチュエータと、
前記固定枠の表面に配置された複数の第１電極と、
を備え、
前記パッケージは、
表面側に開口を有し、前記光偏向器本体を、前記ミラー部を前記開口に向けて内部に収容し、各々が対応する前記光偏向器本体の前記第１電極に接続されている複数の第２電極を有するパッケージ本体と、
前記パッケージ本体の前記表面側を閉鎖する板状の透光性部材と、
を備え、
前記光偏向器本体の前記固定枠は、前記透光性部材に対して平行に前記パッケージ本体に固定され、
前記光偏向器本体の前記外側圧電アクチュエータの前記複数のカンチレバーのうち、前記固定枠から前記可動枠への配列順で最初のカンチレバーは、湾曲しており、その弧の接線が前記固定枠に所定の傾斜角を有するように前記パッケージ本体に固定されている。
光偏向器本体と、該光偏向器本体を内部に収容するパッケージとを備える光偏向器であって、
前記光偏向器本体は、
ミラー部と、
該ミラー部を包囲する可動枠と、
前記可動枠を包囲する固定枠と、
前記可動枠と前記固定枠との間に介在して、前記可動枠を、前記ミラー部において所定軸の回りに往復回動させる圧電アクチュエータであって、ミアンダパターンの配列で直列に連結され、各々が長手方向を前記所定軸と垂直に揃えた複数のカンチレバーを有する外側圧電アクチュエータと、
前記固定枠の表面に配置された複数の第１電極と、
を備え、
前記パッケージは、
表面側に開口を有し、前記光偏向器本体を、前記ミラー部を前記開口に向けて内部に収容し、各々が対応する前記光偏向器本体の前記第１電極に接続されている複数の第２電極を有するパッケージ本体と、
前記パッケージ本体の前記表面側を閉鎖する板状の透光性部材と、
を備え、
前記光偏向器本体の前記固定枠は、前記透光性部材に対して平行に前記パッケージ本体に固定され、
前記光偏向器本体の前記外側圧電アクチュエータの前記複数のカンチレバーのうち、前記固定枠から前記可動枠への配列順で最初のカンチレバーは、湾曲しており、その弧の接線が前記固定枠に所定の傾斜角を有するように前記パッケージ本体に固定されている。
【0014】
本発明では、ミアンダ配列パターンの最初のカンチレバーが所定の傾斜角でパッケージ本体に固定される。これにより、パッケージ本体の斜め加工や、パッケージ本体内への光偏向器本体の斜め配置を省略しつつ、パッケージの透過性部材における反射光ビームの向きを容易にミラー部からの走査光ビームの振れ角範囲外にすることができる。
【0015】
好ましくは、光偏向器において、
前記光偏向器本体における前記複数の第１電極の配列面及び前記パッケージ本体における前記複数の第２電極の配列面は、共に、前記透光性部材に対して平行である。
前記光偏向器本体における前記複数の第１電極の配列面及び前記パッケージ本体における前記複数の第２電極の配列面は、共に、前記透光性部材に対して平行である。
【0016】
この構成によれば、光偏向器本体における複数の第１電極の配列面及びパッケージ本体における複数の電極の第２配列面は、最初のカンチレバーが所定の傾斜角とは無関係に設定できる。そして、両配列面は、透光性部材に対して平行に設定される。これにより、キャピラリの先端を各配列面に対して垂直に当たることができ、キャピラリの片当たりや荷重低下を回避することができる。
【0017】
好ましくは、光偏向器において、
前記複数のカンチレバーのうち、前記最初のカンチレバーは、前記配列順で前記最初のカンチレバーと最後のカンチレバーとの間の中間カンチレバーより短い長さを有する。
前記複数のカンチレバーのうち、前記最初のカンチレバーは、前記配列順で前記最初のカンチレバーと最後のカンチレバーとの間の中間カンチレバーより短い長さを有する。
【0018】
この構成によれば、所定の傾斜角を付けてパッケージ本体に固定する最初のカンチレバーは、長さが短いので、中間のたわみ量を減少させて、該所定の傾斜角のばらつきを抑制することができる。
【0019】
好ましくは、光偏向器において、
前記所定の傾斜角は、前記最初のカンチレバーにおいて前記固定枠に結合する側の端部としての基端部が突出側の先端部より前記パッケージ本体の表面側に位置することにより、設定されている。
前記所定の傾斜角は、前記最初のカンチレバーにおいて前記固定枠に結合する側の端部としての基端部が突出側の先端部より前記パッケージ本体の表面側に位置することにより、設定されている。
【0020】
この構成によれば、最初のカンチレバーにおいて基端部が先端部よりパッケージ本体の表面側に位置するので、パッケージ本体の開口から治具を該先端部に押し付けることにより、容易に最初のカンチレバーに対して所定の傾斜角で傾斜させることができる。
【0021】
好ましくは、光偏向器において、
前記パッケージ本体は、
前記開口の周縁に沿って延在して、前記透光性部材の背面の周縁部が固定される第１面部と、
前記第１面部の内周側において前記第１面部より背面側に形成され、前記光偏向器本体の前記固定枠の背面が固定される第２面部と、
前記第２面部より背面側に底面としての第３面部を有し、前記光偏向器本体の作動時に前記ミラー部の往復回動を許容する凹所と、
前記最初のカンチレバーの前記先端部の裏面が固定され、前記最初のカンチレバーの前記先端部の裏面が固定される第４面部と、
を有している。
前記パッケージ本体は、
前記開口の周縁に沿って延在して、前記透光性部材の背面の周縁部が固定される第１面部と、
前記第１面部の内周側において前記第１面部より背面側に形成され、前記光偏向器本体の前記固定枠の背面が固定される第２面部と、
前記第２面部より背面側に底面としての第３面部を有し、前記光偏向器本体の作動時に前記ミラー部の往復回動を許容する凹所と、
前記最初のカンチレバーの前記先端部の裏面が固定され、前記最初のカンチレバーの前記先端部の裏面が固定される第４面部と、
を有している。
【0022】
この構成によれば、最初のカンチレバーの先端部を第４面部に固定することにより、該最初のカンチレバーの角度決めを行うことができる。この結果、最初のカンチレバーに所定の傾斜角度を付ける作業を能率化することができる。
【0023】
好ましくは、光偏向器において、
前記最初のカンチレバーは、前記先端部の裏面側に、前記第４面部に当接する突起を有している。
前記最初のカンチレバーは、前記先端部の裏面側に、前記第４面部に当接する突起を有している。
【0024】
この構成によれば、最初のカンチレバーの先端部の突起を利用して、最初のカンチレバーの傾斜角度決めを行うことができるので、を第４面部に固定することにより、所定の傾斜角度の精度を高めると共に固定する強度を高めることができる。
【0025】
好ましくは、光偏向器において、
前記最初のカンチレバーは、接着により前記所定の傾斜角で前記パッケージ本体に固定されている。
前記最初のカンチレバーは、接着により前記所定の傾斜角で前記パッケージ本体に固定されている。
【0026】
この構成によれば、接着剤で最初のカンチレバーをパッケージ本体に固定することにより、固定を円滑にすることができる。
【0027】
好ましくは、光偏向器において、
前記最初のカンチレバーは、第１接着剤により前記所定の傾斜角で前記パッケージ本体に固定され、
前記固定枠は、第２接着剤により前記パッケージ本体に固定され、
前記最初のカンチレバーと前記パッケージ本体との間に介在する前記第１接着剤の常温時の層厚と線膨張係数との積は、前記固定枠と前記パッケージ本体との間に介在する前記第２接着剤の常温時の層厚と線膨張係数との積に、等しい。
前記最初のカンチレバーは、第１接着剤により前記所定の傾斜角で前記パッケージ本体に固定され、
前記固定枠は、第２接着剤により前記パッケージ本体に固定され、
前記最初のカンチレバーと前記パッケージ本体との間に介在する前記第１接着剤の常温時の層厚と線膨張係数との積は、前記固定枠と前記パッケージ本体との間に介在する前記第２接着剤の常温時の層厚と線膨張係数との積に、等しい。
【0028】
この構成によれば、パッケージ内にこもる熱により、パッケージ本体内で固定枠と最初のカンチレバーとの間で接着層の膨張量の相違により、所定の傾斜角が変動することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】光偏向器本体の正面図である。
【図6】じゃばら軸強制変位量と応力との関係を示すグラフである。
【図7】光偏向器本体の製造方法におけるＳＴＥＰ１を示す図である。
【図8】光偏向器本体の製造方法におけるＳＴＥＰ２を示す図である。
【図9】光偏向器本体の製造方法におけるＳＴＥＰ３を示す図である。
【図10】光偏向器本体の製造方法におけるＳＴＥＰ４を示す図である。
【図11】光偏向器本体の製造方法におけるＳＴＥＰ５を示す図である。
【図12】入射光ビームＢｉに対して光偏向器から出射される各種の光ビームの相対角度関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下、本発明の好ましい実施態様について説明する。本発明は、以下の実施態様に限定されないことは言うまでもない。本発明は、明細書に開示した技術的思想の範囲内で種々の態様で実施される。
【0031】
（光偏向器本体）
図１は、光偏向器本体１０の正面図である。構成の説明の便宜上、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸座標系を定義する。Ｘ軸及びＹ軸は、光偏向器本体１０の非作動時（この時、ミラー部１１は、光偏向器本体１０の真正面に向く。）にそれぞれ後述の第２軸２２ｘ及び第１軸（所定軸）２２ｙに平行に設定される。Ｚ軸は、ＭＥＭＳの光偏向器本体１０の厚さ方向に平行に設定される。なお、第２軸２２ｘと第１軸２２ｙとは、ミラー部１１上に定義され、ミラー部１１の中心Ｏにおいて直交する。
図１は、光偏向器本体１０の正面図である。構成の説明の便宜上、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸座標系を定義する。Ｘ軸及びＹ軸は、光偏向器本体１０の非作動時（この時、ミラー部１１は、光偏向器本体１０の真正面に向く。）にそれぞれ後述の第２軸２２ｘ及び第１軸（所定軸）２２ｙに平行に設定される。Ｚ軸は、ＭＥＭＳの光偏向器本体１０の厚さ方向に平行に設定される。なお、第２軸２２ｘと第１軸２２ｙとは、ミラー部１１上に定義され、ミラー部１１の中心Ｏにおいて直交する。
【0032】
光偏向器本体１０は、ミラー部１１、１対のトーションバー１２ａ，１２ｂ、１対の内側圧電アクチュエータとしての１対の内側圧電アクチュエータ１３ａ，１３ｂ、可動枠１４、１対の外側圧電アクチュエータとしての１対の外側圧電アクチュエータ１５及び固定枠１６を備える。
【0033】
ミラー部１１は、円形に形成され、中心Ｏには不図示の光源からの入射光ビームＢｉが入射する。内側圧電アクチュエータ１３ａ，１３ｂは、Ｙ軸方向の両端としての作用端において相互に結合することにより第２軸２２ｘ方向に長い角丸長方形の周輪郭の１つの環状形状体を構成する。該環状形成体は、内周側においてミラー部１１を包囲する。可動枠１４は、内側圧電アクチュエータ１３にほぼ相似の環状形状に形成され、内周側において内側圧電アクチュエータ１３を包囲している。
【0034】
トーションバー１２（トーションバー１２ａ，１２ｂの総称）は、第１軸２２ｙに沿ってミラー部１１の両側から突出し、中間において内側圧電アクチュエータ１３の作用端と結合し、先端において可動枠１４の内周に結合している。内側圧電アクチュエータ１３（内側圧電アクチュエータ１３ａ，１３ｂの総称）は、第２軸２２ｘ上の外周部において可動枠１４の内周部に結合している。内側圧電アクチュエータ１３は、第２軸２２ｘ上に基端を有し、該基端は、内側圧電アクチュエータ１３の外周からＸ軸方向の外側に張出して、可動枠１４の内周に結合している。
【0035】
外側圧電アクチュエータ１５（外側圧電アクチュエータ１５ａ，１５ｂの総称）は、可動枠１４の外周と固定枠１６の内周との間に介在し、可動枠１４を第２軸２２ｘの回りに往復回動させる。外側圧電アクチュエータ１５は、各々が長手方向をＹ軸に対して平行に揃えてミアンダパターンで配列されて、直列に連結している複数のカンチレバー１８を有する。各カンチレバー１８は、１つの圧電アクチュエータを構成している。
【0036】
説明の便宜のために、ミアンダパターンの配列で直列に連結された複数のカンチレバー１８について、基端側から作用端側（固定枠１６側から可動枠１４側）に配列順で最初のカンチレバー１８及び最後のカンチレバー１８を定義する。また、最初のカンチレバー１８と最後のカンチレバー１８との間のカンチレバー１８を中間のカンチレバー１８として定義する。なお、以降、適宜、最初のカンチレバー１８及び最後のカンチレバー１８をそれぞれカンチレバーＣａ，Ｃｃ、また、両者の中間のカンチレバー１８をカンチレバーＣｂと略称する。
【0037】
この実施形態では、カンチレバーＣａ，Ｃｃは、カンチレバーＣｂ長さの半分の長さと短くされている。詳細には、カンチレバーＣａとカンチレバーＣｃとは、第２軸２２ｘに対して一側（図示の例では、Ｙ軸方向の負側）のみ延在している。これに対し、カンチレバーＣｂは、第２軸２２ｘに対してＹ軸方向の両側（例：Ｙ軸方向の負側及び正側）に延在している。
【0038】
光偏向器本体１０は、角張出し部２４ａ，２４ｂを有する。角張出し部２４（角張出し部２４ａ，２４ｂの総称）は、矩形の固定枠１６の２つの長辺のうち、Ｙ軸方向の正側の長辺のみにおいて両端の頂点から内周側に張出して形成されている。外側圧電アクチュエータ１５のカンチレバーＣａは、基端において固定枠１６に直接ではなく、固定枠１６の延長部としての角張出し部２４にＸ軸方向に結合している。
【0039】
固定枠１６の２つの縦辺部の表面には、それぞれ複数の電極パッド２０ａ，２０ｂが露出している。電極パッド２０（電極パッド２０ａ，２０ｂの総称）は、Ｙ軸に対して同一側の内側圧電アクチュエータ１３及び外側圧電アクチュエータ１５の対応する圧電部の不図示の上側電極層に不図示の内部配線を介して接続されている。
【0040】
光偏向器本体１０の作用を概略的に説明する。内側圧電アクチュエータ１３及び外側圧電アクチュエータ１５は、ユニポーラ型の圧電アクチュエータである。
【0041】
内側圧電アクチュエータ１３ａ，１３ｂは、波形、周波数（共振周波数／例：約１．５ｋＨｚ）及び電圧変動幅が同一で、位相が相互に逆位相の駆動電圧が供給される。これにより、ミラー部１１は、第１軸２２ｙの回りにより第１振れ角幅で共振で往復回動する。第１振れ角幅は、駆動電圧の変動幅には関係する。
【0042】
外側圧電アクチュエータ１５のミアンダパターンにおける基端側（固定枠１６側）から作用端側（可動枠１４側）への配列順で奇数番のカンチレバー１８と偶数番のカンチレバー１８とは、波形、周波数（非共振周波数／例：６０Ｈｚ）及び電圧変動幅が同一で、位相が相互に逆位相の駆動電圧が供給される。これにより、奇数番のカンチレバー１８と偶数番のカンチレバー１８とは、湾曲量の増減が逆関係で行われ、可動枠１４を介してミラー部１１を、第２軸２２ｘの回りに第２振れ角幅で非共振で往復回動する。
【0043】
（光偏向器）
図２は、ガラス板５０（図４）を外した状態の光偏向器３０の斜視図である。図３は、ガラス板５０（図４）を外した状態での光偏向器３０の正面図である。光偏向器３０は、光偏向器本体１０とパッケージ３５とを備える。パッケージ３５は、パッケージ本体３６とガラス板５０とを備える。パッケージ本体３６の詳細は、図５以降に説明するので、図２及び図３では、パッケージ本体３６について概略的に説明する。
図２は、ガラス板５０（図４）を外した状態の光偏向器３０の斜視図である。図３は、ガラス板５０（図４）を外した状態での光偏向器３０の正面図である。光偏向器３０は、光偏向器本体１０とパッケージ３５とを備える。パッケージ３５は、パッケージ本体３６とガラス板５０とを備える。パッケージ本体３６の詳細は、図５以降に説明するので、図２及び図３では、パッケージ本体３６について概略的に説明する。
【0044】
パッケージ本体３６は、表面側に開口３７を有する。光偏向器本体１０は、開口３７からパッケージ本体３６内に挿入されて、パッケージ本体３６内に収容される。パッケージ本体３６の外見は、六面視が共に矩形の直方体になっている。したがって、開口３７の面としての開口面は、パッケージ本体３６の裏面に対して平行である。パッケージ本体３６は、セラミック製である。
【0045】
パッケージ本体３６は、矩形の開口３７の周囲に沿って周縁としての矩形枠面３８（第１面部）を有する。内側張出し面４０ａ，４０ｂは、パッケージ本体３６の正面視で（表面側から見て）矩形枠面３８の短辺の内周側に矩形枠面３８より低い高さで該短辺から内側に張出して形成されている。
【0046】
なお、パッケージ本体３６の厚さ方向において裏面側から表面側に高さを定義する。したがって、背面に近い位置ほど、高さは低くなる。内側張出し面４０ａ，４０ｂは、同一の高さであり、また、矩形枠面３８に対して平行である。
【0047】
光偏向器本体１０は、パッケージ本体３６内に収容される。光偏向器本体１０の表面は、収容状態において、交角が傾斜角α（図１２）となる第１表面領域と第２表面領域とに分かれる。固定枠１６及び角張出し部２４及びカンチレバーＣａは、光偏向器本体１０の非可動要素であり、非可動要素のうち、固定枠１６及び角張出し部２４の表面は、第１表面領域に属する。固定枠１６及び角張出し部２４及びカンチレバーＣａ以外の残りの要素は、光偏向器本体１０の可動要素であり、可動要素の表面は、第２表面領域に属する。カンチレバーＣaは、図１２に示すように湾曲して先端部で固定されている非可動要素であり、その弧の接線が固定枠１６に対して傾斜している。
【0048】
（光偏向器の詳細構造）
図４及び図５は、それぞれ図３のＩＶ－ＩＶ及びＶ－Ｖの矢視断面図である。取付面４４（第２面部）は、光偏向器本体１０の固定枠１６の固定面として内側張出し面４０よりさらに内側でかつ低い高さで形成され、パッケージ本体３６を周回している。
図４及び図５は、それぞれ図３のＩＶ－ＩＶ及びＶ－Ｖの矢視断面図である。取付面４４（第２面部）は、光偏向器本体１０の固定枠１６の固定面として内側張出し面４０よりさらに内側でかつ低い高さで形成され、パッケージ本体３６を周回している。
【0049】
凹所４７は、内側張出し面４０より背面側に底面４５（第３面部）を有し、光偏向器本体１０の作動時にミラー部１１の往復回動を許容する。
【0050】
傾斜角規定面４６（第４面部）は、カンチレバーＣａの先端部に対応する位置において底面４５から所定高さ隆起している。
【0051】
背面突起５３は、第２軸２２ｘ方向に隣り合うカンチレバー１８の連結部の補強リブとして該連結部の裏面側に形成されている。したがって、カンチレバーＣｂは、Ｙ軸方向の両端部に形成されているものの、カンチレバーＣａ，Ｃｃは、それぞれＹ軸方向の負側及び正側の端部のみに形成されている。
【0052】
固定枠１６の裏面は、取付面４４に接着剤５７により接着で固定される。カンチレバーＣａは、該カンチレバーＣａに形成されている背面突起５３を傾斜角規定面４６に当てて、接着剤５７により接着で固定される。カンチレバーＣａは、基端において角張出し部２４の表面の高さからＹ軸方向の負側に向かって延び出している。角張出し部２４の表面は、傾斜角規定面４６より高い位置にあるので、カンチレバーＣａは、先端部における傾斜角規定面４６への接着により長手方向が固定枠１６に対して湾曲して固定されており、カンチレバーＣｂ～Ｃｃおよびミラー部１１は傾斜角α（図１２）で傾斜する。また、先端部に背面突起５３があることでその分、接着剤５７との接着面積（表面積）が増大し、背面突起５３がない場合と比べて傾斜角規定面４６への接着強度が増加する。これにより、可動時に接着剤５７の剥離により傾斜角αが変化することを防止することができる。
【0053】
光偏向器本体１０の可動要素は、すべてカンチレバーＣａを介して固定枠１６に結合しているので、可動要素の表面領域としての第２表面領域は、第１表面領域に対して傾斜角αで傾斜する。換言すると、第２表面領域は、パッケージ本体３６の開口３７としての開口面に対して傾斜角αで傾斜する。傾斜角規定面４６への背面突起５３の当接は、カンチレバーＣａの長手方向が第１表面領域に対して傾斜角αになった時に起きる。したがって、背面突起５３は、第２表面領域を第１表面領域に対する傾斜角をαに決める役割がある。
【0054】
（傾斜角の許容値）
図６は、じゃばら軸強制変位量と応力との関係を示すグラフである。ここで、じゃばら軸は、カンチレバー１８と同義語で使用している。
図６は、じゃばら軸強制変位量と応力との関係を示すグラフである。ここで、じゃばら軸は、カンチレバー１８と同義語で使用している。
【0055】
ＭＥＭＳの光偏向器本体１０は、基板が全要素に共通のＳＯＩから成る。そして、ＳＯＩのシリコン結晶は、主面が例えば（１００）に揃えられている。（１００）のシリコン結晶の破壊強度は、２．７ＧＰａであることが知られている。したがって、基板が（１００）のシリコン結晶であるカンチレバーＣａのカンチレバーＣａは、カンチレバーＣａの応力が２．７ＧＰａ以内である条件を充足するように、決定される。後述の傾斜角α＝１１°は、この条件を充足する値である。
【0056】
図７－図１１は、カンチレバーＣａを傾斜角αで傾斜させた光偏向器本体１０の製造方法を工程（ＳＴＥＰ）の順番で示している。なお、各工程において、上側の断面図は、図３のＩＶ－ＩＶ矢視の位置の断面であり、下側の断面図は、図３のＶ－Ｖ矢視の位置の断面である。
【0057】
ＳＴＥＰ１（図７）では、パッケージ本体３６の取付面４４及び傾斜角規定面４６に接着剤５７を付着させる。取付面４４の接着剤５７は、取付面４４の全周にわたり帯状に延在する。これに対し、傾斜角規定面４６上の接着剤５７は、１つの大粒状に傾斜角規定面４６に付着される。
【0058】
ＳＴＥＰ２（図８）では、固定枠１６の裏面がパッケージ本体３６の取付面４４に載置されるように、光偏向器本体１０がパッケージ本体３６内に挿入される。これに伴い、固定枠１６は、取付面４４の接着剤５７に押し付けられて、裏面において取付面４４に固定される。固定枠１６の裏面と取付面４４との間には、接着剤５７による接着層６０が生成される。
【0059】
ＳＴＥＰ３（図９）では、表面側が開放状態になっているパッケージ本体３６に対し、表面側から治具７０がかぶせられる。
【0060】
治具７０は、下面に、周縁に沿って矩形輪郭の嵌合枠７１を有している。凹所７２は、嵌合枠７１から所定の深さで嵌合枠７１の内周側に形成され、底面７３を有している。押し当て棒７４は、治具７０の下端部がパッケージ本体３６の上端部にかぶさった時にカンチレバーＣａの先端部の直上に来る位置で底面７３から突出している。
【0061】
ＳＴＥＰ３において、治具７０がパッケージ本体３６の上端部にかぶせられた状態では、嵌合枠７１の内周側、したがって、凹所７２の周壁は、パッケージ本体３６の上端部の外周に嵌合する。また、押し当て棒７４の先端は、カンチレバーＣａの先端部をパッケージ本体３６の背面側の方に押し付ける。これにより、カンチレバーＣａの裏面の背面突起５３は、傾斜角規定面４６に当接して、治具７０の下降は、停止する。この停止は、カンチレバーＣａが開口３７に対して傾斜角αに設定されたことを意味する。
【0062】
ＳＴＥＰ３におけるパッケージ本体３６に対する上からの治具７０の押し付けは、傾斜角規定面４６の接着剤５７が固化して、カンチレバーＣａの裏面の先端部が傾斜角規定面４６に接着される時間維持される。この固化後、カンチレバーＣａの裏面と傾斜角規定面４６との間には、接着剤５７による接着層６１が介在する。
【0063】
なお、パッケージ３５内は、光偏向器本体１０のミラー部１１への入射光ビームＢｉの照射により高温になる。この結果、接着剤５７は、膨張して、接着層６０，接着層６１の厚さが増大することになる。両者の厚さの増大量に差があると、傾斜角αが狂うことがある。この対策として、次のようにすることが好ましい。接着層６０の接着剤と接着層６１の接着剤とをそれぞれ接着剤ａ，ｂと相互に別のものにする。そして、接着剤ａの線膨張係数×常温時の接着層６０の層厚(積)＝接着剤ｂの線膨張係数×常温時の接着層６１の層厚（積)に設定する。これにより、パッケージ３５内の温度上昇に対して接着層６０,接着層６１は、等量で厚さを増大し、この結果、パッケージ３５内の温度に関係なく傾斜角αが維持される。
【0064】
次に、ＳＴＥＰ４（図１０）では、治具７０は、パッケージ本体３６から外されて、パッケージ本体３６の表面側は、露出される。こうして、カンチレバーＣａは、矩形枠面３８に対して、傾斜角αで傾斜する。これに伴い、光偏向器本体１０は、固定枠１６及び角張出し部２４の第１表面領域では、パッケージ本体３６の開口面に対して平行となり、残りの要素の第２表面領域では、パッケージ本体３６の開口面に対して傾斜角αとなる。
【0065】
ＳＴＥＰ５（図１１）では、最初に（ガラス板５０をかぶせる前に）、光偏向器本体１０の電極パッド２０とパッケージ本体３６の電極パッド４１との間のワイヤボンディングが行われる。詳しくは、光偏向器本体１０の電極パッド２０－パッケージ本体３６の電極パッド４１間で、対応する電極同士がボンディングワイヤ７６により結線される。
【0066】
このワイヤボンディングには、周知のキャピラリが使用される。その際、電極パッド２０が配列されている固定枠１６及び電極パッド４１が配列されている内側張出し面４０は、共に、パッケージ本体３６の開口３７に対して平行になっている。この結果、キャピラリの先端は、電極パッド２０及び内側張出し面４０に斜めではなく、垂直に電極パッド２０及び電極パッド４１に当たり、片当たりを防止されつつ、ボンディングワイヤ７６を電極パッド２０及び電極パッド４１に十分な荷重で押し付ける。こうして、結線不良や、損傷が防止される。
【0067】
結線終了後、パッケージ本体３６の矩形枠面３８の表面に接着剤が塗布されて、ガラス板５０が，裏面の周囲を矩形枠面３８に当てて、上から押圧される。これにより、光偏向器本体１０は、パッケージ３５内に封入された状態になる。光偏向器本体１０は、パッケージ３５内に収容された状態で、光偏向器本体１０の可動表面領域は、ガラス板５０に対して、傾斜角αに傾斜している。
【0068】
（作用）
図１２は、入射光ビームＢｉに対して光偏向器３０から出射される各種の光ビームの相対角度関係を示す図である。図１２において使用している各符号の定義は、次のとおりである。なお、Ｂｉ，Ｂｓは、図１ですでに定義しているとおりである。また、図１２上の角度は、後述のＵｇｎを０°として、時計回りを負、反時計回りを正と定義している。
図１２は、入射光ビームＢｉに対して光偏向器３０から出射される各種の光ビームの相対角度関係を示す図である。図１２において使用している各符号の定義は、次のとおりである。なお、Ｂｉ，Ｂｓは、図１ですでに定義しているとおりである。また、図１２上の角度は、後述のＵｇｎを０°として、時計回りを負、反時計回りを正と定義している。
【0069】
Ｏｇ：ガラス板５０の表面における入射光ビームＢｉの入射点
Ｏｍ：ミラー部１１の中心。図１の中心Ｏと同一点。
Ｕｇｎ：Ｏｇに立てた法線
Ｕｍｎ：Ｏｍに立てた法線
Ｂｇｒ：入射光ビームＢｉがＯｇで反射した反射光ビーム
Ｂｓｃ：ミラー部１１の振れ角幅±γの中心の振れ角時の走査光ビームＢｓ
Ｂｓr：ミラー部１１がＢｓｃに対して正側の最大振れ角になった時の走査光ビームＢｓ
Ｂｓｒｌ：ミラー部１１がＢｓｃに対して負側の最大振れ角になった時の走査光ビームＢｓ
Ｏｍ：ミラー部１１の中心。図１の中心Ｏと同一点。
Ｕｇｎ：Ｏｇに立てた法線
Ｕｍｎ：Ｏｍに立てた法線
Ｂｇｒ：入射光ビームＢｉがＯｇで反射した反射光ビーム
Ｂｓｃ：ミラー部１１の振れ角幅±γの中心の振れ角時の走査光ビームＢｓ
Ｂｓr：ミラー部１１がＢｓｃに対して正側の最大振れ角になった時の走査光ビームＢｓ
Ｂｓｒｌ：ミラー部１１がＢｓｃに対して負側の最大振れ角になった時の走査光ビームＢｓ
【0070】
図１２には、Ｕｇｎに対する入射光ビームＢｉの入射方向を－１５°とし、傾斜角α＝１１°に設定している。Ｂｇｒの方向がＢｓｒの方向より負側であれば、Ｂｇｒは、走査光ビームＢｓ（図１参照）の振れ角範囲の外側になり、Ｂｇｒが走査光ビームＢｓとの干渉を回避されることになる。
【0071】
ＢｇｒがＢｓの振れ角範囲の外になる条件式は、次の（式１）のようになる。ただし、Ｕｍｎの振れ角幅は、±γとする。
２（β＋αーγ）－β＞β・・・（式１）
２（β＋αーγ）－β＞β・・・（式１）
【0072】
（式１）を整理すると、次の（式２）となる。
α＞γ・・・（式２）
α＞γ・・・（式２）
【0073】
図１２の例では、α＝１１°、β＝１５°及びγ＝７°であるので、（式２）の条件が充足されている。
【0074】
（変形例）
実施形態では、光偏向器本体１０の外側圧電アクチュエータ１５の複数のカンチレバー１８のうち、外側圧電アクチュエータ１５の基端側から作用端側への配列順で最初のカンチレバー及び最後のカンチレバーとしてのカンチレバーＣａ，Ｃｃは、共に、中間のカンチレバーとしのカンチレバーＣｂに対して長さが半分となっている。本発明の最初のカンチレバー及び最後のカンチレバーは、長さを中間のカンチレバーに等しく揃えてもよい。
実施形態では、光偏向器本体１０の外側圧電アクチュエータ１５の複数のカンチレバー１８のうち、外側圧電アクチュエータ１５の基端側から作用端側への配列順で最初のカンチレバー及び最後のカンチレバーとしてのカンチレバーＣａ，Ｃｃは、共に、中間のカンチレバーとしのカンチレバーＣｂに対して長さが半分となっている。本発明の最初のカンチレバー及び最後のカンチレバーは、長さを中間のカンチレバーに等しく揃えてもよい。
【0075】
実施形態では、透光性部材としてガラス板５０が用いられている。本発明の透光性部材は、ガラス以外の透明性材料であってもよい。
【0076】
実施形態では、第１電極としての電極パッド２０及び第２電極として電極パッド４１は、共に矩形で図示されている。本発明では、第１電極及び第２電極の形状は、円形等、矩形以外の形状に設定することができる。
【0077】
実施形態では、パッケージ本体３６は、セラミック材料になっている。本発明のパッケージ本体は、セラミック以外の材料から作られてもよい。
【0078】
実施形態では、傾斜角αとして１１°、第２軸２２ｘの回りのミラー部１１の振れ角幅として±７°が設定されている。本発明では、透明性材料で反射する入射光ビームＢｉの反射方向が、走査光ビームＢｓの振れ角範囲の外になっていれば、これら数値１１°，±７°に限定されない。
【0079】
実施形態では固定枠から可動枠への配列順で最初のカンチレバーＣａ単体の湾曲固定について説明したが、カンチレバーＣaの隣りに位置するカンチレバーＣｂの端部も同様に湾曲固定してもよい。これにより、光偏向器の可動時においても、湾曲した状態での固定の安定性を高め、ミラー部１１の傾斜角度αの変化を抑えることができる。この場合、カンチレバーＣaの隣に位置するカンチレバーＣｂも非可動要素とする。
【0080】
実施形態では、カンチレバーＣｃは可動要素となっているが、アクチュエータを有さない非可動要素としてもよい。
【符号の説明】
【0081】
１０・・・光偏向器本体、１１・・・ミラー部、１２・・・トーションバー、１３・・・内側圧電アクチュエータ、１４・・・可動枠、１５・・・外側圧電アクチュエータ、１６・・・固定枠、１８・・・カンチレバー、２０，４１・・・電極パッド、２２ｘ・・・第２軸、２２ｙ・・・第１軸、３０・・・光偏向器、３５・・・パッケージ、３６・・・パッケージ本体、３７・・・開口、３８・・・矩形枠面、４０・・・内側張出し面、４４・・・取付面、４５・・・底面、４６・・・傾斜角規定面、４７・・・凹所、５０・・・ガラス板、５３・・・背面突起、５７・・・接着剤、６０，６１・・・接着層、７０・・・治具、７４・・・押し当て棒、７６・・・ボンディングワイヤ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
