特許 7437177 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】2024-02-14

(45)【発行日】2024-02-22

(54)【発明の名称】光走査装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/08 20060101AFI20240215BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20240215BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20240215BHJP

【ＦＩ】

G02B26/08 E

G02B26/10 101

B81B3/00

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2020021646

(22)【出願日】2020-02-12

(65)【公開番号】P2021128215

(43)【公開日】2021-09-02

【審査請求日】2023-01-16

(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】宮地 護

【審査官】小濱 健太

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－５６０２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５５－７１３４５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２６／００－２６／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を出射する光源と、
表面側に前記光源から入射する入射光を走査反射光として出射する平坦反射部と、所定方向に延在する縦溝を有し、該縦溝は、前記表面側から裏面側に向かって溝幅が狭くなるように相互に向かい合う傾斜面の対を備え、前記入射光を各傾斜面で１回ずつ計２回反射して指標光として出射する溝型反射部とをもつミラー部と、前記縦溝の延在方向に平行な第１回転軸の回りに前記ミラー部を往復回動させる第１アクチュエータとを有する光偏向器と、
前記走査反射光の走査光スポットの走査軌跡上でかつ前記指標光の指標光スポットの受光位置に配置され、前記指標光スポットを前記走査反射光の走査方向に分割する分割線で第１及び第２光検出器に分割されている光検出部と、
前記第１及び前記第２光検出器の両出力の比較に基づいて前記第１回転軸の回りの前記ミラー部の振れ角としての第１振れ角を検出する振れ角検出部と、
を備え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、
前記振れ角検出部は、前記第１及び前記第２光検出器の両出力の比較を、該両出力の差分に基づいて行うことを特徴とする光走査装置。

【請求項3】

請求項１に記載の光走査装置において、
前記振れ角検出部は、前記第１及び前記第２光検出器の両出力の比較を、該両出力の比に基づいて行うことを特徴とする光走査装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記振れ角検出部は、前記指標光の進行方向に対応付けられる前記ミラー部の振れ角を指標振れ角とし、前記第１回転軸の回りの前記ミラー部の振れ角が前記指標振れ角となったことを前記第１及び前記第２光検出器の両出力の比較に基づいて検出することを特徴とする光走査装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記振れ角検出部は、前記第１及び前記第２光検出器の両出力の比較に基づく中間値を生成し、前記走査光スポットの非受光時の中間値を参照値とし、前記中間値を前記参照値で較正した較正値に基づいて前記第１振れ角を検出することを特徴とする光走査装置。

【請求項6】

請求項２に記載の光走査装置において、
前記振れ角検出部は、前記差分の符号反転タイミングの進行方向に対応付けられる前記ミラー部の振れ角を指標振れ角とし、前記差分の符号反転タイミングに基づいて前記ミラー部の振れ角が前記指標振れ角になったタイミングを検出することを特徴とする光走査装置。

【請求項7】

請求項５に記載の光走査装置において、
前記中間値は、下記の（式１）で定義される規格化差分Ｅvであることを特徴とする光走査装置。

【数1】

（ただし、（式１）中、Ｖａ，Ｖｂは、それぞれ前記第１及び前記第２光検出器の出力電圧である。）

【請求項8】

請求項５に記載の光走査装置において、
前記光検出部は、前記走査光スポットの振れ角範囲の中心に対して両側にそれぞれ一方及び他方の光検出部として設けられ、
前記振れ角検出部は、前記一方の光検出部における符号反転タイミングと前記他方の光検出部における符号反転タイミングとの時間差に基づいて前記走査光スポットの前記振れ角の角度範囲を検出することを特徴とする光走査装置。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記対の傾斜面は、前記平坦反射部の平坦反射面に対して垂直な垂直平面に対して左右対称に形成されていることを特徴とする光走査装置。

【請求項10】

請求項９に記載の光走査装置において、
前記平坦反射面に対する前記縦溝の傾斜面の傾斜角をαとするとき、２・αは、８０°～１２０°の範囲内であることを特徴とする光走査装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の光走査装置において、
前記ミラー部は、シリコンの結晶体層から成る共通の基板層の表面に前記平坦反射面及び前記縦溝を有し、
前記結晶体層の主面と前記縦溝の傾斜面のミラー指数は、それぞれ（１００）及び（１１１）の一方及び他方であることを特徴とする光走査装置。

【請求項12】

請求項１～９のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記縦溝の少なくとも一部は、前記裏面側において開放されていることを特徴とする光走査装置。

【請求項13】

請求項１２に記載の光走査装置において、
前記縦溝の傾斜面は、前記縦溝を前記ミラー部の前記表面側で開口するＶ溝として前記平坦反射部の平坦反射面に平行な分割平面で前記Ｖ溝の傾斜面を表面側傾斜面部分と裏面側傾斜面部分とに分割したときの前記表面側傾斜面部分から形成され、
前記Ｖ溝の横断面における前記表面側傾斜面部分及び前記裏面側傾斜面部分の長さをそれぞれＤａ，Ｄｂとして、前記平坦反射面に対する前記縦溝の傾斜面の傾斜角をαとするとき、
Ｄａ：Ｄｂ＝｜ｔａｎ（２・α）｜：｜ｔａｎ（α）｜
に設定されていることを特徴とする光走査装置。

【請求項14】

請求項１～１３のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記溝型反射部は、前記ミラー部の正面視で前記第１回転軸に重なるように配置されていることを特徴とする光走査装置。

【請求項15】

請求項１４に記載の光走査装置において、
前記溝型反射部は、前記ミラー部の中心部を占めていることを特徴とする光走査装置。

【請求項16】

請求項１５に記載の光走査装置において、
前記光偏向器は、前記ミラー部を前記第１回転軸と直交する第２回転軸の回りに往復回動させる第２アクチュエータを備え、
前記光検出部は、前記ミラー部が前記第２回転軸の回りに往復回動するときの前記指標光スポットの走査方向に長細い形状で形成されていることを特徴とする光走査装置。

【請求項17】

請求項１～１６のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記溝型反射部は、前記縦溝を複数、有していることを特徴とする光走査装置。

【請求項18】

請求項１７に記載の光走査装置において、
前記複数の縦溝のピッチＤｐを下記の（式２）で設定することを特徴とする光走査装置。

【数2】

（ただし、（式２）中、ｍは自然数、λは元光Ｌａの波長、α１，α２は、前記平坦反射部の平坦反射面に対する前記縦溝の前記対の一方及び他方の傾斜面の傾斜角である。）

【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）の光偏向器及びそれを備えた光走査装置が知られている（例：特許文献１，２）。ＭＥＭＳの光偏向器は、回転軸の回りに往復回動するミラー部を備え、光源からの光をミラー部の振れ角に応じた方向に反射して、反射光を走査光として出射する。

【0003】

照射領域における走査光の走査位置は、ミラー部の振れ角に応じて変化する。したがって、走査光の照射品質を適切に制御するために、ミラー部の振れ角を検出することが必要となる。

【0004】

特許文献１の光走査装置は、ミラー部が振れ角範囲の端部に来た時の反射光の出射方向に配置されたＰＤ（フォトダイオード）を備える。これにより、ミラー部が、振れ角範囲の端部の所定振れ角になると、反射光がＰＤにより検知される。

【0005】

特許文献２の光走査装置では、ミラー部の反射面は、回折格子で形成される。該光走査装置では、ミラー部から出射する０次の回折光は、本来の走査光の用途で使用される。これに対し、１次の回折光は、受光素子に入光し、振れ角の検知に使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００６－２４３２２５号公報

【文献】特開２０１１－１１８１７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１，２の光走査装置では、反射光や回折光を検出するＰＤの取付位置や特性のばらつきのために、ミラー部の振れ角の検出に誤差が生じる。

【0008】

本発明の目的は、光検出部の取付位置や特性のばらつきを補償してミラー部の振れ角を検出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】

【0009】

本発明の光走査装置は、
光を出射する光源と、
表面側に前記光源から入射する入射光を走査反射光として出射する平坦反射部と、所定方向に延在する縦溝を有し、該縦溝は、前記表面側から裏面側に向かって溝幅が狭くなるように相互に向かい合う傾斜面の対を備え、前記入射光を各傾斜面で１回ずつ計２回反射して指標光として出射する溝型反射部とを含むミラー部と、前記縦溝の延在方向に平行な第１回転軸の回りに前記ミラー部を往復回動させる第１アクチュエータとを有する光偏向器と、
前記走査反射光の走査光スポットの走査軌跡上でかつ前記指標光の指標光スポットの受光位置に配置され、前記指標光スポットを前記走査反射光の走査方向に分割する分割線で第１及び第２光検出器に分割されている光検出部と、
前記第１及び前記第２光検出器の両出力の比較に基づいて前記第１回転軸の回りの前記ミラー部の振れ角としての第１振れ角を検出する振れ角検出部と、
を備える。

【0010】

本発明によれば、第１及び第２光検出器は、走査光スポットの走査軌跡上に配置されるとともに、分割線で分割された指標光スポットの各部分を受光する。そして、第１及び第２光検出器の両出力に基づいてミラー部の振れ角を検出する。光検出部の取付位置や特性のばらつきは、第１及び第２光検出器の両出力の関係に反映されるので、それらばらつきを補償して、ミラー部の振れ角を検出することができる。

【0011】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記振れ角検出部は、前記第１及び前記第２光検出器の両出力の比較を、該両出力の差分に基づいて行う。

【0012】

この構成によれば、第１及び第２光検出器の両出力の差分に基づいて第１振れ角を検出する。これにより、ミラー部の振れ角の検出精度を向上することができる。

【0013】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記振れ角検出部は、前記第１及び前記第２光検出器の両出力の比較を、該両出力の比に基づいて行う。

【0014】

この構成によれば、第１及び第２光検出器の両出力の対比に基づいて第１振れ角を検出する。これにより、ミラー部の振れ角の検出精度を向上することができる。

【0015】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記振れ角検出部は、前記指標光の進行方向に対応付けられる前記ミラー部の振れ角を指標振れ角とし、前記第１回転軸の回りの前記ミラー部の振れ角が前記指標振れ角となったことを前記第１及び前記第２光検出器の両出力に基づいて検出する。

【0016】

この構成によれば、ミラー部の振れ角が指標振れ角となったことを第１及び第２光検出器の両出力に基づいて検出する。これにより、ミラー部の振れ角の検出精度を向上することができる。

【0017】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記振れ角検出部は、前記第１及び前記第２光検出器の両出力の比較に基づく中間値を生成し、前記走査光スポットの非受光時の中間値を参照値とし、前記中間値を前記参照値で較正した較正値に基づいて前記第１振れ角を検出する。

【0018】

この構成によれば、走査光スポットの非受光時の中間値を参照値とし、中間値を参照値で較正した較正値に基づいて振れ角を検出する。これにより、光走査装置ごとの検出振れ角のばらつきを防止することができる。

【0019】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記振れ角検出部は、前記差分の符号反転タイミングの進行方向に対応付けられる前記ミラー部の振れ角を指標振れ角とし、前記差分の符号反転タイミングに基づいて前記ミラー部の振れ角が前記指標振れ角になったタイミングを検出することを特徴とする光走査装置。

【0020】

この構成によれば、規格化差分Ｅｖに基づいてミラー部が指標振れ角になったタイミングを検出する。これにより、汎用性のあるタイミングを検出することができる。

【0021】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記中間値は、後述の（式１）で定義される規格化差分Ｅvである。

【0022】

この構成によれば、規格化差分Ｅｖを用いて第１振れ角を検出することにより、光走査装置の種類に関係なく、汎用の光走査装置を使用することができる。

【0023】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記光検出部は、前記走査光スポットの振れ角範囲の中心に対して両側にそれぞれ一方及び他方の光検出部として設けられ、
前記振れ角検出部は、前記一方の光検出部における符号反転タイミングと前記他方の光検出部における符号反転タイミングとの時間差に基づいて前記走査光スポットの前記振れ角の角度範囲を検出する。

【0024】

２つの光検出部の間隔は固定されている。この構成によれば、時間差を検出して、振れ角の角度範囲を円滑に検出することができる。

【0025】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記対の傾斜面は、前記平坦反射部の平坦反射面に対して垂直な垂直平面に対して左右対称に形成されている。

【0026】

この構成によれば、光検出部における指標光スポットの受光強度を大きくすることができる。

【0027】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記平坦反射面に対する前記縦溝の傾斜面の傾斜角をαとするとき、２・αは、８０°～１２０°の範囲内であることを特徴とする光走査装置。

【0028】

この構成によれば、光検出部における指標光スポットの受光強度を大きくすることができる。

【0029】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記ミラー部は、シリコンの結晶体層から成る共通の基板層の表面に前記平坦反射面及び前記溝型反射面を有し、
前記結晶体層の主面と前記縦溝の傾斜面とミラー指数は、それぞれ（１００）及び（１１１）の一方及び他方である。

【0030】

この構成によれば、シリコンの結晶面のミラー指数を利用して、溝型反射部の傾斜面を所望の傾斜角を円滑に形成することができる。

【0031】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記縦溝は、前記裏面側において少なくとも一部が開放されている。

【0032】

この構成によれば、３回反射光が光検出部に入射するのを防止して、ミラー部の振れ角の検出精度を高めることができる。

【0033】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記縦溝の傾斜面は、前記縦溝を前記ミラー部の前記表面側で開口するＶ溝として前記平坦反射面に平行な分割平面で前記Ｖ溝の傾斜面を表面側傾斜面部分と裏面側傾斜面部分とに分割したときの前記表面側傾斜面部分から形成され、
前記Ｖ溝の横断面における前記表面側傾斜面部分及び前記裏面側傾斜面部分の長さをそれぞれＤａ，Ｄｂとして、前記平坦反射面に対する前記縦溝の傾斜面の傾斜角をαとするとき、
Ｄａ：Ｄｂ＝｜ｔａｎ（２・α）｜：｜ｔａｎ（α）｜
に設定されている。

【0034】

この構成によれば、３回反射光が光検出部に入射するのを防止するときの傾斜面の長さを適切に決めることができる。

【0035】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記溝型反射部は、前記ミラー部の正面視で前記第１回転軸に重なるように配置されている。

【0036】

この構成によれば、光偏向器の正面視に対してミラー部がいずれの側に振れたときも、支障なく振れ角を検出することができる。

【0037】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記溝型反射部は、前記ミラー部の中心部を占めている。

【0038】

この構成によれば、溝型反射部への入射光の強度が増大することにより、指標光スポットの強度を増大することができる。

【0039】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記光偏向器は、前記ミラー部を前記第１回転軸と直交する第２回転軸の回りに往復回動させる第２アクチュエータを備え、
前記光検出部は、前記ミラー部が前記第２回転軸の回りに往復回動するときの前記指標光スポットの走査方向に長細い形状で形成されている。

【0040】

この構成によれば、光検出部を、ミラー部が第２回転軸の回りに往復回動するときの指標光スポットの走査方向に長細い形状で形成される。これにより、走査光スポットを二次元走査する光偏向器に対して、第１振れ角を支障なく検出することができる。

【0041】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記溝型反射部は、前記縦溝を複数、有している。

【0042】

この構成によれば、縦溝を複数にすることにより光検出部における指標光スポットの受光強度を大きくすることができる。

【0043】

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記複数の縦溝のピッチＤｄを後述の（式２）で設定する。

【0044】

この構成によれば、光検出装置は、各縦溝からの指標光スポット同士の相互干渉により強め合う位置となる。これにより、光検出装置が受光する指標光スポットの強度を増大することができる。

【図面の簡単な説明】

【0045】

【図1】軸（一次元）走査型の光走査装置の構成図である。

【図2】ミラー部を中心Ｏを通り回転軸に垂直な平面で溝型反射部を切った横断面図である。

【図3】ミラー部の振れ角θと各検知光Ｌｃの出射方向との関係についての説明図である。

【図4】回反射光Ｌの説明図である。

【図5】ミラー部の振れ角θと光偏向器からの各反射光Ｌ～Ｌの出射角γとの関係を示すグラフである。

【図6A】一方の光検出部における指標光スポットａの強度と傾斜面ａ，ｂの傾斜角差（＝α１－α２）との関係を種々の振れ角θについて示したグラフである。

【図6B】他方の光検出部における指標光スポットａの強度と傾斜面ａ，ｂの傾斜角差（＝α１－α２）との関係を種々の振れ角θについて示したグラフである。

【図7A】は、一方の光検出部において傾斜面ａの傾斜角αと傾斜面ｂの傾斜角αとの傾斜角合計（＝α１＋α２）と指標光の強さとの関係を種々の振れ角θで示すグラフである。

【図7B】は、他方の光検出部において傾斜面ａの傾斜角αと傾斜面ｂの傾斜角αとの傾斜角合計（＝α１＋α２）と指標光の強さとの関係を種々の振れ角θで示すグラフである。

【図8】光走査装置による描画の模式的な説明図である。

【図9】走査光スポット及び指標光スポットと光検出部との関係を示す模式図である。

【図10A】一方の光検出部におけるミラー部の振れ角θと規格化差分Ｅｖとの関係を示すグラフである。

【図10B】他方の光検出部におけるミラー部の振れ角θと規格化差分Ｅｖとの関係を示すグラフである。

【図11】図１０ＢのＰ１－Ｐ５における走査光スポット及び指標光スポットと光検出部における光検出部との相対位置についての模式図である。

【図12】縦溝を複数有する溝型反射部の斜視図である。

【図13】３回反射光の防止対策についての説明図である。

【図14】３回反射光に対する対策を備える溝型反射部の横断面である。

【図15】図１の溝型反射部を採用したときの振れ角θと２回反射光Ｌの強度との関係を示す図である。

【図16】ミラー部の種々の振れ角θにおける出射角γと出射側の光の強度との関係を実験で調べたグラフである。

【図17】所定の振れ角θに対する出射側の光の強度の分布について実施形態と比較例とを対比した実験結果のグラフである。

【図18】図１の実験結果の写真である。

【図19】軸（二次元）走査型の光走査装置を備える光走査装置の構成図である。

【図20】第２回転軸の回りのミラー部の振れ角を検出可能になっている光走査装置の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0046】

図面を参照して、本発明の好適な複数の実施形態を詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されないことは言うまでもない。本発明は、以下の実施形態以外にも、本発明の技術的思想の範囲内で種々の構成態様を包含する。

【0047】

図示の実施形態において、共通する構成要素については、同一の符号を使用している。各実施形態において、対の構成要素の符号は、数字を共通にして添え字のアルファベットを異ならせている。なお、アルファベット付きの符号の要素を総称するときは、アルファベットを省略した数字のみの符号を使用する。

【0048】

（１軸走査型光走査装置）
図１は、１軸（一次元）走査型の光走査装置１の構成図である。光走査装置１は、１軸走査型の光走査装置として、１軸走査型の光偏向器３を備える。光走査装置１は、光偏向器３の他に、制御部２、光検出部４ａ，４ｂ、及び光源５を備えている。

【0049】

光源５は、例えばレーザ光源である。光源５は、元々の光としての元光Ｌａを出射する。元光Ｌａは、光偏向器３の入射光としてミラー部３０の表面に入射する。この例では円形のミラー部３０の表面は、大半を占める平坦反射部３８と、ミラー部３０の中心Ｏに配置される溝型反射部３９とから成る。

【0050】

平坦反射部３８の反射面は、平坦反射面として平坦な平面で形成されている。これに対し、溝型反射部３９は、Ｖ溝型の反射面を有する。

【0051】

元光Ｌａのうち、平坦反射部３８に入射した光は、走査光Ｌｂとなって、平坦反射部３８から出射する。元光Ｌａのうち、溝型反射部３９に入射した光は、検知光Ｌｃとなって、溝型反射部３９から出射する。検知光Ｌｃは、１回反射光Ｌ１、２回反射光Ｌ２及び３回反射光Ｌ３を含む。１回反射光Ｌ１、２回反射光Ｌ２及び３回反射光Ｌ３については、図３で詳説する。

【0052】

制御部２は、制御装置２１、光源駆動装置２２及びアクチュエータ駆動装置２３を備える。制御装置２１は、さらに、振れ角検出部２６を含む。

【0053】

光源駆動装置２２及びアクチュエータ駆動装置２３は、それぞれ光源５及び光偏向器３の圧電アクチュエータ３２を駆動する。光源５は、光源駆動装置２２による駆動により、点灯、消灯、さらに、点灯時の光度を制御される。光偏向器３の圧電アクチュエータ３２は、アクチュエータ駆動装置２３による駆動により回転軸３６の回りのミラー部３０の往復回動を制御する。

【0054】

振れ角検出部２６は、各光検出部４からの検出信号に基づいて光偏向器３のミラー部３０の振れ角θ（図３）を検出する。制御装置２１は、光源５及び圧電アクチュエータ３２を振れ角θに基づいて相互に同期させつつ、駆動する。

【0055】

１軸走査型の光偏向器３は、ミラー部３０以外は、公知の１軸型の圧電方式の光偏向器（例：特開２０１４－０５６０２０号公報）と同一である。したがって、光偏向器３については簡単に説明する。なお、光偏向器３の構成の説明の便宜上、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸直交座標系を定義する。

【0056】

回転軸３６は、ミラー部３０の中心Ｏを通り、Ｙ軸方向に延在している。トーションバー３１ａ，３１ｂは、回転軸３６に沿ってミラー部３０の各側から延び出ている。圧電アクチュエータ３２ａ～３２ｄは、いずれもＸ軸方向に延在している。圧電アクチュエータ３２ａ，３２ｂは、Ｘ軸方向にトーションバー３１ａの両側に配設され、トーションバー３１ａと支持枠３３との間に介在する。圧電アクチュエータ３２ｃ，３２ｄは、Ｘ軸方向にトーションバー３１ｂの両側に配設され、トーションバー３１ｂと支持枠３３との間に介在する。

【0057】

ミラー部３０の各部の寸法は、例えば次のとおりである。ミラー部３０は、１ｍｍφ～２ｍｍφの円形となっている。溝型反射部３９は、正方形であり、一辺が数１０μｍ～数１００μｍである。

【0058】

圧電アクチュエータ３２は、トーションバー３１との結合部を回転軸３６の回りに往復回動する。これにより、トーションバー３１のねじり振動がミラー部３０に伝達し、ミラー部３０は、回転軸３６の周りに所定の共振周波数で回りに往復回動する。この結果、走査光Ｌｂは、振れ幅（振れ角範囲）Ｗｂで往復変位する。

【0059】

図１に記載されている走査光Ｌｂ及び２回反射光Ｌ２（検知光Ｌｃ）については、次の図２－図４において詳説する。走査光スポット５０は、元光Ｌａが平坦反射部３８に反射して生成される走査光Ｌｂが照射先に生成する光スポットである。指標光スポット５１ａ，５１ｂは、元光Ｌａが溝型反射部３９に反射して生成される検知光Ｌｃのうちの２回反射光Ｌ２が照射先に生成する光スポットである。走査光スポット５０及び指標光スポット５１ａ，５１ｂについては、図８以降で詳説する。

【0060】

（指標光）
図２は、ミラー部３０を中心Ｏを通り回転軸３６に垂直な平面で溝型反射部３９を切った横断面図である。なお、図２の図示のミラー部３０の振れ角θは、０°となっている。なお、この実施形態では、振れ角θは、平坦反射部３８の法線４５がＺ軸に平行である時を０°と定義している。図２において、Ｚ軸の負側がミラー部３０の表面側であり、Ｚ軸の正側がミラー部３０の裏面側である。

【0061】

ミラー部３０から出射する反射光には、走査光Ｌｂ及び検知光Ｌｃがある。検知光Ｌｃは、１回反射光Ｌ１、２回反射光Ｌ２及び３回反射光Ｌ３を含む。

【0062】

溝型反射部３９は、Ｙ軸に平行に延在する１本の縦溝４１を有する。縦溝４１は、図２において横断面図で記載されている。縦溝４１は、底に向かって溝幅が狭くなるように相互に向かい合う対の傾斜面４２ａ，４２ｂを有するＶ溝から形成されている。

【0063】

図３は、ミラー部３０の振れ角θと各検知光Ｌｃの出射方向との関係についての説明図である。図３では、元光Ｌａは、振れ角θ＝０°の方向からミラー部３０の中心Ｏに入射することを想定している。法線４５は、平坦反射部３８の平坦反射面に対して垂直に延在している。

【0064】

なお、ミラー部３０からの走査光Ｌｂ及び検知光Ｌｃの出射方向に対して出射角γを定義する。出射角γは、Ｚ軸の負方向に対する反射光の出射方向と定義する。図３では、元光Ｌａは、Ｚ軸に平行にかつＺ軸の負側から正側に進行するので、出射角γは、向きを逆転させた元光Ｌａに対するミラー部３０からの出射方向の角度となる。なお、出射角γの符号は、Ｘ軸の正側及び負側をそれぞれ正及び負と定義する。

【0065】

１回反射光Ｌ１及び３回反射光Ｌ３の出射角γは、振れ角θに応じて変化する。これに対し、２回反射光Ｌ２の出射角γは、振れ角θに関係なく固定されている。図２では、２回反射光Ｌ２の出射角γは、±３８．８°になっている。

【0066】

図４は、２回反射光Ｌ２の説明図である。α１，α２は、平坦反射部３８の平坦反射面に対する傾斜面４２ａ，４２ｂの傾斜角を示している。なお、傾斜角αとは、平坦反射部３８に平行な面に対する縦溝４１ａ，４１の傾斜角である。図示の実施形態では、α１＝α２＝５４．７°である。元光Ｌａは、一定方向から溝型反射部３９に入射する。

【0067】

γ’は、元光Ｌａと２回反射光Ｌ２との交角である。Ａは、傾斜面４２ａに対する元光Ｌａの入射角であり、振れ角θに応じて変化する。γ’＝１８０°－２・α１－２・α２となる。この結果、γ’は、ミラー部３０の振れ角θに関係なく、γ’＝２・α１＋２・α２－１８０°の固定値となる。したがって、元光Ｌａの入射方向をＺ軸に平行な方向に取ったときは、γ’＝γとなり、２回反射光Ｌ２の出射角γは、振れ角θに関係なく固定値となる。α１＝α２＝５４．７とするとき、２回反射光Ｌ２の出射角γは±３８．８°の固定値となる。

【0068】

２回反射光Ｌ２は、後述の図８以降に説明するように、ミラー部３０の振れ角θを検出する際の指標光となる。したがって、２回反射光Ｌ２の出射角γは、特に「指標角」という。

【0069】

２回反射光Ｌ２の出射方向を３８．８°に設定した理由は、次のとおりである。光偏向器３及び後述の光偏向器１０３を製造するウェハのシリコンの結晶方位と関係している。すなわち、シリコンの結晶方位を利用して、α１＝α２＝α＝５４．７°を容易に得ることができるからである。

【0070】

すなわち、光偏向器３をシリコン基板から製造するとき、通常のシリコン基板では、主面のミラー指数は、（１００）である。一方、シリコン結晶は、（１００）と（１１１）とに結晶面をもち、（１００）と（１１１）との交角は、５４．７°である。したがって、シリコン基板の表面を異方性エッチングで処理すれば、傾斜角α＝５４．７°の傾斜面４２をもつ縦溝４１を容易に製造することができる。

【0071】

詳細には、異方性エッチングの場合のエッチング液としては、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、ＥＤＰ（エチレンジアミンピロカテール）等のアルカリ性水溶液を用いると、傾斜面４２ａ，４２ｂの（１１１）面を選択的に形成することができる。主面が（１００）のシリコン基板を用いた場合には（１００）面と（１１１）面との交角としての５４．７°の安定したαを得ることができる。

【0072】

図５は、ミラー部３０の振れ角θと光偏向器３からの各反射光Ｌ１～Ｌ３の出射角γとの関係を示すグラフである。なお、図５において、α１＝α２＝５４．７°とする。

【0073】

図５から、１回反射光Ｌ１及び３回反射光Ｌ３の出射角γは、振れ角θに応じて変化する。これに対し、２回反射光Ｌ２の出射角γは、－側の２回反射光Ｌ２及び＋側の２回反射光Ｌ２共に絶対値でほぼ３８．８°に固定されていることが分かる。

【0074】

図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ一方の光検出部として光検出部４ａ及び他方の光検出部としての光検出部４ｂにおける指標光スポット５１ａ，５１ｂの強度と傾斜面４２ａ，４２ｂの傾斜角差（＝α１－α２）との関係を種々の振れ角θについて示したグラフである。縦軸の指標光（２回反射光Ｌ２）の強度の目盛りは、相対値となっている。

【0075】

図６Ａ及び図６Ｂから、傾斜角差＝０°にするときが、ミラー部３０の振れ幅全体にわたる２回反射光Ｌ２の相対強度を大きくできることが分かる。

【0076】

図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ光検出部４ａ（一方の光検出部４）及び光検出部４ｂ（他方の光検出部４）において傾斜面４２ａの傾斜角α１と傾斜面４２ｂの傾斜角α２との傾斜角合計（＝α１＋α２）と指標光の強さとの関係を種々の振れ角θで示すグラフである。なお、図７Ａ及び図７Ｂのグラフでは、α１＝α２＝αとしており、傾斜角合計＝２・αである。

【0077】

図７Ａ及び図７Ｂから、ミラー部３０をミラー垂直面４３に対して±対称に振らすときは、傾斜角合計＝８０°～１２０°の範囲、特に、約１００°～約１１０°の範囲にすることが、２回反射光Ｌ２の相対強度を大きくする点で有利であることが分かる。２・５４．７°は有利な傾斜角合計としての８０°～１２０°の範囲に含まれている。

【0078】

図８は、光走査装置１による描画の模式的な説明図である。なお、光走査装置１は、１次元描画型の光走査装置であるので、描画エリア５６も、１次元の描画エリアとなる。２次元描画型の光走査装置（後述の図１９及び図２０の光偏向器１０３）の場合には、描画エリア５６は、横だけでなく、縦にも広がる２次元のエリアとなる。

【0079】

ミラー部３０は、回転軸３６の回りに往復回動する。ミラー部３０に入射する元光Ｌａのうち、平坦反射部３８に入射した部分は、走査光Ｌｂとなってミラー部３０から出射する。走査光Ｌｂは、照射先に走査光スポット５０を生成する。走査光スポット５０は、回転軸３６の回りのミラー部３０の往復回動に伴い走査軌跡５５を往復動する。描画エリア５６は、走査軌跡５５の全体から両端部を除外した走査軌跡５５の中央範囲に設定される。

【0080】

ミラー部３０に入射する元光Ｌａのうち、溝型反射部３９に入射した部分は、検知光Ｌｃとなってミラー部３０から出射する。検知光Ｌｃのうちの２回反射光Ｌ２は、回転軸３６の回りのミラー部３０の往復回動にかかわらず、出射角γ＝±３８．８°となる。

【0081】

光検出器５４ａ，５４ｂは、例えばＰＤ（フォトデテクタ）から成る。光検出器５４ａ，５４ｂは、第１及び第２光検出器としてそれぞれ－３８．８°及び＋３８．８°の方向に配置され、２回反射光Ｌ２の指標光スポット５１ａ，５１ｂを受光する。光検出器５４ａ，５４ｂの位置は、また、走査軌跡５５において描画エリア５６の外側に設定されている。

【0082】

図９は、走査光スポット５０及び指標光スポット５１ａ，５１ｂと光検出部４ａ，４ｂとの関係を示す模式図である。走査光スポット５０は、元光Ｌａが平坦反射部３８に反射して生成される走査光Ｌｂの照射先に生成される。指標光スポット５１ａ，５１ｂは、元光Ｌａが溝型反射部３９に反射して生成される２回反射光Ｌ２ａ，２回反射光Ｌ２ｂの照射先としての光検出部４ａ，４ｂの受光面にそれぞれ生成される。

【0083】

光検出部４ａ，４ｂは、走査光スポット５０の走査軌跡５５上に位置するとともに、２回反射光Ｌ２ａ，２回反射光Ｌ２ｂの光路上に位置する。

【0084】

図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれ光検出部４ａ，４ｂにおけるミラー部３０の振れ角θと規格化差分Ｅｖとの関係を示すグラフである。

【0085】

規格化差分Ｅｖは、次の（式１）で定義する。

【数1】

ただし、（式１）において、Ｖａ，Ｖｂは、それぞれ各光検出部４における光検出器５４ａ，５４ｂの出力電圧である。

【0086】

（式１）において、右辺の分子は、Ｖａ，Ｖｂの差分になっている。右辺の分母は、Ｖａ，Ｖｂの合計であり、分子の差分を、光走査装置１の種類に関係なく規格化した規格化差分Ｅｖを生成するためのものである。

【0087】

光検出部４ａ，４ｂは、設計上は、指標光スポット５１ａ，５１ｂの中心が光検出器５４ａ，５４ｂの境界線としての分割線５３に重なるように、配置されることになっている。しかしながら、実際上、製造時の誤差等のため、分割線５３が指標光スポット５１ａ，５１ｂの反射方向からずれて光検出部４ａ，４ｂが取り付けられてしまうことがある。この場合、ミラー部３０の振れ角が２回反射光Ｌ２の反射角になっても、α１＝α２＝５４．７°の条件下で差分としてのＶａ－Ｖｂは、１回反射光Ｌ１及び２回反射光Ｌ２の強度により０（ゼロ）０から変化してしまう。

【0088】

しかしながら、α１＝α２＝５４．７°の条件下での規格化差分Ｅｖの（式１）は、溝型反射部３９からの２回反射光Ｌ２と平坦反射部３８からの１回反射光Ｌ１の強度差による影響を排除し、ミラー部３０の振れ角θ＝２回反射光Ｌ２の反射角となったタイミングを正確に検出することを可能にさせる。

【0089】

すなわち、振れ角θ＝２回反射光Ｌ２の反射角（＝指標振れ角±３８．８°）の時、（式１）の規格化差分Ｅｖはゼロではないが、（式１）の規格化差分Ｅｖは、１回反射光Ｌ１及び２回反射光Ｌ２の強度に関係なく同一レベルとなるからである。

【0090】

なお、振れ角θの検出方法は、（式１）の差分方式に限るものではない。差分に変えて、光検出器５４ａ，５４ｂの出力の比（Ｖａ/Ｖｂ）に基づいて検出することも可能である。

【0091】

図１１は、図１０ＢのＰ１－Ｐ５における走査光スポット５０及び指標光スポット５１ｂと光検出部４ｂにおける光検出器５４ａ，５４ｂとの相対位置についての模式図である。Ｓｃは、走査光スポット５０の走査方向を示している。

【0092】

以下、分割線５３は、図１０Ａ及び図１０Ｂのときと同様に、正規出射角γの±３８．８°の方向上の位置にあるものとして、Ｐ１－Ｐ５の各位置における規格化差分Ｅｖについて説明する。なお、以下の説明では、分割線５３の位置は、正規の位置としての出射角γ＝±３８．８°の方向上の位置にあり、光検出器５４ａ，５４ｂの出力特性のばらつきはないときを想定する。

【0093】

Ｐ１では、走査光スポット５０は、走査方向Ｓｃにおいて光検出部４ｂに対して手前にある。指標光スポット５１ｂは、中心が分割線５３に重なる位置にある。そのため、光検出器５４ａ、５４ｂはそれぞれ指標光スポット５１の半部の光量を受光することとなる。したがって、規格化差分Ｅｖ＝０となる。

【0094】

Ｐ２では、走査光スポット５０の前端は光検出器５４ａを進入している。指標光スポット５１は、Ｐ１の時と同位置である。したがって、光検出器５４ａは、指標光スポット５１ｂの半部と走査光スポット５０の前端部を受光することなる。これにより、規格化差分Ｅｖは、Ｅｖ＞０となる。

【0095】

Ｐ３では、走査光スポット５０の中心は分割線５３に重なる位置まで進入している。走査光スポット５０の前半部は光検出器５４ｂに重なる。これにより、指標光スポット５１と共に走査光スポット５０の光量も分割線５３で２等分割され、Ｅｖ＝０となる。この時のミラー部３０の振れ角θは、３８．８°である。

【0096】

Ｐ４では、走査光スポット５０の中心は、光検出器５４ｂに進入する。これにより、Ｅｖ＜０となる。

【0097】

Ｐ５では、走査光スポット５０は、走査方向Ｓｃに前半部を光検出部４ｂ外に位置させつつ、後ろ半部を光検出器５４ｂに残している。これにより、規格化差分Ｅｖは、図１０ＢのＰ５に示されるように、Ｅｖ＜０となる。

【0098】

なお、走査光スポット５０が光検出部４ｂの分割線５３を走査方向Ｓｃに通過するとき規格化差分Ｅｖは、正から負に符号反転する。これに対し、走査光スポット５０が光検出部４ａの分割線５３を走査方向Ｓｃに通過するとき規格化差分Ｅｖは、負から正に符号反転する。

【0099】

振れ角検出部２６は、規格化差分Ｅｖの符号反転したタイミングを、ミラー部３０の振れ角θが±３８．８°であるタイミングとして認識する。

【0100】

ミラー部３０は、回転軸３６の回りを往復回動するので、走査光スポット５０は、走査軌跡５５上を図９の左右に往復動する。走査軌跡５５上の走査光スポット５０の左から右への移動では、振れ角θは、増大方向に変化する。走査軌跡５５上の走査光スポット５０の右から左への移動では、振れ角θは、減少方向に変化する。

【0101】

光検出部４ａにおいて、光検出部４ａの規格化差分Ｅｖが負から正に反転したタイミングは、走査光スポット５０が光検出部４の分割線５３を外側から内側に通過したタイミングとして検出される。光検出部４ａの規格化差分Ｅｖが正から負に反転したタイミングは、走査光スポット５０が光検出部４の分割線５３を内側から外側に通過したタイミングとして検出される。

【0102】

光検出部４ｂにおいて、光検出部４ａの規格化差分Ｅｖが正から負に反転したタイミングは、走査光スポット５０が光検出部４の分割線５３を内側から外側に通過したタイミングとして検出される。光検出部４ｂの規格化差分Ｅｖが負から正に反転したタイミングは、走査光スポット５０が光検出部４の分割線５３を外側から内側に通過したタイミングとして検出される。

【0103】

振れ角検出部２６は、光検出部４ａ及び光検出部４ｂの出力を常時監視する。振れ角検出部２６は、光検出部４ａが負から正に反転したタイミングを時間軸のｔ１とし、次に光検出部４ａが正から負に反転したタイミングを時間軸のｔ２とする。時間差としてのｔ２－ｔ１は、ミラー部３０の振れ角θが－３８．８°から＋３８．８°に変化するのに要した時間として把握できる。一方、回転軸３６の回りのミラー部３０の往復回動の周期及び光検出部４ａ－４ｂ間の距離は、固定されている。したがって、時間差ｔ２－ｔ１及び距離に基づいて走査光スポット５０の走査速度が求まり、さらに、該走査速度に基づいて回転軸３６の回りのミラー部３０の最大振れ角θ（換言すると、振れ角θが変化する角度範囲又は走査光スポット５０の振れ幅）を検出することができる。

【0104】

図１２は、縦溝４１を複数有する溝型反射部４０の斜視図である。溝型反射部３９では、縦溝４１が１本のみであるので、指標光スポット５１ａ，５１ｂの強度が小さい。これに対し、溝型反射部４０は、縦溝４１を複数、備えている。この結果、光検出部４ａ，４ｂにおける指標光スポット５１ａ，５１ｂの受光強度を増大することができる。

【0105】

一方、縦溝４１が複数存在することは、各縦溝４１からの２回反射光Ｌ２が相互に干渉することになる。干渉効果により２回反射光Ｌ２を強くすることで、光検出部４ａ，４ｂにおける指標光スポット５１ａ，５１ｂの受光強度をさらに増大することができる。

【0106】

そのため、縦溝４１のピッチＤｄ（光偏向器３が静止状態にあるときのＸ軸方向の縦溝４１の間隔）を次の（式２）で設定する。

【0107】

【数2】

ただし、（式２）において、ｍは自然数、λは元光Ｌａの波長、α１，α２は、この実施形態では、５４．７°である。

【0108】

Ｘ軸方向の縦溝４１のピッチＤｐは、（式２）に基づいて算出される。これにより、光検出部４の位置は、溝型反射部４０からの複数の２回反射光Ｌ２同士が強め合う位置となるので、光検出部４の出力のＳ／Ｎを増大して、振れ角θの検出精度を高めることができる。

【0109】

（３回反射光への対策）
次に、図１３は、３回反射光Ｌ３の防止対策についての説明図である。なお、３回反射光Ｌ３に対する対策を溝型反射部４０（図１２）について述べるが、溝型反射部３９（図２）についても同一の対策を適用することができる。

【0110】

説明の便宜上、相互に平行な第１平面５９、第２平面６０及び第３平面６２を定義する。第１平面５９は、Ｚ軸方向に縦溝４１が光偏向器３の表面側において開口する位置の平面である。平坦反射部３８の平坦反射面は、第１平面５９に含まれる。第３平面６２は、溝型反射部４０においてＶ溝で形成された複数の縦溝４１の谷底を連ねる平面である。

【0111】

第２平面６０は、分割平面としてＺ軸方向に第１平面５９と第３平面６２との中間の位置に設定される。傾斜面４２ａ，４２ｂは、第２平面６０を境に表面側傾斜面部分Ｆａと裏面側傾斜面部分Ｆｂとに二分される。

【0112】

Ｄａは、縦溝４１の横断面における表面側傾斜面部分Ｆａの長さとする。Ｄｂは、縦溝４１の横断面における裏面側傾斜面部分Ｆｂの長さとする。Ｄｃは、縦溝４１の横断面においてＸ軸方向に－側及び＋側の関係で隣り合っている交線６１ｂと交線６１ａとの間のＸ軸方向の寸法とする。Ｄｄは、Ｘ軸方向に－側及び＋側の関係で隣り合っている交線６１ａ及び交線６１ｂ間のＸ軸方向の寸法とする。Ｄｅ，Ｄｆは、Ｚ軸方向（縦溝４１の深さ方向）の表面側傾斜面部分Ｆａ及び裏面側傾斜面部分Ｆｂの寸法である。

【0113】

Ｄａ～Ｄｆ間には、次の（式３）の関係がある。ただし、α１＝α２＝αとする。
（式３）：Ｄａ：Ｄｂ＝Ｄｃ：Ｄｄ＝Ｄｅ：Ｄｆ＝｜ｔａｎ（２・α）｜：｜ｔａｎ（α）｜

【0114】

図１４は、３回反射光Ｌ３に対する対策を備える溝型反射部６９の横断面である。溝型反射部６９の縦溝７１の傾斜面７２は、溝型反射部３９（図１３）の縦溝４１の傾斜面４２ａ，４２ｂから裏面側傾斜面部分Ｆｂを取り除き、表面側傾斜面部分Ｆａのみを残した構造になっている。

【0115】

溝型反射部６９の複数の縦溝７１は、溝型反射部３９の複数の縦溝４１と同様に、縦方向を回転軸３６に平行に揃えられている。傾斜面７２の長さは、Ｄａ（図１３）に設定されている。各縦溝７１は、背面側に谷側開口７５を有する。凹所７７は、溝型反射部６９の背面側に形成され、各谷側開口７５は、凹所７７に共通に連通している。

【0116】

この結果、溝型反射部６９では、元光Ｌａのうち溝型反射部３９（図３）の裏面側傾斜面部分Ｆｂに照射する元光Ｌａは、谷側開口７５からミラー部３０の背面側に抜ける。したがって、溝型反射部６９では、２回反射光Ｌ２と重なる３回反射光Ｌ３の生成が阻止される。

【0117】

（指標光の他の利用例）
図１５は、図１２の溝型反射部４０を採用したときの振れ角θと２回反射光Ｌ２の強度との関係を示している。縦溝４１が複数存在するときは、複数の縦溝４１からの複数の２回反射光Ｌ２同士が干渉する結果、図１４のように、光検出部４における指標光スポット５１の強度は、振れ角θに応じて変化する。

【0118】

そこで、制御装置２１は、光検出器５４ａの出力Ｖａと光検出器５４ｂの出力Ｖｂとの規格化差分Ｅｖ（＝Ｖａ－Ｖｂ）を算出するだけでなく、光検出器５４ａの出力Ｖａと光検出器５４ｂの出力Ｖｂとの合計Ｅｔ（＝Ｖａ＋Ｖｂ）も算出するようにする。そして、合計Ｑに基づいて、振れ角θ＝±３８．８°以外の振れ角θ（図１５の各ピークに対応する振れ角θ）も測定できるようにすることもできる。

【0119】

図１６は、ミラー部３０の種々の振れ角θにおける出射角γと出射側の光の強度との関係を実験で調べたグラフである。ミラー部３０の振れ角θの増大に連れて、走査光Ｌｂの出射角γは増大するが、２回反射光Ｌ２の出射角γは、指標振れ角の３８．８°に一定に保持される。また、出射角γは、走査光Ｌｂの振れ幅Ｗｂ（図１）の全体にわたり検出可能であることが理解できる。

【0120】

図１７は、所定の振れ角θに対する出射側の光の強度の分布についてミラー部３０（実施形態）と比較例とを対比した実験結果のグラフである。比較例は、回折格子型ミラー部である。ミラー部３０では、２回反射光Ｌ２は生成されるが、比較例では、２次光、３次光、・・・等、目立つ回折光は生じていないことが理解できる。

【0121】

図１８は、図１７の実験結果の写真である。ミラー部３０（実施形態）では、指標振れ角に２回反射光Ｌ２が出現しているのに対し、比較例（回折格子型ミラー部）では、指標振れ角に光が出現していないことが分かる。

【0122】

（２軸走査型の光走査装置）
図１９は、２軸（二次元）走査型の光偏向器１０３を備える光走査装置１０１の構成図である。２軸走査型の光走査装置として、２軸走査型の光偏向器１０３を備える。

【0123】

光走査装置１に対する光走査装置１０１の相違点は、光走査装置１０１が、光走査装置１の光偏向器３及び光検出部４の代わりに、光偏向器１０３及び光検出部１０４を備える点である。以下、光偏向器１０３及び光検出部１０４について説明する。

【0124】

光偏向器１０３において、ミラー部１３０以外は、公知の２軸式の圧電型光偏向器（例：特開２０１７－２０７６３０号公報）と同一の構成になっている。ミラー部１３０の詳細は、後述し、光偏向器１０３の構造について簡単に説明する。

【0125】

光偏向器１０３は、ミラー部１３０、トーションバー１３１ａ，１３１ｂ、内側圧電アクチュエータ１４５ａ，１４５ｂ、可動枠１４６、外側圧電アクチュエータ１４７ａ，１４７ｂ及び固定枠１４８を備える。

【0126】

第１回転軸１３６及び第２回転軸１３７は、共に、光偏向器１０３の表面上に設定され、ミラー部１３０の中心Ｏにおいて直交している。第１回転軸１３６は、トーションバー１３１の中心軸線に一致する。光偏向器１０３の静止時では、第１回転軸１３６及び第２回転軸１３７は、それぞれＹ軸方向及びＸ軸方向になっている。

【0127】

内側圧電アクチュエータ１４５は、トーションバー１３１を第１回転軸１３６の回りに共振周波数でねじり振動させる。これにより、ミラー部１３０は、第１回転軸１３６の回りに共振周波数Ｆ１で往復回動する。外側圧電アクチュエータ１４７は、Ｘ軸に平行な軸線の回りに可動枠１４６を非共振周波数Ｆ２（Ｆ２＜Ｆ１）で往復回動させる。これにより、ミラー部１３０は，第２回転軸１３７の回りに往復回動する。

【0128】

次に、ミラー部１３０について詳細に説明する。ミラー部１３０は、ミラー部３０と異なり、第１回転軸１３６及び第２回転軸１３７の２軸の回りに往復回動するものの、構造自体は、ミラー部３０と同一構造になっている。すなわち、ミラー部１３０は、ミラー部３０の平坦反射部３８及び溝型反射部３９とそれぞれ同一である平坦反射部１３８及び溝型反射部１３９を表面に有している。

【0129】

光走査装置１０１において、第１回転軸１３６の回りのミラー部１３０の振れ角θは、光検出部１０４ａ，１０４ｂにより検出される。光検出部１０４ａ，１０４ｂは、光走査装置１の光検出部４ａ，４ｂに対応している。

【0130】

光検出部４ａ，４ｂは矩形に形成されていたのに対し、光検出部１０４ａ，１０４ｂは、Ｙ軸方向に細長い形状に形成されている。これは、ミラー部１３０が第２回転軸１３７の回りにも往復回動するため、光走査装置１では出射方向が固定されていた２回反射光Ｌ２が、光偏向器１０３では、Ｙ軸方向に変位するためである。

【0131】

２回反射光Ｌ２は、Ｙ軸方向の変位において変位方向の中心部が両端部に対してＸ軸方向に内側に接近する。これを反映して、光検出部１０４ａ，１０４ｂの分割線は、Ｙ軸方向の中心部において両端部に対してＸ軸方向に内側になるように、延在している。

【0132】

［非共振振れ角の検出］
図２０は、第２回転軸１３７の回りのミラー部１３０の振れ角を検出可能になっている光走査装置１６１の構成図である。光走査装置１６１において、光走査装置１０１との相違点についてのみ説明する。

【0133】

ミラー部１３０の溝型反射面１３９は、光走査装置１０１のミラー部１３０の中心Ｏに対して時計方向に９０°回転されている。この結果、溝型反射面１３９からの指標光としての２回反射光Ｌ２は、光偏向器１０３からＹ軸方向の両側に出射しつつ、第１回転軸１３６の回りのミラー部１３０の往復動のために、Ｘ軸方向に変位する。

【0134】

このため、２回反射光Ｌ２を検出する光検出部１６４ａ，１６４ｂは、Ｘ軸方向に細長い形状に形成される。また、光検出部１６４ａ，１６４ｂの分割線５３は、Ｘ軸方向の中心部が両端部に対してＹ軸方向に内側になるように、延在している。

【0135】

光検出部１６４ａ，１６４ｂは、光走査装置１の光検出部４ａ，４ｂと同様に、光検出部１６４ａ，１６４ｂの各々から分割線５３により分割された光検出器５４ａ，５４ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂの規格化差分Ｅｖ及び減算差分Ｅｓを検出する。光走査装置１６１では、この規格化差分Ｅｖ及び減算差分Ｅｓは、第２回転軸１３７の回りのミラー部１３０の振れ角に対応しているので、減算差分Ｅｓに基づいて第２回転軸１３７の回りのミラー部１３０の振れ角が検出される。

【0136】

（補足及び変形例）
実施形態では、第１及び第２光検出器（例：４ａ，４ｂ）の両出力（例：Ｖａ，Ｖｂ）に基づいて第１回転軸（例：回転軸３６）の回りのミラー部３０の振れ角θを検出する際には、差分としてのＶａ－Ｖｂ（前述の（式１）参照）を利用している。本発明では、差分の代わりに、両出力の対比（例：両出力の比としてのＶａ／Ｖｂ）に基づいて振れ角θを検出することもできる。

【0137】

実施形態では、指標光（例：２回反射光Ｌ２）の進行方向に対応付けられるミラー部３０の振れ角θとしての指標振れ角が３８．８°が設定されている。本発明の指標振れ角は、３８．８°以外の数値に変更することができる。指標振れ角の変更は、例えば、図４において対の傾斜面４２ａ，４２ｂの角傾斜角α１，α２を変更して、行うことができる。

【0138】

本発明の第１回転軸は、実施形態では、回転軸３６及び第１回転軸１３６に相当し、第２回転軸は、第２回転軸１３７に相当する。本発明は、実施形態の第２回転軸１３７を第１回転軸とすることもできる。

【0139】

本発明の第１アクチュエータは、圧電アクチュエータ３２及び内側圧電アクチュエータ１４５に対応する。本発明の第２アクチュエータは、外側圧電アクチュエータ１４７に対応する。実施形態の第１アクチュエータ及び第２アクチュエータは、共に圧電式であるが、本発明の第１アクチュエータ及び第２アクチュエータは、電磁コイル式や静電式のアクチュエータであってもよい。

【0140】

なお、電磁コイル式のアクチュエータの具体的な構造例は、次の文献に詳説されている。
「A. D. Yalcinkaya, H. Urey, D. Brown, T. Montague, and R. Sprague, “Two-axis electromagnetic microscanner for high resolution displays,” J. Microelectromech. Syst., vol. 15, no. 4, pp. 786-794, Aug. 2006.」 また、上記静電式のアクチュエータの具体的な構造例は、次の文献に詳説されている。「H. Schenk, P. Durr, D. Kunze, H. Lakner, and H. Kuck, “A resonantly excited 2D-micro-scanning-mirror with large deflection,” Sens. Actuators A, Phys., vol. 89, no. 1, pp. 104-111, Mar. 2001.」

【0141】

光偏向器３，１０３では、溝型反射部３９，１３９が中心部に１つだけ設けられ、かつ光検出部４，１０４が、光偏向器３，１０３の両側に設けられている。本発明では、溝型反射部３９，１３９が中心Ｏに対してＸ軸方向の一側にのみ設け、光検出部４，１０４は、光偏向器３，１０３に対してＸ軸方向の他側のみ設けて、ミラー部３０，１３０の振れ角θを検出することもできる。溝型反射部３９，１３９をミラー部３０の中心Ｏに対して一側及び他側の両側に設けて、一側の溝型反射部３９，１３９からの２回反射光Ｌ２を他側の光検出部４に受光させ、他側の溝型反射部３９，１３９からの２回反射光Ｌ２を一側の光検出部４に受光させるようにしてもよい。

【0142】

光偏向器３，１０３の基板層を形成するＳＯＩの活性層は、主面のミラー指数が（１００）にあり、傾斜面４２のミラー指数が（１１１）になっている。本発明の光偏向器では、基板のシリコン結晶層について、主面のミラー指数が（１１１）にあり、傾斜面４２のミラー指数が（１００）になっていてもよい。

【0143】

なお、平坦反射部３８，１３８及び溝型反射部３９，６９，８９ａ，８９ｂ，１３９は、ミラー部３０，１３０の共通の基板層を被覆する鏡面層として形成されている。鏡面層は、例えば、シリコンの結晶面、金属反射膜又は誘電体多層膜から成る。

【符号の説明】

【0144】

１，１０１，１６１・・・光走査装置、３，１０３・・・光偏向器、４・・・光検出部、５・・・光源、２１・・・制御装置（振れ角検出部）、３０，１３０・・・ミラー部、３２・・・圧電アクチュエータ（第１アクチュエータ）、３６・・・回転軸（第１回転軸）、３８，１３８・・・平坦反射部、３９，４０，６９，１３９・・・溝型反射部、４１，７１・・・縦溝、４２ａ，４２ｂ，７２ａ，７２ｂ・・・傾斜面、５０・・・走査光スポット、５１・・・指標光スポット、５３・・・分割線、５４ａ，５４ｂ・・・光検出器、５５・・・走査軌跡、５９・・・第１平面（平坦傾斜面）、６０・・・第２平面（分割平面）、１３６・・・第１回転軸、１３７・・・第２回転軸、１４５・・・内側圧電アクチュエータ（第１アクチュエータ）、１４７・・・外側圧電アクチュエータ（第２アクチュエータ）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】