JP2001272626A - 光スキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、低消費電力で、且つ光学的な振れ角
度の大きい光スキャナを提供する。 【解決手段】本発明の一態様によると、支持体と、上記
支持体に固定され、直線往復振動する圧電素子と、上記
圧電素子に接続された弾性体と、上記弾性体に接続さ
れ、上記弾性体を介して上記圧電素子に駆動されること
によって振動する反射板とを有しており、上記圧電素子
と上記弾性部材とが連続的に接続されていることを特徴
とする光スキャナが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光スキャナに係
り、特に、光を偏向して光走査する光偏向装置や光走査
装置としての光スキャナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の光偏向（走査）装置
として、例えば、特許番号第１３３１７１５号（特公昭
６０−５７０５１号公報参照）に開示されている技術が
知られている。

【０００３】図７は、この従来の技術による光偏向（走
査）装置の要部の概略構成を説明するための斜視図であ
る。

【０００４】すなわち、この光偏向（走査）装置の要部
において、上下一対の部材の一方は、半導体プレート部
材１１とねじれバー部１２，１３及び光学的反射表面を
画成する回転子部１４を有し、もう一方の部材には一対
の平坦な電極部材１５，１６が配置されている。

【０００５】それらの電極部材１５，１６の一方と回転
子１４部の間に静電力を加え、ねじれバー部１２，１３
の長手軸まわりの角度変位を生ぜしめ、回転子１４部の
光学的反射表面部が移動するにつれて、その表面へ入射
される光線を偏向させることができる。

【０００６】また、二次元光走査装置としては、例え
ば、特開昭６０−１０７０１７号公報に開示されている
技術が知られている。

【０００７】図８は、この従来の技術による二次元光走
査装置としての光偏向素子の要部を示している。

【０００８】ここで、図８の（ａ）は、この従来の技術
による二次元光走査装置としての光偏向素子の概略構成
を説明するための分解斜視図である。

【０００９】また、図８の（ｂ）は、この従来の技術に
よる二次元光走査装置としての光偏向素子の原理を説明
するための斜視図である。

【００１０】すなわち、この従来の技術による二次元光
走査装置としての光偏向素子において、一対の基板の一
方２１をジンバルバネ状に加工し、ジンバルバネを有す
る可動部２２はＸ軸方向２５及びＹ軸方向２６を中心軸
として、それぞれの方向に独立して振動する構造とす
る。

【００１１】また、もう一方の基板２０には、中央部に
設けた凹部の各辺に沿って少なくとも４箇所に電極２
７，２８，２９，３０が形成されている。

【００１２】ここで、可動部２２と電極２７，２９との
間に静電力による回転振動、及び可動部２２と電極２
８，３０との間の静電力による回転振動をそれぞれ突起
２３を中心として独立に発生させ、この二次元回転振動
を行う可動部２２上にミラー２４を形成することによ
り、二次元の光偏向走査が可能となる。

【００１３】また、可動部２２の中央部面上にミラー２
４と共に薄膜コイル３１を形成し、この薄膜コイル３１
に一定電流を与え、Ｘ方向の磁界３２及びＹ方向の磁界
３３をそれぞれ独立に変化させれば、可動部２２は電磁
力によってＸ軸２５及びＹ軸２６を中心軸としてそれぞ
れの方向に独立して回転振動し、二次元の光偏向走査が
可能となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の静電力を用いた光スキャナ技術では、光
学的振れ角度を大きくしようとすると、ミラーを形成し
ている反射板部の回転角度を大きくしなければならな
い。

【００１５】このことは、反射板部とそれに対向して設
けられた電極間の衝突を回避するために、反射板部とそ
れと対向した電極間の距離を遠ざける必要性が生じる。

【００１６】また、静電力は距離の２乗に反比例するこ
とから、反射板部とそれと対向した電極間の距離が離れ
るほど高電圧の印加が必要となる。

【００１７】また、反射板の回転角度を大きくすること
は、ねじりバネに与える回転トルクを大きくする必要が
あり、このためには静電力増加としてより高電圧の印加
が必要となる。

【００１８】以上に述べた理由により、静電力を用いた
光スキャナでは、大きい光学的振れ角度を得ようとする
と、高電圧の印加が必要となるため、得ようとする光学
的振れ角に限度があった。

【００１９】また、従来の電磁力を用いた光スキャナ技
術では、光学的振れ角度を大きくしようとすると、反射
板に作用するローレンツ力を大きくする必要があり、そ
のためには反射板部に形成したコイル部に大きな電流を
流すか、もしくは周辺の磁力を大きくする対策が考えら
れる。

【００２０】しかしながら、後者では、磁力の発生源で
ある磁石の磁力に限度があることから、前者のコイル部
に大きな電流を流すことが唯一の方法と考えられ、この
ことは駆動電力の増加という結果になっていた。

【００２１】本発明は、この点に着目し、低消費電力
で、且つ光学的な振れ角が大きな光スキャナを提供する
ことを課題とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、（１） 支持体と、上記支持体に
固定され、直線往復振動する圧電素子と、上記圧電素子
に接続された弾性体と、上記弾性体に接続され、上記弾
性体を介して上記圧電素子に駆動されることによって振
動する反射板とを有しており、上記圧電素子と上記弾性
部材とが連続的に接続されていることを特徴とする光ス
キャナが提供される。

【００２３】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（２） 上記圧電素子は、複数個あり、各々
の圧電素子に走査周波数の交流電圧が印加されており、
各々の圧電素子に印加される上記交流電圧の位相は統一
されていないことを特徴とする（１）に記載の光スキャ
ナが提供される。

【００２４】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（３） 上記交流電圧は、互いに１８０度位
相が異なる２つの交流電圧であることを特徴とする
（２）記載の光スキャナが提供される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。

【００２６】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態による光スキャナの構成を示す斜視図で
ある。

【００２７】この第１の実施の形態による光スキャナ
は、次のように構成されている。

【００２８】すなわち、圧電素子としての２個の圧電振
動子１．ａ，１．ｂは、それぞれ、上部電極１．ａ．
１，１．ｂ．１と下部電極１．ａ．３，１．ｂ．３との
間に圧電体１．ａ．２，１．ｂ．２を挟んだ構造からな
る。

【００２９】そして、これらの形成法は、第１の弾性部
材２．ａ，２．ｂに対して、直接成膜法により、上部電
極１．ａ．１，１．ｂ．１、圧電体１．ａ．２，１．
ｂ．２、下部電極１．ａ．３，１．ｂ．３の順序で形成
する。

【００３０】ここで、直接成膜法とは、スパッタリング
法、ＣＶＤ法、メッキ法、ジェットプリンティング法
（以後ＪＰ法）などを指しており、第１の弾性部材２．
ａ，２．ｂと上部電極１．ａ．１，１．ｂ．１とが連続
的に接続される構造になる成膜法であればよい。

【００３１】また、連続的とは、第１の弾性部材２．
ａ，２．ｂと上部電極１．ａ．１，１．ｂ．１との間
に、他の材料、例えば、エポキシ、シリコーンなどの接
着材が含まれず、且つ、空間がなく第１の弾性部材２．
ａ，２．ｂと上部電極１．ａ．１，１．ｂ．１とが接続
されていることである。

【００３２】上部電極１．ａ．１，１．ｂ．１材として
は、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔなどの一般的な圧電振動子に使用
される電極材の他にＲｕＯ₂ 、ＩｒＯ₂ などの導電性酸
化物でもよい。

【００３３】圧電体１．ａ．２，１．ｂ．２は、ＰＺＴ
（Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉを含んだ酸化物）などのセラミック
ス材であり、直接成膜法により、上部電極１．ａ．１，
１．ｂ．１と圧電体１．ａ．２，１．ｂ．２の界面とが
連続的に接続される構造になされている。

【００３４】ここで、特に、ＪＰ法による成膜を用いれ
ば、高速成膜で、且つ、所望の位置に所望の形状の圧電
振動子を形成することが可能となる。

【００３５】下部電極１．ａ．３，１．ｂ．３は、上部
電極１．ａ．１，１．ｂ．１と同様な材料を直接成膜法
により、圧電体１．ａ．２，１．ｂ．２と下部電極１．
ａ．３，１．ｂ．３が連続的に接続される構造となされ
ている。

【００３６】以上のような上部電極１．ａ．１，１．
ｂ．１、圧電体１．ａ．２，１．ｂ．２、下部電極１．
ａ．３，１．ｂ．３の形成法によれば、第１の弾性部材
２．ａ，２．ｂと圧電振動子１．ａ，１．ｂとが、連続
的に接続された構造となされている。

【００３７】ここで、上述したように、上部電極１．
ａ．１，１．ｂ．１、圧電体１．ａ．２，１．ｂ．２、
下部電極１．ａ．３，１．ｂ．３のすべての成膜をＪＰ
法によって行えば、それらを所望の位置に、所望の形状
で、短時間で形成することができることになる。

【００３８】また、上部電極１．ａ．１，１．ｂ．１と
して、高温で安定なＲｕＯ₂ 、ＩｒＯ₂ などの導電性酸
化物を用いることにより、圧電体１．ａ．２，１．ｂ．
２の形成時に、例えば、６００℃以上の高温雰囲気条件
が必要とされても、第１の弾性部材２．ａ，２．ｂと圧
電体１．ａ．２，１．ｂ．２との間の相互拡散が起こら
ないために、高い機械的品質係数を持つ圧電振動子１．
ａ，１．ｂが得られるようになる。

【００３９】ここで、圧電体１．ａ．２，１．ｂ．２
は、図中Ｚ軸方向に振動する厚み縦振動モードになるよ
うに分極処理等が行われる。

【００４０】さらに、下部電極１．ａ．３，１．ｂ．３
は、支持体５に接合させる。

【００４１】また、第２の弾性部材３．ａ，３．ｂを反
射板４の両側にＹ軸方向一直線上に配置し、図中ＹＹ′
線を中心としてＸ軸対称形状となるように、それぞれの
第２の弾性部材３．ａ，３．ｂに第１の弾性部材２．ａ
及び第１の弾性部材２．ｂを接合させる。

【００４２】ここで、第１の弾性部材２．ａ，２．ｂ、
第２の弾性部材３．ａ，３．ｂは、金属、樹脂、半導体
などの弾性特性を有する部材であり、光スキャナの走査
周波数、振れ角度、反射板のサイズなどを考慮して、材
料、断面形状、サイズを決定することが望ましい。

【００４３】また、反射板４は、入射光、反射光特性を
考慮して好ましい反射膜をコーティングすることが望ま
しい。

【００４４】次に、以上のように構成される第１の実施
の形態による光スキャナの動作を説明する。

【００４５】まず、厚み縦振動モードを有する２個の圧
電振動子１．ａ及び１．ｂに光スキャナの走査周波数に
合わせた交流電圧を印加することにより、これらの圧電
振動子１．ａ及び１．ｂはＺ軸方向に往復振動を始め
る。

【００４６】第１の弾性部材２．ａ，２．ｂの材料、形
状などに依存するが、圧電振動子１．ａ及び１．ｂの変
位量に対して第２の弾性部材３．ａ，３．ｂとの接合部
では、数倍〜数１０倍の変位量となる。

【００４７】従って、圧電振動子１．ａ及び１．ｂとし
て、約１０Ｖの電圧印加で、サブミクロンの変位量を示
す圧電振動子を用いたとしても、第２の弾性部材３．
ａ，３．ｂとの接合部では、数ミクロンの変位量とな
る。

【００４８】ここで、本第１の実施の形態の構造のよう
に、第１の弾性部材２．ａ，２．ｂと圧電振動子１．ａ
及び１．ｂとを連続的に接続することにより、接着材な
どで接着接続した構造と比較して、振動を直接、ロスを
少なく第１の弾性部材２．ａ，２．ｂに効率よく伝搬で
きることになるので、圧電振動子１．ａ及び１．ｂをよ
り低電圧で駆動することが可能となる。

【００４９】また、圧電振動子１．ａ及び１．ｂに、そ
れぞれ、位相が１８０度ずれた交流電圧を印加すること
により、第１の弾性部材２．ａ及び２．ｂの変位は、そ
れぞれ、Ｚ軸方向に対して反対方向となる。

【００５０】従って、第２の弾性部材３．ａ，３．ｂと
第１の弾性部材２．ａ，２．ｂとの接合部には、第２の
弾性部材３．ａ，３．ｂを回転させようとする回転トル
クが加わることによって、第２の弾性部材３．ａ，３．
ｂはねじり振動を始めることになり、反射板４も回転往
復振動をはじめる。

【００５１】すなわち、第１の弾性部材２．ａ，２．ｂ
は、直線往復振動する圧電振動子１．ａ及び１．ｂによ
って駆動されて振動し、この第１の弾性部材２．ａ，
２．ｂの振動はさらに第２の弾性部材３．ａ，３．ｂを
介して反射板４に伝わり、これによって反射板４が駆動
されて振動する。

【００５２】つまり、反射板４も第１の弾性部材２．
ａ，２．ｂ及び第２の弾性部材３．ａ，３．ｂを介し
て、直線往復振動する圧電振動子１．ａ及び１．ｂによ
って駆動されて振動する。

【００５３】ここで、第２の弾性部材３．ａ，３．ｂと
反射板４の材料、形状を光スキャナの走査周波数で共振
振動するように設計することにより、反射板４の回転変
位量をより大きくすることができ、入射光と反射光との
間の光学的振れ角度を大きくすることができる。

【００５４】従って、本第１の実施の形態の構造によれ
ば、低消費電力で、光学的振れ角度の大きい光スキャナ
を実現することが可能となる。

【００５５】なお、この発明の第１の実施の形態の各構
成は、当然、各種の変形、変更が可能である。

【００５６】例えば、圧電振動子は２個と限らず複数個
配置し、それぞれを独立した第１弾性部材と接合した構
造としてもよい。

【００５７】また、圧電振動子への交流電圧印加法とし
て、位相ずれを１８０度とせずに任意のずれ角としても
よい。

【００５８】さらには、図２及び図３にそれぞれ本第１
の実施の形態の変形例として示したように、第１の弾性
部材２．ａ，２．ｂ、第２の弾性部材３．ａ，３．ｂの
接合部位置及び接合形状においても、光スキャナの走査
周波数、振れ角度、反射板４のサイズ及び耐久性などを
考慮した構造としてもよい。

【００５９】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態による光スキャナの構成を図４を用いて説
明する。

【００６０】この第２の実施の形態による光スキャナ
は、次のように構成されている。

【００６１】すなわち、圧電素子としての２個の圧電振
動子１．ａ，１．ｂは、それぞれ、上部電極１．ａ．
１，１．ｂ．１と下部電極１．ａ．３，１．ｂ．３との
間に圧電体１．ａ．２，１．ｂ．２を挟んだ構造からな
る。

【００６２】そして、これらの形成法は、第１の弾性部
材２．ａ，２．ｂに対して、直接成膜法により、上部電
極１．ａ．１，１．ｂ．１、圧電体１．ａ．２，１．
ｂ．２、下部電極１．ａ．３，１．ｂ．３の順序で形成
する。

【００６３】ここで、直接成膜法とは、スパッタリング
法、ＣＶＤ法、メッキ法、ジェットプリンティング法
（以後ＪＰ法）などを指しており、第１の弾性部材２．
ａ，２．ｂと上部電極１．ａ．１，１．ｂ．１とが連続
的に接続される構造になる成膜法であればよい。

【００６４】また、連続的とは、第１の弾性部材２．
ａ，２．ｂと上部電極１．ａ．１，１．ｂ．１との間
に、他の材料、例えば、エポキシ、シリコーンなどの接
着材が含まれず、且つ、空間がなく第１の弾性部材２．
ａ，２．ｂと上部電極１．ａ．１，１．ｂ．１とが接続
されていることである。

【００６５】上部電極１．ａ．１，１．ｂ．１材として
は、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔなどの一般的な圧電振動子に使用
される電極材の他にＲｕＯ₂ 、ＩｒＯ₂ などの導電性酸
化物でもよい。

【００６６】圧電体１．ａ．２，１．ｂ．２は、ＰＺＴ
（Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉを含んだ酸化物）などのセラミック
ス材であり、直接成膜法により上部電極１．ａ．１，
１．ｂ．１と圧電体１．ａ．２，１．ｂ．２の界面とが
連続的に接続される構造になされている。

【００６７】ここで、特に、ＪＰ法による成膜を用いれ
ば、高速成膜で、且つ、所望の位置に所望の形状の圧電
振動子を形成することが可能となる。

【００６８】下部電極１．ａ．３，１．ｂ．３は、上部
電極１．ａ．１，１．ｂ．１と同様な材料を直接成膜法
により、圧電体１．ａ．２，１．ｂ．２と下部電極１．
ａ．３，１．ｂ．３とが連続的に接続される構造になさ
れている。

【００６９】以上のような上部電極１．ａ．１，１．
ｂ．１、圧電体１．ａ．２，１．ｂ．２、下部電極１．
ａ．３，１．ｂ．３の形成法によれば、第１の弾性部材
２．ａ，２．ｂと圧電振動子１．ａ、１．ｂとが、連続
的に接続された構造となされている。

【００７０】ここで、上述したように、上部電極１．
ａ．１，１．ｂ．１、圧電体１．ａ．２，１．ｂ．２、
下部電極１．ａ．３，１．ｂ．３のすべての成膜をＪＰ
法によって行えば、それらを所望の位置に、所望の形状
で、短時間で形成できることになる。

【００７１】また、上部電極１．ａ．１，１．ｂ．１と
して、高温で安定なＲｕＯ₂ 、ＩｒＯ₂ などの導電性酸
化物を用いることにより、圧電体１．ａ．２，１．ｂ．
２の形成時に、例えば、６００℃以上の高温雰囲気条件
が必要とされても、第１の弾性部材２．ａ，２．ｂと圧
電体１．ａ．２，１．ｂ．２との間の相互拡散が起こら
ないために、高い機械的品質係数を持つ圧電振動子１．
ａ，１．ｂが得られるようになる。

【００７２】ここで、圧電体１．ａ．２，１．ｂ．２
は、図中Ｚ軸方向に振動する厚み縦振動モードになるよ
うに分極処理等が行われる。

【００７３】さらに、下部電極１．ａ．３，１．ｂ．３
は、支持体５に接合させる。

【００７４】また、第２の弾性部材３．ａ，３．ｂを第
３の弾性部材６の両側にＹ軸方向一直線上に配置し、図
中ＹＹ′線を中心としてＸ軸対称形状となるように、そ
れぞれの第２の弾性部材３．ａ，３．ｂに第１の弾性部
材２．ａ及び第１の弾性部材２．ｂを接合させる。

【００７５】さらに、第３の弾性部材６を外枠として、
その内部に反射板４の両側にＸ軸方向一直線上に配置
し、且つ反射板４の重心が図中ＸＸ′線以外に位置する
ように、第４の弾性部材７．ａ，７，ｂを第３の弾性部
材６に接合させる。

【００７６】ここで、第１の弾性部材２．ａ，２．ｂ、
第２の弾性部材３．ａ，３．ｂ、第３の弾性部材６、第
４の弾性部材７．ａ，７，ｂは、金属、樹脂、半導体な
どの弾性特性を有する部材であり、光スキャナの走査周
波数、振れ角度、反射板のサイズなどを考慮して、材
料、断面形状、サイズを決定することが望ましい。

【００７７】また、反射板４は、入射光、反射光特性を
考慮して好ましい反射膜をコーティングすることが望ま
しい。

【００７８】次に、以上のように構成される第２の実施
の形態による光スキャナの動作を説明する。

【００７９】まず、厚み縦振動モードを有する２個の圧
電振動子１．ａ及び１．ｂに光スキャナの走査周波数に
合わせた交流電圧を印加することにより、これらの圧電
振動子１．ａ及び１．ｂはＺ軸方向に往復振動を始め
る。

【００８０】第１の弾性部材２．ａ，２．ｂの材料、形
状などに依存するが、圧電振動子１．ａ及び１．ｂの変
位量に対して第２の弾性部材３．ａ，３．ｂとの接合部
では、数倍〜数１０倍の変位量となる。

【００８１】従って、圧電振動子１．ａ及び１．ｂとし
て、約１０Ｖの電圧印加で、サブミクロンの変位量を示
す圧電振動子を用いたとしても、第２の弾性部材３．
ａ，３．ｂとの接合部では、数ミクロンの変位量とな
る。

【００８２】ここで、本第２の実施の形態の構造のよう
に、第１の弾性部材２．ａ，２．ｂと圧電振動子１．ａ
及び１．ｂを連続的に接続することにより、接着材など
で接着接続した構造と比較して、振動を直接、ロスを少
なく第１の弾性部材２．ａ，２．ｂに効率よく伝搬でき
ることになるので、圧電振動子１．ａ及び１．ｂをより
低電圧で駆動することが可能となる。

【００８３】また、圧電振動子１．ａ及び１．ｂに、そ
れぞれ、位相が１８０度ずれた交流電圧を印加すること
で、第１の弾性部材２．ａ及び２．ｂの変位は、それぞ
れ、Ｚ軸方向に対して反対方向となる。

【００８４】従って、第２の弾性部材３．ａ，３．ｂと
第１の弾性部材２．ａ，２．ｂとの接合部には、第２の
弾性部材３．ａ，３．ｂを回転させようとする回転トル
クが加わることにより、第２弾性部材３．ａ，３．ｂは
ねじり振動を始めることになり、第３の弾性部材６も回
転往復振動を始める。

【００８５】ここで、第２の弾性部材３．ａ，３．ｂと
第３の弾性部材６の材料、形状をＸ側走査周波数で共振
振動するように設計することにより、第３の弾性部材６
の回転変位量をより大きくすることができ、入射光と反
射光間のＸ軸方向の光学的振れ角度を大きくすることが
できる。

【００８６】また、反射板４は回転往復振動している第
３の弾性部材６に対して相対運動を起こし、Ｚ軸方向の
振動成分が反射板に伝えられると、反射板４はＸＸ′軸
に対して左右非対称の質量を持つので、第４の弾性部材
７．ａ，７．ｂのＸＸ′軸を中心として反射板４に回転
モーメントが生じる。

【００８７】従って、第４の弾性部材７．ａ、７．ｂに
回転トルクが加わることにより、第４の弾性部材７．
ａ，７．ｂがねじり振動を始めることになり、反射板４
も回転往復振動を始める。

【００８８】すなわち、第１の弾性部材２．ａ，２．ｂ
は、直線往復振動する圧電振動子１．ａ及び１．ｂによ
って駆動されて振動し、この第１の弾性部材２．ａ，
２．ｂの振動はさらに第２の弾性部材３．ａ，３．ｂ、
第３の弾性部材６、第４の弾性部材７．ａ，７．ｂを介
して反射板４に伝わり、これによって反射板４が駆動さ
れて振動する。

【００８９】つまり、反射板４も、第１の弾性部材２．
ａ，２．ｂ、第２の弾性部材３．ａ，３．ｂ、第３の弾
性部材６及び第４の弾性部材７．ａ，７．ｂを介して、
直線往復振動する圧電振動子１．ａ及び１．ｂによって
駆動されて振動する。

【００９０】ここで、第４の弾性部材７．ａ，７．ｂと
反射板４の材料、形状をＹ側走査周波数で共振振動する
ように設計することにより、反射板４の回転変位量をよ
り大きくすることができ、入射光と反射光間のＹ軸方向
の光学的振れ角度を大きくすることができる。

【００９１】従って、第２の実施の形態の構造によれ
ば、低消費電力で、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して光学
的振れ角度の大きい２次元光スキャナを実現することが
可能となる。

【００９２】なお、この発明の第２の実施の形態の各構
成は、当然、各種の変形、変更が可能である。

【００９３】例えば、加振部としての加振装置は２個と
限らず複数個配置し、それそれを独立した複数個の第１
の弾性部材と接合するようにした構造としてもよい。

【００９４】また、２個の加振装置への交流電圧印加法
として、位相ずれを１８０度とせずに任意のずれ角とし
てもよい。

【００９５】さらには、第１の弾性部材、第２の弾性部
材の接合部位置及び接合形状においても、光スキャナの
走査周波数、振れ角度、反射板のサイズ及び耐久性など
を考慮した構造とすることが好ましい。

【００９６】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態による光スキャナの構成を図５を用いて説
明する。

【００９７】ここで、図５の（ａ），（ｂ），（ｃ）
は、それぞれ、図１に示した第１の弾性部材２．ａ，
２．ｂ、第２の弾性部材３．ａ，３．ｂ及び反射板４部
のＸ１Ｘ１′，Ｘ２Ｘ２′，Ｘ３Ｘ３′断面構造を示し
ている。

【００９８】この第３の実施の形態による光スキャナ
は、次のように構成されている。

【００９９】すなわち、第１の弾性部材２．ａ，２．
ｂ、第２の弾性部材３．ａ，３．ｂ及び反射板４は、例
えば、シリコン材からなる一体の半導体基板によって構
成されている。

【０１００】この場合、第１の弾性部材２．ａ，２．ｂ
より概ね厚みが薄くなる反射板４及び第２の弾性部材
３．ａ，３．ｂ、及び空隙８は水酸化カリウムなどを用
いたウェットエッチング法もしくはリアクティブイオン
エッチング装置、イオンミリング装置などを用いたドラ
イエッチング法などで精度よく形成することが可能であ
る。

【０１０１】ここで、反射板４には、入射光、反射光特
性を考慮して好ましい反射膜をスパッタリング、蒸着、
ＣＶＤ法などで形成することが望ましい。

【０１０２】また、第１の弾性部材２．ａ，２．ｂ及び
第２の弾性部材３．ａ，３．ｂには、所望のスキャン特
性及び耐久性を得るために、シリコン酸化膜、シリコン
窒化膜などの絶縁膜を設けたり、ポリイミドなどの樹脂
を設けてもよい。

【０１０３】さらに、この場合、第１の弾性部材２．
ａ，２．ｂ及び第２の弾性部材３．ａ，３．ｂには、絶
縁膜だけもしくは樹脂だけの部位を形成してもよい。

【０１０４】この第３の実施の形態による光スキャナの
他の構成は、前述した第１の実施の形態と同じなので説
明を省略するものとする。

【０１０５】また、この第３の実施の形態による光スキ
ャナの動作も、前述した第１の実施の形態と同様なので
説明を省略するものとする。

【０１０６】以上のような構成の第３の実施の形態によ
れば、低消費電力で、光学的振れ角度の大きい光スキャ
ナを実現することが可能となると共に、半導体加工プロ
セスを用いる作製なので小型の光スキャナを容易に得る
ことができる。

【０１０７】なお、この発明の第３の実施の形態の各構
成は、前述した第１の実施の形態と同様な各種の変形、
変更が可能である。

【０１０８】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施の形態による光スキャナの構成を図６を用いて説
明する。

【０１０９】ここで、図６の（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）は、それぞれ、図４に示した第１の弾性部材２．
ａ，２．ｂ、第２の弾性部材３．ａ，３．ｂ、第３の弾
性部材６、及び反射板４部のＸ１Ｘ１′，Ｘ２Ｘ２′，
Ｘ３Ｘ３′，Ｘ４Ｘ４′断面構造を示している。

【０１１０】この第４の実施の形態による光スキャナ
は、次のように構成されている。

【０１１１】すなわち、第１の弾性部材２．ａ，２．
ｂ、第２の弾性部材３．ａ，３．ｂ、第３の弾性部材
６、第４の弾性部材７．ａ，７．ｂ及び反射板４は、例
えば、シリコン材からなる一体の半導体基板によって構
成されている。

【０１１２】この場合、第１の弾性部材２．ａ，２．ｂ
より概ね厚みが薄くなる反射板４及び第２の弾性部材
３．ａ，３．ｂ、第３の弾性部材６、第４の弾性部材
７．ａ，７．ｂ及び空隙８は、水酸化カリウムなどを用
いたウェットエッチング法もしくはリアクティブイオン
エッチング装置、イオンミリング装置などを用いたドラ
イエッチング法などで精度よく形成することが可能であ
る。

【０１１３】ここで、反射板４には、入射光、反射光特
性を考慮して好ましい反射膜をスパッタリング、蒸着、
ＣＶＤ法などで形成することが望ましい。

【０１１４】また、第１の弾性部材２．ａ，２．ｂ、第
２の弾性部材３．ａ，３．ｂ、第３の弾性部材６及び第
４の弾性部材７．ａ，７．ｂには、所望のスキャン特性
及び耐久性を得るために、シリコン酸化膜、シリコン窒
化膜などの絶縁膜を設けたり、ポリイミドなどの樹脂を
設けてもよい。

【０１１５】さらに、この場合、第１の弾性部材２．
ａ，２．ｂ、第２の弾性部材３．ａ，３．ｂ、第３の弾
性部材６及び第４の弾性部材７．ａ，７．ｂには、絶縁
膜だけもしくは樹脂だけの部位を形成してもよい。

【０１１６】この第４の実施の形態による光スキャナの
他の構成は、前述した第２の実施の形態と同じなので説
明を省略するものとする。

【０１１７】また、この第４の実施の形態による光スキ
ャナの動作も、前述した第２の実施の形態と同様なので
説明を省略するものとする。

【０１１８】以上のような第４の実施の形態によれば、
低消費電力で、光学的振れ角度の大きい光スキャナを実
現することが可能となると共に、半導体加工プロセスを
用いる作製なので小型の光スキャナを容易に得ることが
できる。

【０１１９】なお、この発明の実施の形態の各構成は、
前述した第２の実施の形態と同様な各種の変形、変更が
可能である。

【０１２０】そして、上述したような実施の形態で示し
た本明細書には、特許請求の範囲に示した請求項１乃至
３以外にも、以下に付記１乃至付記１４として示すよう
な発明が含まれている。

【０１２１】（付記１） 支持体と、上記支持体に固定
され、直線往復振動をする圧電素子と、上記圧電素子と
接続された第１の弾性部材と、上記第１の弾性部材と一
端が接続され、ねじり振動する第２の弾性部材と、上記
第２の弾性部材の他端と接続され、光を反射する反射板
とを有しており、上記圧電素子と上記第１の弾性部材と
が連続的に接続されていることを特徴とする光スキャ
ナ。

【０１２２】（付記２） 支持体と、上記支持体に固定
され、直線往復振動をする圧電素子と、上記圧電素子と
接続された第１の弾性部材と、上記第１の弾性部材と一
端が接続され、ねじり振動する第２の弾性部材と、上記
第２の弾性部材の他端と接続され、回動往復振動をする
第３の弾性部材と、上記第３の弾性部材を外枠とし、そ
の内部に一端が接続され、ねじり振動する第４の弾性部
材と、上記第４の弾性部材の他端と接続され、光を反射
する反射板とを有しており、上記圧電素子と上記第１の
弾性部材とが連続的に接続されていることを特徴とする
光スキャナ。

【０１２３】（付記３） 支持体と、上記支持体上に離
間して固定され、直線往復振動をする複数の圧電素子
と、上記複数の圧電素子間を橋渡しするように接続され
た第１の弾性部材と、光を反射可能な反射板と、上記第
１の弾性部材と上記反射板とを接続する棒状部材である
第２の弾性部材とを有しており、上記圧電素子の振動
が、上記第１の弾性部材及び上記第２の弾性部材を経由
して上記反射板に伝えられ、上記反射板を振動させるよ
うに構成したことを特徴とする光スキャナ。

【０１２４】（付記４） 支持体と、上記支持体上に離
聞して固定され、直線往復振動をする複数の圧電素子
と、上記複数の圧電素子間を橋渡しするように接続され
た第１の弾性部材と、上記第１の弾性部材に接続された
棒状の第２の弾性部材と、上記第２の弾性部材に接続さ
れた枠状の第３の弾性部材と、上記第３の弾性部材に接
続された棒状の第４の弾性部材と、上記第４の弾性部材
に接続され、光を反射可能な反射板とを有しており、上
記圧電素子の振動が、上記第１の弾性部材及び上記第２
の弾性部材及び第３の弾性部材及び第４の弾性部材を経
由して上記反射板に伝えられ、上記反射板を振動させる
ように構成したことを特徴とする光スキャナ。

【０１２５】（付記５） 上記圧電素子と上記第１の弾
性部材は媒介物を介さずに直接接触していることを特徴
とする付記４記載の光スキャナ。

【０１２６】（付記６） 直線往復振動する圧電素子の
振動を弾性体を経由して反射板に伝え、上記反射板に回
動往復運動を惹起することを特徴とする光スキャナ。

【０１２７】（付記７） 上記圧電素子と弾性体は媒介
物を介さずに直接接触していることを特徴とする付記６
記載の光スキャナ。

【０１２８】（付記８） 支持体（５）に固定された圧
電振動子（１．ａ，１．ｂ）と、前記圧電振動子と接続
され、前記圧電振動子の直線往復振動によって駆動され
て振動する第１の弾性部材（２．ａ，２．ｂ）と、前記
第１の弾性部材と一方の端部と接続され、ねじり振動す
る第２の弾性部材（３．ａ，３．ｂ）と、前記第２の弾
性部材のもう一方の端部と接続され、光を反射するため
の薄板状の反射板（４）とを備えた光スキャナにおい
て、前記圧電振動子と前記第１の弾性部材とが連続的に
接続されていることを特徴とする光スキャナ。

【０１２９】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第１の実施の形態が対応する。

【０１３０】上記構成中の圧電振動子（１．ａ，１．
ｂ）は、この実施の形態では、圧電体を上部電極と下部
電極で挟んだ構造になっている。

【０１３１】（作用効果）厚み縦振動モードを有する圧
電振動子１．ａ及び１．ｂに光スキャナの走査周波数に
合わせた交流電圧を印加することで、圧電振動子はＺ軸
方向に往復振動を始める。

【０１３２】第１の弾性部材の材料、形状などに依存す
るが、圧電振動子の変位量に対して第２の弾性部材との
接合部では、数倍〜数１０倍の変位量となる。

【０１３３】従って、約１０Ｖの電圧印加で、サブミク
ロンの変位量を示す圧電振動子を用いても第２の弾性部
材との接合部では、数ミクロンの変位量となる。

【０１３４】ここで、圧電振動子１．ａと１．ｂにそれ
ぞれ位相が１８０度ずれた交流電圧を印加することで、
第１の弾性部材１．ａと１．ｂの変位はそれぞれＺ軸方
向に対して反対方向となる。

【０１３５】従って、第２の弾性部材と第１の弾性部材
との接合部には、第２の弾性部材を回転させようとする
回転トルクが加わることで、第２の弾性部材はねじり振
動を始めることになり、反射板も回転往復振動をはじめ
る。

【０１３６】ここで、第２弾性部材と反射板の材料、形
状を光スキャナの走査周波数で共振振動するように設計
することで、反射板の回転変位量をより大きくすること
ができ、入射光と反射光間の光学的振れ角度を大きくす
ることができる。

【０１３７】さらには、圧電振動子と第１の弾性部材を
連続的に接続することにより、圧電振動子の振動を直
接、ロスを少なく第１の弾性部材に効率よく伝搬できる
ことになる。

【０１３８】従って、本構造によれば、低消費電力で、
光学的振れ角度の大きい光スキャナを実現することが可
能となる。

【０１３９】（付記９） 支持体（５）に固定された圧
電振動子（１．ａ，１．ｂ）と、前記圧電振動子と接続
され、圧電振動子の直線往復振動によって駆動されて振
動する第１の弾性部材（２．ａ，２．ｂ）と、前記第１
の弾性部材と一方の端部と接続され、ねじり振動する第
２の弾性部材（３．ａ，３．ｂ）と、前記第２の弾性部
材のもう一方の端部と接続され、回転往復振動する第３
の弾性部材（６）と、前記第３の弾性部材を外枠とし、
その内部に一方の端部が接続され、ねじり振動する第４
の弾性部材（７．ａ，７．ｂ）と、前記第４の弾性部材
のもう一方の端部と接続され、光を反射するための薄板
状の反射板（４）を備えた光スキャナにおいて、前記圧
電振動子と前記第１の弾性部材とが連続的に接続されて
いることを特徴とする光スキャナ。

【０１４０】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第２の実施の形態が対応する。

【０１４１】上記構成中の圧電振動子１．ａ、１．ｂ
は、この実施形態では、圧電体を上部電極と下部電極で
挟んだ構造になっている。

【０１４２】（作用効果）厚み縦振動モードを有する圧
電振動子１．ａ及び１．ｂに光スキャナの走査周波数に
合わせた交流電圧を印加することで、圧電振動子はＺ軸
方向に往復振動を始める。

【０１４３】第１の弾性部材の材料、形状などに依存す
るが、圧電振動子の変位量に対して第２の弾性部材との
接合部では、数倍〜数１０倍の変位量となる。

【０１４４】従って、約１０Ｖの電圧印加で、サブミク
ロンの変位量を示す圧電振動子を用いても第２の弾性部
材との接合部では、数ミクロンの変位量となる。

【０１４５】ここで、圧電振動子１．ａと１．ｂにそれ
ぞれ位相が１８０度ずれた交流電圧を印加することで、
第１の弾性部材１．ａと１．ｂの変位は、それぞれＺ軸
方向に対して反対方向となる。

【０１４６】従って、第２の弾性部材と第１の弾性部材
との接合部には、第２の弾性部材を回転させようとする
回転トルクが加わることで、第２の弾性部材はねじり振
動を始めることになり、第３の弾性部材も回転往復振動
をはじめる。

【０１４７】ここで、第２の弾性部材と第３の弾性部材
の材料、形状をＸ側走査周波数で共振振動するように設
計することで、第３の弾性部材の回転変位量をより大き
くすることができ、入射光と反射光間のＸ軸方向光学的
振れ角度を大きくすることができる。

【０１４８】また、反射板は回転往復振動している第３
の弾性部材に対して相対運動を起こし、Ｚ軸方向の振動
成分が反射板に伝えられると、反射板はＸＸ′軸に対し
て左右非対称の質量を持つので第４の弾性部材のＸＸ′
軸を中心として反射板に回転モーメントが生じる。

【０１４９】従って、第４の弾性部材に回転トルクが加
わることで、第４の弾性部材がねじり振動を始めること
になり、反射板も回転往復振動をはじめる。

【０１５０】ここで、第４の弾性部材と反射板の材料、
形状をＹ側走査周波数で共振振動するように設計するこ
とで、反射板の回転変位量をより大きくすることがで
き、入射光と反射光間のＹ軸方向光学的振れ角度を大き
くすることができる。

【０１５１】さらには、圧電振動子と第１の弾性部材を
連続的に接続することにより、圧電振動子の振動を直
接、ロスを少なく第１の弾性部材に効率よく伝搬できる
ことになる。

【０１５２】従って、本構造によれば、低消費電力で、
Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して光学的振れ角度の大きい
２次元光スキャナを実現することが可能となる。

【０１５３】（付記１０） 前記第２の弾性部材と並行
に前記圧電振動子を２個配置し、それぞれの圧電振動子
の直線往復振動によって駆動されて振動する前記第１の
弾性部材の振動が前記第２の弾性部材に加わることを特
徴とする付記８または９に記載の光スキャナ。

【０１５４】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第１、第２の実施の形態が対応す
る。

【０１５５】（作用効果）付記８または９と同様であ
る。

【０１５６】（付記１１） 前記２個の圧電振動子の振
動位相を１８０度ずらしたことを特徴とする付記１０に
記載の光スキャナ。

【０１５７】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第１、第２の実施の形態が対応す
る。

【０１５８】（作用効果）付記８または９と同様であ
る。

【０１５９】（付記１２） 前記第１の弾性部材、前記
第２の弾性部材、前記反射板を半導体基板で一体的に形
成したことを特徴とする付記８，１０，１１のいずれか
に記載の光スキャナ。

【０１６０】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第３の実施の形態が対応する。

【０１６１】（作用効果）付記８と同様な作用効果が得
られると共に、半導体加工プロセスを用いる作製なので
小型の光スキャナを容易に得ることができる。

【０１６２】（付記１３） 前記第１の弾性部材、前記
第２の弾性部材、前記第３の弾性部材、前記第４の弾性
部材、前記反射板を半導体基板で一体的に形成したこと
を特徴とする付記９，１０，１１のいずれかに記載の光
スキャナ。

【０１６３】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第４の実施の形態が対応する。

【０１６４】（作用効果）付記９と同様な作用効果が得
られると共に、半導体加工プロセスを用いる作製なので
小型の光スキャナを容易に得ることができる。

【０１６５】（付記１４） 前記圧電振動子の少なくと
も上部電極（１．ａ．１、１．ｂ．１）を導電性酸化物
としたことを特徴とする付記８乃至１３のいずれかに記
載の光スキャナ。

【０１６６】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、第１乃至第４の実施の形態が対応
する。

【０１６７】（作用効果）付記８乃至１３と同様な作用
効果が得られると共に、上部電極の導電性酸化物は、圧
電体形成時の高温に対して安定な状態を保てるので、第
１の弾性部材と圧電体材の相互拡散を防止し、良好な圧
電特性を得ることができる。

【０１６８】従って、より低消費電力で、より光学的振
れ角度の大きい光スキャナを実現することが可能とな
る。

【０１６９】

【発明の効果】従って、以上説明したように、請求項１
に記載の本発明によれば、圧電素子と弾性部材とが連続
的に接続されているので、圧電素子の振動を直接、ロス
を少なく弾性部材に効率よく伝達できることにより、低
消費電力で、且つ光学的な振れ角度の大きい光スキャナ
を提供することができる。

【０１７０】また、請求項２に記載の本発明によれば、
圧電素子と弾性部材とが連続的に接続されているので、
圧電素子の振動を直接、ロスを少なく弾性部材に効率よ
く伝達できるとともに、位相の異なる交流電圧が印加さ
れる圧電素子があるので、位相差を利用して直線振動を
ねじり運動に変換できることにより、低消費電力で、且
つ光学的な振れ角度の大きい光スキャナを提供すること
ができる。

【０１７１】また、請求項３に記載の本発明によれば、
圧電素子と弾性部材とが連続的に接続されているので、
圧電素子の振動を直接、ロスを少なく弾性部材に効率よ
く伝達できるとともに、圧電素子に印加される交流電圧
が互いに１８０度の位相差を有しているので、ねじり運
動を良好に惹起できることにより、低消費電力で、且つ
光学的な振れ角度の大きい光スキャナを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態による光ス
キャナの構成を示す斜視図である。

【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態の変形例に
よる光スキャナの構成を示す斜視図である。

【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態の変形例に
よる光スキャナの構成を示す斜視図である。

【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態による光ス
キャナの構成を示す斜視図である。

【図５】図５は、本発明の第３の実施の形態による光ス
キャナの要部の構成を示す図であって、図５の（ａ），
（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、図１に示した第１の弾性
部材２．ａ，２．ｂ、第２の弾性部材３．ａ，３．ｂ及
び反射板４部のＸ１Ｘ１′，Ｘ２Ｘ２′，Ｘ３Ｘ３′断
面構造を示している。

【図６】図６は、本発明の第４の実施の形態による光ス
キャナの要部の構成を示す図であって、図６の（ａ），
（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、それぞれ、図４に示した第
１の弾性部材２．ａ，２．ｂ、第２の弾性部材３．ａ，
３．ｂ、第３の弾性部材６、及び反射板４部のＸ１Ｘ
１′，Ｘ２Ｘ２′，Ｘ３Ｘ３′，Ｘ４Ｘ４′断面構造を
示している。

【図７】図７は、従来の技術による光偏向（走査）装置
の要部を示す図である。

【図８】図８は、従来の技術による二次元光走査装置の
要部を示す図である。

【符号の説明】

１．ａ，１．ｂ…、圧電振動子（圧電素子）、 ２．ａ，２．ｂ…第１の弾性部材、 ３．ａ，３．ｂ…第２の弾性部材、 ４…反射板、 ５…支持体（基体）、 ６…第３の弾性部材、 ７ａ，７．ｂ…第４の弾性部材、 ８…空隙。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持体と、 上記支持体に固定され、直線往復振動する圧電素子と、 上記圧電素子に接続された弾性体と、 上記弾性体に接続され、上記弾性体を介して上記圧電素
   子に駆動されることによって振動する反射板とを有して
   おり、 上記圧電素子と上記弾性部材とが連続的に接続されてい
   ることを特徴とする光スキャナ。
2. 【請求項２】 上記圧電素子は、複数個あり、 各々の圧電素子に走査周波数の交流電圧が印加されてお
   り、各々の圧電素子に印加される上記交流電圧の位相は
   統一されていないことを特徴とする請求項１に記載の光
   スキャナ。
3. 【請求項３】 上記交流電圧は、互いに１８０度位相が
   異なる２つの交流電圧であることを特徴とする請求項２
   記載の光スキャナ。