(57)【要約】【課題】  反射面の反りを小さくする。【解決手段】  半導体基板により形成され、少なくとも一面側の中央部に光を反射するための反射部３１が設けられ、反射部３１の向きを可変できるように回動自在に支持された反射板３０と、反射板３０のいずれか一方の面の周縁部に沿って周回するように金属材で蒸着形成されたコイル３２とを含み、コイル３２に対する通電により発生した力で反射板３０を回動させる光スキャナ２０において、反射板３０の反射部３１とコイル３２が形成されている周縁部との間に挟まれた環状の領域のうち、反射部３１の回動の中心と直交する方向の両端部を囲む部分にそれぞれスリット３３、３４を設けた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板により形成され、少なくとも一面側の中央部に光を反射するための反射部（３１）が設けられ、該反射部の向きを可変できるように回動自在に支持された反射板（３０）と、該反射板のいずれか一方の面の周縁部に沿って周回するように金属材で蒸着形成されたコイル（３２）とを含み、該コイルに対する通電により発生した力で前記反射板を回動させる光スキャナにおいて、
前記反射板の前記反射部と前記コイルが形成されている周縁部との間に挟まれた環状の領域のうち、前記反射部の前記回動の中心と直交する方向の両端部を囲む部分にそれぞれスリット（３３、３４）を設けたことを特徴とする光スキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁駆動型の光スキャナにおいて、反射面の反りを小さくするための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば可変波長光源や光フィルタ等の光学装置では、ミラーの角度を可変して光の出射方向を可変する光スキャナが用いられている。
【０００３】
上記のような光スキャナのうち、小型で精密性が要求される場合、半導体製造に用いる基板に対するエッチング処理により精密に且つ小型に形成した、所謂ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造のものが用いられている。
【０００４】
図６は、ＭＥＭＳ技術で構成された光スキャナ１の要部の基本構造を示すものである。
この光スキャナ１は、半導体の薄い基板に対するエッチング処理で一体的に形成されたものであって、平行な一対の固定板２、３の間に、捩れ変形自在な支持軸４、５を介して反射板６を回動自在に支持する構造を有し、電界や磁界による力Ｆを反射板６の両端に例えば交互に付与して、反射板６を回動させる。
【０００５】
ここで、電界駆動型に比べ電源電圧が低くて済む磁界駆動型の場合、例えば図７に示しているように、反射板６の表面の中央部を反射部６ａとし、その外縁に沿ってコイル７を金属材の蒸着により形成する。
【０００６】
そして、反射板６の左右両側に永久磁石８、９を、異なる極同士（図では永久磁石８のＮ極と永久磁石９のＳ極）が対向するように配置する。
【０００７】
ここで、例えばコイル７の一端７ａから他端７ｂへ電流ｉを流せば、反射板６の左側のコイル７には下向きに電流が流れ、右側のコイル７には上向きの電流が流れる。これに対し、永久磁石８のＮ極から出た磁束Ｍａは反射板６の左側のコイル７にほぼ直交してからＳ極に戻り、永久磁石９のＮ極から出てＳ極に戻る磁束Ｍｂは、反射板６の右側のコイル７にほぼ直交する。
【０００８】
したがって、フレミングの左手の法則により、反射板６の左部は前方へ力Ｆを受け、右部は後方へ力Ｆを受けることになり、反射板６は上方からみて反時計回りに回動し、その回動力と支持軸の捩れ変形に対する復帰力とが釣り合う角度位置で停止する。
【０００９】
また、コイル７に流れる電流の向きが逆になると、反射板６は上方からみて時計回りに回動し所定角度位置で停止する。また、交流電流を供給すれば反射板６を所定角度範囲内で往復回動させることができる。
【００１０】
上記構造の光スキャナ１では、半導体基板に対するエッチング処理により薄く且つ小型に形成されているため、高速動作が可能となる。
【００１１】
なお、上記したように反射板６の周縁部に沿ってコイル７を形成した電磁駆動型の光スキャナは、例えば次の特許文献１に開示されている。
【００１２】
【特許文献１】特開平７−１７５００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記のように半導体の反射板６の周縁部に金属のコイル７を設けた光スキャナの場合、半導体と金属材の膨張率の違いによる反り（バイメタル効果）が発生する。
【００１４】
特に、反射板６が横長の場合、その幅方向に大きな反りを発生させるため、反射板６の中央部もその力を受けて湾曲し、反射部６ａの表面が曲面形状となり、所望の反射特性が得られない場合がある。
【００１５】
これを解決する方法として、基板を厚くし剛性を高めて反りに対抗する方法や、基板の反対面側にも金属材を蒸着して、表裏で反りを相殺する方法等が考えられるが、前者の方法では反射板の重量増加や支持軸の弾性減少を招き、回動速度が低下したり、回動範囲が狭くなる等の問題が生じ、また、後者の方法では煩雑な蒸着工程が増加して製造コストが高くなる。
【００１６】
本発明は、この問題を解決し、広い角度範囲を高速に回動でき、製造が容易で、反射部の反りが小さい光スキャナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光スキャナは、
半導体基板により形成され、少なくとも一面側の中央部に光を反射するための反射部（３１）が設けられ、該反射部の向きを可変できるように回動自在に支持された反射板（３０）と、該反射板のいずれか一方の面の周縁部に沿って周回するように金属材で蒸着形成されたコイル（３２）とを含み、該コイルに対する通電により発生した力で前記反射板を回動させる光スキャナにおいて、
前記反射板の前記反射部と前記コイルが形成されている周縁部との間に挟まれた環状の領域のうち、前記反射部の前記回動の中心と直交する方向の両端部を囲む部分にそれぞれスリット（３３、３４）を設けたことを設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
上記のように、本発明の光スキャナは、反射板の反射部とコイルが形成されている周縁部との間に挟まれた環状の領域のうち、反射部の回動中心と直交する方向の両端部を囲む部分にそれぞれスリットを設けたので、反りによって周縁部が変形しても、その変形させる力が反射部の両端へ伝達されず、反射部の変形を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した光スキャナ２０の構成を示している。
【００２０】
この光スキャナ２０は、ベース板２１の一面側に一対のスペーサ２２、２３が所定間隔で平行に設けられており、各スペーサ２２、２３の上に、横長矩形の第１固定板２４と第２固定板２５がそれぞれ支持されている。なお、後述するようにスペーサ２２、２３は、第１固定板２４、２５と一体的に形成してもよい。
【００２１】
第１固定板２４と第２固定板２５の間には、捩れ変形可能な第１支持軸２６および第２支持軸２７を介して横長矩形の反射板３０が回動自在に支持されている。
各固定板２４、２５、各支持軸２６、２７および反射板３０は、一枚の半導体基板に対するエッチング処理および金属蒸着等の処理により一体的に形成されている。
【００２２】
反射板３０の一面側（両面でもよい）の中央部には、光を反射するための反射部３１が金属材の蒸着によって形成され、周縁部には、反射部３１の周りを重なり合うことなく複数周回るパターンのコイル３２が金属材の蒸着によって形成されている。なお、反射部３１は金属蒸着だけでなく、基板表面の研磨処理等で形成することもできる。
【００２３】
コイル３２の一端側は第１支持軸２６の表面をその長さ方向に通過して第１固定板２４の中央の端子部３２ａまで延び、コイル３２の他端側は第２支持軸２７の表面をその長さ方向に通過して第２固定板２５の中央の端子部３２ｂまで延びている。なお、コイル３２の他端側の一部は周回部分と重なり合うが、その重複部分の間は絶縁されている。
【００２４】
また、この反射板３０には、反射部３１が形成されている中央部とコイル３２が形成されている周縁部との間に挟まれ環状に連続する領域のうち、反射板３０の回動の中心（即ち支持軸２６、２７の中心線）と直交する方向の左右の端部をそれぞれ囲む部分に、左右対称で横向きコの字状のスリット３３、３４が設けられている。
【００２５】
左側のスリット３３は、支持軸２６、２７に平行な垂直３３ａと垂直部３３ａの両端から支持軸２６、２７方向に延びた水平部３３ｂ、３３ｃとを有し、右側のスリット３４は支持軸２６、２７に平行な垂直３４ａと垂直部３４ａの両端から支持軸２６、２７方向に延びた水平部３４ｂ、３４ｃとを有している。
【００２６】
スリット３３の水平部３３ｂ、３３ｃの先端からスリット３４の水平部３４ｂ、３４ｃの先端までの距離は、その部分が捩れ変形しないように支持軸２６、２７の幅に比べて十分広く形成されており、スリット３３、３４の内側の部分と外側の部分とは、一体的に回動できるようになっている。
【００２７】
一方、ベース板２１の一面側で反射板３０を左右方向から挟む位置には、永久磁石３５、３６が互いに異なる磁極面を対向させた状態で固定されている。ここで、例えば、光スキャナ２０を下方から見た図３に示しているように、永久磁石３５のＮ極と永久磁石３６のＳ極とが対向し、コイル３２のうち、反射板３０の左辺に沿った左部が、永久磁石３５のＮ極から出た磁束Ｍａとほほ直交し、反射板３０の右辺に沿った右部分が永久磁石３６のＳ極に戻る磁束Ｍｂとほぼ直交している。
【００２８】
したがって、図３の（ａ）のように、コイル３２の左部に下向きに電流が流れ、右部に上向きに電流Ｉが流れると、反射板３０の左部はベース板２１から離間する方向に力を受け、反射板３０の右部はベース板２１に近づく方向に力を受けるため、反射板３０は支持軸２６、２７を中心に図３において時計回りに回動する。
【００２９】
また、図３の（ｂ）のようにコイル３２に対して逆向きに電流が流れると、反射板３０の左部はベース板２１に近づく方向に力を受け、反射板３０の右部はベース板２１から離間する方向に力を受けるため、反射板３０は支持軸２６、２７を中心に図３において反時計回りに回動する。
【００３０】
駆動信号発生器４０は、コイル３２の端子部３２ａ、３２ｂの間に所望の電流を流して、反射板３０を回動駆動するものであり、反射板３０を所定角度で静止させる場合には、その角度に応じた直流電流を供給し、反射板３０を所定角度範囲内で往復回動させる場合には、交流電流を供給する。
【００３１】
なお、交流電流で駆動する場合、その駆動周波数を反射板３０の固有振動数に合わせることで、少ない電流で大きな回動振幅を得ることができる。
【００３２】
上記したように反射板３０の一面側には、反射部３１とコイル３２が金属材の蒸着により形成されているため、その金属材と反射板３０を形成している半導体基板との膨張率の違いにより反りが発生する。
【００３３】
ここで、反射板３０の中央に形成された反射部３１の幅に比べ、反射板３０の周縁部に沿った形成されたコイル３２の幅は格段に大きいため、このコイル３２と基板との間で生じる反りが支配的となる。なお、前記したように、反射部３１を研磨処理で形成する場合は、コイル３２によって反りが発生する。
【００３４】
このコイル３２によって反射板３０を曲げる方向に働く力は、その単位長さ当たりでみれば均等であるが、この曲げに対抗する反射板３０の力（剛性）は、反射板３０の中心部から遠い程弱くなり変形しやすい。
【００３５】
したがって、上記スリット３３、３４が無い場合、図４の（ａ）のように、反射板３０の左右の端が中央部に対して大きく後退した状態となり、この左右の端の変形により、中央部の反射部３１にも無視できない反りが発生してしまう。
【００３６】
これに対し、実施形態の光スキャナ２０では、反射部３１の左右の端を囲むようにスリット３３、３４を設けて周縁部から力を受けないように隔離している。
【００３７】
このため、スリット３３、３４の内側部分（反射部３１の両端部分）は、その外側の変形による引っ張り力を受けず、しかも、膨張率の違いによる影響を受ける長さがスリット３３、３４によって格段に短くなっているので剛性が高く変形しにくい。したがって、図４の（ｂ）のように、スリット３３、３４の内側部分の変形は外側部分に比べて格段に小さく、反射面の反りはほとんど発生しない。なお、図４では反射板３０の周縁部の反りを誇張して示している。
【００３８】
次に、この光スキャナ２０の主要部、即ち、ベース板２１と永久磁石３５、３６を除く部分の製造方法について説明する。なお、以下の製造方法は固定板２４、２５にそれぞれスペーサ２２、２３が一体的に形成されている例を示す。
【００３９】
始めに、図５の（ａ）のように、シリコン等からなる半導体の基板１００を用意し、図５の（ｂ）のように、基板１００の表面全体をシリコン窒化膜（以下絶縁膜と記す）１０１で覆い、基板１００の裏面側のうちスペーサ２２、２３および固定板２４、２５の形成部分を絶縁膜１０２で覆う。
【００４０】
次に、基板１００の裏面側に対して異方性エッチング処理を所定時間行い、図５の（ｃ）のように、絶縁膜１０２で覆われていない部分を薄く形成する。
【００４１】
そして、図５の（ｄ）のように、絶縁膜１０１の表面のうち、反射部３１の形成部分およびコイル３２の一方の端子部３２ａから周回部までの形成部分に金属材１０３を蒸着し、続いて図５の（ｅ）のように、コイル３２の重複される部分を絶縁膜１０４で覆ってから、図５の（ｆ）のように、周回部の端部から他方の端子部３２ｂまでの形成部分に金属材１０５を蒸着してコイル３２の配線を完成する。
【００４２】
さらに、図５の（ｇ）のように、コイル３２が蒸着された部分のうち、駆動信号供給用の配線部分を除いた部分を保護膜１０６で覆う。
【００４３】
次に、基板１００の裏面側の露出部分のうち、固定板２４、２５、支持軸２６、２７および反射板３０の中央部、周縁部の形成部分を除く部分を、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置によるエッチング処理により除去し、図５の（ｈ）のように、スリット３３、３４を含めて主要部全体の形を形成する。
【００４４】
最後に、フッ酸（ＦＨ）を用いて絶縁層１０１、１０２のうち基板１００の裏面側に露出している不要部分を除去することで、図５の（ｉ）のように、固定板２４、２５（スペーサ２２、２３を含む）、支持軸２６、２７、反射板３０からなる主要部が完成する。
【００４５】
なお、ここでは基板１００の表面全体に絶縁層１０１を設け、その上に金属材を蒸着していたが、基板１００の導電率が低い場合には絶縁層１０１を省略し、基板の表面に金属材を直に蒸着してもよい。
【００４６】
前記実施形態では、コイル３２を反射部３１と同一面に設けていたが、コイル３２を反射部３１と反対側の面に設けてもよく、また、反射部３１を反射板３０の両面に設けてもよい。なお、反射部３１をベース板２１側に設ける場合には、ベース板２１に光を通過させるための穴を設ける。
【００４７】
また、前記実施形態では、固定板２４、２５が帯状に形成されていたが、枠状の固定板の内側に、一対の支持軸２６、２７を介して反射板３０を支持する構造であってもよい。また、反射板３０やスリット３３、３４の形状等についても任意であり、反射板３０の外形を横長の長円状にし、スリット３３、３４を円弧状あるいは横向きＵ字状にしてもよい。
【００４８】
また、前記実施形態では、永久磁石３５、３６を用いていたが、永久磁石３５、３６の代わりに電磁石を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態の全体構成図
【図２】図１の実施形態の中央横断断面図
【図３】実施形態の光スキャナを下方から見た動作説明図
【図４】スリットの有無による反射板の反りの違いを示す図
【図５】実施形態の製造方法の一例を示す図
【図６】従来装置の基本構成図
【図７】電磁駆動型の光スキャナの構成および動作説明図
【符号の説明】
【００５０】
２０……光スキャナ、２１……ベース板、２２、２３……スペーサ、２４……第１固定板、２５……第２固定板、２６……第１支持軸、２７……第２支持軸、３０……反射板、３１……反射部、３２……コイル、３３、３４……スリット、３５、３６……永久磁石、４０……駆動信号発生器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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