(57)【要約】【課題】非常に簡易な構成であるとともに、電圧印加に対して極めて高速に応答可能な光走査装置を提供する。【解決手段】一端を拘束支持体２に拘束され、第１の圧電素子１０を備える第１のカンチレバー３と、この第１のカンチレバー３の自由端に拘束され、第１のカンチレバー３の長手方向とは略直行する方向に延伸して設けられ、第２の圧電素子１１を備える第２のカンチレバー４と、この第２のカンチレバー４の自由端に支持され、前記第１のカンチレバー３と前記第２のカンチレバー４とによって囲まれる空間に配置されるミラー部５とを備えた。【選択図】図３
2011085677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を拘束支持体に拘束され、第１の圧電素子を備える第１のカンチレバーと、
この第１のカンチレバーの自由端に拘束され、前記第１のカンチレバーの長手方向とは略直行する方向に延伸して設けられ、第２の圧電素子を備える第２のカンチレバーと、
この第２のカンチレバーの自由端に支持され、前記第１のカンチレバーと前記第２のカンチレバーとによって囲まれる空間に配置されるミラー部と、
を備えることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記第１の圧電素子に電圧を印加して前記第１のカンチレバーを変位させる第１の制御手段と、
この第１の制御手段と前記第１のカンチレバーに形成された前記第１の圧電素子を、電気的に接続する第１の配線部材と、
前記第２の圧電素子に電圧を印加して前記第２のカンチレバーを変位させる第２の制御手段と、
この第２の制御手段と前記第２のカンチレバーに形成された前記第２の圧電素子を、電気的に接続する第２の配線部材と、
を備え、
前記第２の配線部材を２本設け、この２本の第２の配線部材が前記第１のカンチレバーの両側部を延伸して前記第２のカンチレバーの第２の圧電素子に接続されることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記第２の制御手段が前記第２の圧電素子を駆動するとき、前記第１の制御手段は、前記第２の圧電素子の駆動により前記第１のカンチレバーに生じる応力を打ち消すために、前記第１の圧電素子に電圧を印加することを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
【請求項４】
一端を拘束支持体に拘束され、第１の圧電素子を備える第１のカンチレバーと、
この第１のカンチレバーの自由端に拘束され、前記第１のカンチレバーの長手方向とは略直行する方向に延伸して設けられ、第２の圧電素子を備える第２のカンチレバーと、
この第２のカンチレバーの自由端に支持され、前記第１のカンチレバーと前記第２のカンチレバーとによって囲まれる空間に配置されるミラー部とを備え、
前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子に電圧を印加して前記第１のカンチレバー及び前記第２のカンチレバーを駆動することにより、前記ミラー部を変位させる光走査装置と、
前記ミラー部に光を出射する走査用半導体レーザとから構成され、
前記走査用半導体レーザが出射する光を前記光走査装置により所定のスクリーンに投影することを特徴とするレーザプロジェクタ。
【請求項５】
一端を拘束支持体に拘束され第１の圧電素子を備える第１のカンチレバーと、この第１のカンチレバーの自由端に拘束され前記第１のカンチレバーの長手方向とは略直行する方向に延伸して設けられ第２の圧電素子を備える第２のカンチレバーと、この第２のカンチレバーの自由端に支持され前記第１のカンチレバーと前記第２のカンチレバーとによって囲まれる空間に配置されるミラー部とを備える光走査装置の製造方法であって、
基板の全面に、第１の電極と、圧電体と、第２の電極を形成する第１の工程と、
前記第２の電極をエッチングして配線パターンを形成する第２の工程と、
前記圧電体をエッチングして、前記第１のカンチレバー及び第２のカンチレバーに対応する位置に前記圧電体を残存させ、かつ前記ミラー部に対応する位置の前記圧電体を除去して、前記ミラー部において前記第１の電極をミラー面として露出させる第３の工程と、
前記第１の電極及び前記基板をエッチングして、前記第１のカンチレバー及び第２のカンチレバーと前記ミラー部の間に空隙を形成する第４の工程と、
前記基板を、前記圧電体が形成されていない面から研削して、前記基板の一部を除去する第５の工程と、
を備えることを特徴とする光走査装置の製造方法。
【請求項６】
前記第３の工程において、前記圧電体の除去が第１の電極の表面付近まで進行した時点で、エッチングガスの構成比率を変化させることを特徴とする請求項５記載の光走査装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置、特に光源から出射されたレーザ光線を所定の方向に走査する光偏向器（レーザスキャナ）等に用いられる光走査装置、光走査装置の製造方法及びこの光走査装置を用いたレーザプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、レーザプロジェクタ等の映像機器用途として画像信号に応じたレーザ光線を所望の位置に結像させる装置や、ネットワーク回線で用いられる光スイッチ等の構成として、例えば特許文献１に示す光走査装置の構成が知られている。
【０００３】
特許文献１では、反射面を有するミラー部と、ミラー部を駆動する圧電アクチュエータとを備える光偏向器（光走査装置）が開示されている。この圧電アクチュエータは、支持体及び支持体上に形成された圧電体を有し、圧電駆動により屈曲変形を行う第１及び第２の圧電カンチレバーを含むとともに、これらの圧電カンチレバーに備えられた圧電体にそれぞれ駆動電圧を印加するための複数の電極を独立に備える。そして複数の圧電カンチレバーは、各々の屈曲変形を累積するように端部が機械的に連結され、駆動電圧の印加により各圧電カンチレバーが独立に屈曲変形される。
【０００４】
この構成によって、ミラー部は二次元平面上に定義されるＸ，Ｙ両軸に対して回動可能に制御され、このミラー部に照射されたレーザ光線を用いて二次元平面の任意位置を走査できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０４０２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１５は、従来の光走査装置の課題を説明する説明図である。
【０００７】
図１５において、２００はカンチレバー（梁の一端が固定され他端が可動する片持ち梁の構造体）であり、２０１はカンチレバー２００の先端に配置されたミラー部である。カンチレバー２００には図示しない圧電体が形成され、この圧電体に所定の電圧を印加することで、カンチレバー２００の先端に配置されたミラー部２０１は、電圧を印加しない初期状態の位置Ｐａから変位後の位置Ｐｂに変位する。ミラー部２０１にレーザ光線２０２を照射すると、レーザ光線２０２は、ミラー部２０１の変位に応じて異なる角度に反射される。
【０００８】
さて、図示するように初期位置Ｐａと変位後の位置Ｐｂにおけるミラー部２０１は、ミラー部２０１を延長した線分と、初期位置Ｐａのカンチレバー２００との交点であるＰｏを回動中心として変位するとみなせるが、従来技術においては回動中心Ｐｏがミラー部２０１の外部に存在するため、ミラー部２０１には単なる回転運動以外にミラー面と垂直方向の運動成分が作用する。このためミラー部２０１の変位方向と略垂直の方向Ｌａからエアダンピング（空気抵抗）を受けることになる。エアダンピングはミラー部２０１の変位速度に比例して大きくなるため、ミラー部２０１を高速に変位させようとしても、電圧印加に見合う応答特性を得ることができない。エアダンピングの問題に対しては、カンチレバー２００やミラー部２０１が置かれる環境を高真空にすることも考えられるが、高コストになり現実的ではない。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、非常に簡易な構成であるとともに、電圧印加に対して極めて高速に応答可能な光走査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、一端を拘束支持体に拘束され、第１の圧電素子を備える第１のカンチレバーと、この第１のカンチレバーの自由端に拘束され、前記第１のカンチレバーの長手方向とは略直行する方向に延伸して設けられ、第２の圧電素子を備える第２のカンチレバーと、この第２のカンチレバーの自由端に支持され、前記第１のカンチレバーと前記第２のカンチレバーとによって囲まれる空間に配置されるミラー部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光走査装置によれば、カンチレバーによって駆動されるミラー部の回動中心は、第１のカンチレバー及び第２のカンチレバーによって囲まれる空間内になる。これによって従来例のようにカンチレバーの先端部に設けられたミラー部全体が平行シフト方向に変位することなく、ミラー部は所定の軸を中心に主に回転運動のみを行うことになるから、エアダンピングの影響が小さくなる。これによって高速な変位が可能となる。また同じ理由でミラー部の回転モーメントが小さくなるため、これによっても高速な変位が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る光走査装置を応用したレーザプロジェクタの概略を示す説明図
【図２】本発明の実施の形態に係る光走査装置の要部斜視図
【図３】本発明の実施の形態に係る光走査装置の要部平面図
【図４】本発明の実施の形態に係る光走査装置の第１のカンチレバー、第２のカンチレバー及びミラー部の変位状態を示す説明図
【図５】本発明の実施の形態に係る光走査装置の第１の圧電素子及び第２の圧電素子を模式的に示す断面図
【図６】本発明の実施の形態に係る光走査装置の要部断面図
【図７】本発明の実施の形態に係る光走査装置の要部断面図
【図８】本発明の実施の形態に係る光走査装置の製造過程を示す説明図
【図９】本発明の実施の形態に係る光走査装置の制御部及びその周辺の構成を示すブロック構成図
【図１０】本発明の実施の形態に係る光走査装置の第１，第２のカンチレバーに印加される駆動電圧を示す説明図
【図１１】本発明の実施の形態に係る光走査装置の第１のカンチレバーに印加される駆動電圧を詳細に示す説明図
【図１２】本発明の実施の形態に係る光走査装置の走査位置補正の概要を示す説明図
【図１３】本発明の実施の形態に係る光走査装置の走査位置検出部及びその周辺構成を示すブロック構成図
【図１４】本発明の実施の形態に係る光走査装置の走査位置補正の過程を模式的に表した説明図
【図１５】従来の光走査装置の課題を説明する説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の具体的な内容について実施例を用いて説明する。
【００１４】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る光走査装置を応用したレーザプロジェクタ１００の概略を示す説明図である。
【００１５】
図１において、レーザプロジェクタ１００は光走査装置１と走査用半導体レーザ３０で構成される。光走査装置１には制御部３１とドライバ３２，３３が搭載されており、制御部３１は予め定められた目標位置情報に応じてドライバ３２，３３に駆動信号を出力する。ミラー部５は駆動信号に応じて変位し、走査用半導体レーザ３０が出力するレーザ光線をスクリーン３５に照射する。
【００１６】
例えばビデオ信号などに基づいて、駆動信号と同期して増幅装置（図示せず）で走査用半導体レーザ３０を制御することで、光スポットがスクリーン３５上を走査することになる。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態に係る光走査装置１の要部斜視図である。以降、図２を用いて、本発明に係る光走査装置の動作の概要を説明する。
【００１８】
図２において、２は拘束支持体、３は第１のカンチレバー、４は第２のカンチレバー、５はミラー部である。拘束支持体２は光走査装置１の主要構成要素である第１のカンチレバー３、第２のカンチレバー４、ミラー部５を空間中に支持するベース部材である。第１のカンチレバー３、第２のカンチレバー４、ミラー部５はいずれも可動部であり、拘束支持体２はこれらを支持するベースとして、図示しない補強材等によって可動部に対して相対的に質量を大きくするとともに高い剛性を確保している。
【００１９】
後述するように、第１のカンチレバー３及び第２のカンチレバー４には、それぞれ図示しない第１の圧電素子と第２の圧電素子が形成されており、図示しない配線部材を介して第１の圧電素子及び第２の圧電素子に、ドライバ３２，３３（図１参照）から所望の電圧を印加することで圧電素子の圧電体が変形し、第１のカンチレバー３、第２のカンチレバー４はそれぞれ独立に変位する。この第１のカンチレバー３、第２のカンチレバー４の変位量は、各圧電素子に印加する電圧によって決定される。
【００２０】
第２のカンチレバー４の先端にはミラー部５が設けられており、このミラー部５は第１のカンチレバー３、第２のカンチレバー４の変位に伴い、図示するＸ軸，Ｙ軸を中心として回動する。即ち、第１のカンチレバー３を駆動することで、ミラー部５はＹ軸を中心として回動し、第２のカンチレバー４を駆動することで、ミラー部５はＸ軸を中心として回動する。これによって、ミラー部５に照射されたレーザ光線６はＸ軸，Ｙ軸についてミラー部５の最大変位角内の任意角度で反射され、所定の二次元平面Ｓに照射され、この二次元平面Ｓ上を光走査することが可能となる。
【００２１】
図３は、本発明の実施の形態に係る光走査装置の要部平面図である。以降、図３を用いて、本発明に係る光走査装置１の構成について詳細に説明する。
【００２２】
なお、以降の説明においては、二次元平面の軸方向を示す符号としてＸ，Ｙを用いるが、便宜上Ｘ＋，Ｘ−及びＹ＋，Ｙ−のようにして軸方向のうち特定の方向を示すこととする。
【００２３】
光走査装置１の拘束支持体２には、第１のカンチレバー３、第２のカンチレバー４及びミラー部５を支持する拘束端としての部位Ｐ０が設けられている。部位Ｐ０に支持された第１のカンチレバー３は拘束支持体２からＸ−方向に延伸して設けられ、第１のカンチレバー３には第１の圧電素子１０が形成されている。第１のカンチレバー３の部位Ｐ０とは反対（Ｘ−）側には第１のカンチレバー３の自由端であり、かつ第２のカンチレバー４の拘束端である部位Ｐ１が設けられ、部位Ｐ１からＹ＋方向には第２のカンチレバー４が設けられている。
【００２４】
なお、ここでは自由端、拘束端という表現を用いているが、これらは相対的な意味で用いられており、当該部位が可動であるという意味において自由端と表現し、一方、他の部位を拘束するという意味において拘束端と表現している。従って部位Ｐ０のように同一の部位が自由端で、かつ拘束端であることは矛盾するものではない。
【００２５】
第２のカンチレバー４には第２の圧電素子１１が形成されている。第２のカンチレバー４のＹ＋側の端部には第２のカンチレバー４の自由端であり、かつミラー部５の拘束端である部位Ｐ２が設けられている。
【００２６】
即ち、実施の形態の光走査装置１は、拘束支持体２と、この拘束支持体２に一端を拘束され、第１の圧電素子１０を備える第１のカンチレバー３と、この第１のカンチレバー３の自由端に拘束され、第１のカンチレバー３の長手方向とは略直行する方向に延伸して設けられ、第２の圧電素子１１を備える第２のカンチレバー４と、この第２のカンチレバー４の自由端に支持されたミラー部５とを備える。
【００２７】
ミラー部５は、拘束支持体２、第１のカンチレバー３及び第２のカンチレバー４によって囲まれる空間に、第１のカンチレバー３及び第２のカンチレバー４と直接対向するように配置され、ミラー部５は拘束支持体２、第１のカンチレバー３及び第２のカンチレバー４の間に空間部（空隙）４９を有する。なお、実施の形態では、ミラー部はＸ方向及びＹ方向に５０μｍ×５０μｍの正方形形状としている。
【００２８】
第１の圧電素子１０にはドライバ３２（図１参照）から引き出された第１の配線部材１５ａが接続されており、ドライバ３２が供給する電圧を印加することで、第１の圧電素子１０の自由端である部位Ｐ１は拘束端である部位Ｐ０に対してＸ及びＹ方向と直交する方向（Ｚ＋，Ｚ−方向、図４参照）に変位する。これによってミラー部５はＹ軸を回動中心として回動する。
【００２９】
また、第２の圧電素子１１にはドライバ３３から引き出された第２の配線部材１５ｂが接続され、ドライバ３３が供給する電圧を印加することで、第２の圧電素子１１の自由端である部位Ｐ２は拘束端である部位Ｐ１に対してＸ及びＹ方向と直交する方向（Ｚ＋，Ｚ−方向、同上）に変位する。これによってミラー部５はＸ軸を回動中心として回動する。ここで、第２の圧電素子１１に接続された第２の配線部材１５ｂは２本設けられ、この第２の配線部材１５ｂは、第１のカンチレバー３を経由して第２のカンチレバー４に備えられた第２の圧電素子１１に接続され、かつ第１のカンチレバー３の両側部（Ｙ＋，Ｙ−側）にて延伸して設けられている。
【００３０】
後述するように、実施の形態の光走査装置１では、第１のカンチレバー３及び第２のカンチレバー４はシリコン基板上に共通電極、圧電体、制御電極を積層して構成されるため、第２の配線部材１５ｂの直下には圧電体及び共通電極が存在する。つまり第２の圧電素子１１を駆動するために、第２の配線部材１５ｂに電圧を印加すると、これら第２の配線部材１５ｂが配置された部位において第１のカンチレバー３には微小な応力が発生する。このとき、仮に第２の配線部材１５ｂを第１のカンチレバー３の一方の側部（例えばＹ＋側）に１本のみを形成すると、第２の圧電素子１１を駆動する際の電圧印加によって第１のカンチレバー３には捩れ応力が発生することになる。
【００３１】
しかし、実施の形態では第２の配線部材１５ｂを第１のカンチレバー３の両側部にて延伸するようにしたので、第２の配線部材１５ｂに基づいて発生する応力は、Ｙ軸方向でシンメトリとなり第１のカンチレバー３に捩れ応力は発生しない。
【００３２】
図４は、本発明の実施の形態に係る光走査装置１の第１のカンチレバー３、第２のカンチレバー４及びミラー部５の変位状態を示す説明図である。
【００３３】
図示するように、第１の圧電素子１０に所定の電圧（正電位及び負電位）を印加して第１のカンチレバー３を変位させると、ミラー部５はＹ軸即ちＣｅｎ＿Ｙを回動中心として回動し、結果的にミラー部５はθ１の角度の範囲で回動する。
【００３４】
また、第２の圧電素子１１にも同様に電圧を印加して第２のカンチレバー４を変位させると、ミラー部５はＸ軸即ちＣｅｎ＿Ｘを回動中心として回動し、ミラー部５はθ２の角度の範囲で回動する。
【００３５】
このように実施の形態に示す構成によれば、Ｙ軸（Ｃｅｎ＿Ｙ）とＸ軸（Ｃｅｎ＿Ｙ）をミラー部５の回動中心とするとき、両者（両軸回動中心１６）がともにミラー部５の配置空間の内部に存在することとなる。これによって回動に際してミラー部５が形成する平面と垂直な方向からのエアダンピングの影響が大幅に軽減され、駆動信号の入力に対する応答性が改善するとともに、例えばミラー部５をより大型にしても高速に変位させることが可能となる。また、両軸回動中心１６はＸ軸及びＹ軸と垂直な方向については不動点とみなしてよく、ここにレーザスポットを照射すればレーザ光線の反射角はミラー部の変位角度（即ち、上述のθ１及びθ２）のみで決定されるから、スクリーン３５（図１参照）上の任意位置に高精度にレーザ光線を照射することが可能となる。
【００３６】
なお、以降の説明で単に「回動する」と表現したときは、上述のようにミラー部５がθ１あるいはθ２の範囲で変位することを意味する。
【００３７】
図５は、本発明の実施の形態に係る光走査装置の第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子１１を模式的に示す断面図である。なお、図５では説明を容易にするため、圧電素子の各構成部分の積層厚み等は実際のディメンジョンではなく、デフォルメして描いている（以降、図６、図７、図８において同じ）。
【００３８】
図５は、図３における第１の圧電素子１０のＹ軸方向の断面、第２の圧電素子１１のＸ軸方向の断面に相当する。なお、第１の圧電素子１０の両側部には前述した第１の配線部材１５ａ、第２の配線部材１５ｂが形成されるが、図５ではこれらの配線部材は示していない。
【００３９】
図５において、４１は厚みが例えば０．１ｍｍのシリコン（Ｓｉ）からなる基板であり、この基板４１上には、厚みを例えば０．０２μｍとしたチタン（Ｔｉ）からなる密着層４２が形成されている。密着層４２上には、厚みを例えば０．２２μｍとしたプラチナ（Ｐｔ）からなる第１の電極４３が形成されている。後述するように第１の電極４３を構成するＰｔの層は、ミラー部５において反射ミラーとして機能する。
【００４０】
第１の電極４３上には、ペロブスカイト型結晶構造を有するＰＺＴを材料とする圧電体４４が、例えば３．０μｍの厚みに形成されている。
【００４１】
圧電体４４の上には、厚みを例えば０．２μｍとするプラチナ（Ｐｔ）で構成される第２の電極４５が形成されている。なお、第２の電極４５を構成する材料はＰｔに限らず、導電性材料であればよく、膜厚は０．１〜０．５μｍの範囲であれば良い。
【００４２】
第１，第２の圧電素子（１０，１１）は第１の電極４３と第２の電極４５に挟まれた圧電体４４で構成され、両電極間に電圧を印加すると圧電歪み特性である変位特性が発現する。
【００４３】
なお、第１，第２の圧電素子（１０，１１）の成膜法は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザアブレーション法、イオンプレーティング法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の気相成長法が好ましいが、ゾルゲル法、最近着目されている水熱合成法などであっても良い。
【００４４】
密着層４２は、基板４１と第１の電極４３との密着性を高めるためのものであって、Ｔｉに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しくはクロムまたはそれらの化合物で構成しても良い。また、密着層４２の膜厚は０．００５〜１．０μｍの範囲であれば良い。この密着層４２は、基板４１と第１の電極４３との密着性を確保できるのであれば、必ずしも必要なものではない。
【００４５】
図６は、本発明の実施の形態に係る光走査装置１の要部断面図である。
【００４６】
図６は図３におけるＡ−Ａの断面に相当し、図６で同一のハッチを付した部分は、いずれも同一組成の材料から構成される。
【００４７】
図６において、４８は例えば厚みを０．５ｍｍ程度とするアルミニウム製の補強材である。補強材４８は図面上基板４１より上側に示した構造物を形成した後、接着剤によって当該構造物に接着される。
【００４８】
図示するように、拘束支持体２は、図の下部から順に補強材４８、基板４１、密着層４２、第１の電極４３、圧電体４４、第１及び第２の配線部材（１５ａ，１５ｂ）が積層されたものである。そして、第２のカンチレバー４は、基板４１、密着層４２、第２の圧電素子１１が積層され、ここで第２の圧電素子１１は、第１の電極４３、圧電体４４、第２の電極４５を積層したものである。
【００４９】
第２のカンチレバー４における第２の電極４５と、拘束支持体２における第１，第２の配線部材（１５ａ，１５ｂ）は積層方向において同一の層にあって、その材料はともに既に説明したＰｔである。後述するように、第２の電極４５と第１，第２の配線部材（１５ａ，１５ｂ）は光走査装置１の製造プロセスにおいて同時に形成される。
【００５０】
ミラー部５は、基板４１、密着層４２、第１の電極４３を積層したものであって、図３を併せて参照すると明確なように中空に支持されている。そしてミラー部５の再上層である第１の電極４３はＰｔで構成され、反射ミラーとして機能する。このミラー部５と拘束支持体２の間、及びミラー部５と第２のカンチレバー４の間には空間部４９が設けられている。
【００５１】
さて、拘束支持体２に着目すると、第１の電極４３と第１，第２の配線部材（１５ａ，１５ｂ）の間に圧電体４４が挟まれている。これらの配線部材は細い線材であるが、厳密に言えば第１，第２の配線部材（１５ａ，１５ｂ）と第１の電極４３の間に電位差が生じると、当該部分は圧電素子として機能し応力を生じる。つまり、第１の圧電素子１０または第２の圧電素子１１に電圧を印加すると、拘束支持体２には応力が発生することとなる。
【００５２】
拘束支持体２は可動部ではなく重量が増大しても何ら問題はないので、実施の形態では拘束支持体２の下部を補強材４８で補強し、応力が生じても変位が生じないようにしている。つまり、補強材４８は、単に基板４１より上部の構造物を支持するだけでなく、応力による拘束支持体２全体の捩れや変位を有効に防止するものである。
【００５３】
図７は、本発明の実施の形態に係る光走査装置１の要部断面図である。
【００５４】
図７は図３におけるＢ−Ｂの断面に相当し、図７で同一のハッチを付した部分は、いずれも同一組成の材料から構成される。
【００５５】
図７に示すように、第１のカンチレバー３は、基板４１、密着層４２、第１の圧電素子１０が積層され、ここで第１の圧電素子１０は、第１の電極４３、圧電体４４、第２の電極４５を積層したものである。ミラー部５と第１のカンチレバー３の間には空間部４９が設けられている。
【００５６】
さて、第１のカンチレバー３の構造において特徴的なのは、第２の電極４５の両側に第２の配線部材１５ｂが設けられている点である。ここで図３を参照すると、この第２の配線部材１５ｂは、第１のカンチレバー３を経由して、図示しない第２のカンチレバー４に備えられた第２の圧電素子１１に接続される。つまり、第２の配線部材１５ｂは、第１のカンチレバー３の両側部にて延伸して設けられている。
【００５７】
第２の配線部材１５ｂに電圧を印加して、第２のカンチレバー４を駆動することができるが、このように第１のカンチレバー３には第２の配線部材１５ｂが配置されているから、第２のカンチレバー４を駆動しようとすると、第１のカンチレバー３において第２の配線部材１５ｂが設けられた部分の圧電体４４には、下部の第１の電極４３との間に電界が作用し応力を生じる。第２の配線部材１５ｂは、第２の電極４５と比較して十分に細く形成されているが、ミラー部５の挙動には少なからず影響を与えることとなる。
【００５８】
そこで、実施の形態においては、上述のように第２の配線部材１５ｂを、第１のカンチレバー３の両側部にて（即ち、２本）延伸して設けるとともに、この２本の第２の配線部材１５ｂのＹ軸方向の幅を同一に形成することで、少なくとも第１のカンチレバー３に捩れ応力が生じないようにしている。
【００５９】
しかしながら、捩れ応力は発生しないものの、実施の形態の構成では第２のカンチレバー４を駆動すると、微小ながらも第１のカンチレバー３が変位し、これによってミラー部５はＹ軸を中心として不要な回動をすることになる。そこで後述するように、第２のカンチレバー４を駆動する際には、第１のカンチレバー３に発生する応力を打ち消すような電圧を第１の配線部材１５ａに印加して（走査位置補正）、光走査装置１全体としての挙動を安定させている。
【００６０】
図８は、本発明の実施の形態に係る光走査装置１の製造工程を示す説明図である。
【００６１】
図８において、（ａ）は光走査装置１の基板４１上の全面に圧電素子を形成した状態の断面、（ｂ）は光走査装置１の配線パターン形成後の断面、（ｃ）は圧電体４４をエッチングして除去した状態の断面、（ｄ）は第１の電極４３、密着層４２及び基板４１の一部を除去した状態の断面、（ｅ）は基板４１の裏面を研削した後の状態の断面をそれぞれ示す。
【００６２】
以降、図８（ａ）〜図８（ｅ）を用いて本発明の実施の形態に係る光走査装置１の製造工程を詳細に説明する。なお、図８は図３におけるＡ−Ａ断面に相当する断面を示す。
【００６３】
＜基板製造工程（第１の工程）＞
まず、図８（ａ）に示すように、基板４１上に、順次、密着層４２、第１の電極４３、圧電体４４、第２の電極４５をスパッタリング法により形成する。基板４１にはＳｉ基板を用いる。この基板４１はＳｉに限るものではなく、ガラス基板や金属基板、セラミックス基板であっても良い。また、基板４１のサイズはＳｉを用いるのであれば、φ２〜１０インチのウエハや所定の角型基板を選ぶことが可能である。
【００６４】
密着層４２は、Ｔｉターゲットを用いて、基板４１を４００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、ガス圧を１Ｐａに調整したアルゴンガス中で、１分間形成することにより得られる。このプロセスによって密着層４２の膜厚は０．０２μｍとなる。なお、密着層４２の材料は、Ｔｉに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しくはクロムまたはそれら（Ｔｉを含む）の化合物であっても良い。また、膜厚は０．００５〜０．２μｍの範囲であれば良い。
【００６５】
第１の電極４３は、Ｐｔターゲットを用い、密着層４２が形成された基板４１を６００℃に加熱しながら、ガス圧を１Ｐａに調整したアルゴンガス中において２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得られる。このプロセスによって第１の電極４３の膜厚は０．２μｍとなる。なお、第１の電極４３の材料はＰｔ、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種の貴金属またはそれらの化合物であればよく、膜厚は０．０５〜２μｍの範囲であれば良い。
【００６６】
圧電体４４は、多元スパッタ装置を用いて作製することができる。この場合ターゲットには，化学量論組成よりＰｂ量の多いＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７，Ｐｂが２０モル％過剰）の焼結体ターゲットを用いる。真空中で予めヒーターにより基板加熱を行い、基板４１を５８０℃に加熱しながら、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１５：５）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で１８０分間形成することにより、３μｍの膜厚を堆積することができる。
【００６７】
なお、この圧電体４４のＺｒ／Ｔｉ組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０〜７０／３０であればよく、膜厚は、１〜５μｍの範囲であれば良い。また、圧電体層４４の構成材料は、ＰＺＴにＬａ、Ｓｒ、Ｎｂ、Ａｌ等の添加物を含有したもの等のように、ＰＺＴを主成分とする圧電材料が広く用いられており、ＰＭＮやＰＺＮであっても良い。
【００６８】
第２の電極４５は、第１の電極と同様にＰｔターゲットを用い、基板４１を６００℃に加熱しながらガス圧を１Ｐａに調整したアルゴンガス中において２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得られる。この第２の電極４５の膜厚は０．２μｍとなる。なお、第２の電極４５の材料はＰｔに限らず、導電性材料であればよく、クロムやニッケル、アルミニウム、タンタル、タングステン等を選ぶことが可能である。なお第２の電極４５の膜厚は０．１〜０．５μｍの範囲であれば良い。
【００６９】
図８（ａ）の時点ではＳｉ製の基板４１に、密着層４２、プラチナ薄膜である第１の電極４３、ＰＺＴ薄膜である圧電体４４、プラチナ薄膜である第２の電極４５が一様に積層されている。
【００７０】
＜配線パターン形成工程（第２の工程）＞
次に、図８（ａ）に示す状態から、第２の電極４５を配線パターンに応じてエッチングする。
【００７１】
第２の電極４５上にスピンコート法により感光性樹脂（レジスト）を塗布し、露光及び現像して、第２の圧電素子１１を構成する第２の電極４５部分、第１の圧電素子１０を構成する第２の電極部分（図示せず）、第１の配線部材１５ａ及び第２の配線部材１５ｂの配置位置に対応した形状にレジストパターンを形成した後、不要な部分をドライエッチング法により除去して電極パターン、配線パターンを形成する。つまり第２の電極４５と第１の配線部材１５ａ及び第２の配線部材１５ｂは、同時に形成される。エッチング後にレジストを除去することにより、圧電体４４上に第２の電極４５及び第１の配線部材１５ａ及び第２の配線部材１５ｂがパターニングされ、図８（ｂ）に示す状態となる。
【００７２】
＜圧電体除去／ミラー部形成工程（第３の工程）＞
次に、図８（ｂ）に示す状態から、圧電体４４をエッチングにより除去することで、図８（ｃ）に示す状態となる。
【００７３】
まず、スピンコート法により感光性樹脂（レジスト）を全面に塗布し、露光及び現像してミラー部５等の位置に応じた所定形状にパターンを形成した後、不要な圧電体４４をドライエッチング法により除去する。この工程によって、圧電体４４は後に第１のカンチレバー３（図示せず）、第２のカンチレバー４、及び拘束支持体２となる部分にのみ残存し、それ以外の部位では除去される。
【００７４】
ここで、エッチングガスは第１の電極４３とエッチングレートが大きく違う選択性の高いガスを選ぶことが好ましい。具体的には圧電体４４のエッチングレートを高めるため、途中まではアルゴンと塩素やフッ素系の混合ガスの中のアルゴンの混合比をリッチにして、よりスパッタライクなプロセスで除去しておき、エンドポイントとなる第１の電極４３の表面付近ではアルゴンの比率を下げていくようなプロセスを選択すれば良い。エッチングガスの種類や構成比率を変えることにより、エッチング対象である圧電体４４（ＰＺＴ）と第１の電極４３（プラチナ）の選択比（ＰＺＴのエッチングレート／プラチナのエッチングレート）を４〜６倍にすることが可能であり、エッチングプロセスの制御性を非常に高くすることができる。これにより圧電体４４（ＰＺＴ）のエッチングが進行しても、ミラー部５となる第１の電極４３の表面はエッチングによって荒らされず、反射率を損なうことがなくなる。
【００７５】
また、エッチングはドライエッチングにより行ったが、ウェットエッチング法により形成しても良い。圧電体４４の除去部はミラー部５と必要に応じて配線部分を除く領域を選択することが好ましい。これによって、圧電体４４を除去された部分は第１の電極４３が露出した状態となり、この部分がミラー部５におけるミラー面となる。
【００７６】
＜空隙形成工程（第４の工程）＞
次に、図８（ｃ）に示す状態から、図８（ｂ）、図８（ｃ）を用いて説明した方法と同様に、まずスピンコート法により感光性樹脂（レジスト）を全面に塗布し、露光及び現像して、ミラー部５を中空支持するための空間部（空隙）４９に対応した所定形状にレジストパターンを形成した後、ドライエッチングにより第１の電極４３及び密着層４２を除去する。第１の電極４３、密着層４２とも同一のレジストパターンを用い、ドライエッチングはガスの切り替えにより順次連続に行っていく。除去部の領域は次に行うシリコンのエッチングで必要な開口部と同じか、それ以上の領域を除去する。
【００７７】
次に、空間部（空隙）４９に相当する部分のシリコンを異方性エッチングによって除去する。まず所定のレジストパターンを形成するが、第１の電極４３と密着層４２をエッチングした際のレジストパターンをそのまま用いることも可能である。シリコンのエッチングは異方性エッチング法により行うが、シリコンディープエッチングの１つの手法であるいわゆるボッシュ法を用いて基板４１の厚み方向にエッチングを行う方法により行うことができる。エッチング深さは光走査装置１完成時の基板４１の厚み以上の深さをエッチングする必要がある。実施の形態では基板４１を最終的に１００μｍの厚みに残すので、１２０μｍの深さまでエッチングを行っている。これによって図８（ｄ）の状態となる。
【００７８】
＜基板研削工程（第５の工程）＞
次に、図８（ｄ）に示す状態から基板４１を構成するシリコンを裏面（即ち、圧電体４４が形成されていない面）から研削し、基板４１の一部を除去する。ワックスを用いて研削を行う治具に、基板４１側の露出する側が研削面になるように貼り付けを行い、研削加工により基板４１を所定厚みになるように加工する。ミラー部５と第１及び第２のカンチレバー（３，４）、及び拘束支持体２の間の領域は予めエッチングにより除去され空間部４９が形成されているため、加工後にワックス除去を行うと図８（ｅ）に示すようにミラー部５が中空支持された構造を得ることができる。
【００７９】
即ち、実施の形態に係る光走査装置１の製造工程を端的に説明すると、以下のようになる。
【００８０】
ミラー部５を、第１及び第２のカンチレバー（３，４）によって囲まれる空間に、第１及び第２のカンチレバー（３，４）と直接対向するように中空支持する光走査装置１の製造方法であって、第１の工程において、基板４１の全面に、第１の電極４３と、圧電体４４と、第２の電極４５を形成する。
【００８１】
第２の工程において、第２の電極４５をエッチングして配線パターン（第１及び第２の配線部材（１５ａ，１５ｂ））を形成する。なお、第２の工程では、各カンチレバーに設けられる圧電素子を駆動するための電極（図８（ｂ）に示す第２の電極４５）もパターニングされる。
【００８２】
第３の工程において、圧電体４４をエッチングして、第１及び第２のカンチレバー（３，４）に対応する位置に圧電体４４を残存させ、かつミラー部５に対応する位置の圧電体４４を除去して、ミラー部５において第１の電極４３をミラー面として露出させる。
【００８３】
第４の工程において、第１の電極４３及び基板４１をエッチングして、第１及び第２のカンチレバー（３，４）とミラー部５の間に空隙４９を形成する。なお、第４の工程によって、ミラー部５と拘束支持体２の間にも空隙４９が形成されることになる（図６等参照）。
【００８４】
第５の工程において、基板４１を、圧電体４４が形成されていない面から研削して、基板４１の一部を除去する。
【００８５】
以上説明してきた製造工程は、例えば圧電体薄膜を利用したインクジェットヘッドの製造設備を殆どそのまま流用することが可能である。またエッチングに使用するフォトマスクは極めて高精度に製造することが可能であることから、実施の形態の光走査装置１は一枚のシリコン基板を用いて高密度かつ大量に生産することが可能である。この際、従来技術ではミラー部がカンチレバーの外部に設けられているため、形状に鑑みると取れ数の上では不利となる。
【００８６】
しかし、実施の形態の光走査装置１は、拘束支持体２、第１の及び第２のカンチレバー（３，４）、ミラー部５が渦巻き状に形成され、その外観形状は略正方形である（図２、図３、図４等を参照）。外観形状が極めて単純であることから、光走査装置１は、高密度に形勢がすることができ、例えば円形のシリコン基板に光走査装置１を大量に形成し、このシリコン基板単位で光通信用の光スイッチ群として用いることも可能である。
【００８７】
図９は、本発明の実施の形態に係る光走査装置１の制御部３１及びその周辺の構成を示すブロック構成図である。
【００８８】
図９において、６０はＣＰＵであり、プログラムＲＯＭ６１に格納されたプログラムに基づき、ＲＡＭ６２をワーク領域に使用して制御部３１全体の動作を管理する。
【００８９】
６３はフラッシュメモリであり、第１のカンチレバー３及び第２のカンチレバー４を駆動するための基本データが格納されている。具体的には基本データとは光走査を行う際の位置情報と、この位置情報に対応する各カンチレバー３，４の駆動電圧の関係（厳密には、当該駆動電圧を出力するための設定値）を規定したデータ群である。
【００９０】
６４はＲＡＭである。フラッシュメモリ６３に格納されている基本データは、例えば光走査装置１の電源投入時点でＲＡＭ６４に転送される。ＲＡＭ６４はＣＰＵ６０からアクセス可能に構成され、ＣＰＵ６０は後に説明する走査位置検出部８０で得られた情報に基づきＲＡＭ６４の基本データを補正（走査位置補正）し、カンチレバー駆動データを生成する。
【００９１】
第１及び第２のカンチレバー３，４を駆動する際は、ＲＡＭ６４のカンチレバー駆動データがディジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）６５，６６に入力され、アナログレベル信号に変換出力される。このＤＡＣ６５，６６の出力はドライバ３２，３３に入力される。なお、実施の形態では後述のように１２８０ピクセル×９６０ラインの画像を投影する必要性、及び後述の走査位置補正を行う必要性から、ＤＡＣ６５，６６の分解能は１２ｂｉｔとしている。
【００９２】
ドライバ３２，３３は、ＤＡＣ６５，６６から出力されたアナログレベル信号を所定の増幅率で増幅し、ドライバ３２は第１の配線部材１５ａを経由して第１のカンチレバー３に設けられた第１の圧電素子１０を駆動し、ドライバ３３は第２の配線部材１５ｂを経由して第２のカンチレバー４に設けられた第２の圧電素子１１を駆動する。
【００９３】
なお、ＲＡＭ６４からのカンチレバー駆動データの読み出し、ＤＡＣ６５，６６制御等の高速性を要求される動作タイミングは、ＣＰＵ６０の起動信号に基づいて制御ロジック部６９で生成され、制御ロジック部６９は図示しない制御線を介してこれらを制御する。
【００９４】
他方、制御ロジック部６９には、外部から画像データ（ビデオ信号）が入力されており、制御ロジック部６９は第１及び第２の圧電素子（１０，１１）の駆動と同期して、画像データの値（例えば８ｂｉｔ／画素）に応じてレーザ駆動回路７０に走査用半導体レーザ３０を駆動する電力設定値を出力する。レーザ駆動回路７０は、これに応じたパワーで走査用半導体レーザ３０を駆動する。
【００９５】
図１０は、本発明の実施の形態に係る光走査装置１の第１，第２のカンチレバー（３，４）に印加される駆動電圧を示す説明図である。
【００９６】
以降、光走査装置１の第１，第２のカンチレバー（３，４）の駆動電圧について、図１０に図１、図２を併用して説明する。
【００９７】
図１において、スクリーン３５に対する光走査は主走査方向と副走査方向になされるが、実施の形態ではスクリーン３５上を１２８０ピクセル×９６０ラインで画像を構成する、いわゆるＱｕａｄ  ＶＧＡの画素構成としている。
【００９８】
図１０においては、１２８０ピクセル×９６０ラインを描く周期がフレーム周期であり、１フレーム周期において主走査方向の１回の走査期間がラスタ周期である。従って実施の形態では、ラスタ走査（主走査方向の走査）を副走査方向の異なる位置に対して９６０回行うことによって１フレームの画像を投影する。
【００９９】
図１０（ａ）は、第１のカンチレバー３に形成された第１の圧電素子１０を駆動する電圧プロファイルの一例である。第１のカンチレバー３を駆動することで、副走査方向の走査がなされる（図１参照）。第１の圧電素子１０を駆動する電圧プロファイルは、ラスタ周期が経過する毎に＋Ｖ０方向に階段状に電圧を上昇させていき、９６０回のラスタ走査が完了（即ち、１フレーム期間が完了）すると、当初電位−Ｖ０に復帰することを繰返す。これによって第１、及び第２のカンチレバー（３，４）に支持されたミラー部５は、図２に示すＹ軸を回動中心としてフレーム周期で回動する。
【０１００】
図１０（ｂ）は、第２のカンチレバー４に形成された第２の圧電素子１１を駆動する電圧プロファイルの一例である。第２のカンチレバー４を駆動することで、主走査方向の走査がなされる（図１参照）。第２の圧電素子１１を駆動する電圧プロファイルは、ラスタ周期の単位で電圧を−Ｖ１〜＋Ｖ１にスイングさせるものであり、これによって第２のカンチレバー４に支持されたミラー部５は、図２に示すＸ軸を回動中心としてラスタ周期で回動する。
【０１０１】
実施の形態では、複数のカンチレバーのうち、ミラー部５に近いカンチレバー（ここでは、ミラー部５を直接支持する第２のカンチレバー４）ほど、より高速に駆動している。これはミラー部５に近いほど駆動すべき質量が小さくなるため、制御性能が有利となるからである。
【０１０２】
なお、実施の形態では、第１のカンチレバー３の幅（図３におけるＹ軸方向の幅）と第２のカンチレバー４の幅（同Ｘ軸方向の幅）を略等しくしているが、第２のカンチレバー４は第１のカンチレバー３よりも、その幅を短くした方が全体の質量が低減し、第１のカンチレバー３による駆動特性を改善するため望ましい。
【０１０３】
図１１は、本発明の実施の形態に係る光走査装置１の第１のカンチレバー３に印加される駆動電圧を詳細に示す説明図である。
【０１０４】
図１１は、図１０（ａ）の一部を拡大した図面である。
【０１０５】
本発明の大きな特徴の１つは、ミラー部５を直接支持するカンチレバー（第２のカンチレバー４）を駆動する際に、ミラー部５を直接支持しない（言い換えれば、間接的に支持する）カンチレバー（第１のカンチレバー３）に生じる応力を打ち消すことで、ミラー部５の位置制御の精度を向上させたことである。
【０１０６】
実施の形態では、図１１に示すように、第１のカンチレバー３に印加する駆動電圧は、ラスタ周期が経過する毎に階段状に上昇させていくが、その一方で、ラスタ周期内では、時間の経過とともに電圧を減じる電圧プロファイルとしている。このようなプロファイルを採用することで、図１０（ｂ）に示す第２のカンチレバー４の駆動に伴い、第１のカンチレバー３に配置された第２の配線部材１５ｂによって、第１のカンチレバー３に微小ながらも生じる応力を打ち消すことができ、ミラー部５の制御特性を向上させることが可能となる。
【０１０７】
このときのラスタ周期内で減じるべき駆動電圧は、例えば第１のカンチレバー３における第１の圧電素子１０の幅（図７に示す第２の電極４５の幅）と、第２の配線部材１５ｂの幅（図７参照）の比、及び第２のカンチレバー４を駆動する電圧によって決定すれば良い。
【０１０８】
しかしながら実際問題として、圧電素子の特性には初期的にばらつきがあり、また環境条件によっても経時的にも特性が変動するため、実施の形態では、以降に説明する走査位置補正を行なっている。
【０１０９】
図１２は、本発明の実施の形態に係る光走査装置１の走査位置補正の概要を示す説明図である。
【０１１０】
図１２において、９０はエリアセンサ、９１は位置補正用半導体レーザである。エリアセンサ９０はＱｕａｄ  ＶＧＡに相当する実効画素数を有する二次元ＣＭＯＳイメージセンサであり、位置補正用半導体レーザ９１に対するエリアセンサ９０の関係は、走査用半導体レーザ３０に対するスクリーン３５と相似の関係となっている。ただし、実施の形態では、位置補正用半導体レーザ９１の光軸は走査用半導体レーザ３０の光軸と直交するように設けられており、エリアセンサ９０の座標系は主走査方向と副走査方向がスクリーン３５とは９０゜回転した関係となっている。また、エリアセンサ９０はＱｕａｄ  ＶＧＡの画素数を有するが、その受光面をスクリーン３５と見立てたとき、位置補正用半導体レーザ９１が出射した光は画像が実際のスクリーン３５よりも縮小されるような倍率で受光面に結像される（より正確に表現すれば、そのような倍率になるように、位置補正用半導体レーザ９１とエリアセンサ９０の位置関係または光学系（図示せず）が設計されている）。
【０１１１】
この縮小倍率を０．８とすると、スクリーン３５の座標系（ｓｍ，ｓｓ）とエリアセンサ９０の座標系（ａｍ，ａｓ）の関係は、例えば（数式１）のように表される。
【０１１２】
（ａｍ，ａｓ）＝（６４０＋（ｓｍ−６４０）×０．８，４８０＋（ｓｓ−４８０）×０．８）  ・・・（数式１）
（数式１）によれば、スクリーン３５の座標系（主走査座標，副走査座標）＝（０，０）は、エリアセンサ９０の座標系（主走査座標，副走査座標）＝（１２８，９６）に変換され、スクリーン３５の座標系（主走査座標，副走査座標）＝（１２８０，９６０）は、エリアセンサ９０の座標系（主走査座標，副走査座標）＝（１１５２，８６４）に変換される。つまり、スクリーン３５上のイメージは、エリアセンサ９０では、座標値（６４０，４８０）を中心とする縮小イメージとして観測される。このようにエリアセンサ９０上で縮小された画像を用いることで、例えば大きな環境変化によって圧電素子の挙動が大きく変わっても、位置補正用半導体レーザ９１による光スポットがエリアセンサ９０の受光面から外れることなく、走査位置を的確に検出できる。
【０１１３】
図１３は、本発明の実施の形態に係る光走査装置１の走査位置検出部８０及びその周辺構成を示すブロック構成図である。
【０１１４】
図１３において、８０は走査位置検出部であり、３１は既に説明した制御部である。
【０１１５】
走査位置検出部８０はＳＲＡＭで構成されるバッファ９５と、エリアセンサ９０及びバッファ９５の動作を制御するタイミング生成部９６を備える。タイミング生成部９６で生成された制御信号に基づいてエリアセンサ９０が周期的に駆動され、エリアセンサ９０で撮像された画像は、フレーム単位にバッファ９５に転送される。ここで、バッファ９５は制御部３１に設けられたＣＰＵ６０からアクセス可能に構成されており、ＣＰＵ６０はエリアセンサ９０で撮像されたフレーム単位の画像情報を取得することができる。
【０１１６】
以降、図１２，図１３に、図９，図１０を併用して実施の形態の走査位置補正について説明する。
【０１１７】
光走査装置１の電源が投入された直後、あるいはユーザから調整実行指示があった場合に、走査位置補正が実行される。既に説明したように、制御部３１の制御ロジック部６９はＣＰＵ６０の指示を受けて、図１０（ａ），（ｂ）に示す電圧プロファイルに基づき第１のカンチレバー３、第２のカンチレバー４を変位させてミラー部５を回動させる。このとき、制御ロジック部６９は、電圧プロファイルが特定の値を示すタイミング（例えば、スクリーン３５上の主走査方向の座標が１００、副走査方向の座標が２００）になると、走査位置検出部８０に対してトリガ信号を出力する。トリガ信号を受信した走査位置検出部８０のタイミング生成部９６は、レーザ駆動回路９７に点灯指示を出力し、これによって位置補正用半導体レーザ９１が、主走査方向の１画素分に相当する期間発光する。
【０１１８】
ここで、光走査装置１による投影（像書き込み）の１フレーム期間とエリアセンサ９０による撮像（像検出）の１フレーム期間の同期をとり、エリアセンサ９０では１フレーム期間にわたるグローバルシャッタ動作を実行すれば、制御ロジック部６９がトリガ信号を発生したタイミング（即ち、スクリーン３５上の特定の座標位置）に対応して位置補正用半導体レーザ９１が発光した際の光スポット位置をエリアセンサ９０で検出できる。そして、このときの光スポット位置は、１フレームの画像データとしてエリアセンサ９０から出力され、バッファ９５に格納される。制御部３１のＣＰＵ６０は、バッファ９５にアクセスして１２８０×９６０個の画像データを取得する。
【０１１９】
なお、走査位置補正における光走査装置１による像書き込み位置は、任意の複数ヵ所について設定可能とされている。これは、制御ロジック部６９に複数のレジスタと、主走査方向及び副走査方向の画素カウンタ，ラインカウンタを用意し、ＣＰＵ６０が複数のレジスタに点灯位置をセットした上で、レジスタ値とカウンタ値を比較する比較回路（いずれも図示せず）を設けることで容易に実装できる。
【０１２０】
さて、例えばＱｕａｄ  ＶＧＡの画素を例えばセルサイズが１／３インチのエリアセンサ９０で検出することを考える。このセルサイズで構成した場合、エリアセンサ９０の１画素のサイズは３．７５μｍ程度である。また、エリアセンサ９０上では上述のように縮小イメージが結像されるようにしていること、更に、適切な光学系を用いても半導体レーザが形成する光スポットは７〜１０μｍ程度にしか絞り込めないことから、位置補正用半導体レーザ９１の側で１画素サイズの光スポットを形成しても、バッファ９５に格納された画像データ上では、ＣＰＵ６０は複数の座標位置に跨った光スポットを検出することとなる。
【０１２１】
一般に半導体レーザ（シングルモード）の光スポットの輝度は、その中心部から裾にかけての断面強度分布がガウス分布となる。実施の形態では、いわゆるＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）等によって位置補正用半導体レーザ９１の発光輝度を一定に管理しており、予めそのピーク輝度に対するエリアセンサ９０の各画素の出力値は計測できるから、ＣＰＵ６０は光スポット領域として検出された複数画素の出力値に基づいて、輝度が最も高くなる、即ちピーク輝度が得られる座標位置を推定し、これをエリアセンサ９０における光スポットの座標値とする。なお、この座標値は整数ではなく実数値として求められる。そして、ＣＰＵ６０はこの座標値を（数式１）の逆関数を用いて、スクリーン３５の座標系に変換する。
【０１２２】
以上説明してきたプロセスによって、光走査装置１によって走査された光スポットが、事前に予定されている位置に対してどの程度離間した位置にあるかが検出できる。
【０１２３】
図１４は、本発明の実施の形態に係る光走査装置１の走査位置補正の過程を模式的に表した説明図である。以降、図１４に図９、図１０、図１１、図１２、図１３を併用して、走査位置補正について詳細に説明する。
【０１２４】
なお、以降の説明ではエリアセンサ９０の光受光面（図１２参照）において、主走査方向に４つの光スポットを形成し（この４つの光スポットを便宜上「ｌｉｎｅ」と呼称する）、副走査方向の互いにずれた位置に２本のラインを形成したものとして説明する。即ち、ｌｉｎｅ１はｓｐ［１］［１］，ｓｐ［１］［２］，ｓｐ［１］［３］，ｓｐ［１］［４］、ｌｉｎｅ２はｓｐ［２］［１］，ｓｐ［２］［２］，ｓｐ［２］［３］，ｓｐ［２］［４］で構成される。なお、以降の説明で、単にｓｐ［１］［１］のように表記した場合は、上述した（数式１）を用いて、エリアセンサ９０の座標系からスクリーン３５の座標系に変換された位置を示すものとする。
【０１２５】
ここでｌｉｎｅ１に着目すると、ｌｉｎｅ１を構成するｓｐ［１］［１］，ｓｐ［１］［２］，ｓｐ［１］［３］，ｓｐ［１］［４］は、この順に第２のカンチレバー４を駆動する電圧を高く設定しているが（図１０（ｂ）のラスタ周期内のプロファイルを参照）、第１のカンチレバー３を駆動する電圧は図１０（ａ）または図１１に示すように、ラスタ周期内で微小に減少するプロフィールに基づいて制御されている。
【０１２６】
また、各ラインに着目すると、ｌｉｎｅ１のｓｐ［１］［１］、ｌｉｎｅ２のｓｐ［２］［１］の順に第１のカンチレバー３を駆動する電圧を高く設定するが、このときの主走査方向の光スポット位置は同じであるから、第２のカンチレバー４を駆動する電圧は同一である。なお、ｌｉｎｅ１とｌｉｎｅ２は隣接するラインではなく、副走査方向に十分に離間しているものとする。
【０１２７】
本来ならば、ｌｉｎｅ１、ｌｉｎｅ２は、図１４における「主走査方向」と平行に形成されるべきだが、実施の形態の場合、主走査方向に走査するため第２のカンチレバー４を駆動することで、その駆動電圧の影響が第１のカンチレバー３に及び、第１のカンチレバー３が微小変位することで光スポットは副走査方向に若干ずれて形成される。
【０１２８】
ここで、ＣＰＵ６０は各カンチレバーを駆動する情報（基本データ：フラッシュメモリ６３に格納。図９参照）を把握している。また、ＣＰＵ６０は走査位置検出部８０のバッファ９５にアクセスして、実際に光スポットが形成された位置を検出できる（図１３参照）。
【０１２９】
即ち、ＣＰＵ６０はｌｉｎｅ１のｓｐ［１］［１］〜ｓｐ［１］［４］の光スポットの位置を計測することで、第１のカンチレバー３を副走査方向の一定位置に制御するプロファイルを用いて制御し、かつ第２のカンチレバー４を主走査方向について回動させたとき（つまり、図１０（ａ），（ｂ）のプロファイルに従って回動させたとき）に、本来ならば副走査方向について同一位置を走査するべき第１のカンチレバー３が変位した量を知ることができる。
【０１３０】
次に、ＣＰＵ６０はｌｉｎｅ２のｓｐ［２］［１］〜ｓｐ［２］［４］の光スポットの位置を計測し、ｓｐ［２］［１］とｓｐ［１］［１］の副走査方向の間隔を計測する。ここでＣＰＵ６０は、ｓｐ［２］［１］とｓｐ［１］［１］位置に対応する第１のカンチレバー３の駆動電圧（その設定値）を基本データとして予め把握しており、他方でｓｐ［２］［１］とｓｐ［１］［１］の副走査方向の間隔が走査位置検出部８０で検出できるため（図１３参照）、単純な線形演算によって副走査方向に所望の距離だけ光スポットをずらそうとした場合の補正電圧を算出することができる。
【０１３１】
ＣＰＵ６０は、各カンチレバーを駆動する基本データに、補正電圧に対応するデータを加減算してカンチレバー駆動データを生成し、これをＲＡＭ６４にセットする（図９参照）。これによって、第２のカンチレバー４を駆動することで、第１のカンチレバー３が変位することが防止され、光スポットを常に高精度でスクリーン３５上に投影できる。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
以上述べてきたように、本発明の光走査装置は、非常に簡易な構成で高速な光走査が可能となることから、レーザスキャナ、レーザプロジェクタ等に好適に応用できる。また、本発明の光走査装置は小型化、及び高集積化が可能であることから、いわゆる光スイッチして光ネットワーク回線のバースト伝送用のスイッチングに応用することができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１    光走査装置
２    拘束支持体
３    第１のカンチレバー
４    第２のカンチレバー
５    ミラー部
６    レーザ光線
１０    第１の圧電素子
１１    第２の圧電素子
１５ａ    第１の配線部材
１５ｂ    第２の配線部材
１６    両軸回動中心
３０    走査用半導体レーザ
３１    制御部
３２，３３    ドライバ
３５    スクリーン
４１    基板
４３    第１の電極
４４    圧電体
４５    第２の電極
４８    補強材
６０    ＣＰＵ
６３    フラッシュメモリ
６２，６４    ＲＡＭ
６５，６６    ディジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）
６９    制御ロジック部
７０    レーザ駆動回路
８０    走査位置検出部
９０    エリアセンサ
９１    位置補正用半導体レーザ
９５    バッファ
９６    タイミング生成部
９７    レーザ駆動回路
１００    レーザプロジェクタ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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