(57)【要約】【課題】ミアンダ構造の圧電アクチュエータにより反射部を、その回転軸線として設定した設定回転軸線の回りに往復回動させる光偏向器において、反射部の実際の回転軸線が設定回転軸線からずれることを防止する。【解決手段】光偏向器１は、反射部２を支持する支持部３と、ミアンダパターン配列で直列に結合している複数の圧電カンチレバー５を有し、反射部２と支持部３との間に介在して、反射部２を反射部２の対称線（ｘ軸）の回りに往復回動させる圧電アクチュエータ４とを備える。反射部２は、反射部２に近い方から１番及び２番の圧電カンチレバー５ａ，５ｂを連結する折返し部６ａがある側とは反対側の半部に錘１１を有している。【選択図】図１
2015184592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する反射部と、
前記反射部を支持する支持部と、
ミアンダパターン配列で直列に結合している複数の圧電カンチレバーを有し、前記反射部と前記支持部との間に介在して、前記反射部の回転軸線として設定した前記反射部の対称線の回りに前記反射部を往復回動させる圧電アクチュエータとを備え、
前記反射部は、前記対称線に対して、前記圧電アクチュエータの前記複数の圧電カンチレバーのうち前記反射部に近い方から１番の圧電カンチレバーと２番の圧電カンチレバーとを連結する折返し部とは反対側にある一方の半部の重量が他方の半部の重量より重くなるように形成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、
前記一方の半部に錘が付加されているか、又は前記他方の半部に切欠きが形成されていることを特徴とする光偏向器。
【請求項３】
光を反射する反射部と、
前記反射部を包囲して支持する内枠部と、
前記内枠部を包囲して支持する外枠部と、
前記反射部と内枠部との間に介在して、前記反射部の第１回転軸線として設定した前記反射部の第１対称線の回りに前記反射部を往復回動させる内側圧電アクチュエータと、
ミアンダパターン配列で直列に結合している複数の圧電カンチレバーを有し、前記内枠部と前記外枠部との間に介在して、前記内枠部を所定の対称線の回りに往復回動させることにより、前記反射部を、前記第１回転軸線に直交する第２回転軸線として設定した前記反射部の第２対称線の回りに前記反射部を往復回動させる外側圧電アクチュエータとを備え、
前記内枠部は、前記所定の対称線に対して、前記外側圧電アクチュエータの前記複数の圧電カンチレバーのうち前記内枠部に近い方から１番の圧電カンチレバーと２番の圧電カンチレバーとを連結する折返し部とは反対側にある一方の半部の重量が他方の半部の重量より重くなるように形成されていることを特徴とする光偏向器。
【請求項４】
請求項３記載の光偏向器において、
前記一方の半部に錘が付加されているか、又は前記他方の半部に切欠きが形成されている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、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスとして製造される光偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシニング技術などを利用して製造されるＭＥＭＳデバイスの一種としてＭＥＭＳ光偏向器の開発が各研究機関で盛んに行われている。ＭＥＭＳデバイスの光偏向器（以下、「ＭＥＭＳ光偏向器」という）は、入射光を反射する反射部と、反射部を回転軸線の回りに往復回動させるアクチュエータとを備え、回転軸線の回りの反射部の往復回動により反射光を出射するものである。ＭＥＭＳ光偏向器は、例えばレーザプロジェクタ、レーザビームプリンタ、レーザレーダー、バーコードリーダ、エリアセンサなど、種々の光学機器への応用が可能であり、これら光学機器の小型化に寄与するものである。
【０００３】
ＭＥＭＳ光偏向器のアクチュエータとしては、圧電膜の伸縮を利用する圧電アクチュエータが一般的である。特に、複数の圧電カンチレバーをミアンダパターン配列で直列に結合した圧電アクチュエータ（以下、「ミアンダ構造アクチュエータ」という）は、大きな駆動力と変位量を得られるので、反射部を共振周波数以外の周波数で駆動する場合に適している（例：特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４０２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＭＥＭＳ光偏向器では、反射部の円や矩形等の幾何学形状の対称線を回転軸線として設定し、この対称線の回りに反射部が往復回動するように、ミアンダ構造アクチュエータは作動端を変位させる。一方、ミアンダ構造アクチュエータでは、ミアンダパターンにおいて隣り合う圧電カンチレバーが、折返し部により連結されており、作動中は、該折返し部側を節にして、運動する。
【０００６】
折返し部は、所定の剛性を有して、隣り合う圧電カンチレバーを連結しているので、隣り合う圧電カンチレバーが折返し部を節にして運動する際に、節側に引き込まれる傾向がある。このため、ミアンダ構造アクチュエータの作動端が設定した位置からずれて、反射部の実際の回転軸線が、回転軸線として設定された対称線からずれるという問題がある。
【０００７】
図７〜図９を参照して、光偏向器において、反射部１０１の実際の回転軸線が反射部１０１の対称線（設定された回転軸線）からずれたときの問題点を具体的に説明する。図７〜図９において、反射部１０１は、レーザ光源からの入射光１０２を反射して、反射光を走査光１０３として出射する。
【０００８】
対称線位置Ｍoは、反射部１０１の回転軸線として設定される反射部１０１の対称線の位置を示す。回転軸線位置Ｒoは、反射部１０１がミアンダ構造型圧電アクチュエータの作用により実際に往復回動する回転軸線の位置を示している。反射部１０１は、それと正対する方向視で円や矩形等の左右対称及び上下対称の幾何学形状に設定されており、少なくとも１本の対称線を有している。反射部１０１を往復回動させるに当たっては、反射部１０１を幾何学形状の対称線の回りに往復回動させることが望ましい。そのため、反射部１０１がその幾何学形状（例：円や矩形）の対称線の回りに往復回動するように、該対称線が回転軸線として設定される。
【０００９】
図７〜図９において、（ａ）は対称線位置Ｍoと回転軸線位置Ｒoとが一致した場合の走査光１０３の進路としての設定進路を示し、（ｂ）は光偏向器において回転軸線位置Ｒoが対称線位置Ｍoに対してずれた場合の走査光１０３の進路としての、すなわち設定外進路を示している。（ｂ）では、回転軸線位置Ｒoが反射部１０１の一端になるので、反射部１０１の回動角範囲Ａは、（ａ）の回動角範囲Ａのほぼ２倍となっている。
【００１０】
レーザ光源からの入射光１０２は、光偏向器の中心、すなわち対称線位置Ｍoと回転軸線位置Ｒoとが一致しているとのき対称線位置Ｍoに向かって入射する。スクリーン１０４は、設定進路を進んだ走査光１０３による予定の照射領域Ｂが生成される向きで配設されている。スクリーン１０４は、問題点の説明上、入射光１０２は通過させ、走査光１０３は通過させずに照射パターンを生成するようになっており、説明の便宜上、想定した仮想スクリーンである。また、光偏向器の中心としての反射部の中心に対して時計方向に角度を定義して、該中心から真っ直ぐ前方の角度を０°と定義する。
【００１１】
図７は、光偏向器に対する入射光１０２の入射角度が０°であるときの問題点の説明図である。このとき、スクリーン１０４の面は、０°で出射する走査光に対して直角に設定される。（ａ）の設定の照射領域Ｂに対して、（ｂ）の設定外の照射領域Ｂは、位置がスクリーン１０４の面方向にずれている。
【００１２】
図８は、光偏向器への入射光１０２の入射方向が左４５°であるときの問題点の説明図である。このとき、スクリーン１０４の面は、右４５°で出射する走査光に対して直角に設定される。（ａ）の設定の照射領域Ｂに対して、（ｂ）の設定外の照射領域Ｂは、拡大し、間延びした像が生成される。
【００１３】
図９は、光偏向器への入射光１０２の入射方向が右４５°であるときの問題点の説明図である。このとき、スクリーン１０４の面は、左４５°で出射する走査光に対して直角に設定される。（ａ）の設定の照射領域Ｂに対して、（ｂ）の設定外の照射領域Ｂは、縮小し、像が縮小してしまう。
【００１４】
本発明の目的は、ミアンダ構造の圧電アクチュエータにより反射部を往復回動させる場合に、反射部の回転軸線として設定した対称線に対して実際の回転軸線がずれることを防止した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】
【００１５】
本発明の光偏向器は、光を反射する反射部と、前記反射部を支持する支持部と、ミアンダパターン配列で直列に結合している複数の圧電カンチレバーを有し、前記反射部と前記支持部との間に介在して、前記反射部の回転軸線として設定した前記反射部の対称線の回りに前記反射部を往復回動させる圧電アクチュエータとを備える。そして、前記反射部は、前記対称線に対して、前記圧電アクチュエータの前記複数の圧電カンチレバーのうち前記反射部に近い方から１番の圧電カンチレバーと２番の圧電カンチレバーとを連結する折返し部とは反対側にある一方の半部の重量が他方の半部の重量より重くなるように形成されている。
【００１６】
本発明によれば、反射部は、対称線に対して一方の半部の重量が他方の半部の重量より重くなるように、形成される。ミアンダパターンにおいて隣り合う圧電カンチレバーは、それらを相互に連結する折返し部を節にして、湾曲運動するのに伴って、節の折返し部の方へ引きこまれる傾向がある。また、折返し部が複数存在する場合、圧電アクチュエータの作動端の位置への影響は、作動端に近い折返し部の方ほど強い。反射部に近い方から１番の圧電カンチレバーと２番の圧電カンチレバーとを連結する折返し部とは反対側の一方の半部を他方の半部より重くすることにより、一方の半部は重量増大のために他方の半部より回動し難くなる。この結果、反射部の実際の回転軸線を設定回転軸線からずれることを防止することができる。
【００１７】
本発明の光偏向器において、前記一方の半部に錘が付加されているか、又は前記他方の半部に切欠きが形成されていることが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、反射部において対称線に対して一方の半部の重量を他方の半部の重量より重くする構造を、錘又は切欠きにより円滑に達成することができる。
【００１９】
本発明の光偏向器は、光を反射する反射部と、前記反射部を包囲して支持する内枠部と、前記内枠部を包囲して支持する外枠部と、前記反射部と内枠部との間に介在して、前記反射部の第１回転軸線として設定した前記反射部の第１対称線の回りに前記反射部を往復回動させる内側圧電アクチュエータと、ミアンダパターン配列で直列に結合している複数の圧電カンチレバーを有し、前記内枠部と前記外枠部との間に介在して、前記内枠部を所定の対称線の回りに往復回動させることにより、前記反射部を、前記第１回転軸線に直交する第２回転軸線として設定した前記反射部の第２対称線の回りに前記反射部を往復回動させる外側圧電アクチュエータとを備える。そして、前記内枠部は、前記所定の対称線に対して、前記外側圧電アクチュエータの前記複数の圧電カンチレバーのうち前記内枠部に近い方から１番の圧電カンチレバーと２番の圧電カンチレバーとを連結する折返し部とは反対側にある一方の半部の重量が他方の半部の重量より重くなるように形成されている。
【００２０】
本発明によれば、反射部を、直交する第１及び第２対称線の回りに往復回動させる光偏向器において、内枠部は、所定の対称線に対して一方の半部の重量が他方の半部の重量より重くなるように、形成される。ミアンダパターンにおいて隣り合う圧電カンチレバーは、それらを相互に連結する折返し部を節にして、運動をするのに伴って、節の折返し部の方へ引きこまれる傾向がある。また、折返し部が複数存在する場合、圧電アクチュエータの作動端の位置への影響は、作動端に近い折返し部の方ほど強い。内枠部において、内枠部に近い方から１番の圧電カンチレバーと２番の圧電カンチレバーとを連結する折返し部とは反対側の一方の半部を他方の半部より重くすることにより、一方の半部は重量増大のために他方の半部より回動し難くなる。この結果、反射部の実際の回転軸線を反射部の第２対称線からずれることを防止することができる。
【００２１】
本発明の光偏向器において、前記一方の半部に錘が付加されているか、又は前記他方の半部に切欠きが形成されていることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、内枠部において内枠部の所定の回転軸線に対して一方の半部の重量を他方の半部の重量より重くする構造を、錘又は切欠きにより円滑に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態の光偏向器を斜め前方から示す斜視図。
【図２】図１の光偏向器の中心を通る断面図。
【図３】シミュレーションに適用した光偏向器の構造図を示し、（ａ）は正面側の斜視図、（ｂ）は背面側の斜視図。
【図４】シミュレーション結果を示した図であり、（ａ）は正面側の斜視図、（ｂ）は背面側の斜視図。
【図５】第２実施形態の光偏向器を斜め前方から示す斜視図。
【図６】図５の光偏向器の中心を通る断面図。
【図７】入射光が０°の方向から入射する場合の説明図であり、（ａ）は走査光の設定進路を示す図、（ｂ）は走査光の設定外進路を示す図。
【図８】入射光が左４５°の方向から入射する場合の説明図であり、（ａ）は走査光の設定進路を示す図、（ｂ）は走査光の設定外進路を示す図。
【図９】入射光が右４５°の方向から入射する場合の説明図であり、（ａ）は走査光の設定進路を示す図、（ｂ）は走査光の設定外進路を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第１実施形態］
図１は、１軸駆動方式の光偏向器１を斜め前方から示す斜視図である。なお、光偏向器１において、光偏向器１の厚み方向に前側と後ろ側とを定義し、前側とは走査光を出射する側をいい、後ろ側とは前側の反対側をいうものとする。
【００２５】
光偏向器１は、矩形の反射部２と、反射部２を包囲する矩形枠３とを、中心点を同一に揃えて、備えている。反射部２は、矩形の中心を通り、長辺に沿って平行な直線が対称線（対称軸）となっている。反射部２は、前面にミラー面を有し、図示していないレーザ光源からのレーザ光を前方から中心に入射され、入射光をミラー面において反射部２の法線の向きに応じた反射角で反射して、走査光として出射する。
【００２６】
ここで、構造の説明の便宜上、ｘ−ｙ−ｚの３軸直交座標系を定義する。該３軸直交座標系において、原点ｏを矩形の反射部２の前面のミラー面の中心に置く。ｘ軸及びｙ軸は静止部としての矩形枠３の長辺及び短辺に対してそれぞれ平行な方向にする。ｚ軸は、光偏向器１の後ろ側から前側に向かう向きを正とする。この場合、ｘ軸は、反射部２の前述の対称線に一致する。
【００２７】
図１は、光偏向器１の作動停止中の状態を示しており、反射部２の前面のミラー面上の中心点の法線はｚ軸に一致している。光偏向器１は、ｙ−ｚ平面に対して、対称な構造となっている。
【００２８】
この反射部２は、前面視（ｚ軸方向視）で２つの対称線を有している。１つは、ｘ軸に沿って延在する対称線であり、もう１つはｙ軸に沿って延在する対称線である。反射部２は、この例では、矩形であるが、前面視でｘ軸に沿って延在する対称線を有すれば、円形や正方形等の他の形状とすることができる。ｘ軸に沿って延在する対称線は、反射部２の回転軸線として設定される。以下、この設定された回転軸線を「回転軸用対称線」という。
【００２９】
圧電アクチュエータ４は、反射部２及び矩形枠３との間に介在する。具体的には、矩形枠３の内周側でかつｘ軸方向に反射部２の両側に配設され、連結部８，９により反射部２及び矩形枠３に結合している。圧電アクチュエータ４において連結部８，９側の端はそれぞれアクチュエータの作動端（先端）及び支持端（基端）として機能する。圧電アクチュエータ４は、ミアンダ構造とされる。ここで、ミアンダ構造の圧電アクチュエータとは、複数の圧電カンチレバーがミアンダパターンで配列されて直列に結合している構造を有する圧電アクチュエータをいうものとする。
【００３０】
圧電アクチュエータ４は、ミアンダ構造の圧電アクチュエータとして、ミアンダパターンで配列されて折返し部６ａ〜６ｄにより直列に連結された４つの圧電カンチレバー５ａ〜５ｅを備えている。圧電カンチレバー５ａ〜５ｅ及び折返し部６ａ〜６ｄは、符号末尾のアルファベット順に反射部２に近い方からの順番になっている。以下、圧電カンチレバー５ａ〜５ｅ及び折返し部６ａ〜６ｄを総称するときは、それぞれ単に「圧電カンチレバー５」及び「折返し部６」という。
【００３１】
圧電カンチレバー５は、圧電膜層と、該圧電膜層を厚み方向の両側から挟む２つの電極層とを有する。電極パッド７は、矩形枠３の前面に配備され、折返し部６の電極層に図示しない配線を介して接続されている。
【００３２】
反射部２は、後面（裏面）側において錘１１を有している。錘１１は、矩形の反射部２においてｙ軸方向の負側の短辺に沿って直線の突条として形成されている。
【００３３】
図２は、図１の光偏向器１のｙ−ｚ平面に沿った断面図である。光偏向器１は、ＭＥＭＳデバイスとして、マイクロマシニング技術を利用して製造される。光偏向器１は、下側から順番に、Ａｌ（アルミニウム）薄膜１５、珪素（Ｓi）層１６、中間酸化膜層１７、珪素層１８及び表面酸化膜層１９の積層構造をもつ。なお、中間酸化膜層１７及び表面酸化膜層１９の酸化膜はＳｉ０2となっている。珪素層１６、中間酸化膜層１７及び珪素層１８はＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウエハを構成し、Ａｌ薄膜１５は、ＳＯＩウエハの裏面側に蒸着により形成され、表面酸化膜層１９は、珪素層１８の表面を酸化することにより形成される。
【００３４】
ミラー面２３は、金属蒸着法等により例えばＡｌ等の金属を珪素層１８の表面に形成される。錘１１は、反射部２の本体部分（裏側において錘１１が形成されていない部分）の後面を形成するために、光偏向器１の裏側からＡｌ薄膜１５、珪素層１６及び表面酸化膜層１９をエッチングで除去した後、積層により作成する。又は、錘１１の相当部位において、珪素層１８を完全除去とすることなく、除去量を調整することにより、形成することができる。錘１１の厚みは、例えば数ミクロン程度となっている。
【００３５】
錘１１の別の形成の仕方としては、反射部２の裏面側全体を珪素層１８の面が露出するまで、エッチングし、次に、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ又はＰｔの層を錘１１の部位に積層するようにしてもよい。その場合、錘１１は、１層でもよいし、複数材料から成る積層構造でもよく、例えばリフトオフ法により形成する。
【００３６】
錘１１の作用を除く光偏向器１の一般的作用について説明する。反射部２は、ｘ軸方向に両側の圧電アクチュエータ４に回転軸用対称線（ｘ軸）の回りに駆動周波数Ｆaで往復回動させられる。なお、光偏向器１は、１軸駆動方式であるので、反射部２の回転軸用対称線は、反射部２の向きに関係なく、ｘ軸上にある。
【００３７】
一方、反射部２には、図示していないレーザ光源からレーザ光が反射部２の中心（原点ｏの位置）に入射する。入射光は、ｘ軸の回りの反射部２の回動角に応じた反射角で反射部２において反射して、光偏向器１から出射する。こうして、反射部２の反射光は、ｙ−ｚ平面内において出射方向が変化する走査光として光偏向器１から出射される。
【００３８】
圧電アクチュエータ４の作用について、詳細に説明する。説明の便宜上、圧電アクチュエータ４の圧電カンチレバー５及び折返し部６に、反射部２に近い方から順番に番号を付ける。圧電カンチレバー５ａ〜５ｅはそれぞれ１番〜５番の圧電カンチレバー５となり、折返し部６ａ〜６ｄはそれぞれ１番〜４番の折返し部６となる。
【００３９】
各圧電カンチレバー５の圧電膜には、同一の駆動周波数Ｆaで増減する駆動電圧が電極パッド７を介して供給される。ただし、該駆動電圧の位相は、奇数番の圧電カンチレバー５と偶数番の圧電カンチレバー５とでは、相互に逆位相となる。
【００４０】
各圧電カンチレバー５の圧電膜は、それに印加された駆動電圧及び駆動周波数Ｆaに応じて、圧電カンチレバー５の長手方向に伸縮し、これに伴い、各圧電カンチレバー５は、厚み方向に湾曲変形し、連結部８を作動端として反射部２に、ｘ軸の回りの回転駆動力を駆動周波数Ｆaで付与する。これにより、反射部２は、駆動周波数Ｆaでｘ軸の回りに往復回動する。
【００４１】
なお、ミアンダパターン配列の両端の圧電カンチレバー５ａ，５ｅの長さは、中間の圧電カンチレバー５ｂ〜５ｄの長さの半分になっている。したがって、圧電膜への駆動電圧印加時では、圧電カンチレバー５ａ，５ｅの変形量は、圧電カンチレバー５ｂ〜５ｄの変形量の約半分になる。
【００４２】
光偏向器１における錘１１の作用効果を調べるシミュレーションを行った。該シミュレーションについて図３及び図４を参照して説明する。
【００４３】
図３において、ｘ−ｙ−ｚの３軸直交座標系は、図１のｘ−ｙ−ｚの３軸直交座標系に対応している。
【００４４】
光偏向器３１は、ｚ軸方向変位量の計算のシミュレーションのために、光偏向器１の構造を単純化した構造で図示している。（ａ）は光偏向器３１の斜め前方（表側）から光偏向器３１を見た斜視図、（ｂ）は斜め後方（裏側）から光偏向器３１を見た斜視図である。
【００４５】
光偏向器３１において、反射部３２及び錘３９は、光偏向器１の反射部２及び錘１１に相当する。反射部３２は、剛性を強化するために、裏面側において裏当て４０を有する。裏当て４０は、裏面視でｘ軸及びｙ軸の両方に対して対称な形状であり、反射部３２の裏面に一様な厚みで形成されている。
【００４６】
圧電アクチュエータ３３は、光偏向器１の圧電アクチュエータ４に相当する。なお、圧電アクチュエータ４では、圧電カンチレバー５は５つ存在するが、圧電アクチュエータ３３では、圧電カンチレバー３４は４つとなっている。反射部の必要とされる振れ角が大きいほど、圧電アクチュエータの作用力を増大する必要があるので、圧電カンチレバーの個数は、反射部の必要とされる振れ角に合わせて、調整される。ミアンダパターン配列の両端の圧電カンチレバー３４ａ，３４ｄは、長さが中間の圧電カンチレバー３４ｂ，３４ｃの長さの半分となっている。取付け部３５は、反射部３２の支持部として光偏向器１の矩形枠３に相当する。
【００４７】
図４は、光偏向器３１のｚ軸方向変位量の計算のシミュレーション結果を示している。色の濃い部位ほどｚ軸方向の変位量が大きく、色の薄い部位ほどｚ軸方向の変位量が小さい。白色の領域は、シミュレーション結果においてｚ軸方向に変位しなかったこと、すなわち反射部３２の回転軸線を示している。
【００４８】
図４では、ｚ軸方向の変位量が０になる部位は、ｘ軸上になっており、錘３９付きの反射部３２の回転軸線がｘ軸（反射部３２の回転軸用対称線）になったことを意味する。したがって、光偏向器１においても、反射部２への錘１１の付加により、反射部２の実際の回転軸線が反射部２のｘ軸（反射部２の回転軸用対称線）に矯正される。
【００４９】
ｚ軸方向変位量の計算のシミュレーションの具体的内容について説明する。
【００５０】
当該シミュレーションは、ＭＥＭＳ構造のモード解析をＦＥＭ（有限要素法）により行った。モード解析とは、各固有の共振点における動作（変移）を計算するものである。シミュレーションを行うにあたっての設定条件は、（ａ）錘の形状（幅、長さ及び厚み）、（ｂ）錘の数、（ｃ）錘の重さ（又は密度）、及び（ｄ）錘の設置場所である。シミュレーションソフトとして、Ｏｐｅｎ−Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社製の「Ｏｏｆｅｌｉｅ（登録商標）」を使用した。
【００５１】
錘を付ける際の指針として次の（ａ）〜（ｃ）をシミュレーションソフトに設定した。（ａ）設置する錘３９の重心は、ｙ軸上において反射部３２の最も負側に位置（仮定位置）に設定する。ここで、ｙ軸は、回転軸線に対して直交しかつ光偏向器３１の構造の対称線として選択されている。（ｂ）錘３９の形状、数及び重さは限定しない。また、錘３９の重心はｙ軸上に設定するものの、錘３９の具体的な設置場所は限定しない。例えば、錘３９を複数部分に分割し、複数部分を集めた全体の重心がｙ軸上に設定されればよい。
【００５２】
もし、上記（ａ）及び（ｂ）の指針によるシミュレーションでｘ軸（反射部３２の回転軸用対称線）が実際の回転軸線になったことが判明したら、仮定位置を錘３９の重心の位置とする。もし、シミュレーションで判明した実際の回転軸線がｘ軸よりｙ軸方向に正側にあれば、錘３９の重量を、所定量増大させる。もし、シミュレーションで判明した実際の回転軸線がｘ軸よりｙ軸方向に負側にあれば、錘３９の重心位置をｙ軸方向に正側に所定量変位させる。この処理を、シミュレーションでｘ軸が実際の回転軸線になるまで、繰り返す。
【００５３】
［第２実施形態］
図５は、２軸駆動方式の光偏向器５１を斜め前方から示す斜視図である。光偏向器５１は、中心を一致させて反射部５２、内枠部５５及び外枠部６０を有している。外枠部６０は内枠部５５を包囲し、内枠部５５は反射部５２を包囲している。
【００５４】
光偏向器５１についても、光偏向器１（図１）のときと同様に、説明の便宜上、ｘ−ｙ−ｚ直交座標系を定義する。該直交座標系の原点ｏは、反射部５２の前面のミラー面の中心に置き、ｘ軸及びｙ軸は静止部としての外枠部６０の長辺及び短辺に対してそれぞれ平行な方向とする。
【００５５】
反射部５２は、前面にミラー面を有し、前方から光、例えばレーザ光を中心に入射され、入射光をミラー面の法線の向きに応じた反射角で反射して、走査光として出射する。
【００５６】
光偏向器５１は、ｙ−ｚ平面に対して、対称な構造となっている。この反射部５２は、円形であり、原点ｏを通る直線はすべて反射部５２の対称線となる。以下、反射部５２の法線がｚ軸に一致したときにｙ軸に一致する対称線を「第１対称線」と名付け、ｘ軸に一致する対称線を「第２対称線」と名付ける。第１対称線及び第２対称線は、反射部５２の直交する第１及び第２回転軸線として設定される。
【００５７】
なお、光偏向器５１の作動時、反射部５２の第２対称線は、ｘ軸上に留まることなく、ｘ−ｚ平面内においてｙ軸の回りに往復回動する。また、光偏向器５１の作動時、反射部５２の第１対称線は、ｙ軸上に留まることなく、ｙ軸の回りに往復回動する第２対称線の回りに往復回動する。反射部５２は、この例では、円形であるが、直交する対称線が２本以上確保される形状であれば、正方形や正六角形等のその他の形状とすることができる。
【００５８】
トーションバー５４は、ｙ軸方向に反射部５２の両側に配設され、ｙ軸に沿って延在し、両端において反射部５２と内枠部５５と結合している。トーションバー５４の軸線は、反射部５２の対称線の１つに一致している。
【００５９】
内側圧電アクチュエータ５３は、所定幅の半円環形状であり、反射部５２をｘ軸方向の両側でかつ内枠部５５の内周側に配設され、半円環状形状の両端において各トーションバー５４の中間部に結合している。連結部５６は、ｘ軸に沿って延在し、内側圧電アクチュエータ５３の半円環形状の中央部と内枠部５５の内周とを連結している。
【００６０】
外側圧電アクチュエータ６１は、外枠部６０の内周側でかつｘ軸方向に内枠部５５の両側に配設され、ｘ軸上に配設された連結部６６，６７により内枠部５５及び外枠部６０に結合している。外側圧電アクチュエータ６１は、ミアンダ構造とされ、ミアンダパターンで配列されて折返し部６３ａ〜６３ｄにより直列に連結された５つの圧電カンチレバー６２ａ〜６２ｅを備えている。圧電カンチレバー６２ａ〜６２ｅ及び折返し部６３ａ〜６３ｄは、符号末尾のアルファベット順に反射部２に近い方からの順番になっている。以下、圧電カンチレバー６２ａ〜６２ｅ及び折返し部６３ａ〜６３ｄを総称するときは、それぞれ単に「圧電カンチレバー６２」及び「折返し部６３」という。
【００６１】
圧電カンチレバー６２は、圧電膜層と、該圧電膜層を厚み方向両側から挟む２つの電極層とを有する。電極パッド７０は、外枠部６０の前面に配備され、内側圧電アクチュエータ５３及び圧電カンチレバー６２の電極層に図示しない配線を介して接続されている。
【００６２】
反射部５２は、後面（裏面）側において錘７４を有している。錘７４は、円形の反射部５２においてｙ軸方向の負側の端部において背面視が例えば弓形に形成されている。弓形の円弧は、背面視で反射部５２の円弧に一致し、弓形の弦は、背面視でｘ軸に平行となっている。
【００６３】
別の観点で内枠部５５における錘７４の位置を説明する。内枠部５５は、ｘ軸に一致する対称線としての第２対称線を有し、第２対称線に対してｙ軸方向の正側の半部と負側の半部に区分される。錘７４は、内枠部５５の負側の半部の裏面に形成されている。
【００６４】
外側圧電アクチュエータ６１の圧電カンチレバー６２及び折返し部６３に、内枠部５５に近い方から順番に番号を付ける。圧電カンチレバー６２ａ〜６２ｅはそれぞれ１番〜５番の圧電カンチレバーとなり、折返し部６３ａ〜６３ｄはそれぞれ１番〜４番の折返し部となる。錘７４が形成される、内枠部５５のｙ軸方向の負側の半部は、内枠部５５の回転軸線として設定された対称線（ｘ軸一致する）に対して１番の折返し部６３ａが配設されている側とは反対側となる。
【００６５】
錘７４の形状は、反射部５２の形状に合わせて設定される。錘７４の重量が同一であっても、錘７４の重心位置がｙ軸方向に原点ｏから負側に遠い位置になるほど、反射部５２の実際の回転軸線をｙ軸方向に負側に移動させる効果は高まる。一方、反射部５２の軽量化上は、錘７４の重量が小さいほど、有利となる。したがって、錘７４を許容厚みを超えない程度の一様厚みで、反射部５２のｙ軸方向の負側の端に寄せることが望まれる。内枠部５５の外周縁が矩形であるときは、光偏向器１（図１）の反射部２の錘１１のときと同様に、錘７４は、ｙ軸方向の負側の内枠部５５の辺に沿って形成された直線の突条の形状にされることが好ましい。
【００６６】
なお、錘７４の形状は、ｙ−ｚ平面に対して対称であり、かつ許容値内の隆起量の形状であれば、その他の形状であってもよい。錘７４の個数は、それらを合わせた重心位置がｙ軸上にあれば、２以上であってもよい。
【００６７】
図６は、光偏向器５１をｙ−ｚ平面に沿って切ったときの断面図である。光偏向器５１も、光偏向器１と同様に、ＭＥＭＳデバイスとして、マイクロマシニング技術を利用して製造される。光偏向器５１の積層構造は、光偏向器１の積層構造（図２）と同一であり、光偏向器１の層と同一の層は、光偏向器１の層に付けた符号を付けて、示す。
【００６８】
ｙ−ｚ平面に沿った光偏向器５１の断面図では、反射部５２、トーションバー５４及び内枠部５５の断面が連続する。ミラー面７７は、光偏向器１のミラー面２３（図３）と同様の製法及び材料によって反射部５２の前面（表面）に形成される。
【００６９】
光偏向器５１の作用について説明する。最初に光偏向器５１の全体の作用を概略的に説明してから、内枠部５５、外側圧電アクチュエータ６１及び錘７４の個々の作用（効果を含む）について説明する。
【００７０】
光偏向器５１は、２軸駆動方式の光偏向器であり、反射部５２は、内側圧電アクチュエータ５３及び外側圧電アクチュエータ６１に駆動されてそれぞれ第１対称線及び第２対称線の回りに共振周波数Ｆr（例：１８ｋＨｚ）及び非共振周波数Ｆs（例：６０Ｈｚ）で往復回動する。
【００７１】
共振周波数Ｆrは、反射部５２の第１回転軸線として設定される反射部５２の第１対称線の回りに共振振動で往復回動する時の周波数である。非共振周波数Ｆｓは、共振周波数Ｆrとは別の周波数であるとともに、反射部５２の第２回転軸線として設定される反射部５２の第２対称線の回りに共振振動しないで往復回動する時の周波数である。第１対称線及び第１対称線は、
非共振周波数Ｆs＜共振周波数Ｆrの関係がある。
【００７２】
一方、反射部５２には、図示していないレーザ光源からレーザ光が反射部５２の中心（原点ｏの位置）に入射する。反射部５２は、その法線の向きに応じた方向にレーザ光を反射して、出射する。反射部５２の法線の向きは、第１対称線の回りの反射部５２の回動角と、第２対称線の回りの反射部５２の回動角とに対応する。こうして、反射部５２の反射光は、第１対称線の回りには共振周波数Ｆrの走査周波数であり、また、第２対称線の回りには非共振周波数Ｆsの走査周波数である走査光として、光偏向器５１から出射される。
【００７３】
ミアンダ構造アクチュエータである外側圧電アクチュエータ６１の作用は、同様にミアンダ構造アクチュエータである圧電アクチュエータ４（図１）の作用と概ね同一である。しかしながら、圧電アクチュエータ４は、１軸駆動方式の光偏向器１に装備されているために、反射部２を直接、対称線の回りに往復回動させている。これに対し、外側圧電アクチュエータ６１は、２軸駆動方式の光偏向器５１に装備されているために、内枠部５５を内枠部５５の所定の対称線（ｘ軸）の回りに非共振周波数Ｆsで往復回動させることにより、内枠部５５を介して反射部５２を第２対称線の回りに非共振周波数Ｆsで往復回動させる。
【００７４】
錘７４は、光偏向器１の錘１１と同様に、シミュレーション計算により、ミアンダ構造の外側圧電アクチュエータ６１の駆動力による反射部５２の往復回動の実際の回転軸線が、第２対称線に矯正される位置及び重さで、内枠部５５の裏面に形成される。すなわち、錘７４によって、内枠部５５は、ｙ軸方向に負側の半部の重量が正側の半部の重量より重くなる重量不均衡が生じる。内枠部５５の実際の回転軸線は、錘７４による重量不均衡がなければ、内枠部５５の回転軸線として設定した対称線（ｘ軸）からずれるが、この重量不均衡により対称線（ｘ軸）に戻される。この結果、反射部５２の実際の第２回転軸線が第２対称線からずれることが防止される。
【００７５】
本発明の実施形態について説明した。実施形態の光偏向器１，５１は、例えば、レーザプロジェクタ、レーザビームプリンタ、レーザレーダー、バーコードリーダ、エリアセンサなどに使用される。
【００７６】
実施形態の光偏向器１（図１）では、反射部２の対称線（ｘ軸）に対して一方の半部に錘１１を形成して、反射部２の一方の半部を他方の半部の重量より重くしている。この変形例として、錘１１に代えて、他方の半部に所定の切欠きを形成して、他方の半部を軽量化することにより、反射部２の一方の半部を他方の半部の重量より重くしてもよい。
【００７７】
同様に、実施形態の光偏向器５１（図５）では、内枠部５５の所定の対称線（ｘ軸）に対して一方の半部に錘７４を形成して、一方の半部を重量化することにより、内枠部５５の一方の半部を他方の半部の重量より重くしている。この変形例として、錘７４に代えて、他方の半部に所定の切欠きを形成して、他方の半部を軽量化することにより、内枠部５５の一方の半部を他方の半部の重量より重くすることもできる。
【００７８】
実施形態の光偏向器１では、圧電アクチュエータ４の作動端としての連結部８が反射部２の対称線上（ｘ軸上）に存在するが、圧電カンチレバー５ａの長さを圧電カンチレバー５ｂと等しい長さにして、圧電アクチュエータ４の作動端をｙ軸方向に反射部２の負側の端部にすることもできる。
【００７９】
同様に、実施形態の光偏向器５１では、外側圧電アクチュエータ６１の作動端としての連結部６６が内枠部５５の対称線上（ｘ軸上）に存在するが、圧電カンチレバー６２ａの長さを圧電カンチレバー６２ｂと等しい長さにして、外側圧電アクチュエータ６１の作動端をｙ軸方向に内枠部５５の負側の端部にすることもできる。
【００８０】
実施形態の光偏向器１では、支持部としての矩形枠３は、反射部２を包囲して、反射部２を支持しているが、本発明の支持部は、反射部２を包囲する構造ではなく、反射部２をその一方の側のみから支持する構造であってもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１，５１・・・光偏向器、２，５２・・・反射部、３・・・矩形枠（支持部）、４・・・圧電アクチュエータ、５，６２・・・圧電カンチレバー、６，６３・・・折返し部、１１，７４・・・錘、５３・・・内側圧電アクチュエータ、５５・・・内枠部、６０・・・外枠部、６１・・・外側圧電アクチュエータ。
【図７】
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【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８】
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【図９】
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