(57)【要約】【課題】大きな偏向角および大振幅動作が得られ、また、小型化、薄型化、および軽量化を図ることができる光偏向器を提供すること。【解決手段】反射板１を弾性支持部２ａ，２ｂを中心に回転振動させる圧電ユニモルフ振動体２１０ａ〜２１０ｄを備えた光偏向器であって、圧電ユニモルフ振動体２１０ａ〜２１０ｄの振動板２３ａ〜２３ｄの両端の一方を弾性支持部２ａ，２ｂに接続するとともに、両端のもう一方を支持体９に接続し、振動板２３ａ〜２３ｄ、反射板１、弾性支持部２ａ，２ｂ、支持体９を一体に形成し、圧電ユニモルフ振動体２１０ａ〜２１０ｄが、それぞれ複数の並列振動板２３ａ−１〜３，２３ｂ−１〜３，２３ｃ−１〜３，２３ｄ−１〜３および並列アクチュエータ２８ａ−１〜３，２８ｂ−１〜３，２８ｃ−１〜３，２８ｄ−１〜３を備えていることを特徴とする光偏向器とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射可能な可動板と、
一端が前記可動板に固定され、他端が支持体に固定され、前記可動板を回転振動可能に軸支する一対のトーションバーと、
振動板およびこの振動板を駆動させる圧電アクチュエータを備え、前記可動板を回転振動させる圧電ユニモルフ振動体と、
を備え、
前記振動板が、両端の一方をトーションバーに接続され、両端のもう一方を前記支持体に接続され、
前記振動板、可動板、トーションバー、支持体が一体に形成されており、
前記圧電ユニモルフ振動体が、それぞれ、複数の前記振動板および圧電アクチュエータを備えていることを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
前記圧電ユニモルフ振動体が、各トーションバーを挟んで対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項３】
前記振動板および前記圧電アクチュエータは、前記トーションバーに垂直な辺を長辺とする長方形形状であることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項４】
前記圧電ユニモルフ振動体は、前記可動板の両側においてそれぞれ一対以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項５】
前記ユニモルフ振動体が、前記可動板を挟んで対称に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項６】
前記圧電ユニモルフ振動体は、前記振動板および前記圧電アクチュエータが、前記トーションバーに垂直な方向に延在されているとともに、前記トーションバーの延在方向で複数に分離されていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項７】
前記振動板と前記トーションバーとの連結部に、前記トーションバーから外方に突出させて前記振動板との接触面積を拡大した突出部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項８】
前記突出部が、２面以上の平面を備えていることを特徴とする請求項７に記載の光偏向器。
【請求項９】
前記突出部が、曲面を備えていることを特徴とする請求項７に記載の光偏向器。
【請求項１０】
前記複数の振動板が、前記トーションバー側の端部で合体されて、前記トーションバーに１本の結合部で連結され、かつ、この結合部の前記トーションバーへの連結部分の断面積が、前記振動板の断面積を合計したものより小さな面積に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項１１】
前記振動板の剛性が、前記トーションバーおよび可動板の剛性よりも低く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項１２】
前記圧電アクチュエータの駆動時に、前記トーションバーを挟んだ位置にある前記圧電アクチュエータに印加される交流電圧の位相が異なることを特徴とする請求項２に記載の光偏向器。
【請求項１３】
前記交流電圧は、互いに１８０°位相が異なる二つの交流電圧であることを特徴とする請求項１２に記載の光偏向器。
【請求項１４】
前記交流電圧は、直流オフセット電圧を重畳させることにより正または負のユニポーラ領域で振幅することを特徴とする請求項１３に記載の光偏向器。
【請求項１５】
前記圧電ユニモルフ振動体を構成する圧電アクチュエータは、前記支持体上に直接成膜された圧電膜であることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項１６】
前記圧電膜は、アーク放電プラズマを利用した反応性イオンプレーティング法により成膜された圧電膜であることを特徴とする請求項１５に記載の光偏向器。
【請求項１７】
前記圧電膜の材料が、チタン酸ジルコン酸鉛であり、その組成がチタンとジルコニウムの比で、０．４／０．６〜０．４８／０．５２の範囲であることを特徴とする請求項１６に記載の光偏向器。
【請求項１８】
前記圧電膜に対して駆動電圧の２倍以上の直流電圧を数分〜数１０分印加して分極処理を行い、分極処理の極性と同極性でユニポーラ駆動することを特徴とする請求項１５に記載の光偏向器。
【請求項１９】
請求項１〜請求項１８のいずれか１項に記載の光偏向器を備えたことを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を偏向して光走査する光偏向器に関し、特に、高速かつ大振幅動作が可能な可動板を有する光偏向器およびそれを用いた光学装置に関する。
【産業上の利用可能性】
【０００２】
本発明は、レーザ光等の光ビームを偏向、走査する光学機器全般、電子写真方式の複写機、レーザビームプリンタ、バーコードリーダ、レーザ光をスキャニングして映像を投影する表示装置、ヘッドアップディスプレイ（自動車および民生機器用）、携帯機器用ラスタスキャンディスプレイ、測距センサ、形状測定センサ、光空間通信ユニット等に広く適用することができる。
【背景技術】
【０００３】
従来、レーザ光等の光ビームを偏向、走査する光偏向器は、電子写真方式の複写機、レーザビームプリンタ、バーコードリーダ等の光学機器に広く用いられている。また、レーザ光をスキヤニングして映像を投影する表示装置などにも使用されている。
【０００４】
このような機械的に光偏向を行う光偏向器としては、一般には回転多面鏡（ポリゴンミラー）や振動型反射鏡（ガルバノミラー）等が知られているが（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）、ガルバノミラー型の方が小型化に優れている。特に、小型の光偏向器としては、マイクロマシン技術を用いて作製されたシリコン基板を用いたマイクロミラーの試作が報告されている
【０００５】
上記特許文献１に開示された光偏向器は、電磁力を利用して駆動するところに特徴があり、ベース上に配置された左右一対の永久磁石と反射ミラーの外周部に配置された駆動用コイルとを有し、この駆動用コイルに正逆交互の駆動電流を通電するように構成されている。正逆交互の駆動電流が通電されると、一対の永久磁石の外部磁界と駆動用コイルの電流とによるローレンツ力で反射ミラー部が振動するというものである。
【０００６】
上記の電磁力を利用した光偏向器は、角度が大きくなるにつれてローレンツ力が低下するので、ミラーの回転角を大きく設定するためには永久磁石の磁力を強めるか、コイル電流を大きくする必要があり、それぞれサイズアップや消費電力の増大を招くという課題があった。また、永久磁石を接着する必要があるので、あまり素子サイズを小さくできないという課題があった。
【０００７】
また、特許文献２に記載された光偏向器は、静電力を利用して駆動するものであり、反射ミラーのすぐ下にわずかなギャップを空けて駆動電極が対向配置され、導体からなるミラーとでコンデンサが構成されている。駆動電極はミラーの回転軸を対称軸として左右に分割して形成されている。ミラーと駆動電極間に電圧を加えると、静電力が生じるため、ミラーは駆動電極に引き寄せられるが、左右の駆動電極に交互に電圧を印加することにより、ミラーは回転軸を中心にして振動するというものである。
【０００８】
この静電力を利用した光偏向器は、半導体プロセスのみで作製できるので小型化できる利点があるが、静電力がミラーと駆動電極間の距離の２乗に反比例するため、ミラーを駆動するのに十分な静電力を与えるためにはギャップを狭くすることが必要である。
そのため、ミラーの回転運動は駆動電極との接触により制限され、ミラーの回転角を大きくできないという課題があった。また、静電駆動方式では一般に駆動電圧が５０Ｖ以上の高い電圧が必要で、専用のドライバＩＣが必要になることも課題の一つであった。
【０００９】
また、特許文献３に記載された光偏向器は、静電力を利用して駆動するものであり、反射ミラーのすぐ横にわずかなギャップを空けて駆動電極が櫛歯状に対向配置され、対向する櫛歯電極間でコンデンサが構成されている。対向する櫛歯電極間に電圧を加えると、静電力が生じるため、ミラーは両側に引き寄せられる、ミラーが持つ初期の傾きがこの引き付ける力により、ミラーは回転軸を中心にして回転させる力を与え、それによりミラーを揺動させるというものである。
【００１０】
この静電力を利用した光偏向器は、半導体プロセスのみで作製できるので小型化できる利点があるが、ミラーの揺動角が大きくなり対向する櫛歯の噛み合いが外れると静電力がはたらかなくなるためミラーの回転角を大きくできないという課題があった。
【００１１】
以上のように、従来の電磁力および静電力を利用した光偏向器においては、ミラーの回転角を大きく設定できないという課題があった。
【００１２】
そこで、このような課題を解決する技術として、圧電アクチュエータの振動を利用した光偏向器が提案されている（例えば、特許文献４、特許文献５、特許文献６参照）。
【００１３】
特許文献４に記載された光偏向器は、板状のマイクロミラーと、マイクロミラーの両側を支持する一対の回転支持体と、それらの周辺を囲う枠部と、枠部に並進運動を加える圧電アクチュエータとを備えている。
【００１４】
特許文献５に記載された光偏向器は、支持体と、支持体に固定されて往復運動する圧電振動子と、圧電振動子に接続された弾性体と、弾性体を介して圧電振動子により駆動されて振動する反射板とを有している。
【００１５】
特許文献６に記載の光偏向器は、その変換機構において、一対の柱状部の一端側をヒンジ部で連結し、他端側にアクチュエータを介在させるとともに、ヒンジ部の上方位置に可動ミラー部として、ミラー、弾性支持部、および支持基板を配置している。
【００１６】
上述の従来技術に共通しているのは、圧電アクチュエータを弾性体を介してミラー素子基板と接合し、圧電アクチュエータの振動をミラーの回転運動に変換させていることである。これら圧電アクチュエータを利用した光偏向器では、ミラーの回転に制限がないため、大きな偏向角が得られている。
【００１７】
しかしながら、上述の従来技術では、圧電アクチュエータの並進運動を弾性体を介してミラーの回転運動に変換する仕組みの光偏向器においては、ベースの基板、圧電アクチュエータ、弾性体、そしてミラー基板等と複数の構成部品を精度良く接合、接着させないと、圧電アクチュエータからの振動がミラーにうまく伝播しなかったり、接合に問題がなくても圧電アクチュエータの並進運動がすべて回転運動に変換されずに、ミラーが回転だけでなく並進運動も行い、ビーム光がずれてしまいがちになったりするという問題があった。
【００１８】
また、バルクセラミクスである圧電アクチュエータや金属板あるいはロッドからなる弾性体を構成部品として使用するために小型化するのが難しく、更に、各構成要素を接着剤やハンダ等で接合、組立てるので、半導体デバイスのようにシリコンウェハレベルでアッセンブリできないというプロセス上の問題もあった。
【００１９】
このように、上記従来の技術では、ポリゴンミラーやガルバノミラーに比べて著しく小型で、かつ、高速、大変位角を実現する光偏向器として十分であるとはいえず、半導体プロセス技術での製作が容易で、更に高速で大変位角の光偏向器が望まれていた。
【００２０】
そこで、これらの問題を解決するものとして、半導体プロセス技術での製作に適した振動ミラーの提案がなされている（例えば、特許文献７参照）。
【００２１】
この特許文献７に記載の技術は、光偏向器は圧電ユニモルフ振動体と、支持体上に直接成膜された圧電膜からなる圧電ユニモルフ板の一端を固定して支持する空洞部を有した支持体と、圧電ユニモルフ振動体に接続された弾性体と、弾性体に接続され、弾性体を介して圧電ユニモルフ振動体の駆動により空洞部内で回転振動する反射板とからなり、圧電ユニモルフ振動体、支持体、弾性体および反射板を一体形成したものである。
【００２２】
すなわち、特許文献７に記載のものは、図７に示すように、反射板０１と、これを支持する支持体０９と、反射板０１を回動振動させる圧電ユニモルフ振動体０１０とを備えている。圧電ユニモルフ振動体０１０は、振動板０３ａ〜０３ｄと、支持体０９上に直接成膜された圧電膜からなる圧電アクチュエータ０８ａ〜０８ｄとを備え、振動板０３ａ〜０３ｄが、それぞれ支持体０９と反射板０１とに接続されている。また、反射板０１は、弾性支持部０２ａ，０２ｂを介して支持体０９に支持されている。
【００２３】
そして、上記振動板０３ａ〜０３ｄ、支持体０９、弾性支持部０２ａ，０２ｂおよび反射板０１が一体形成されている。
【００２４】
この従来の光偏向器の動作について、図８を用いて説明する。図８は図７におけるＳ１０−Ｓ１０線断面図である。
【００２５】
圧電アクチュエータ０８ａ，０８ｂに同位相、圧電アクチュエータ０８ｃ，０８ｄに逆位相あるいは位相のずれた交流電圧（例えば正弦波）を印加し、振動板０３ａ，０３ｂおよび０３ｃ，０３ｄを振動させる。各振動板０３ａ，０３ｂおよび０３ｃ，０３ｄの一端は、支持体０９に固定、保持されているので、先端駆動部０４ａ，０４ｂ、０４ｃ，０４ｄが矢印Ｒの上下方向に振動するが、先端駆動部０４ａ，０４ｂと０４ｃ，０４ｄの振動には位相差がある。特に、上記印加電圧の位相が逆位相の場合には、先端駆動部０４ａ，０４ｂと０４ｃ，０４ｄの振動方向は正反対になる。
【００２６】
すなわち、先端駆動部０４ａ，０４ｂが上の方向に動くとき、先端駆動部０４ｃ，０４ｄは下の方向に動く。このとき、反射板０１には弾性支持部０２ａ，０２ｂを中心とした回転トルクが作用し、弾性支持部０２ａ，０２ｂを中心軸として傾く。そして、各先端駆動部０４ａ，０４ｂと０４ｃ，０４ｄが交流印加電圧に追従して上下方向の振動を繰り返すと、上述の原理で反射板０１にはシーソー的な回転トルクが作用し、反射板０１は所定角度まで回転振動を繰り返す。なお、逆位相でなく位相差がある振動の場合においても、上記と同様に反射板０１が回転振動する。
【００２７】
圧電アクチュエータ０８ａ，０８ｂ，０８ｃ，０８ｄの駆動周波数が、反射板０１と弾性支持部０２ａ，０２ｂとを合わせた構造（可動ミラー部）の機械的な共振周波数と−致または近いときに、反射板０１の回転振動は最大になり、最大変位角が得られる。また、振動板０３ａ，０３ｂ，０３ｃ，０３ｄの共振周波数を可動ミラー部の共振周波数と一致または近くに設定すると、圧電アクチュエータ０８ａ，０８ｂ，０８ｃ，０８ｄの駆動力が小さくても、大きな可動ミラー部の回転角を得ることが可能である。もちろん、回転角は小さくなるものの、圧電アクチュエータ０８ａ，０８ｂ，０８ｃ，０８ｄの駆動周波数で反射板０１を回転振動させることも可能である。
【００２８】
図９に先端駆動部０４ｄと反射板０１の接合部の拡大図を示しており、この図に示すように、振動板０３ｄは先端駆動部０４ｄを介して反射板０１と接合されている。
【特許文献１】特開平７−１７５００５号公報
【特許文献２】特開平６−１８０４２８号公報
【特許文献３】特開２００３−１２１７７６号公報
【特許文献４】特開平１０−１９７８１９号公報
【特許文献５】特開２００１−２７２６２６号公報
【特許文献６】特開２００３−２９１９１号公報
【特許文献７】特開２００５−１２８１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
しかしながら、各先端駆動部０４ａ，０４ｂ，０４ｃ，０４ｄの幅Ｗ０１は、弾性支持部０２ａ，０２ｂの幅Ｗ０２よりも大きく、捻れにくいようにしてあるが、各先端駆動部０４ａ，０４ｂ，０４ｃ，０４ｄを大きくしすぎると各先端駆動部０４ａ，０４ｂ，０４ｃ，０４ｄの重量が過大になり、各先端駆動部０４ａ，０４ｂ，０４ｃ，０４ｄの振幅が小さくなるので、各先端駆動部０４ａ，０４ｂ，０４ｃ，０４ｄの剛性を上げるのには限界がある。
【００３０】
そのため、実際に各先端駆動部０４ａ，０４ｂ，０４ｃ，０４ｄが振動している場合には、振動板０３ａ〜０３ｄが振動している時、それにより発生した力が反射板０１に伝達される場合、図１０に示すように、各先端駆動部０４ａ〜０４ｄの変形が生じてしまい、力が十分に伝達されず、振れ角を大きくできないという問題が生じている。
【００３１】
このように、上記従来の技術では、ポリゴンミラーやガルバノミラーに比べて著しく小型で、かつ、高速、大変位角を実現する光偏向器として十分であるとはいえず、半導体プロセス技術での製作が容易で、更に高速で大変位角の光偏向器が望まれていた。
【００３２】
そこで、本発明は、上記のような従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ミラー基板（支持体）と圧電アクチュエータとの一体形成を可能とし、軸ずれを抑えて、圧電振動の影響によるミラーの並進運動を防止できるとともに、高速動作が可能で、大きな偏向角および大振幅動作が得られ、また、小型化、薄型化、および軽量化を図ることができる光偏向器および光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
上述の目的を達成するため、本発明は、光を反射可能な可動板と、一端が前記可動板に固定され、他端が支持体に固定され、前記可動板を回転振動可能に軸支する一対のトーションバーと、前記振動板およびこの振動板を駆動させる圧電アクチュエータを備え、前記可動板を回転振動させる圧電ユニモルフ振動体と、を備え、前記振動板が、両端の一方をトーションバーに接続され、両端のもう一方を前記支持体に接続され、前記振動板、可動板、トーションバー、支持体が一体に形成されており、前記圧電ユニモルフ振動体が、それぞれ、複数の前記振動板および圧電アクチュエータを備えていることを特徴とする光偏向器とした。
【００３４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光偏向器において、前記圧電ユニモルフ振動体が、各トーションバーを挟んで対称に配置されていることを特徴とする光偏向器とした。
【００３５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光偏向器において、前記振動板および前記圧電アクチュエータは、前記トーションバーに垂直な辺を長辺とする長方形形状であることを特徴とする光偏向器とした。
【００３６】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光偏向器において、前記圧電ユニモルフ振動体は、前記可動板の両側においてそれぞれ一対以上設けられていることを特徴とする光偏向器とした。
【００３７】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の光偏向器において、前記ユニモルフ振動体が、前記可動板を挟んで対称に設けられていることを特徴とする光偏向器とした。
【００３８】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の光偏向器において、前記圧電ユニモルフ振動体は、前記振動板および前記圧電アクチュエータが、前記トーションバーに垂直な方向に延在されているとともに、前記トーションバーの延在方向で複数に分離されていることを特徴とする光偏向器とした。
【００３９】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の光偏向器において、前記振動板と前記トーションバーとの連結部に、前記トーションバーから外方に突出させて前記振動板との接触面積を拡大した突出部が設けられていることを特徴とする光偏向器とした。
【００４０】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の光偏向器において、前記突出部が、２面以上の平面を備えていることを特徴とする光偏向器とした。
【００４１】
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の光偏向器において、前記突出部が、曲面を備えていることを特徴とする光偏向器とした。
【００４２】
請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の光偏向器において、前記複数の振動板が、前記トーションバー側の端部で合体されて、前記トーションバーに１本の結合部で連結され、かつ、この結合部の前記トーションバーへの連結部分の断面積が、前記振動板の断面積を合計したものより小さな面積に形成されていることを特徴とする光偏向器とした。
【００４３】
請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の光偏向器において、前記振動板の剛性が、前記トーションバーおよび可動板の剛性よりも低く設定されていることを特徴とする光偏向器とした。
【００４４】
請求項１２に記載の発明は、請求項２に記載の光偏向器において、前記圧電アクチュエータの駆動時に、前記トーションバーを挟んだ位置にある前記圧電アクチュエータに印加される交流電圧の位相が異なることを特徴とする光偏向器とした。
【００４５】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の光偏向器において、前記交流電圧は、互いに１８０°位相が異なる二つの交流電圧であることを特徴とする光偏向器とした。
【００４６】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の光偏向器において、前記交流電圧は、直流オフセット電圧を重畳させることにより正または負のユニポーラ領域で振幅することを特徴とする光偏向器とした。
【００４７】
請求項１５に記載の発明は、請求項１に記載の光偏向器において、前記圧電ユニモルフ振動体を構成する圧電アクチュエータは、前記支持体上に直接成膜された圧電膜であることを特徴とする光偏向器とした。
【００４８】
請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の光偏向器において、前記圧電膜は、アーク放電プラズマを利用した反応性イオンプレーティング法により成膜された圧電膜であることを特徴とする光偏向器とした。
【００４９】
請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の光偏向器において、前記圧電膜の材料が、チタン酸ジルコン酸鉛であり、その組成がチタンとジルコニウムの比で、０．４／０．６〜０．４８／０．５２の範囲であることを特徴とする光偏向器とした。
【００５０】
請求項１８に記載の発明は、請求項１５に記載の光偏向器において、前記圧電膜に対して駆動電圧の２倍以上の直流電圧を数分〜数１０分印加して分極処理を行い、分極処理の極性と同極性でユニポーラ駆動することを特徴とする光偏向器とした。
【００５１】
請求項１９に記載の発明は、請求項１〜請求項１８のいずれか１項に記載の光偏向器を備えたことを特徴とする光学装置とした。
【発明の効果】
【００５２】
本発明の光偏向器では、圧電ユニモルフ振動体により発生する力が、直接トーションバーに伝達され、トーションバーを回転させるトルクとなる場合に、圧電ユニモルフ振動体の１個あたりの振動板および圧電アクチュエータの数を増やし、駆動力を大きくし、圧電ユニモルフ振動体がトーションバーに与えるトルクを大きくさせることが可能となり、トーションバーにかけるトルクを増大させ、より大きな振れ角が取れるようになる。
【００５３】
さらに、請求項２に記載の発明では、トーションバーを挟んで対称の位置にある圧電ユニモルフ振動体からトーションバーへ、トルクが相殺されることなく伝達されるため、有効にトーションバーを回転させるためのトルクを発生させることができるようになり、より大きな振れ角が取れるようになる。
【００５４】
請求項３に記載の発明では、圧電アクチュエータは、トーションバーにトルクを加えるために必要なアクチュエータの変位の方向と直交方向の圧電アクチュエータの変位を低減できるので、有効にトーションバーにトルクを与えることができるようになる。
【００５５】
請求項４および請求項５に記載の発明では、トーションバーを挟んで対称の位置にある圧電ユニモルフ振動体から、トーションバーへトルクが相殺されることなく伝達されるため、有効にトーションバーを回転させるためのトルクを発生させることができるようになり、より大きな振れ角が取れるようになる。
【００５６】
請求項６に記載の発明では、大きな力を発生させるために圧電アクチュエータを大面積に作製した場合に、その圧電アクチュエータのトルク発生のために必要な変位の発生方向と直交する方向の変位量を抑制でき、有効にトーションバーにトルクを与えることができるようになる。
【００５７】
請求項７〜請求項９に記載の発明では、振動板とトーションバーとの連結部に、トーションバーから外方に突出部を形成して、振動板との接触面積を拡大したため、圧電ユニモルフ振動体からトーションバーへのトルクを伝達の時の接合面にかかる単位面積当たりの力を、小さく抑え、接合面に生ずる応力をおさえることで、接合面の破断を抑制できるので、トーションバーに伝わるトルクを大きくでき、大きな振れ角が取れるようになる。
さらに、請求項９に記載の発明では、突出部に応力が集中しやすい角がないことで、接合面の破断をより抑制でき、トーションバーに伝わるトルクをより大きくでき、大きな振れ角が取れるようになる。
【００５８】
請求項１０に記載の発明では、複数の圧電ユニモルフ振動体で発生したトルクを、１つの結合部からトーションバーの１箇所に伝達できるため、同じ結合部に繋がっている複数の圧電ユニモルフ振動体を同じ変位と位相で駆動すればよく、容易な駆動方法でトーションバーに伝わるトルクが大きくしやすく、大きな振れ角が取れるようになる。
【００５９】
また、請求項１１に記載の発明では、振動板が容易に撓むことができ、トーションバーに伝わるトルクが大きくなるため、大きな振れ角が取れるようになる。
【００６０】
請求項１２および請求項１３に記載の発明では、トーションバーに伝わる両側の圧電ユニモルフ振動体のトルクに打ち消される成分がなく、有効に伝えることができるので、トーションバーに伝わるトルクを大きくしやすく、大きな振れ角が取れるようになる。
【００６１】
請求項１４に記載の発明では、従来の極性が反転する電圧印加にくらべ大きな変位が得られ、それにより大きな振れ角が得られるようになる。
【００６２】
請求項１５に記載の発明では、全て半導体プロセスで作製できるようになり、光偏向器を安価なコストで大量に作れるようになる。
【００６３】
請求項１６に記載発明では、高性能の圧電膜を安価なコストで大量に作れるようになり、光偏向器を安価なコストで大量に作れるようになる。
【００６４】
請求項１７に記載の発明では、チタン酸ジルコン酸鉛の組成がモルフォトロピック相境界（ＭＰＢ）に近くなり、発生トルクが大きくなるため、大きな振れ角をとることが可能になる。
【００６５】
請求項１８に記載の発明では、従来の極性が反転する電圧印加にくらべ大きな変位が得られ、それにより大きな振れ角が得られるようになる。
【００６６】
請求項１９に記載の発明では、高性能で安価な光学装置を提供することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
この実施の形態における光偏向器は、光を反射可能な可動板（１）と、一端が前記可動板（１）に固定され、他端が支持体（９）に固定され、前記可動板（１）を回転振動可能に軸支する一対のトーションバー（２ａ，２ｂ）と、振動板（２３ａ〜２３ｄ）およびこの振動板を駆動させる圧電アクチュエータ（２８ａ〜２８ｄ）を備え、前記可動板（１）を回転振動させる圧電ユニモルフ振動体（２１０ａ〜２１０ｄ）と、を備えた光偏向器であって、前記振動板（２３ａ〜２３ｄ）が、両端の一方をトーションバー（２ａ，２ｂ）に接続され、両端のもう一方を前記支持体（９）に接続され、前記振動板（２３ａ〜２３ｄ）、可動板（１）、トーションバー（２ａ，２ｂ）、支持体（９）が一体に形成されており、前記圧電ユニモルフ振動体（２１０ａ〜２１０ｄ）が、それぞれ複数の振動板（２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３）および圧電アクチュエータ（２８ａ−１〜３、２８ｂ−１〜３、２８ｃ−１〜３、２８ｄ−１〜３）を備えていることを特徴とする光偏向器である。
【実施例１】
【００６８】
以下に、図１〜図３に基づいて、この発明の最良の実施の形態の実施例１の光偏向器Ａについて説明する。
【００６９】
この実施例１の光偏向器Ａは、請求項１〜７，９，１１〜１５の発明を適用した例であり、図１の斜視図に示すように、支持体９と、反射板（可動板）１と、弾性支持部（トーションバー）２ａ，２ｂと、弾性支持部２ａ．２ｂのそれぞれの両側に設けられた圧電ユニモルフ振動体２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄと、を備え、これら圧電ユニモルフ振動体２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄによる回転トルクが弾性支持部２ａ，２ｂを介して反射板１に伝達されるようになっている。
【００７０】
以下、各構成について順に説明する。
支持体９は、反射板１を、所定変位角の回転が可能に支持するもので、一対の縦枠９ｃ，９ｃと一対の横枠９ｄ，９ｄとにより、略長方形の空隙９ｂを囲む略長方形の枠状に形成されている。
そして、空隙９ｂの中央部分に、反射板１を一対の弾性支持部２ａ，２ｂにより、これらの弾性支持部２ａ，２ｂを中心として所定変位角の回転が可能に弾性支持している。
【００７１】
すなわち、各弾性支持部２ａ，２ｂは、略長方形の断面の角柱状に形成され、同一軸状に配置され、かつ、一方の端部が、支持体９の縦枠９ｃ，９ｃの長手方向中央に一体に形成されているとともに、もう一方の端部が、反射板１の重心位置で反射板１に一体に形成されている。そして、弾性支持部２ａ，２ｂの幅Ｗは、反射板１が所定の変位角まで回転できるように十分ねじれる設定となっている。
よって、反射板１は、これらの弾性支持部２ａ，２ｂを回転軸として所定変位角まで傾くことができるようになっている。
【００７２】
各弾性支持部２ａ，２ｂは、それぞれ、一対の圧電ユニモルフ振動体２１０ａ，２１０ｃおよび２１０ｂ，２１０ｄを介して、支持体９の横枠９ｄ，９ｄに連結されている。
【００７３】
一対の圧電ユニモルフ振動体２１０ａ，２１０ｃは、弾性支持部２ａを挟んで対称に配置され、もう一対の圧電ユニモルフ振動体２１０ｂ，２１０ｄも、弾性支持部２ｂを挟んで対称に配置されている。
さらに、圧電ユニモルフ振動体２１０ａと圧電ユニモルフ振動体２１０ｂとは、反射板１を中心に弾性支持部２ａ，２ｂに沿う方向で対称に配置されているとともに、圧電ユニモルフ振動体２１０ｃと圧電ユニモルフ振動体２１０ｄとが、反射板１を中心に弾性支持部２ａ，２ｂに沿う方向で対称に配置されている。
【００７４】
各圧電ユニモルフ振動体２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄは、それぞれ、一方の端部が弾性支持部２ａ，２ｂに接続され、もう一方の端部が支持体９の横枠９ｄに接続された振動板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと、各振動板２３ａ〜２３ｄを振動させる圧電アクチュエータ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄと、を備えている。
【００７５】
そして、本実施例１では、各振動板２３ａ〜２３ｄは、それぞれ、弾性支持部２ａ，２ｂの延在方向に分離された３枚の並列振動板２３ａ−１，２３ａ−２，２３ａ−３、２３ｂ−１，２３ｂ−２，２３ｂ−３、２３ｃ−１，２３ｃ−２，２３ｃ−３、２３ｄ−１，２３ｄ−２，２３ｄ−３を備えている。また、これらの各並列振動板２３ａ−１〜３，２３ｂ−１〜３，２３ｃ−１〜３，２３ｄ−１〜３は、図示のように、弾性支持部２ａ，２ｂに垂直な辺を長辺とする長方形形状に形成されている。
【００７６】
同様に、各圧電アクチュエータ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄも、各並列振動板２３ａ−１〜３，２３ｂ−１〜３，２３ｃ−１〜３，２３ｄ−１〜３をそれぞれ振動可能に、各並列振動板２３ａ−１〜３，２３ｂ−１〜３，２３ｃ−１〜３，２３ｄ−１〜３の上面のそれぞれに敷設され、弾性支持部２ａ，２ｂの延在方向に分離された３枚の並列アクチュエータ２８ａ−１，２８ａ−２，２８ａ−３、２８ｂ−１，２８ｂ−２，２８ｂ−３、２８ｃ−１，２８ｃ−２，２８ｃ−３、２８ｄ−１，２８ｄ−２，２８ｄ−３で構成されている。また、これら並列アクチュエータ２８ａ−１〜３，２８ｂ−１〜３，２８ｃ−１〜３，２８ｄ−１〜３も、弾性支持部２ａ，２ｂに垂直な方向を長辺とする長方形形状に形成されている。
【００７７】
なお、各振動板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの各並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３の板厚は、反射板１および弾性支持部２ａ，２ｂの板厚よりも薄く形成されることで、その剛性が反射板１および弾性支持部２ａ，２ｂよりも低く形成されている。
【００７８】
さらに、図２に示すように、弾性支持部２ａ，２ｂと、各弾性支持部２ａ，２ｂを挟んで配置される一対の各並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３との連結部２１１には、弾性支持部２ａ，２ｂの側面から半楕円状に膨出されて各並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３との結合面積を増加させる楕円状の側面２１１ａを有した突出部２１１ｂが形成されている。
【００７９】
なお、上述の反射板１、弾性支持部２ａ，２ｂ、振動板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄおよび突出部２１１ｂは、直方体の単結晶シリコン基板により支持体９の不要部を除去加工することで一体に形成されており、接合や接着等の加工法に比べて、各構成要素のアライメント精度を向上させることができるもので、その製造手順の詳細については、後述する。
【００８０】
圧電アクチュエータ２８ａ〜２８ｄは、それぞれ、上部電極２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄと、圧電膜２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄと、下部電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄと、を積層して構成されている。
【００８１】
そして、各圧電アクチュエータ２８ａ〜２８ｄにおいて、上部電極２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄと下部電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄとにそれぞれ所定の電圧を印加して、各圧電アクチュエータ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄを駆動させることにより、支持体９と両弾性支持部２ａ，２ｂとが接続される端部を支点として、各振動板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの各並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３が、ユニモルフ的に振動する。
【００８２】
なお、この各圧電アクチュエータ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄの駆動時には、位相の異なる交流電圧を印加するようにしており、具体的には、互いに１８０°位相が異なる二つの交流電圧を印加するようにしている。
【００８３】
また、圧電アクチュエータ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄは、シリコン基板の除去加工前に、ＣＳＤ（科学溶液堆積法（Chemical Solution Deposition）、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法(MetalOrganic Chemical Vapor Depositon)）、スパッタ、反応性イオンプレーティング等の手法で支持体９上に直接成膜し、ウェットまたはドライエッチングによってパターン加工して形成されている。具体的には、アーク放電プラズマを利用したイオンプレーティング法により成膜した圧電膜とする。
【００８４】
次に、実施例１の光偏向器Ａの製作手順を図３を用いて説明する。なお、図３では、各圧電ユニモルフ振動体２１０ａ〜２１０ｄのうち、弾性支持部２ａ，２ｂの一側側の圧電ユニモルフ振動体２１０ａ，２１０ｂの部分を示しているが、反対側の圧電ユニモルフ振動体２１０ｃ，２１０ｄについても同様である。
この実施例１では、支持体９として厚さ５５２μｍの単結晶シリコン（トップ層）／酸化シリコン（中間酸化膜層）／単結晶シリコン（ベース層）の貼り合せ基板（ＳＯＩ基板）を用いた。各層の厚みはそれぞれ２５μｍ／２μｍ／５２５μｍであり、上記トップ層の表面は光学研磨処理が施されている。
【００８５】
そこで、まず、図３の（Ａ）に示すように、上記のＳＯＩ基板の表面に拡散炉によって厚さ５００ｎｍ〜１０００ｎｍの熱酸化シリコン膜を形成した。
【００８６】
次に、図３の（Ｂ）に示すように、トップ層側（基板表面）にスパッタ法によってＴｉ（チタン）およびＰｔ（プラチナ）をそれぞれの厚みが５０ｎｍおよび１５０ｎｍになるように順次成膜し、下部電極７を形成した。
次に、反応性アーク放電イオンプレーティング法（例えば、特開２００１−２３４３３１号公報、特開２００２−１７７７６５号公報、および特開２００３−８１６９４号公報参照）によって、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の膜を厚み３μｍで上部電極５の上に成膜し、圧電膜６を形成した。
その後、スパッタ法によってＰｔを厚み１５０ｎｍで上記圧電膜６の上に成膜して、上部電極５を形成した。
【００８７】
次に、図３の（Ｃ）に示すように、基板表面にフォトリソ技術およびドライエッチング技術により、上部電極５、圧電膜６、下部電極７のパターニングを行い、各圧電アクチュエータ２８ａ，２８ｂの各並列アクチュエータ２８ａ−１〜３、２８ｂ−１〜３を作成した。
このとき、反射板１の上の下部電極７のＰｔ／Ｔｉ層を、ドライエッチングからレジストで保護して反射膜として残した。反射板１の光反射効率を高めたい場合には、その後、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）をスパッタ成膜した上でフォトリソ技術とドライエッチング技術を用いて、反射板１のＰｔ上に反射膜の形成を行う。
【００８８】
次に、図３の（Ｄ）に示すように、基板表面全体を厚膜レジストで保護しておき、裏側の上記ベース層表面の熱酸化膜をバッファードフッ酸（ＢＨＦ）で除去した後、アルミニウム層をスパッタ成膜してフォトリソ技術およびウェットエッチング技術でパターニングして、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductive Coupled Plasma - Reactive Ion Etching）のハードマスクを形成した。その後、図３の（Ｅ）に示すように、基板表面の保護レジストを剥離し、再度フォトリソを行ってレジストパターンをマスクにし、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置にてトップ層の熱酸化膜と単結晶シリコンをドライエッチングによって除去加工し、反射板１、弾性支持部２ａ，２ｂ、振動板２３ａ，２３ｂ（２３ｃ，２３ｄ）を残して、最終的には支持体９の空隙９ｂとなる溝を形成した。
【００８９】
次に、図３の（Ｆ）に示すように、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置によって、裏側からベ−ス層の単結晶シリコンをドライエッチング加工し、支持体９の空隙９ｂになる深溝を形成した。最後に、図３の（Ｇ）に示すように、中間酸化膜層をＢＨＦ（バッファードフッ酸）を用いて除去し、支持体９の空隙９ｂを形成して、図１の光偏向器Ａを完成させた。
【００９０】
次に、実施例１の光偏向器Ａの動作について説明する。
弾性支持部２ａ，２ｂを挟んで一方の圧電ユニモルフ振動体２１０ａ，２１０ｂに同位相、もう一方の圧電ユニモルフ振動体２１０ｃ，２１０ｄに逆位相あるいは位相のずれた交流電圧（例えば正弦波）を印加し、振動板２３ａ，２３ｂおよび２３ｃ，２３ｄを振動させる。
【００９１】
各振動板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの基端は、支持体９と一体となって固定されているので、もう一方の端部である弾性支持部２ａ，２ｂ側の先端部が自由端として上下方向に振動する。
上記のように圧電ユニモルフ振動体２１０ａ，２１０ｂと圧電ユニモルフ振動体２１０ｃ，２１０ｄとで位相を異ならせるため、弾性支持部２ａに連結された振動板２３ａ，２３ｂと弾性支持部２ｂに連結された振動板２３ｃ，２３ｄとの先端部の振動には位相差が生じる。特に、上記印加電圧の位相が逆位相の場合には、これら先端部の振動方向は正反対になる。すなわち、振動板２３ａ，２３ｂの弾性支持部２ａ，２ｂ側の先端部が上の方向に動くとき、振動板２３ｃ，２３ｄの弾性支持部２ａ，２ｂ側の先端部は下の方向に動く。
【００９２】
このとき、反射板１には弾性支持部２ａ，２ｂを中心とした回転トルクが作用し、これら弾性支持部２ａ，２ｂを中心軸として傾く。そして、各振動板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの先端部が交流印加電圧に追従して上下方向の振動を繰り返すと、上述の原理で反射板１にはシーソー的な回転トルクが作用し、反射板１は所定角度まで回転振動を繰り返す。なお、印加電圧の位相が逆位相でなく位相差がある振動の場合においても、上記と同様に反射板１が回転振動する。
【００９３】
この一例として、圧電ユニモルフ振動体２１０ａ，２１０ｂの圧電アクチュエータ２８ａ，２８ｂに同位相の電圧２０Ｖｐｐ、３．２ｋＨｚの正弦波バイアスを印加し、圧電ユニモルフ振動体２１０ｃ，２１０ｄの圧電アクチュエータ２８ｃ，２８ｄに上記位相と逆位相の同じく電圧２０Ｖｐｐ、３．２ｋＨｚの正弦波バイアスを印加して、反射板１の回転振動を試みた。そして、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光を反射板１に入射し、その反射光を所定の距離を持って配置したスクリーン上で観察し、反射板１の回転角を測定したところ、±２３°の回転角が得られた。このとき、反射板１によって偏向された光走査を経時的に観察したところ、安定した直線性の良い光走査を確認できた。この回転角は、例えば、各圧電ユニモルフ振動体２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄの振動板および圧電アクチュエータを単体とした場合には、±１０°程度である。
これは、１つの圧電ユニモルフ振動体２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄの振動板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが、それぞれ３枚の並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３および３対の並列アクチュエータ２８ａ−１〜３，２８ｂ−１〜３，２８ｃ−１〜３，２３ｄ−１〜３を備えており、それらの圧電ユニモルフ振動体２１０ａ〜２１０ｄにより発生する力が、従来のように１つの圧電ユニモルフ振動体が１枚の振動板および１つの圧電アクチュエータで構成されているものよりも大きな力が発生できるので、弾性支持部２ａ，２ｂに作用する回転トルクが向上したためである。
【００９４】
ここで、圧電ユニモルフ振動体２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄの駆動周波数が、反射板１と弾性支持部２ａ，２ｂとを合わせた構造（可動ミラー部）の機械的な共振周波数と一致または近いときに、反射板１の回転振動は最大になり、最大変位角が得られる。
また、各振動板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの共振周波数を、反射板１の共振周波数と一致または近くに設定すると、圧電アクチュエータ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄの駆動力が小さくても大きな反射板１の回転角を得ることが可能である。もちろん、回転角は小さくなるものの、圧電アクチュエータ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄの駆動周波数で反射板１を回転振動させることも可能である。
さらに、反射板１は、重心で連結した弾性支持部２ａ，２ｂを回転軸として回転振動するので、並進的な動きを抑制することができる。
【００９５】
また、各振動板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの先端部が上下方向に振動し、これが連結された弾性支持部２ａ，２ｂに力が伝達する時、この連結部２１１では、振動の方向と同じ向きのせん断力が作用する。そのため、連結部２１１の構造強度が不足している場合や、連結部２１１の一部にせん断力による応力が集中した場合、この部分が破断するという問題が発生する。
これに対して、実施例１では、弾性支持部２ａ，２ｂにおける各振動板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの各並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３との連結部２１１に、それぞれ、突出部２１１ｂを形成しているため、この連結部２１１に発生するせん断力の分散と、一部への集中を抑制し、この連結部２１１に、破断が発生するのを抑制している。
【００９６】
本実施例１の光偏向器Ａでは、圧電ユニモルフ振動体２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄの駆動周波数を、弾性支持部２ａ，２ｂを含む反射板１の機械的共振周波数に合わせることで、低電圧駆動でも大きな回転角を得られることを確認できた。
また、実施例１の光偏向器Ａは、圧電ユニモルフ振動体２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄからの回転トルクの作用点を反射板１から分離した構造であるため、反射板１では、弾性支持部２ａ，２ｂを中心軸とした回転運動のみが励振されて、安定した光走査を行えることを確認できた。
【００９７】
以上説明したように、実施例１の光偏向器Ａでは、以下に列挙する効果が得られる。
（１）支持体９、振動板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ、弾性支持部２ａ，２ｂ、反射板１を、一体に形成したため、接合や接着作業が不要で、製作が容易である。
（２）圧電アクチュエータ２８ａ〜２８ｄとして、支持体９に直接成膜した圧電膜を使用しているため、Ｓｉウェハ単位での一括加工が可能であり、この点でも製作が容易である。
（３）上記（１）（２）により、小型化、薄型化、軽量化が可能となる。
（４）圧電アクチュエータ２８ａ〜２８ｄの小型化により、従来よりも高速動作が可能で、かつ、大きな偏向角が得られる。
さらに、弾性支持部２ａ，２ｂにおける各並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３との連結部２１１に突出部２１１ｂを形成しているため、この連結部２１１に発生するせん断力の分散と、一部への集中を抑制し、この連結部２１１に、破断が発生するのを抑制している。このため、この連結部の剛性を上げて振れ角を大きくでき、この高速動作ならびに大きな偏向角を、さらに達成可能となる。
（５）圧電アクチュエータ２８ａ〜２８ｄにより、各振動板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを直接駆動するようにしたため、非共振モードでも動作が可能である。
（６）各圧電ユニモルフ振動体２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄが、それぞれ３枚の並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３および３対の並列アクチュエータ２８ａ−１〜３、２８ｂ−１〜３、２８ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３を備えた構成としたため、それらの圧電ユニモルフ振動体２１０ａ〜２１０ｄにより発生する力が、従来のように１つの圧電ユニモルフ振動体が１枚の振動板および１つの圧電アクチュエータで構成されているものよりも大きな力が発生でき、弾性支持部２ａ，２ｂに作用する回転トルクが向上した。したがって、弾性支持部２ａ，２ｂにかけるトルクを増大させて、反射板１が、より大きな振れ角を取れるようになった。
【実施例２】
【００９８】
次に、図４に基づいて本発明の実施の形態の実施例２の光偏向器Ｂについて説明する。なお、この実施例２は、実施例１の変形例であるため、その相違点についてのみ説明し、実施例１と同一ないし均等な構成については、同一の符号を付して説明を省略し、また、実施例１と同一の作用効果についても説明を省略する。
【００９９】
この実施例２の光偏向器Ｂは、請求項１〜７，９，１０〜１５の発明を適用したもので、図４に示すように、圧電ユニモルフ振動体３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｄの構造が実施例１と異なっている。
【０１００】
これらの圧電ユニモルフ振動体３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｄは、実施例１と同様に、振動板３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが、それぞれ３枚ずつの並列振動板３３ａ−１，３３ａ−２，３３ａ−３、３３ｂ−１，３３ｂ−２，３３ｂ−３、３３ｃ−１，３３ｃ−２，３３ｃ−３、３３ｄ−１，３３ｄ−２，３３ｄ−３を備えている。そして、各振動板３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは、それぞれの並列振動板３３ａ−１〜３，３３ｂ−１〜３，３３ｃ−１〜３，３３ｄ−１〜３が、一つの結合部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに結合されて、各弾性支持部２ａ，２ｂに連結されている。
【０１０１】
これにより、弾性支持部２ａ，２ｂに連結する圧電ユニモルフタイプの各振動板３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄにおいて、並列振動板３３ａ−１〜３、３３ｂ−１〜３、３３ｃ−１〜３、３３ｄ−１〜３の枚数を増やしても、振動板３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄから弾性支持部２ａ，２ｂにトルクを伝達する位置を、共振周波数を考慮した最適位置に設定可能であり、同じ結合部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに繋がっている複数の振動板３３ａ−１，３３ａ−２，３３ａ−３、３３ｂ−１，３３ｂ−２，３３ｂ−３、３３ｃ−１，３３ｃ−２，３３ｃ−３、３３ｄ−１，３３ｄ−２，３３ｄ−３を同じ変位と位相で駆動すれば、容易な駆動方法で弾性支持部２ａ，２ｂに伝わるトルクを大きくしやすく、大きな振れ角が取れるようになる。そこで、本実施例３では、振動板３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの共振周波数を、反射板１の共振周波数に一致、あるいは近くに設定している。
【０１０２】
なお、圧電アクチュエータ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄは、実施例１で示したものと同様のものを用いている。
【０１０３】
以上説明した実施例２の光偏向器Ｂにおいて、実施例１と同様に圧電アクチュエータ２８ａ，２８ｂに同位相の電圧を、圧電アクチュエータ２８ｃ，２８ｄに上記位相と逆位相の正弦波電圧を印加して、反射板１の回転振動を試みた。ただし、電圧は２０Ｖｐｐ、３ｋＨｚとした。
【０１０４】
このとき、実施例１と同様に反射板１の回転角を測定したところ、±２７°と実施例１よりも大きな回転角が得られた。これは、実施例１と同様に振動板３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが、それぞれ３枚の並列振動板３３ａ−１〜３、３３ｂ−１〜３、３３ｃ−１〜３、３３ｄ−１〜３を備えており、高い回転トルクが得られるのに加えて、複数の圧電アクチュエータ２８ａ−１〜３，２８ｂ−１〜３，２８ｃ−１〜３，２８ｄ−１〜３で発生したトルクを、それぞれ、各結合部１３ａ〜１３ｄから弾性支持部２ａ，２ｂの１箇所に集中して伝達できるようにしたためである。
【０１０５】
また、圧電アクチュエータ２８ａ〜２８ｄと弾性支持部２ａ，２ｂとが、結合部１３ａ〜１３ｄで連結されているため、弾性支持部２ａ，２ｂの実効的なバネ定数の算出が容易であり、前述の共振周波数の設計が容易である。
【０１０６】
ゆえに、本実施例２の光偏向器Ｃでは、圧電アクチュエータ２８ａ〜２８ｄの駆動周波数を、弾性支持部２ａ，２ｂを含む反射板１の機械的共振周波数に合わせることで、低電圧駆動でも大きな回転角を得られることを確認できた。また、実施例１と同様に安定した光走査が行えることを確認できた。
【０１０７】
以上説明した本実施例１，２の光偏向器Ａ，Ｂを備えた光学装置は、電子写真方式の複写機や、レーザプリンタ等の感光体への画像形成用の光走査装置（光スキャナ）や、バーコードリーダの光走査装置に応用が可能である。
【０１０８】
したがって、高速動作が可能で、大きな偏向角および大振幅動作が得られ、また、小型化、薄型化、および軽量化を図ることができる光偏向器Ａ，Ｂを備えた光学装置を提供することが可能となる。
【実施例３】
【０１０９】
次に、図５に基づいて本発明の実施の形態の実施例３の光偏向器について説明する。なお、この実施例３は、実施例１の変形例であるため、その相違点についてのみ説明し、実施例１と同一ないし均等な構成については、同一の符号を付して説明を省略し、また、実施例１と同一の作用効果についても説明を省略する。
【０１１０】
この図５に示す実施例３は、連結部４１１が実施例１の連結部２１１と異なっている。なお、本実施例３では、複数の連結部４１１のうちで、弾性支持部２ａと並列振動板２３ａ−１，２３ｃ−１とを連結するもののみを代表して示し、他の連結部４１１の図示は省略している。
【０１１１】
この連結部４１１は、突出部４１１ｂが、その横断面形状が略三角錐形状に形成され、側面４１１ａが三面で形成されている。
【０１１２】
この実施例４の場合も、連結部４１１に、突出部４１１ｂを形成しているため、この連結部４１１に発生するせん断力の分散と、一部への集中を抑制し、この連結部４１１に、破断が発生するのを抑制している。
【実施例４】
【０１１３】
次に、図６に基づいて本発明の実施の形態の実施例４の光偏向器について説明する。なお、この実施例４は、実施例１の変形例であるため、その相違点についてのみ説明し、実施例１と同一ないし均等な構成については、同一の符号を付して説明を省略し、また、実施例１と同一の作用効果についても説明を省略する。
【０１１４】
この図６に示す実施例４は、連結部５１１が実施例１の連結部２１１と異なっている。なお、本実施例４では、複数の連結部５１１のうちで、弾性支持部２ａと並列振動板２３ａ−１，２３ｃ−１とを連結するもののみを代表して示し、他の連結部５１１の図示は省略している。
【０１１５】
この実施例５では、連結部５１１において突出部を廃止して、弾性支持部２ａを一定断面形状に形成した例である。
【０１１６】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態および実施例１〜４を詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施の形態および実施例１〜４に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【０１１７】
例えば、実施例１〜４では、振動板として長方形の薄板状のものを示したが、その形状は、実施例１〜４で示したものに限られず、長方形以外の形状に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の実施の形態の実施例１の光偏向器Ａを示す斜視図である。
【図２】実施例１の光偏向器Ａを示す図１の下方向から視た状態を示す斜視図である。
【図３】実施例１の光偏向器Ａの作成手順の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の実施例２の光偏向器Ｂを示す斜視図である。
【図５】実施例３の光偏向器の要部を示す斜視図である。
【図６】実施例４の光偏向器の要部を示す斜視図である。
【図７】従来技術の光偏向器を示す斜視図である。
【図８】従来技術の作用説明図である。
【図９】従来技術の要部の拡大図である。
【図１０】従来技術の要部の拡大図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１     反射板（可動板）
２ａ   弾性支持部（トーションバー）
２ｂ   弾性支持部（トーションバー）
２３ａ 振動板
２３ｂ 振動板
２３ｃ 振動板
２３ｄ 振動板
２３ａ−１  並列振動板
２３ａ−２  並列振動板
２３ａ−３  並列振動板
２３ｂ−１  並列振動板
２３ｂ−２  並列振動板
２３ｂ−３  並列振動板
２３ｃ−１  並列振動板
２３ｃ−２  並列振動板
２３ｃ−３  並列振動板
２３ｄ−１  並列振動板
２３ｄ−２  並列振動板
２３ｄ−３  並列振動板
２８ａ 圧電アクチュエータ
２８ｂ 圧電アクチュエータ
２８ｃ 圧電アクチュエータ
２８ｄ 圧電アクチュエータ
２８ａ−１  並列アクチュエータ
２８ａ−２  並列アクチュエータ
２８ａ−３  並列アクチュエータ
２８ｂ−１  並列アクチュエータ
２８ｂ−２  並列アクチュエータ
２８ｂ−３  並列アクチュエータ
２８ｃ−１  並列アクチュエータ
２８ｃ−２  並列アクチュエータ
２８ｃ−３  並列アクチュエータ
２８ｄ−１  並列アクチュエータ
２８ｄ−２  並列アクチュエータ
２８ｄ−３  並列アクチュエータ
９     支持体
２１０ａ  圧電ユニモルフ振動体
２１０ｂ  圧電ユニモルフ振動体
２１０ｃ  圧電ユニモルフ振動体
２１０ｄ  圧電ユニモルフ振動体
２１１ 連結部
２１１ｂ  突出部
１３ａ 結合部
１３ｂ 結合部
１３ｃ 結合部
１３ｄ 結合部
【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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