(57)【要約】【課題】優れた回動特性を発揮する光学デバイスを提供すること。【解決手段】光反射部２１１を備えた質量部２１と、質量部２１を支持するための支持部２２と、質量部２１と支持部２２とを連結する弾性変形可能な１対の弾性部２４、２５と、質量部２１を回動駆動させる駆動手段とを有し、前記駆動手段を作動させることにより、弾性部２４、２５を捩れ変形させながら、質量部２１を回動させ、光反射部２１１で光を反射させ走査するように構成された光学デバイスであって、質量部２１を冷却する冷却手段を有し、前記冷却手段は、吸熱部４２および発熱部４３を備え、吸熱部４２を質量部２１の光反射部２１１と反対の面側に設けたペルチェ素子４１と、ペルチェ素子４１に電力を供給する電力供給手段とを有し、前記電力供給手段の電力によりペルチェ素子４１を作動させ、質量部２１を冷却するように構成されている。【選択図】図２
2008039939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状をなし、その一方の面側に光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能とするように、前記質量部と前記支持部とを連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
前記質量部を回動駆動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動させることにより、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で光を反射させ、走査するように構成された光学デバイスであって、
前記質量部を冷却する冷却手段を有し、
前記冷却手段は、
吸熱部および発熱部を備え、前記吸熱部が前記質量部の前記光反射部と反対の面側に設けられたペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子に電力を供給する電力供給手段とを有し、
前記電力供給手段の電力により前記ペルチェ素子を作動させ、前記質量部を冷却するように構成されていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
前記冷却手段は、前記走査に同期して作動する請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記冷却手段は、前記光反射部への光による前記質量部の温度上昇を抑制するように構成されている請求項１または２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記吸熱部は、複数の単位吸熱素子を有し、
該複数の単位吸熱素子が並列に接続されている請求項１ないし３のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記複数の単位吸熱素子は、平面視にて、前記質量部の回動中心軸に対して対称となるように設けられている請求項３に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記複数の単位吸熱素子は、平面視にて、前記質量部の回動中心軸に直角な方向に対して対称となるように設けられている請求項５に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記複数の単位吸熱素子は、平面視にて、前記質量部の全域にわたって均等に設けられている請求項４ないし６のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記発熱部は、前記質量部以外の部位に設けられている請求項１ないし７のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記発熱部から前記質量部への熱の伝達を阻止する阻止部材を有する請求項８に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
前記発熱部の熱を放熱する放熱手段を有する請求項８または９に記載の光学デバイス。
【請求項１１】
前記質量部の温度を検知する温度検知手段と、
前記電力供給手段の駆動を制御する制御手段とを有し、
前記温度検知手段の検知結果に基づいて、前記制御手段により、前記電力供給手段の駆動を制御するように構成されている請求項１ないし１０のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１２】
各前記弾性部は、板状の駆動部と、前記支持部に対して前記駆動部を回動可能とするように、前記支持部と前記駆動部とを連結する第１の弾性部と、前記駆動部に対して前記質量部を回動可能とするように、前記駆動部と前記質量部とを連結する第２の弾性部とを有し、前記駆動手段が、前記第１の弾性部を捩れ変形させながら前記駆動部を回動させ、これに伴い、前記第２の弾性部を捩れ変形させながら前記質量部を回動させるように構成されている請求項１ないし１１のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１３】
前記発熱部は、前記駆動部に設けられている請求項１２に記載の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザープリンタ等に用いられ、光走査により描画を行う光学デバイスとしては、小型化を図ることなどの目的から、ねじり振動子を用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
例えば、特許文献１にかかる光学デバイスは、シリコンで構成された板状の可動部上に、アルミニウムで構成された光反射部を直接設けたものを、その両側で１対のねじりバネによって回動可能に支持してなる。そして、１対のねじりバネをねじれ変形させながら、可動部を回動（振動）させることにより、光走査を行う。その際、光反射部では、照射された光のほとんどが反射する。
【０００３】
しかしながら、光反射部での光反射率を完全に１００％とすることはできないため、このような光学デバイスにあっては、光反射部に照射された光の一部が熱となり、可動部を昇温させてしまう。
そのため、かかる光学デバイスを長時間使用すると、可動部の形状や光反射部の材質等によっては、熱により可動部に反りなどの変形が生じて、光反射部の平面性が損なわれるおそれがある。また、可動部からの熱によりねじりバネの材料物性が変化して、ねじりバネのバネ定数が変化してしまうおそれがある。
光反射部の平面性が損なわれたり、ねじりバネのバネ定数が変化したりすると、安定した駆動（描画）を行うことが難しい。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−９２４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、安定した駆動を行うことができる光学デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光学デバイスは、板状をなし、その一方の面側に光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能とするように、前記質量部と前記支持部とを連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
前記質量部を回動駆動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動させることにより、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で光を反射させ、走査するように構成された光学デバイスであって、
前記質量部を冷却する冷却手段を有し、
前記冷却手段は、
吸熱部および発熱部を備え、前記吸熱部が前記質量部の前記光反射部と反対の面側に設けられたペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子に電力を供給する電力供給手段とを有し、
前記電力供給手段の電力により前記ペルチェ素子を作動させ、前記質量部を冷却するように構成されていることを特徴とする。
これにより、昇温による前記質量部の変形（反り・歪み）を抑制することができ、質量部の回動により、走査対象物の所望の走査位置に光を反射させることができる。その結果、光学デバイスは、長時間、連続的に使用される場合であっても、所望の走査特性を維持（発揮）することができる。
【０００７】
本発明の光学デバイスでは、前記冷却手段は、前記走査に同期して作動することが好ましい。
これにより、前記質量部の過冷却を防止することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記冷却手段は、前記光反射部への光による前記質量部の温度上昇を抑制するように構成されていることが好ましい。
これにより、前記質量部の変形をより確実に防止することができる。
【０００８】
本発明の光学デバイスでは、前記吸熱部は、複数の単位吸熱素子を有し、
該複数の単位吸熱素子が並列に接続されていることが好ましい。
これにより、冷却効果を向上させることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記複数の単位吸熱素子は、平面視にて、前記質量部の回動中心軸に対して対称となるように設けられていることが好ましい。
これにより、前記質量部を冷却しつつ、質量部を安定的に回動させることができる。
【０００９】
本発明の光学デバイスでは、前記複数の単位吸熱素子は、平面視にて、前記質量部の回動中心軸に直角な方向に対して対称となるように設けられていることが好ましい。
これにより、前記質量部を冷却しつつ、質量部を安定的に回動させることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記複数の単位吸熱素子は、平面視にて、前記質量部の全域にわたって均等に設けられていることが好ましい。
これにより、前記質量部を均一に冷却することができる。
【００１０】
本発明の光学デバイスでは、前記発熱部は、前記質量部以外の部位に設けられていることが好ましい。
これにより、前記質量部が、前記発熱部から放出される熱により加熱されてしまうことを抑制することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記発熱部から前記質量部への熱の伝達を阻止する阻止部材を有することが好ましい。
これにより、前記質量部が、前記発熱部から放出される熱により加熱されてしまうことを効果的に抑制することができる。
【００１１】
本発明の光学デバイスでは、前記発熱部の熱を放熱する放熱手段を有することが好ましい。
これにより、前記吸熱部の吸熱特性を向上させることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記質量部の温度を検知する温度検知手段と、
前記電力供給手段の駆動を制御する制御手段とを有し、
前記温度検知手段の検知結果に基づいて、前記制御手段により、前記電力供給手段の駆動を制御するように構成されていることが好ましい。
これにより、前記質量部を設定温度範囲内に維持することができる。その結果、前記質量部の反り・歪みを防止しつつ、光学デバイスの材料特性を均一に保つことができる。
【００１２】
本発明の光学デバイスでは、各前記弾性部は、板状の駆動部と、前記支持部に対して前記駆動部を回動可能とするように、前記支持部と前記駆動部とを連結する第１の弾性部と、前記駆動部に対して前記質量部を回動可能とするように、前記駆動部と前記質量部とを連結する第２の弾性部とを有し、前記駆動手段が、前記第１の弾性部を捩れ変形させながら前記駆動部を回動させ、これに伴い、前記第２の弾性部を捩れ変形させながら前記質量部を回動させるように構成されていることが好ましい。
これにより、弾性部に大きな応力（負担）をかけずに、質量部の回動角を大きくすることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記発熱部は、前記駆動部に設けられていることが好ましい。
これにより、前記駆動部の回動により前記発熱部から効率的に放熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の光学デバイスの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の光学デバイスの第１実施形態を説明する。
図１は、本発明の光学デバイスの第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、電極の配置を示す図、図４は、図１に示す光学デバイスの駆動電圧の電圧波形の一例を示す図、図５は、図１に示す光学デバイスの駆動電圧として交流電圧を用いた場合における交流電圧の周波数と、質量部および駆動部のそれぞれの振幅との関係を示すグラフ、図６は、ペルチェ素子を説明するための回路図、図７は、図１にかかる光学デバイスの部分拡大図、図８は、図１に示す光学デバイスの制御系を現すブロック図である。
【００１４】
なお、以下では、説明の便宜上、図１、図７中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図２、図３中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
光学デバイス１は、図１に示すような２自由度振動系を有する基体２と、この基体２を支持する支持基板３とを有している。
基体２は、質量部（可動部）２１と、支持部２２と、１対の弾性部２４、２５とを備えている。
【００１５】
弾性部２４は、駆動部２４１と、第１の弾性部２４２と、第２の弾性部２４３とを備え、これと同様に、弾性部２５は、駆動部２５１と、第１の弾性部２５２と、第２の弾性部２５３とを備えている。
すなわち、基体２は、質量部２１と、支持部２２と、１対の駆動部２４１、２５１と、１対の第１の弾性部２４２、２５２と、１対の第２の弾性部２４３、２５３とを備えている。
【００１６】
このような光学デバイス１にあっては、後述する１対の電極３２、３３に電圧を印加することにより、１対の第１の弾性部２４２、２５２を捩れ変形させながら、１対の駆動部２４１、２５１を回動させ、これに伴って、１対の第２の弾性部２４３、２５３を捩れ変形させながら質量部２１を回動させる。このとき、１対の駆動部２４１、２５１および質量部２１は、それぞれ、図１に示す回動中心軸Ｘを中心にして回動する。
【００１７】
１対の駆動部２４１、２５１は、それぞれ、板状をなし、互いにほぼ同一寸法でほぼ同一形状をなしている。
１対の駆動部２４１、２５１の間には、質量部２１が設けられており、１対の駆動部２４１、２５１は、平面視にて、質量部２１を中心として、ほぼ左右対称となるように設けられている。同様に、１対の第１の弾性部２４２、２５２は、平面視にて、質量部２１を中心として、ほぼ左右対称となるように設けられており、１対の第２の弾性部２４３、２５３は、平面視にて、質量部２１を中心として、ほぼ左右対称となるように設けられている。すなわち、本実施形態にかかる光学デバイス１は、平面視にて、質量部２１を中心として、ほぼ左右対称となるように形成されている。
【００１８】
質量部２１は、板状をなし、その表面（支持基板３と反対側の板面）に光反射部２１１が設けられている。これにより、光学デバイス１を光スキャナ、光アッテネータ、光スイッチなどの光デバイスに適用することができる。ここで、例えば、光学デバイス１を光スキャナなどに用いた場合、光反射部２１１で反射しきれなかった光が熱として質量部２１に吸収され、質量部２１が昇温してしまう場合がある。その結果、（１）熱膨張により質量部２１に反り・歪み・撓み（以下、単に「反り」という）などが生じ光反射部２１１の平面性を保つことができない、（２）光学デバイス１の材料特性（ヤング率など）が変化し回動特性が低下する、などの問題が生じる。すなわち、光学デバイス１は、長時間、連続的に使用される場合などには、所望の（本来発揮し得る）走査特性を維持（発揮）することができないという問題が生じる。
【００１９】
そこで、本発明にかかる光学デバイス１は、質量部２１を冷却する冷却手段４と、質量部２１の温度を検知する温度検知手段５と、温度検知手段５の検知結果に基づいて冷却手段４を制御する制御手段６とを有し、温度検知手段５の検知結果に基づいて、制御手段６により、電力供給手段４６の駆動を制御するように構成されている。これにより、質量部２１の温度を設定温度範囲内に維持することができる。そのため、昇温による質量部２１の反りなどを防止することができ、その結果、光学デバイス１は、長時間、連続的に使用される場合であっても、所望の走査特性を発揮することができる。このような冷却手段４、温度検知手段５、制御手段６については、後に詳述する。
【００２０】
質量部２１および駆動部２４１、２５１にあっては、駆動部２４１が第１の弾性部２４２を介して支持部２２に接続され、質量部２１が第２の弾性部２４３を介して駆動部２４１に接続されている。これと同様に、駆動部２５１が第１の弾性部２５２を介して支持部２２に接続され、質量部２１が第２の弾性部２５３を介して駆動部２５１に接続されている。
【００２１】
また、弾性部２４のうち、第１の弾性部２４２および第２の弾性部２４３は、弾性変形（主として捩れ変形）可能な棒状部材である。これと同様に、弾性部２５のうち、第１の弾性部２５２および第２の弾性部２５３は、弾性変形可能な棒状部材である。
第１の弾性部２４２は、駆動部２４１を支持部２２に対して回動可能とするように、駆動部２４１と支持部２２とを連結している。これと同様に、第１の弾性部２５２は、駆動部２５１を支持部２２に対して回動可能とするように、駆動部２５１と支持部２２とを連結している。
【００２２】
第２の弾性部２４３は、質量部２１を駆動部２４１に対して回動可能とするように、質量部２１と駆動部２４１とを連結している。これと同様に、第２の弾性部２５３は、質量部２１を駆動部２５１に対して回動可能とするように、質量部２１と駆動部２５１とを連結している。
このような１対の第１の弾性部２４２、２５２および１対の第２の弾性部２４３、２５３は、同軸的に設けられており、これらを回動中心軸（回転軸）Ｘとして、１対の駆動部２４１、２５１が支持部２２に対して回動可能となっている。さらに、質量部２１が駆動部２４１、２５１に対して回動可能となっている。
【００２３】
このように、基体２は、駆動部２４１、２５１と第１の弾性部２４２、２５２とで構成された第１の振動系と、質量部２１と第２の弾性部２４３、２５３とで構成された第２の振動系とを有する。すなわち、基体２は、第１の振動系および第２の振動系からなる２自由度振動系を有する。
このような２自由度振動系は、図２に示すように、基体２の全体の厚さよりも薄く形成されているとともに、図２にて上下方向で基体２の上部に位置している。言い換えすれば、基体２には、基体２の全体の厚さよりも薄い部分が形成されており、この薄い部分に異形孔が形成されることにより、質量部２１と駆動部２４１、２５１と第１の弾性部２４２、２４２と第２の弾性部２４３、２５３とが形成されている。
【００２４】
本実施形態では、前記薄肉部の上面が支持部２２の上面と同一面上に位置することにより、前記薄い部分の下方には、質量部２１および駆動部２４１、２５１の回動のための空間（凹部）３０が形成されている。
このような基体２は、例えば、シリコンを主材料として構成されていて、質量部２１と、駆動部２４１、２５１と、支持部２２と、第１の弾性部２４２、２５２と、第２の弾性部２４３、２５３とが一体的に形成されている。このように、シリコンを主材料とすることにより、優れた回動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、微細な処理（加工）が可能であり、光学デバイス１の小型化を図ることができる。
【００２５】
なお、基体２は、ＳＯＩ基板等の積層構造を有する基板から、質量部２１と、駆動部２４１、２５１と、支持部２２と、第１の弾性部２４２、２５２と、第２の弾性部２４３、２５３とを形成したものであってもよい。その際、質量部２１と、駆動部２４１、２５１と、支持部２２の一部と、第１の弾性部２４２、２５２と、第２の弾性部２４３、２５３とが一体的となるように、これらを積層構造基板の１つの層で構成するのが好ましい（例えば、ＳＯＩ基板の一方のＳｉ層）。
【００２６】
前述したような基体２に接合した支持基板３は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。
支持基板３の上面には、図２に示すように、質量部２１に対応する部分に開口部３１が形成されている。
この開口部３１は、質量部２１が回動（振動）する際に、支持基板３に接触するのを防止する逃げ部を構成する。開口部（逃げ部）３１を設けることにより、光学デバイス１全体の大型化を防止しつつ、質量部２１の振れ角（振幅）をより大きく設定することができる。
【００２７】
なお、前述したような逃げ部は、前記効果を十分に発揮し得る構成であれば、必ずしも支持基板３の下面（質量部２１と反対側の面）で開放（開口）していなくてもよい。すなわち、逃げ部は、支持基板３の上面に形成された凹部で構成することもできる。また、空間３０の深さが質量部２１の振れ角（振幅）に対し大きい場合などには、逃げ部を設けなくともよい。
【００２８】
支持基板３の上面（図２にて、基体２側の面）には、図３に示すように、駆動部２４１に対応する部分に、１対の電極３２が回動中心軸Ｘを中心にほぼ対象となるように設けられている。これと同様に、駆動部２５１に対応する部分に、１対の電極３３が回動中心軸Ｘを中心にほぼ対象となるように設けられている。すなわち、本実施形態では、１対の電極が２組、計４個設けられている。
【００２９】
駆動部２４１と電極３２とは、図示しない電源に接続さており、駆動部２４１と電極３２との間に交流電圧（駆動電圧）を印加できるように構成されている。これと同様に、駆動部２５１と電極３３とは、図示しない電源に接続されており、駆動部２５１と電極３３との間には交流電圧（駆動電圧）を印加できるように構成されている。
なお、駆動部２４１の電極３２に対抗する面には、図示しない絶縁膜が設けられており、これと同様に、駆動部２５１の電極３３に対向する面には、図示しない絶縁膜が設けられている。これにより、駆動部２４１と電極３２の間および／または駆動部２５１と電極３３の間で短絡が発生することを好適に防止することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、電極３２および電極３３は、それぞれ、図示しない絶縁膜を介して、支持基板３に設けられている。これにより、電極３２および電極３３と支持基板３との間で絶縁性を確保することができる。また、このような絶縁層は、電極３２と駆動部２４１とのギャップ（距離）、電極３３と駆動部２５１とのギャップを調整する役割も有している。
以上のような構成の光学デバイス１は、次のようにして駆動する。
【００３１】
すなわち、電極３２と駆動部２４１との間および電極３３と駆動部２５１との間に、例えば、正弦波（交流電圧）等を印加する。具体的には、例えば、まず、１対の駆動部２４１、２５１をアースしておく。この状態にて、１対の電極３２、３３のうち、図３中上側の電極に図４（ａ）に示すような波形の電圧を印加し、図３中下側の電極に図４（ｂ）に示すような波形の電圧を印加する。すると、電極３２と駆動部２４１との間および電極３３と駆動部２５１との間に静電気力（クーロン力）が生じ、１対の駆動部２４１、２５１が、それぞれ電極３２、３３の方へ引き付けられる。
【００３２】
このような静電気力（すなわち、１対の駆動部２４１、２５１が、それぞれ電極３２、３３の方へ引き付けられる力）は、正弦波の位相により変化し、回動中心軸Ｘを軸に基体２の板面に対して傾斜するように振動（回動）する。
そして、この１対の駆動部２４１、２５１の回動に伴って、第２の弾性部２４３、２５３を介して連結されている質量部２１も、回動中心軸Ｘを軸に、基体２の板面に傾斜するように振動（回動）する。
【００３３】
次に、駆動部２４１、２５１と、質量部２１との関係について詳述する。
駆動部２４１の回動中心軸Ｘからこれにほぼ垂直な方向（長手方向）での長さをＬ１とし、駆動部２５１の回動中心軸Ｘからこれにほぼ垂直な方向（長手方向）での長さをＬ２とし、質量部２１の回動中心軸Ｘからこれにほぼ垂直な方向での長さをＬ３としたとき、本実施形態では、駆動部２４１、２５１が、それぞれ独立して設けられているため、質量部２１の大きさ（長さＬ３）にかかわらず、駆動部２４１、２５１と質量部２１とが干渉せず、Ｌ１およびＬ２を小さくすることができる。これにより、駆動部２４１、２５１の回転角度（振れ角）を大きくすることができ、その結果、質量部２１の回転角度を大きくすることができる。
【００３４】
また、駆動部２４１、２５１および質量部２１の寸法は、それぞれ、Ｌ１＜Ｌ３かつＬ２＜Ｌ３なる関係を満足するよう設定されるのが好ましい。
前記関係を満たすことにより、Ｌ１およびＬ２をより小さくすることができ、駆動部２４１、２５１の回転角度をより大きくすることができ、質量部２１の回転角度をさらに大きくすることができる。
【００３５】
この場合、質量部２１の最大回転角度が、２０°以上となるように構成されるのが好ましい。
これらによって、駆動部２４１、２５１の低電圧駆動と、質量部２１の大回転角度での振動（回動）とを実現することができる。
このため、このような光学デバイス１を、例えばレーザープリンタや、走査型共焦点レーザー顕微鏡等の装置に用いられる光スキャナに適用した場合には、より容易に装置を小型化することができる。
【００３６】
なお、前述したように、本実施形態では、Ｌ１とＬ２とはほぼ等しく設定されているが、Ｌ１とＬ２とが異なっていてもよいことは言うまでもない。
ところで、このような質量部２１および駆動部２４１、２５１の振動系（２自由度振動系）では、駆動部２４１、２５１および質量部２１の振幅（振れ角）と、印加する交流電圧の周波数との間に、図６に示すような周波数特性が存在している。
【００３７】
すなわち、かかる振動系は、駆動部２４１、２５１の振幅と、質量部２１の振幅とが大きくなる２つの共振周波数ｆｍ１［ｋＨｚ］、ｆｍ３［ｋＨｚ］（ただし、ｆｍ１＜ｆｍ３）と、駆動部２４１、２５１の振幅がほぼ０となる、１つの反共振周波数ｆｍ２［ｋＨｚ］とを有している。
この振動系では、電極３２、３３に印加する交流電圧の周波数Ｆが、２つの共振周波数のうち低いもの、すなわち、ｆｍ１とほぼ等しくなるように設定するのが好ましい。これにより、駆動部２４１、２５１の振幅を抑制しつつ、質量部２１の振れ角（回転角度）を大きくすることができる。
【００３８】
なお、本明細書中では、Ｆ［ｋＨｚ］とｆｍ１［ｋＨｚ］とがほぼ等しいとは、（ｆｍ１−１）≦Ｆ≦（ｆｍ１＋１）の条件を満足することを意味する。
駆動部２４１、２５１の平均厚さは、それぞれ、１〜１５００μｍであるのが好ましく、１０〜３００μｍであるのがより好ましい。
質量部２１の平均厚さは、１〜１５００μｍであるのが好ましく、１０〜３００μｍであるのがより好ましい。
第１の弾性部２４２、２５２のばね定数ｋ１は、１×１０−４〜１×１０４Ｎｍ/ｒａｄであるのが好ましく、１×１０−２〜１×１０３Ｎｍ/ｒａｄであるのがより好ましく、１×１０−１〜１×１０２Ｎｍ/ｒａｄであるのがさらに好ましい。これにより、質量部２１の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
【００３９】
一方、第２の弾性部２４３、２５３のばね定数ｋ２は、１×１０−４〜１×１０４Ｎｍ/ｒａｄであるのが好ましく、１×１０−２〜１×１０３Ｎｍ/ｒａｄであるのがより好ましく、１×１０−１〜１×１０２Ｎｍ/ｒａｄであるのがさらに好ましい。これにより、駆動部２４１、２５１の振れ角を抑制しつつ、質量部２１の振れ角をより大きくすることができる。
【００４０】
また、第１の弾性部２４２、２５２のばね定数ｋ１と第２の弾性部２４３、２５３のばね定数ｋ２とは、ｋ１＞ｋ２なる関係を満足するのが好ましい。これにより、駆動部２４１、２５１の振れ角を抑制しつつ、質量部２１の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
さらに、駆動部２４１、２５１の慣性モーメントをＪ１とし、質量部２１の慣性モーメントをＪ２としたとき、Ｊ１とＪ２とは、Ｊ１≦Ｊ２なる関係を満足することが好ましく、Ｊ１＜Ｊ２なる関係を満足することがより好ましい。これにより、駆動部２４１、２５１の振れ角を抑制しつつ、質量部２１の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
【００４１】
ところで、駆動部２４１、２５１と第１の弾性部２４２、２５２とからなる第１の振動系の固有振動数ω１は、駆動部２４１、２５１の慣性モーメントＪ１と、第１の弾性部２４２、２５２のばね定数ｋ１とにより、ω１＝（ｋ１／Ｊ１）１／２によって与えられる。一方、質量部２１と第２の弾性部２４３、２５３とからなる第２の振動系の固有振動数ω２は、質量部２１の慣性モーメントＪ２と、第２の弾性部２４３、２５３のばね定数ｋ２とにより、ω２＝（ｋ２／Ｊ２）１／２によって与えられる。
このようにして求められる第１の振動系の固有振動数ω１と第２の振動系の固有振動数ω２とは、ω１＞ω２なる関係を満足するのが好ましい。これにより、駆動部２４１、２５１の振れ角を抑制しつつ、質量部２１の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
【００４２】
次に、質量部２１を冷却する冷却手段４について詳述する。冷却手段４は、ペルチェ効果を用いて質量部２１を冷却するように構成されている。これにより、昇温による質量部２１の反りなどを防止することができる。
具体的には、冷却手段４は、発熱部４３および吸熱部４２を備えるペルチェ素子４１と、ペルチェ素子４１に電力を供給する電力供給手段４６とを有している。また、吸熱部４２は、図２に示すように、質量部２１の光反射部２１１と反対の面側に設けられている。このような冷却手段４は、電力供給手段４６の電力によりペルチェ素子４１を作動させることで、吸熱部４２により質量部２１を直接冷却するように構成されている。これにより、昇温による質量部２１の反りなどを抑制することができ、光学デバイス１は、長時間、連続的に使用される場合であっても、所望の走査特性を維持（発揮）することができる。
【００４３】
また、冷却手段４は、光学デバイス１の走査に同期して作動するように構成されている。言い換えすれば、光反射部２１１により光を反射させ走査しているときに冷却手段４が作動するように構成されている。これにより、光反射部２１１に光が照射されていない（すなわち質量部２１の温度が上昇する可能性が少ない）ときに、質量部２１を冷却してしまうことを防止し、質量部２１の過冷却を防止することができる。
【００４４】
また、冷却手段４は、光反射部２１１への光の反射による質量部２１の温度上昇を抑制するように質量部２１を冷却するよう構成されている。これにより、質量部２１の反りなどをより効果的に抑制することができる。
ここで、ペルチェ素子４１は、図６に示すように、互いに電気伝導度の異なる１対の導電性部材４１１、４１２を有している。この１対の導電性部材４１１、４１２は、互いに接合することにより閉回路４４を形成（すなわち、導電性部材４１１と導電性部材４１２との接合部が１対形成されている）している。この閉回路４４には、直流電源（電力供給手段）４６が接続され、閉回路４４に電力を供給することで、１対の接合部のうち、一方の接合部が吸熱部４２として、他方の接合部が発熱部４３として機能する。なお、接合部の一方が、吸熱部４２として機能するか、発熱部４３として機能するかは、閉回路４４を流れる電流の向きによって定まる。
【００４５】
導電性部材４１１および導電性部材４１２としては、導電性を有するものであれば、特に限定されず、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉなどの各種金属、シリコンなどの半導体などを好適に用いることができる。
また、導電性部材４１１と導電性部材４１２との組み合わせとしては、互いの電気伝導度が異なるものであれば、特に限定されず、例えば、ポリシリコンとＡｌの組み合わせ等を好適に用いることができる。
【００４６】
吸熱部４２は、図７に示すように、絶縁層２６を介して質量部２１の下面（光反射部２１１と反対側の面）に設けられている。これにより、質量部２１を直接的に冷却することができ、昇温による質量部２１の反りなどを防止することができる。その結果、光学デバイス１は、長時間、連続的に使用される場合であっても、所望の走査特性を維持（発揮）することができる。
【００４７】
また、吸熱部４２は、図７に示すように、複数の単位吸熱素子４２１で構成されており、この複数の単位吸熱素子４２１は、電気的に並列に接続されている。これにより、電源電圧を抑えることができ、閉回路４４に過度な負担をかけることなく、吸熱部４２の吸熱特性を向上させることができる。
また、複数の単位吸熱素子４２１は、回動中心軸Ｘに対して対称に設けられている。これにより、質量部２１に吸熱部４２を設けても、質量部２１の重心を回動中心軸Ｘ上に維持することができる。その結果、質量部２１を安定的に回動させつつ、冷却手段４により質量部２１を冷却することができる。
【００４８】
また、複数の単位吸熱素子４２１は、回動中心軸Ｘに対して対称に設けられ、かつ、平面視にて回動中心軸Ｘに直角な方向に対して対称に設けられている。これにより、質量部２１をより安定的に回動させつつ、冷却手段４により質量部２１を冷却することができる。
また、複数の単位吸熱素子４２１は、平面視にて、質量部２１の面の全域にわたって均等に設けられている。これにより、質量部２１を均等に冷却することができる。言い換えすれば、冷却手段４の作動により、質量部２１に温度ムラが発生することを防止することができる。その結果、質量部２１の部分的な反りなどを防止することができる。
【００４９】
ただし、複数の単位吸熱素子４２１の配置については、質量部２１を冷却することができれば、特に限定されず、例えば、回動中心軸Ｘに対して非対象に設けてもよく、また、質量部２１の面の中心部に集中させるようにして配置してもよい。また、吸熱部４２は、質量部２１を冷却することができれば、１つの吸熱素子から構成されるものであってもよい。
【００５０】
一方、発熱部４３は、支持基板３の下面（基体２とは反対側の面）に設けられている。これにより、発熱部４３の熱により質量部２１が昇温してしまうことを抑制することができる。さらに、発熱部４３は、断熱部材３５を介して支持基板３に設けられている。これにより、発熱部４３から質量部２１への熱の伝達を阻止することができる。すなわち、断熱部材３５は、発熱部４３から質量部２１への熱の伝達を阻止する阻止部材として機能する。これにより、質量部２１が発熱部４３の熱により昇温してしまうことを防止することができる。すなわち、吸熱部４２により、効率的に質量部２１を冷却することができる。このような断熱部材（阻止部材）３５としては、発熱部４３から質量部２１への熱の伝達を阻止することができれば、特に限定されない。また、このような断熱部材３５は、省略してもよい。この場合には、支持基板３が、阻止部材として機能することとなる。
【００５１】
また、発熱部４３の配置についても、特に限定はなく、例えば、支持部２２に設けてもよいし、光学デバイス１が組み込まれた装置内に設けてもよい。
さらに、冷却手段４は、発熱部４３の熱を放熱する放熱手段４７を有している。したがって、放熱手段４７により、発熱部４３を積極的に放熱することができる。これにより、吸熱部４２から発熱部４３へ熱をより伝達することができ、その結果、吸熱部４２の吸熱特性が向上し、昇温による質量部２１の反りなどを防止することができる。
【００５２】
本実施形態では、放熱手段４７は、ヒートシンクである。これにより、比較的簡単な構成で、発熱部４３の熱を効率的に放熱させることができる。なお、放熱手段４７としては、発熱部４３の熱を積極的に放熱させることができれば、これに限定されず、例えば、ファンなどを用いてもよい。また、十分な放熱特性を得られる場合などには放熱手段４７は、省略してもよい。
以上、吸熱部４２および発熱部４３について詳述した。
【００５３】
導電性部材４１１は、吸熱部４２から弾性部２５を経由して発熱部４３へ至っており、同様に、導電性部材４１２は、吸熱部４２から弾性部２４を経由して発熱部４３へ至っている。このような観点から見れば、弾性部２４、２５は、導電性部材４１１および導電性部材４１２をパターニングする通路としても機能している。これにより、質量部２１の回動を阻害してしまうことを防止することができる。
【００５４】
次に制御手段６について説明する。
制御手段６は、温度検知手段５により検知された温度に基づいて、質量部２１の温度を設定温度範囲内に維持するように、電力供給手段４６の作動を制御するよう構成されている。これにより、より確実に質量部２１の温度を設定温度範囲内に維持することができる。
【００５５】
具体的には、光学デバイス１は、光反射部２１１により光を反射させるように構成されているため、通常、光反射部２１１で反射しきれなかった光により、質量部２１の温度が上昇する。そこで、例えば、温度検知手段５により検知された質量部２１の温度が、設定温度よりも高い場合には、制御手段６により、電力供給手段４６を作動させ、ペルチェ素子４１へ電力を供給することで、質量部２１を吸熱部４２によって冷却し、質量部２１の温度を設定温度範囲内に維持する。
【００５６】
反対に、温度検知手段５により検知された質量部２１の温度が、設定温度よりも低い場合には、制御手段６により、電力供給手段４６からペルチェ素子４１への電力の供給を停止させ、質量部２１の過冷却を防止し、質量部の２１の温度を設定温度範囲内に維持する。このとき、放反射部２１１に照射される光により質量部２１の温度が上昇することとなる。
【００５７】
このように、制御手段６によって、電力供給手段４６のＯＮ・ＯＦＦ制御を行うことにより、質量部２１の温度を設定温度範囲内に維持することができる。質量部２１の温度を設定温度範囲内に維持することにより、質量部２１の反りなどを防止することができ、光反射部２１１により、走査対象物の所望の走査位置に光を照射させることができる。さらに、温度変化に伴う光学デバイス１の材料特性の変化を防止することができ、優れた回動特性を発揮することができる。この結果、光学デバイス１は、長時間、連続的に使用される場合であっても、所望の走査特性を維持（発揮）することができる。
【００５８】
なお、制御手段６として、電力供給手段４６のＯＮ・ＯＦＦ制御を行うものについて説明したが、電力供給手段４６の作動を制御し、質量部２１の温度を設定温度範囲内に維持することができれば、これに限定されない。例えば、温度検知手段５の検知結果に基づいて、制御手段６により、ペルチェ素子４１（閉回路４４）に供給する電流値を変化させ、吸熱部４２の冷却能力を調整することにより、質量部２１の温度を設定温度範囲内に維持するよう構成されていてもよい。
【００５９】
ここで、温度検知手段５としては、質量部２１の温度を検知することができれば、特に限定されず、例えば、サーミスタやサーモパイルなどが好適に用いられる。本実施形態では温度検知手段５は、サーミスタ素子５１を用いて質量部２１の温度を検知するよう構成されている。このようなサーミスタ素子５１は、質量部２１の面上に設けている。これにより、質量部２１の温度を直接的にかつ正確に検知することができる。
【００６０】
以上、本実施形態にかかる光学デバイス１について詳述したが、昇温による質量部２１の反りなどを抑制することができれば、例えば、温度検知手段５および制御手段６を省略してもよい。この場合には、例えば、質量部２１の昇温を抑制（すなわち質量部２１の反りなどを抑制）することが可能な一定の電力（予め、実験等により求められた電力）を電力供給手段４６からペルチェ素子４１へ供給するように構成されていてもよい。
【００６１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の光学デバイスの第２実施形態について説明する。
図９は、本発明の光学デバイスの第２実施形態を示す部分拡大図である。
以下、第２実施形態の光学デバイス１Ａについて、前述した第１実施形態の光学デバイス１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００６２】
第２実施形態の光学デバイス１Ａは、発熱部４３Ａの配設位置が異なる以外は、第１実施形態の光学デバイス１とほぼ同様である。
すなわち、光学デバイス１Ａでは、発熱部４３Ａは、駆動部２４１の面上に設けられている。駆動部２４１は、第１実施形態で説明したように、回動駆動する部位である。したがって、駆動部２４１を回動させることにより発生する気流により、発熱部４３Ａの熱を効果的に放熱させることができる。このような観点から見れば、駆動部２４１を回動させる駆動手段が、発熱部４３Ａの熱を放熱する放熱手段４７としても機能する。これにより、例えば、第１実施形態のようにヒートシンク４７などを設けなくてもよく、部品点数の削減（低コスト化、製造の簡易化）を図ることができる。
【００６３】
もちろん、別途、放熱手段４７を設けることにより、さらに、発熱部４３Ａの熱を効果的に放熱させることができるようになる。
発熱部４３Ａは、図９に示すように、駆動部２４１上に設けられ、かつ、平面視にて回動中心軸Ｘに対して対称となるように設けられている。これにより、発熱部４３Ａの熱を効率的に放熱させつつ、駆動部２４１を安定的に回動させることができる。
【００６４】
なお、本実施形態の発熱部４３Ａは、駆動部２４１上に設けられているが、例えば、各駆動部２４１、２５１に設けられていてもよい。
このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
以上、本発明の光学デバイスについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の光学デバイスでは、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
【００６５】
また、前述した実施形態では、光学デバイスの中心を通り質量部や駆動部の回動軸線に直角な面に対しほぼ対称（左右対称）な形状をなしている構造を説明したが、非対称であってもよい。
また、前述した実施形態では、光反射部が質量部の上面（支持基板とは逆側の面）に設けられ、放熱部が質量部の裏面（支持基板側の面）に設けられている構成について説明したが、例えば、その逆に設けられている構成であってもよい。すなわち、光反射部が質量部の下面に設けられ、吸熱部が質量部の上面に設けられているものであってもよい。
また、前述した実施形態では、２自由度振動系について説明したが、例えば１自由度振動系の光学デバイスに用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の光学デバイスの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】電極の配置を示す図である。
【図４】図１に示す光学デバイスの駆動電圧の電圧波形の一例を示す図である。
【図５】印加した交流電圧の周波数と、質量部および駆動部の共振曲線を示すグラフある。
【図６】ペルチェ素子を説明するための回路図である。
【図７】図１にかかる光学デバイスの部分拡大図である。
【図８】図１に示す光学デバイスの制御系を現すブロック図である。
【図９】本発明にかかる光学デバイスの第２実施形態を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
【００６７】
１、１Ａ‥‥‥光学デバイス  ２‥‥‥基体  ２１‥‥‥質量部  ２１１‥‥‥光反射部  ２２‥‥‥支持部  ２４、２５‥‥‥弾性部  ２４１、２５１‥‥‥駆動部  ２４２、２５２‥‥‥第１の弾性部  ２４３、２５３‥‥‥第２の弾性部  ２６‥‥‥絶縁層  ３‥‥‥支持基板  ３０‥‥‥空間  ３１‥‥‥開口部（逃げ部）  ３２、３３‥‥‥電極  ３５‥‥‥断熱部材  ４‥‥‥冷却手段  ４１‥‥‥ペルチェ素子  ４１１、４１２‥‥‥導電性部材  ４２‥‥‥吸熱部  ４３、４３Ａ‥‥‥発熱部  ４４‥‥‥閉回路  ４６‥‥‥電力供給手段  ４７‥‥‥ヒートシンク（放熱手段）  ５‥‥‥温度検知手段  ５１‥‥‥サーミスタ素子  ６‥‥‥制御手段  Ｘ‥‥‥回動中心軸
【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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