(57)【要約】【課題】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。【解決手段】光反射部を有し、回動可能に設けられた可動部と、前記可動部を駆動する駆動手段とを有し、前記駆動手段が前記可動部を回動させることにより、前記光反射部で反射した光を対象物に走査する光学デバイスであって、前記可動部を冷却する冷却手段を有し、前記可動部に冷却媒体を流通させる流路が形成され、該流路が前記冷却手段を構成していることを特徴とする光学デバイス。【選択図】図１
2007240546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射部を有し、回動可能に設けられた可動部と、
前記可動部を駆動する駆動手段とを有し、
前記駆動手段が前記可動部を回動させることにより、前記光反射部で反射した光を対象物に走査する光学デバイスであって、
前記可動部を冷却する冷却手段を有し、該冷却手段は、冷却媒体と、少なくとも前記可動部内を通過する流路と、供給手段とを備え、前記供給手段を用いて前記流路に冷却媒体を供給することにより、前記可動部を冷却することを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
前記可動部は、少なくとも２層以上の積層体で構成され、該層の互いに隣接する２つの層の少なくとも一方の層に凹部が形成され、該凹部を覆うように他方の層が接合することで前記流路が区画形成されている請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記一方の層は、シリコンを主材料として構成されている請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記他方の層は、高熱伝導材料を主材料として構成されている請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記流路は、前記可動部の重心と、該可動部の回動中心とが一致するように形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記可動部は板状をなし、該可動部の面に沿って前記流路がパターニングされている請求項１ないし５のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記流路は、前記可動部のほぼ全面にわたるようにパターニングされている請求項１ないし６のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記流路は、全長にわたり横断面積が均一になるように形成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記可動部を支持するための支持部と、前記支持部に対し前記可動部を回動可能とするように前記可動部と前記支持部とを連結する１対の弾性連結部とを有し、前記駆動手段は、前記弾性連結部を捩れ変形させながら前記可動部を回動させるものであり、前記支持部には、前記流路の導入口および排出口が形成されており、
前記導入口から一方の前記弾性連結部を通じて前記可動部に流通させ、該可動部から他方の前記弾性連結部を通じて前記排出口より排出するように前記流路が形成されている請求項１ないし８のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１０】
前記流路は、前記可動部と一方の前記弾性連結部との接続部と、前記可動部と他方の前記弾性連結部との接続部とのうち、一方の接続部から前記可動部の回動中心軸に対して直角方向に往復しながら他方の接続部へ向かうように形成されている請求項１ないし９のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１１】
前記可動部を支持するための支持部と、前記可動部を駆動するための１対の駆動部と、前記支持部に対し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１対の第１の弾性連結部と、前記駆動部に対し前記可動部を回動可能とするように前記駆動部と前記可動部とを連結する１対の第２の弾性連結部とを有し、前記駆動手段は、前記第１の弾性連結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の弾性連結部を捩れ変形させながら前記可動部を回動させるものであり、前記支持部には、前記流路の導入口および排出口が形成されており、
前記導入口から、順に、一方の前記第１の弾性連結部、該第１の弾性連結部と接続する前記第１の質量部、該第１の質量部と接続する前記第２の弾性連結部を通じて前記第２の質量部に流通させ、該第２の質量部から、順に、他方の前記第１の弾性連結部、該第１の弾性連結部と接続する前記第１の質量部、該第１の質量部と接続する前記第２の弾性連結部を通じて前記排出口より排出するように前記流路が形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】
前記流路は、前記駆動部の重心と、該駆動部の回動中心とが一致するように形成されている請求項１１に記載の光学デバイス。
【請求項１３】
前記流路は、一方の前記駆動部に形成された流路と他方の前記駆動部に形成された流路とが、前記可動部に対して対称となるように形成されている請求項１１または１２に記載の光学デバイス。
【請求項１４】
前記流路は、板状からなる前記駆動部の面に沿って形成されている請求項１１ないし１３のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１５】
前記流路は、前記可動部のほぼ全面にわたるようにパターニングされている請求項１１ないし１４のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１６】
前記流路は、前記駆動部と前記第１の弾性連結部との接続部と、前記駆動部と前記第２の弾性連結部との接続部とのうち、一方の接続部から前記駆動部の回動中心軸に対して直角方向に往復しながら他方の接続部へ向かうように形成されている請求項１１ないし１５のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１７】
前記供給手段は、循環機能を備える請求項１ないし１６のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１８】
前記可動部またはその近傍の温度を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づいて前記冷却手段の駆動を制御する制御手段とを有する請求項１ないし１７のいずれか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、光反射部を有し、回動可能に設けられた可動部と、
前記可動部を駆動する駆動手段とを有し、
前記駆動手段が前記可動部を回動させることにより、前記光反射部で反射した光を対象物に走査する光学デバイスであって、
前記可動部を冷却する冷却手段を有し、該冷却手段は、冷却媒体と、少なくとも前記可動部内を通過する流路と、供給手段とを備え、前記供給手段を用いて前記流路に冷却媒体を供給することにより、前記可動部を冷却することを特徴とする。
これにより、可動部の昇温を防止することができる。その結果、本発明の光学デバイスは、安定した駆動を行うことができる。
【０００７】
本発明の光学デバイスでは、前記可動部は、少なくとも２層以上の積層体で構成され、該層の互いに隣接する２つの層の少なくとも一方の層に凹部が形成され、該凹部を覆うように他方の層が接合することで前記流路が区画形成されていることが好ましい。
これにより、容易に可動部の内部に流路を形成することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記一方の層は、シリコンを主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、光学デバイスの振動特性を優れたものとしつつ、光学デバイスの小型化を図ることができる。
【０００８】
本発明の光学デバイスでは、前記他方の層は、高熱伝導材料を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、可動部をより効果的に冷却することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記流路は、前記可動部の重心と、該可動部の回動中心とが一致するように形成されていることが好ましい。
これにより、可動部を安定的に振動させるとともに、可動部を冷却することができる。
【０００９】
本発明の光学デバイスでは、前記可動部は板状をなし、該可動部の面に沿って前記流路がパターニングされていることが好ましい。
これにより、可動部のほぼ全面に流路を形成することができ、可動部を効果的に冷却することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記流路は、前記可動部のほぼ全面にわたるようにパターニングされていることが好ましい。
これにより、可動部のほぼ全面に流路を形成することができ、可動部を効果的に冷却することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記流路は、全長にわたり横断面積が均一になるように形成されていることが好ましい。
これにより、冷却媒体をスムーズに流すことができ、可動部を効果的に冷却することができる。
【００１０】
本発明の光学デバイスでは、前記可動部を支持するための支持部と、前記支持部に対し前記可動部を回動可能とするように前記可動部と前記支持部とを連結する１対の弾性連結部とを有し、前記駆動手段は、前記弾性連結部を捩れ変形させながら前記可動部を回動させるものであり、前記支持部には、前記流路の導入口および排出口が形成されており、
前記導入口から一方の前記弾性連結部を通じて前記可動部に流通させ、該可動部から他方の前記弾性連結部を通じて前記排出口より排出するように前記流路が形成されていることが好ましい。
これにより、１自由度振動系を有するねじり振動子を用いた光学デバイスを提供することができる。このようなねじり振動子を用いた光学デバイスは、マイクロマシン技術を用いて製造することができるので、小型化を図ることができる。
【００１１】
本発明の光学デバイスでは、前記流路は、前記可動部と一方の前記弾性連結部との接続部と、前記可動部と他方の前記弾性連結部との接続部とのうち、一方の接続部から前記可動部の回動中心軸に対して直角方向に往復しながら他方の接続部へ向かうように形成されていることが好ましい。
これにより、比較的簡単な流路で可動部の容積に対する流路の割合を大きくし、可動部をより効果的に冷却することができる。
【００１２】
本発明の光学デバイスでは、前記可動部を支持するための支持部と、前記可動部を駆動するための１対の駆動部と、前記支持部に対し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１対の第１の弾性連結部と、前記駆動部に対し前記可動部を回動可能とするように前記駆動部と前記可動部とを連結する１対の第２の弾性連結部とを有し、前記駆動手段は、前記第１の弾性連結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の弾性連結部を捩れ変形させながら前記可動部を回動させるものであり、前記支持部には、前記流路の導入口および排出口が形成されており、
前記導入口から、順に、一方の前記第１の弾性連結部、該第１の弾性連結部と接続する前記第１の質量部、該第１の質量部と接続する前記第２の弾性連結部を通じて前記第２の質量部に流通させ、該第２の質量部から、順に、他方の前記第１の弾性連結部、該第１の弾性連結部と接続する前記第１の質量部、該第１の質量部と接続する前記第２の弾性連結部を通じて前記排出口より排出するように前記流路が形成されていることが好ましい。
これにより、２自由度振動系を有するねじり振動子を用いた光学デバイスを提供することができる。このような振動子を用いた光学デバイスは、マイクロマシン技術を用いて製造することができるので、小型化を図ることができる。また、２自由度振動系を有するねじり振動子は、駆動電圧を低減しつつ、大きな振幅で可動部を駆動することができる。
【００１３】
本発明の光学デバイスでは、前記流路は、前記駆動部の重心と、該駆動部の回動中心とが一致するように形成されていることが好ましい。
これにより、駆動部を安定的に振動させるとともに、駆動部を冷却することができる。さらに、これにより可動部も補助的に冷却することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記流路は、一方の前記駆動部に形成された流路と他方の前記駆動部に形成された流路とが、前記可動部に対して対称となるように形成されていることが好ましい。
これにより、駆動部の振動特性を等しくすることができ、駆動部を安定的に駆動させることができる。
【００１４】
本発明の光学デバイスでは、前記流路は、板状からなる前記駆動部の面に沿って形成されていることが好ましい。
これにより、駆動部のほぼ全面に流路を形成することができ、駆動部を冷却するとともに、可動部も冷却することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記流路は、前記可動部のほぼ全面にわたるようにパターニングされていることが好ましい。
これにより、駆動部のほぼ全面に流路を形成することができ、駆動部を効果的に冷却することができるとともに、可動部も冷却することができる。
【００１５】
本発明の光学デバイスでは、前記流路は、前記駆動部と前記第１の弾性連結部との接続部と、前記駆動部と前記第２の弾性連結部との接続部とのうち、一方の接続部から前記駆動部の回動中心軸に対して直角方向に往復しながら他方の接続部へ向かうように形成されていることが好ましい。
これにより、比較的簡単な流路で駆動部の容積に対する流路の割合を大きくすることができ、駆動部を効果的に冷却することができる。
【００１６】
本発明の光学デバイスでは、前記供給手段は、循環機能を備えることが好ましい。
これにより、流路に冷却媒体を循環させることで、より効果的に可動部を冷却することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記可動部またはその近傍の温度を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づいて前記冷却手段の駆動を制御する制御手段とを有することが好ましい。
これにより、冷却媒体の流速等などを制御することができ、可動部などを一定の温度に保つことができ、安定した駆動を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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＞
本発明の第１実施形態を、図１ないし図７に基づいて説明する。
図１は、本発明の光学デバイスの第１実施形態を示す部分断面斜視図、図２は、図１中の基体１１０の詳細図、図３は、図１中のＡ−Ａ断面図、図４は、図１中のＢ−Ｂ断面図、図５は、制御手段のフローチャート図、図６および図７は、流路１５１の形成方法を示す図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図１ないし図２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３および図４中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００１８】
光学デバイス１００は、１自由度振動系を有する基体１１０と、基体１１０を下方から支持する支持部材１３０と、１自由度振動系を駆動する駆動手段１４０と、１自由度振動系を冷却する冷却手段１５０と、冷却手段１５０の駆動を制御する制御手段１９０とを有する。
基体１１０は、図１に示すように、光反射部１６０が設けられた可動部１１１と、可動部１１１を囲むように形成された支持部１１２と、支持部１１２に対し可動部１１１を回動可能とするように可動部１１１と支持部１１２とを連結する１対の弾性連結部１１３、１１４とを備えている。
また、基体１１０は、図２に示すように、第１の層１７０と、第１の層１７０と接合する第２の層１８０とからなる。
第１の層１７０の上面には、後述する流路１５１を形成する凹部１５７が形成されている。
【００１９】
第２の層１８０は、凹部１５７を覆うように、第１の層１７０に接合される。これにより、比較的容易に、流路１５１を可動部１１１内部に形成することができる。流路１５１は、可動部１１１を冷却するために、後述する供給手段１５４を用いて後述する冷却媒体１５５を流通させる流路である。
また、本実施形態では、第１の層１７０に凹部１５７を形成しているが、可動部を通過する流路を形成することができれば、これに限定されず、例えば、第２の層１８０の下面に凹部が形成されていてもよく、第１の層１７０の上面および第２の層１８０の下面とのそれぞれに凹部が形成されていてもよい。
【００２０】
第１の層１７０の構成材料としては、例えば、シリコンが好適に用いられる。これにより、光学デバイスの振動特性を優れたものとしつつ、光学デバイスの小型化を図ることができる。
第２の層１８０の構成材料としては、凹部１５７を覆うことができれば特に限定されず、各種有機材料、無機材料を用いることができる。
【００２１】
この中でも特に、シリコン、ホウケイ酸ガラス等のアルカリ金属含有ガラス、高熱伝導材料、シリコンゴム等の高分子材料などが好ましい。
シリコンを用いた場合には、第１の層１７０と同一材料とすることができ、第１の層１７０と第２の層１８０とを直接接合により強固に接合させることができる。その結果、基体１１０の耐久性を向上させることができる。
【００２２】
アルカリ金属含有ガラスを用いた場合には、第１の層１７０と第２の層１８０とを陽極接合により強固に接合することができ、基体１１０の耐久性を向上させることができる。さらに、接合したガラスを通して基体１１０の内部を観察することができるため、流路からの冷却媒体の流出などの不具合を製造工程において容易に検査することができる。
高熱伝導材料を用いた場合には、可動部１１１で発生した熱を、その高熱伝導材料を通じて外部へ放出することができる。これにより、可動部１１１をより効果的に冷却することができる。
シリコンゴム等の高分子材料を用いた場合には、その粘着性により凹部１５７を覆うことができる。
【００２３】
このような高熱伝導材料としては、特に限定されないが、例えば、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのような金属（金属単体）、これらの金属を含む合金、これらの金属を含む酸化物や窒化物等が挙げられる。
これらの中でも、高熱伝導性材料としては、アルミニウム、銅、チタン、ステンレス鋼のような金属材料、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等のセラミックス材料が好ましい。
【００２４】
また、本実施形態では、第２の層１８０は、第１の層１７０の上面（凹部１５７が形成されている面）全域と接合するよう構成されているが、流路１５１を形成するために凹部１５７を覆うことができればこれに限定されず、例えば、第２の層１８０は、第１の層１７０の一部と接合するものであってもよい。
このような、基体１１０は、可動部１１１と、支持部１１２と、１対の弾性連結部１１３、１１４とが一体的に形成されている。言い換えすれば、基体１１０に異形孔が形成されることにより、可動部１１１と、支持部１１２と、１対の弾性連結部１１３、１１４とが形成されている。これにより、（１）製造工程が少なくてすむので安価となる。（２）一体型なので亀裂などの故障を回避することができる。（３）弾性体としての設計が容易となる。
【００２５】
可動部１１１は、板状をなし、その上面には、光反射部１６０が設けられている。なお、可動部１１１は略板状をなしていればよい。
可動部１１１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。
支持部１１２は、可動部１１１を囲むように形成された枠状をなしている。また、支持部１１２の可動部１１１近傍には、後述する温度センサ１９１が取り付けられている。
【００２６】
支持部１１２は、枠状に限定されず、例えば、弾性連結部１１３に接続される部分と、弾性連結部１１４に接続される部分とに分割されていてもよい。
１対の弾性連結部１１３、１１４は、互いに同軸的に設けられており、これらを回動中心軸（回動軸線）１１９として、可動部１１１が支持部１１２に対して回動可能となっている。弾性連結部１１３、１１４の横断面は、それぞれ、可動部１１１の板厚方向を長手とする形状をなしている。
【００２７】
弾性連結部１１３、１１４のばね定数ｋ１は、それぞれ、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、後述する圧電素子１４１、１４２、１４３、１４４の駆動電圧の低減化を図りつつ、可動部１１１の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
このような、光学デバイス１００は、以下のようにして駆動する。
【００２８】
駆動手段１４０は、可動部１１１と弾性連結部１１３、１１４とからなる振動部を駆動させるために、図１中矢印方向に伸縮する圧電素子１４１、１４２、１４３、１４４が支持部１１２に支持されているとともに、圧電素子１４１、１４２が弾性連結部１１３に接続され、圧電素子１４３、１４４が弾性連結部１１４に接続されている。
なお、圧電素子１４１、１４２、１４３、１４４の伸縮方向での一端部は、支持部１１２に直接接続されていなくても、支持部１１２に対して固定的に設けられた部分に接続されていればよい。
【００２９】
このような圧電素子１４１、１４２、１４３、１４４は、それぞれ、図示しない駆動手段に接続されており、この駆動手段から電圧の供給を受けて駆動する。
具体的には、圧電素子１４１、１４２を伸張状態とするとともに、圧電素子１４３、１４４を収縮状態とする状態と、圧電素子１４１、１４２を収縮状態とするとともに、圧電素子１４３、１４４を伸張状態とする状態とを交互に繰り返す。これにより、弾性連結部１１３、１１４が回動中心軸１１９を中心に捩れて、可動部１１１が支持部１１２に対し回動中心軸１１９まわりに回動する。
【００３０】
支持部材１３０は、接合層１２０を介して基体１１０に接合している。
接合層１２０の構成材料としては、基体１１０と支持部材１３０とを接合することができるものであれば特に限定されないが、例えば、基体１１０および支持部材１３０がともにシリコンを主材料として構成されている場合には、ＳｉＯ２が好適に用いられる。また、基体１１０と支持部材１３０とを接合層１２０を介さずに直接、接合させてもよい。
支持部材１３０は、例えば、各種ガラスやシリコン等を主材料として構成されている。
支持部材１３０には、図３および図４に示すように、可動部１１１の回動を許容するように開口部１３１が形成されている。
【００３１】
ここで、冷却手段１５０について詳述する。
冷却手段１５０は、流路１５１と、冷却媒体１５５と、供給手段１５４とを備え、供給手段１５４を用いて冷却媒体１５５を流路１５１に流通させることで可動部１１１を直接冷却することができる。
流路１５１には、図４に示すように、冷却媒体１５５の導入口１５２と、排出口１５３とが設けられている。
【００３２】
流路１５１は、図３および図４に示すように、可動部１１１の内部に形成されている。これにより、可動部１１１を直接冷却することができる。また、簡単な工程で基体１１０に流路１５１を形成することができる。なお、可動部１１１を冷却することができるものであれば、これに限定されず、例えば、流路の形成された部材を別途作成し、その部材を可動部１１１に取り付ける等してもよい。この場合、可動部は積層体でなく単層で構成されていてもよい。
【００３３】
流路１５１は、図２および図３に示すように、板状からなる可動部１１１の面に沿ってパターニングされている。これにより、可動部１１１のほぼ全面に流路１５１を形成することができ、可動部１１１の内部を通る流路の全長を長くすることができる。その結果、可動部１１１を効果的に冷却することができる。
流路１５１は、導入口１５２から弾性連結部１１４を通じて可動部１１１に流通し、可動部１１１から弾性連結部１１３を通じて排出口１５３より排出されるように、基体１１０の内部に形成されている。これにより、弾性連結部１１３、１１４を冷却し、弾性連結部１１３、１１４の昇温を防ぐことができる。その結果、弾性連結部１１３、１１４の振動特性の変化を防止しつつ、可動部１１１を補助的に冷却することができ、光学デバイス１００は、安定した駆動を行うことができる。
【００３４】
流路１５１は、可動部１１１と弾性連結部１１３との接続部と、可動部１１１と弾性連結部１１４との接続部とのうち、一方の接続部から可動部１１１の回動中心軸１１９に対して直角方向、かつ、可動部１１１の板厚方向に対して直角に往復しながら他方の接続部へ向かうように規則的に形成されている。これにより、比較的簡単な流路で可動部１１１の容積に対して流路１５１の容積が占める割合を大きくすることで、可動部１１１をより効果的に冷却することができる。なお、流路１５１は、本実施形態に限定されず、例えば前記連結部の一方から他方へ最短距離で向かうよう形成された流路でもよいし、不規則に蛇行するように形成された流路でもよい。また、流路は一本である必要はなく、例えば、可動部２１の内部で複数の流路に分岐するように形成された流路であってもよい。
【００３５】
流路１５１は、可動部１１１の重心と、可動部１１１の回動中心とが一致するよう形成されている。これにより、可動部１１１は回動中心で釣合うこととなり、安定した駆動（振動）を行うことができるとともに、可動部１１１を効果的に冷却することができる。なお、流路１５１は、光学デバイス１００が安定的に駆動することが可能であればこれに限定されず、可動部１１１の重心と可動部１１１の回動中心とが一致するよう形成されていなくてもよい。
【００３６】
また、可動部１１１の重心と可動部１１１の回動中心とを一致させる場合であっても、流路の形状、長さ、配置などの形態は、本実施形態に限定されない。
流路１５１は、流路全長において横断面積が均一となるよう形成されている。これにより、流路１５１内に後述する冷却媒体をよりスムーズに流通させることができ、可動部１１１の冷却をより効果的に行うことができる。ただし、冷却媒体を流通させることができれば、本実施形態に限定されない。
【００３７】
冷却媒体１５５は、流路１５１内を流通することで可動部１１１を直接冷却する。
冷却媒体１５５としては、特に限定されないが、例えば、液体、気体などの流体を用いることができる。この中でも、特に、フロリナート、液体ヘリウム、液体窒素などが好適に用いられる。これにより、冷却効果をより優れたものとすることができる。
供給手段１５４としては、流路１５１に冷却媒体１５５を供給することができれば特に限定されないが、スクリュポンプなどを好適に用いることができる。
【００３８】
また、本実施形態では、図１に示すように、導入口１５２および排出口１５３は、それぞれ、管路１５６を介して供給手段１５４に接続されており、冷却媒体１５５が流路１５１を循環している。これにより、可動部１１１をより効果的に冷却することができる。ただし、本実施形態に限定されず、例えば、管路１５６を介さずに導入口１５２および排出口１５３を直接供給手段１５４に接続させてもよい。また、冷却媒体１５５を流路１５１に循環させなくてもよく、例えば、供給手段１５４の駆動により冷却媒体１５５を導入口１５２から供給し、排出口１５３から排出させるものであってもよい。
【００３９】
制御手段１９０は、図５に示すように、温度センサ１９１と、供給手段１５４に接続されている。
温度センサ１９１は、可動部１１１の温度または可動部１１１の近傍の温度を検知することができる。
温度センサ１９１は、可動部１１１の温度または可動部１１１の近傍の温度を検知することができれば特に限定されないが、例えば、サーミスタなどを好適に用いることができる。
【００４０】
制御手段１９０は、温度センサ１９１の検知結果に基づいて可動部１１１の温度を設定温度範囲内にするように、供給手段１５４の駆動を制御することができる。これにより、可動部１１１の振動特性の変化を防止することができる。その結果、光学デバイス１００は、安定した駆動を行うことができる。
このような光学デバイス１００は、例えば、次のようにして製造することができる。
図６および図７は、それぞれ、第１実施形態の光学デバイス１００の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下では、説明の便宜上、図６および図７中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００４１】
［Ａ１］
まず、図６（ａ）に示すように、Ｓｉ層２０１、ＳｉＯ２層２０２、Ｓｉ層２０３が順次積層された基板（ＳＯＩ基板）２００を用意する。なお、基板２００のうち、Ｓｉ層２０１は、第１の層１７０を構成し、Ｓｉ層２０３は、支持部材１３０を構成するものである。
そして、基板２００の上面（Ｓｉ層２０１側の面）に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行う。これにより、流路を形成する凹部１５７の形状に対応するように、図６（ｂ）に示すようなレジストマスク３００を形成する。なお、レジストマスク３００に代えて、凹部１５７の形状に対応する形状をなす金属マスク、ＳｉＯ２マスク、ＳｉＮマスクを用いることもできる。
【００４２】
［Ａ２］
さらに、このレジストマスク３００を介して、基板２００の前記上面を表面層の途中までエッチングを行う。これにより、図６（ｃ）に示すように、凹部１５７が形成される。その後、図６（ｄ）に示すように、レジストマスク３００を除去する。
［Ａ３］
一方、図６（ｅ）に示すように、第２の層１８０となるべき基板２１０を用意する。
そして、工程［Ａ２］で得られた凹部１５７の上面を覆うように、基板２１０と基板２００とを接合する。これにより、流路１５１が形成される。
【００４３】
なお、基板２１０にシリコンを用いた場合には、直接接合により接合することができる。また、基板２１０にホウケイ酸ガラス等のアルカリ金属含有ガラスを用いた場合には、陽極接合により接合することができる。
次に、図６（ｆ）の示すように、基板２１０の厚さを調整（薄肉化）し、基板２２０を得る。
【００４４】
［Ａ４］
工程［Ａ３］で得られた基板２２０の上面（基板２１０側の面）に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行う。これにより、導入口１５２、排出口１５３の形状に対応するようにレジストマスクを形成する（図示せず）。
さらに、このレジストマスクを介して、基板２３０の前記上面を表面層の途中までエッチングを行う。これにより、導入口１５２、排出口１５３が形成される。その後、レジストマスクを除去する（図示せず）。
【００４５】
［Ａ５］
次に、基板２２０の上面（基板２１０側の面）に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行う。これにより、可動部１１１、支持部１１２、弾性連結部１１３、１１４の形状に対応するように、図７（ａ）に示すようなレジストマスク３０１を形成する。なお、レジストマスク３０１に代えて、可動部１１１、支持部１１２、弾性連結部１１３、１１４の形状に対応する形状をなす金属マスク、ＳｉＯ２マスク、ＳｉＮマスクを用いることもできる。
【００４６】
［Ａ６］
次に、このレジストマスク３０１を介して、基板２２０の前記上面をエッチングする。これにより、図７（ｂ）に示すように、可動部１１１、支持部１１２、弾性連結部１１３、１１４が形成される。このとき、ＳｉＯ２層２０２は前記エッチングのストップ層としても機能する。
【００４７】
エッチング方法としては、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、以下の各工程におけるエッチングにおいても、同様の方法を用いることができる。
【００４８】
［Ａ７］
一方、基板２２０の下面（Ｓｉ層２０３側の面）に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行う。これにより、支持部材１３０の形状に対応するように、図７（ｃ）に示すようなレジストマスク３０２を形成する。
次に、このレジストマスク３０２を介して、基板２２０の前記下面をエッチングした後、レジストマスク３０２を除去する。これにより、図７（ｄ）に示すように、支持部材１３０および、開口部１３１が形成させる。
【００４９】
［Ａ８］
次に、ＳｉＯ２層２０２のうち、開口部１３１に対応する部分をエッチングにより除去する。これにより、図７（ｅ）に示すように、可動部１１１、弾性連結部１１３、１１４が回動可能にリリースされる。
［Ａ９］
一方、レジストマスク３０１を除去した後、可動部１１１上に金属膜を成膜し、光反射部１６０を形成してアクチュエータを得る。
【００５０】
金属膜の成膜方法としては、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、金属箔の接合等が挙げられる。なお、以下の各工程における金属膜の成膜においても、同様の方法を用いることができる。
なお、前述の工程［Ａ４］にてレジストマスク３０１に代えて金属マスクを使用した場合、前述の工程［Ａ９］にて、金属マクスの一部を除去せずに光反射部１６０としてもよい。
【００５１】
［Ａ１０］
次に、図７（ｆ）に示すように、工程［Ａ９］で得られたアクチュエータの両面に圧電素子１４１、１４２、１４３、１４４を取り付けて、光学デバイス１００を得る。
以上のようにして、第１実施形態の光学デバイス１００が製造される。
【００５２】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を、図８ないし図１２に基づいて説明する。
図８は、本発明の光学デバイスの第２実施形態を示す部分断面斜視図、図９は、図８に示す光学デバイスの電極の配置を示す平面図、図１０は、図８に示す光学デバイスの駆動電圧の一例（交流電圧）を示す図、図１１は、本発明の光学デバイスの流路を示す平面図、図１２は、図７中のＡ−Ａ断面図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図８および図９、図１１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１２中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００５３】
以下、第２実施形態の光学デバイスについて、前述した第１実施形態の光学デバイス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。
光学デバイス１００Ａは、図８に示すように、２自由度振動系を有する基体１１０Ａと、基体１１０Ａを下方から支持する支持部材１３０Ａと、２自由度振動系を駆動する駆動手段１４０Ａとを有する。
【００５４】
基体１１０Ａは、１対の第１の質量部（以下「駆動部」という。）１１５Ａ、１１６Ａと、上面に光反射部１６０Ａが設けられた第２の質量部（以下「可動部」という。）１１１Ａと、これらを支持するための支持部１１２Ａと、支持部１１２Ａに対し駆動部１１５Ａ、１１６Ａを回動可能とするように支持部１１２Ａと駆動部１１５Ａ、１１６Ａとを連結する１対の第１の弾性連結部１１７Ａ、１１８Ａと、駆動部１１５Ａ、１１６Ａに対し可動部１１１Ａを回動可能とするように駆動部１１５Ａ、１１６Ａと可動部１１１Ａとを連結する１対の第２の弾性連結部１１３Ａ、１１４Ａを備えている。
【００５５】
具体的には、基体１１０Ａは、可動部１１１Ａを中心として、その一端側（図８中、左側）に駆動部１１５Ａが設けられ、他端側（図８中、右側）に駆動部１１６Ａが設けられて構成されている。
また、本実施形態では、駆動部１１５Ａ、１１６Ａは、互いにほぼ同一形状かつほぼ同一寸法をなし、可動部１１１Ａを介して、ほぼ対称に設けられている。
このような基体１１０Ａは、可動部１１１Ａと、駆動部１１５Ａ、１１６Ａと、支持部１１２Ａと、１対の第１の弾性連結部１１７Ａ、１１８Ａと、１対の第２の弾性連結部１１３Ａ、１１４Ａとが一体的に形成されている。
【００５６】
第１の弾性連結部１１７Ａ、１１８Ａおよび第２の弾性連結部１１３Ａ、１１４Ａは、同軸的に設けられており、これらを回動中心軸（回転軸）１１９Ａとして、駆動部１１５Ａ、１１６Ａが支持部１１２Ａに対して、また、可動部１１１Ａが駆動部１１５Ａ、１１６Ａに対して回動可能となっている。
このように、基体１１０Ａは、駆動部１１５Ａ、１１６Ａと第１の弾性連結部１１７Ａ、１１８Ａとからなる第１の振動系と、可動部１１１Ａと第２の弾性連結部１１３Ａ、１１４Ａとからなる第２の振動系とで構成された２自由度振動系を有している。
【００５７】
本実施形態では、このような２自由度振動系は、基体１１０Ａの全体の厚さよりも薄く形成されているとともに、図８にて、上下方向で基体１１０Ａの上部に位置している。換言すれば、基体１１０Ａには、基体１１０Ａの全体の厚さよりも薄い部分（以下「薄肉部」という）が形成されており、この薄肉部に異形孔が形成されることにより、可動部１１１Ａと、駆動部１１５Ａ、１１６Ａと、第１の弾性連結部１１７Ａ、１１８Ａと、第２の弾性連結部１１３Ａ、１１４Ａとが形成されている。
【００５８】
また、本実施形態では、図１２に示すように、前記薄肉部の上面が支持部１１２Ａの上面と同一面上に位置することにより、前記薄肉部の下方には、可動部１１１Ａおよび駆動部１１５Ａ、１１６Ａの回動のための空間１３２Ａが形成されている。
さらに、基体１１０Ａは、接合層１２０Ａを介して支持部材１３０Ａに接合しており、支持部材１３０Ａの上面には、図１２に示すように、可動部１１１Ａに対応する部分に開口部２３１Ａが形成されている。
【００５９】
この開口部２３１Ａは可動部１１１Ａが振動する際に、支持部材１３０Ａに接触するのを防止する逃げ部を構成する。開口部２３１Ａを設けることにより、光学デバイス１００Ａ全体の大型化を防止しつつ、可動部１１１Ａの振れ角（振幅）をより大きく設定することができる。光学デバイス１００Ａにおいて、支持部材１３０Ａがシリコンを主材料として構成されている場合、ガラス材料などで支持部材１３０Ａが構成されている場合に比し、前述のような開口部などの逃げ場を簡単にそして高精度（高アスペクト比）に形成することができる。
【００６０】
なお、逃げ部は、前記効果を十分に発揮し得る構成であれば、必ずしも支持部材１３０Ａの下面（可動部１１１Ａと反対側の面）で開口していなくてもよい。すなわち、逃げ部は、支持部材１３０Ａ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１３２Ａの深さが可動部１１１Ａの振れ角（振幅）に対し大きい場合などには、逃げ部を設けなくてもよい。
【００６１】
また、支持部材１３０Ａの上面（基体１１０Ａ側の面）には、図９に示すように、一対の電極１４１Ａを２組備えている。具体的には、駆動部１１５Ａに対応する部分に、１対の電極１４１Ａが回動中心軸１１９Ａを中心にほぼ対称となるように設けられ、また、駆動部１１６Ａに対応する部分に、一対の電極１４１Ａが回動中心軸１１９Ａを中心にほぼ対称となるように設けられている。
【００６２】
駆動部１１５Ａ、１１６Ａと各電極１４１Ａとは、図示しない電源に接続されており、駆動部１１５Ａ、１１６Ａと各電極１４１Ａとの間に交流電圧（駆動電圧）を印加できるよう構成されている。
すなわち、駆動部１１５Ａ、１１６Ａと各電極１４１Ａ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、駆動部１１５Ａ、１１６Ａをアースしておき、図９中上側の２つの電極１４１Ａに、図１０（ａ）に示すような波形の電圧を印加し、図９中下側の２つの電極１４１Ａに、図１０（ｂ）に示すような波形の電圧を印加する。すると、駆動部１１５Ａ、１１６Ａと各電極１４１Ａとの間に静電気力（クーロン力）が生じる。
【００６３】
この静電気力により、駆動部１１５Ａ、１１６Ａが、各電極１４１Ａの方へ引きつけられる力が正弦波の位相により変化し、第１の連結部１１７Ａ、１１８Ａを回動中心軸に、基体１１０Ａの板面に対して傾斜するように振動（回動）する。
そして、この駆動部１１５Ａ、１１６Ａの振動（駆動）に伴って、第２の弾性連結部１１３Ａ、１１４Ａを介して連結されている可動部１１１Ａも、第２の弾性連結部１１３Ａ、１１４Ａを回転中心軸に、基体１１０Ａの板面に対して傾斜するように振動（回動）する。
【００６４】
また、基体１１０Ａには、可動部１１１Ａを冷却するための流路１５１Ａが可動部を通過するように形成されている。
流路１５１Ａは、図１１および図１２に示すように、駆動部１１５Ａ、１１６Ａの内部にも形成されている。これにより、駆動部１１５Ａ、１１６Ａの昇温を防ぎ、振動特性の変化を防止することができる。さらに、高温になりやすい可動部１１１Ａを補助的に冷却することができる。この結果、光学デバイス１００Ａは、より安定した駆動（振動）を行うことができる。
【００６５】
流路１５１Ａは、駆動部１１５Ａ、１１６Ａのそれぞれの重心と回動中心とが一致するよう形成されている。これにより、駆動部１１５Ａ、１１６Ａは回動中心で釣合うこととなり、光学デバイス１００Ａは、安定した駆動（振動）を行うことができ、また、駆動部１１５Ａ、１１６Ａを冷却することができる。さらに、可動部１１１Ａを補助的に冷却することができる。なお、流路１５１Ａは、光学デバイス１００Ａが安定的に駆動することができれば、駆動部１１５Ａ、１１６Ａのそれぞれの重心と回動中心とが一致するよう形成されていなくてもよい。
【００６６】
また、駆動部１１５Ａ、１１６Ａのそれぞれの重心と回動中心とを一致させる場合であっても、流路の形状、長さ、配置などの形態は、本実施形態に限定されない。
流路１５１は、駆動部１１５Ａ内の流路と、駆動部１１６Ａ内の流路とが、可動部１１１Ａに対して対称となるように形成されている。これにより、駆動部１１５Ａと駆動部１１６Ａの質量、振動特性などを等しくすることができる。その結果、光学デバイス１００Ａは、より安定した駆動（振動）を行うことができる。
【００６７】
流路１５１Ａは、図１１および図１２に示すように、板状からなる駆動部１１５Ａ、１１６Ａの面に沿って形成されている。これにより、駆動部１１５Ａ、１１６Ａのほぼ全面に流路１５１Ａを形成することができる。その結果、駆動部１１５Ａ、１１６Ａをより効果的に冷却することが可能となり、振動特性の変化を防止することができるとともに、可動部１１１Ａをより効率的に冷却することができる。
【００６８】
流路１５１Ａは、導入口１５２Ａから、順に、第１の弾性連結部１１８Ａ、駆動部１１６Ａ、第２の弾性連結部１１４Ａを通じて可動部１１１Ａに流通させ、可動部１１１Ａから、順に、第２の弾性連結部１１３Ａ、駆動部１１５Ａ、第１の弾性連結部１１７Ａを通じて排出口１５３Ａより排出するように形成されている。これにより、弾性連結部１１３Ａ、１１４Ａ、１１７Ａ、１１８Ａを直接冷却することができ、振動特性の変化を防止することができる。さらに、可動部１１１Ａを補助的に冷却することができる。その結果、光学デバイス１００Ａは、安定した駆動（振動）を行うことができる。
【００６９】
流路１５１Ａは、図１１および図１２に示すように、駆動部１１５Ａ、１１６Ａのそれぞれについて、駆動部と第１の弾性連結部との接続部と、駆動部と第２の弾性連結部との接続部とのうち、一方の接続部から駆動部の回動中心軸に対して直角方向、かつ、駆動部の板厚方向に対して直角方向に往復しながら他方の接続部へ向かうように規則的に形成されている。これにより、比較的簡単な流路で、駆動部１１５Ａ、１１６Ａの容積に対して流路１５１Ａの容積が占める割合を大きくすることができる。その結果、駆動部１１５Ａ、１１６Ａの内部を流れる冷却媒体の量を増やすことで、駆動部１１５Ａ、１１６Ａを効果的に冷却することができる。さらに、可動部１１１Ａをより効果的に冷却することができる。なお、流路１５１Ａは、本実施形態に限定されず、例えば前記連結部の一方から他方へ最短距離で向かうよう形成された流路でもよいし、不規則に蛇行するように形成された流路でもよい。また、流路は一本である必要はなく、例えば、駆動部１１５Ａ、１１６Ａの内部で複数の流路に分岐するように形成された流路であってもよい。
【００７０】
以上、本発明の光学デバイスについて、図示の各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
また、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。
また、前述した実施形態では、静電駆動により駆動部１１５Ａ、１１６Ａを回動させ、これに伴い、可動部１１１Ａを回動させるもの、すなわち、可動部を駆動する駆動手段として静電駆動を用いたものを説明したが、駆動手段としては、これに限定されず、圧電駆動など他の駆動方式のものを採用することもできる。また、静電駆動を用いた駆動手段としては、前述したような平行平板型以外にも、櫛歯状電極を用いたものなど他の形態であってもよい。
また、前述した実施形態では、可動部のみならず、弾性連結部や、駆動部の内部にも流路が形成させているものについて説明したが、これに限定されず、少なくとも可動部に流路が形成されていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の光学デバイスの第１実施形態を示す部分断面斜視図である。
【図２】図１中の基体１１０の詳細図である。
【図３】図１中のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１中のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】制御手段のフローチャート図である。
【図６】内部に流路を区画形成した可動部の製造方法を示す図である。
【図７】内部に流路を区画形成した可動部の製造方法を示す図である。
【図８】本発明の光学デバイスの第２実施形態を示す部分断面斜視図である。
【図９】図７に示す光学デバイスの電極の配置を示す平面図であるである。
【図１０】図７に示す光学デバイスの駆動電圧の一例（交流電圧）を示す図である。
【図１１】本発明の光学デバイスの流路を示す平面図である。
【図１２】図７中のＡ−Ａ断面図であるである。
【符号の説明】
【００７２】
１００、１００Ａ……光学デバイス  １１０、１１０Ａ……基体  １１１、１１１Ａ……可動部  １１２、１１２Ａ……支持部  １１３、１１４……弾性連結部  １１３Ａ、１１４Ａ……第２の弾性連結部  １１５Ａ、１１６Ａ……駆動部  １１７Ａ、１１８Ａ……第１の弾性連結部  １１９、１１９Ａ……回動中心軸  １２０、１２０Ａ……接合層  １３０、１３０Ａ……支持部材  １３１、１３１Ａ……開口部  １３２Ａ……空間  １４０、１４０Ａ……駆動手段  １４１、１４２、１４３、１４４……圧電素子  １４１Ａ……電極  １５０……冷却手段  １５１、１５１Ａ……流路  １５２、１５２Ａ……導入口  １５３、１５３Ａ……排出口  １５４……供給手段  １５５……冷却媒体  １５６……管路  １５７……凹部  １６０、１６０Ａ……光反射部  １７０……第１の層  １８０……第２の層  １９０……制御手段  １９１……温度センサ  ２００、２１０、２２０、２３０……基板  ２０１、２０３……Ｓｉ層  ２０２……ＳｉＯ２層  ３００、３０１、３０２……レジストマスク
【図１】
2007240546.tif 000003
【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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