(57)【要約】【課題】ミラー部の共振周波数を調整することなく、ミラー部を傾向して光を走査するスキャナー性能が高いレベルで安定する光走査装置の製造方法および性能調整方法を提供する。【解決手段】固定枠４と、該固定枠に連結され、電気機械変換部と弾性変形部とが一体化された駆動部５と、該駆動部５と軸部８を介して連結され主に第一方向に傾動可能な可動枠６と、該可動枠６とトーションバー７を介して連結され第一方向と直交する第二方向に主に傾向するミラー部３と、を備える光走査装置２とし、駆動部５の共振周波数を、組み付けたミラー部３のミラー部共振周波数に応じた所定の駆動部共振周波数に調整する光走査装置の製造方法および性能調整方法とした。【選択図】図１
2013003522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定枠と、該固定枠に連結され、電気機械変換部と弾性変形部とが一体化された駆動部と、該駆動部と軸部を介して連結され主に第一方向に傾動可能な可動枠と、該可動枠とトーションバーを介して連結され前記第一方向と直交する第二方向に主に傾向するミラー部と、を備える光走査装置の製造方法であって、
前記駆動部の共振周波数を、組み付けた前記ミラー部のミラー部共振周波数に応じた所定の駆動部共振周波数に調整する調整工程を有することを特徴とする光走査装置の製造方法。
【請求項２】
前記軸部は、前記ミラー部と前記駆動部との互いの共振周波数に影響を与えない程度に低剛性な高変形構造部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置の製造方法。
【請求項３】
前記調整工程は、前記駆動部共振周波数を前記ミラー部共振周波数よりも所定の周波数分高く又は低くする調整を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置の製造方法。
【請求項４】
前記調整工程は、前記電気機械変換部の質量の一部除去、または、当該質量の一部付与によって行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置の製造方法。
【請求項５】
前記調整工程は、一体化した前記弾性変形部と前記電気機械変換部の質量の一部除去、または、当該質量の一部付与によって行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置の製造方法。
【請求項６】
前記調整工程は、前記弾性変形部と前記電気機械変換部とを一体化する位置の調整で行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置の製造方法。
【請求項７】
前記調整工程は、前記弾性変形部に対する前記電気機械変換部の大きさの調整で行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置の製造方法。
【請求項８】
前記調整工程は、前記弾性変形部に前記電気機械変換部を貼付する際の接着剤に配合する添加粒子の粒径を調整することで行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置の製造方法。
【請求項９】
固定枠と、該固定枠に連結され、電気機械変換部と弾性変形部とが一体化された駆動部と、該駆動部と軸部を介して連結され主に第一方向に傾動可能な可動枠と、該可動枠とトーションバーを介して連結され前記第一方向と直交する第二方向に主に傾向するミラー部と、を備える光走査装置の性能調整方法であって、
前記駆動部の共振周波数を、組み付けた前記ミラー部のミラー部共振周波数に応じた所定の駆動部共振周波数に調整することを特徴とする光走査装置の性能調整方法。
【請求項１０】
前記軸部は、前記ミラー部と前記駆動部との互いの共振周波数に影響を与えない程度に低剛性な高変形構造部を備えていることを特徴とする請求項９に記載の光走査装置の性能調整方法。
【請求項１１】
前記所定の駆動部共振周波数に調整する調整工程は、前記駆動部共振周波数を前記ミラー部共振周波数よりも所定の周波数分高く又は低くする調整を行うことを特徴とする請求項９または１０に記載の光走査装置の性能調整方法。
【請求項１２】
前記所定の駆動部共振周波数に調整する調整工程は、前記電気機械変換部の質量の一部除去、または、当該質量の一部付与によって行うことを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の光走査装置の性能調整方法。
【請求項１３】
前記所定の駆動部共振周波数に調整する調整工程は、一体化した前記弾性変形部と前記電気機械変換部の質量の一部除去、または、当該質量の一部付与によって行うことを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の光走査装置の性能調整方法。
【請求項１４】
前記所定の駆動部共振周波数に調整する調整工程は、前記弾性変形部と前記電気機械変換部とを一体化する位置の調整で行うことを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の光走査装置の性能調整方法。
【請求項１５】
前記所定の駆動部共振周波数に調整する調整工程は、前記弾性変形部に対する前記電気機械変換部の大きさの調整で行うことを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の光走査装置の性能調整方法。
【請求項１６】
前記所定の駆動部共振周波数に調整する調整工程は、前記弾性変形部に前記電気機械変換部を貼付する際の接着剤に配合する添加粒子の粒径を調整することで行うことを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の光走査装置の性能調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置の製造方法および性能調整方法に関し、特に、ＭＥＭＳミラーを備えた光走査装置の製造方法および性能調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザー光等を走査する光スキャナ（光走査装置）を備えたレーザープリンターやレーザープロジェクター等が知られている。レーザープリンターでは、多角柱ミラーをモーターで回転させて反射光を走査するポリゴンミラーや、平面ミラーを電磁アクチュエーターによって回転駆動させるガルバノミラー等を有するものがある。
【０００３】
これらのポリゴンミラーやガルバノミラー等を用いた光スキャナーは比較的サイズが大きいので、より小型化を実現するために、集積回路製造技術を応用してミラーや弾性梁等の構成部品を一体的に成形加工したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）の開発が進んでいる。
【０００４】
また、レーザープロジェクターなどの画像投影装置でも、より小型化された光スキャナー（光走査装置）を得るために、ＭＥＭＳによって走査ミラー（ミラー部）を構成することが模索されており、本出願人からも、ＭＥＭＳミラーをミラー部として用いた光スキャナーを備えた画像投影装置が既に出願されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ＭＥＭＳを用いた小型の光スキャナー（光走査装置）のミラー部を大きく傾向させるためには、圧電アクチュエーターの駆動周波数とミラー部の機械的共振周波数とが合致していることが好ましい。しかし、製造される際の寸法誤差や加工バラツキによって、それぞれの製品毎に共振周波数がばらつくことがある。
【０００６】
そのために、ミラー部に質量片を付着して、共振周波数を可変にして、各製品の共振周波数を個別に高精度に調整可能とした光走査装置（光スキャナー）が既に出願されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２６６５０８号公報
【特許文献２】特開２００４−２１９８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
圧電素子などの電気機械変換素子の機械変位を弾性変形部を介して伝達することで、ミラー部を傾向させることができる。また、ミラー部を弾性変形部と細い梁を介して支持することで、ミラー部の共振を利用して、ミラー部をより大きく傾向させることができる。しかし、特許文献２に開示されているように、ミラー部の共振周波数を調整するために、ミラー部に質量片を付加（あるいは、質量片を除去）する構成では、ミラー部が細い梁を介して支持されているため、加工の際に破損する虞が生じて問題となる。
【０００９】
また、ミラー部の共振周波数が異なると、この新たな共振周波数に応じた周波数で圧電アクチュエーターを駆動させる必要が生じてしまうので、ミラー部の共振周波数の変化はシステム制約上望ましくない。
【００１０】
そのために、ミラー部の共振周波数を調整することなく、圧電アクチュエーターの駆動周波数とミラー部の機械的共振周波数とが合致することが好ましく、ミラー部を傾向して光を走査するスキャナー性能が高いレベルで安定している光スキャナー（光走査装置）であることが望まれる。
【００１１】
また、ミラー部の共振周波数を調整することなく、ミラー部を傾向して光を走査するスキャナー性能が高いレベルで安定する光走査装置の製造方法および性能調整方法であることが好ましい。
【００１２】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、ミラー部の共振周波数を調整することなく、ミラー部を傾向して光を走査するスキャナー性能が高いレベルで安定する光走査装置の製造方法および性能調整方法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】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、固定枠と、該固定枠に連結され、電気機械変換部と弾性変形部とが一体化された駆動部と、該駆動部と軸部を介して連結され主に第一方向に傾動可能な可動枠と、該可動枠とトーションバーを介して連結され前記第一方向と直交する第二方向に主に傾向するミラー部と、を備える光走査装置の製造方法であって、前記駆動部の共振周波数を、組み付けた前記ミラー部のミラー部共振周波数に応じた所定の駆動部共振周波数に調整する調整工程を有することを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によると、駆動部の共振周波数をミラー部の共振周波数に応じた所定の駆動部共振周波数に調整してミラー部のスキャナー性能を安定化させることができる。また、ミラー部という壊れやすいデバイス側で調整する必要がないので、良品率が向上する光走査装置の製造方法となる。
【００１５】
また本発明は上記構成の光走査装置の製造方法において、前記軸部は、前記ミラー部と前記駆動部との互いの共振周波数に影響を与えない程度に低剛性な高変形構造部を備えていることを特徴としている。この構成によると、ミラー部の共振周波数と駆動部の共振周波数を独立的に制御することがでる。
【００１６】
また本発明は上記構成の光走査装置の製造方法において、前記調整工程は、前記駆動部共振周波数を前記ミラー部共振周波数よりも所定の周波数分高く又は低くする調整を行うことを特徴としている。この構成によると、ミラー部共振周波数に接近した少し高いか低い駆動部共振周波数に調整することで、環境などの変化に対して強いロバストな系を構築することができ、低剛性の軸部を介して、ミラー部を大きく傾向することができる。
【００１７】
また本発明は上記構成の光走査装置の製造方法において、前記調整工程は、前記電気機械変換部の質量の一部除去、または、当該質量の一部付与によって行うことを特徴としている。この構成によると、作製したミラー部の共振周波数にバラツキが生じても、電機機械変換部の特性にバラツキが生じても、電気機械変換部の質量の一部除去や質量の一部付与により、駆動部の共振周波数を適当な範囲に調整することができ、スキャナー性能が安定した光走査装置を製造することができる。
【００１８】
また本発明は上記構成の光走査装置の製造方法において、前記調整工程は、一体化した前記弾性変形部と前記電気機械変換部の質量の一部除去、または、当該質量の一部付与によって行うことを特徴としている。この構成によると、作製した駆動部の質量の一部除去や質量の一部付与により、駆動部共振周波数を適当な範囲に調整して、スキャナー性能が安定した光走査装置を製造することができる。
【００１９】
また本発明は上記構成の光走査装置の製造方法において、前記調整工程は、前記弾性変形部と前記電気機械変換部とを一体化する位置の調整で行うことを特徴としている。この構成によると、作製したミラー部の共振周波数にバラツキが生じても、取り付ける電気機械変換部の特性にバラツキが生じても、弾性変形部に対する電気機械変換部の取り付け位置の調整により、駆動部共振周波数を適当な範囲に調整して、スキャナー性能が安定した光走査装置を製造することができる。
【００２０】
また本発明は上記構成の光走査装置の製造方法において、前記調整工程は、前記弾性変形部に対する前記電気機械変換部の大きさの調整で行うことを特徴としている。この構成によると、作製したミラー部の共振周波数にバラツキが生じても、作製した電気機械変換部の特性にバラツキが生じても、弾性変形部に貼付する電気機械変換部の大きさを変える調整により、駆動部共振周波数を適当な範囲に調整して、スキャナー性能が安定した光走査装置を製造することができる。
【００２１】
また本発明は上記構成の光走査装置の製造方法において、前記調整工程は、前記弾性変形部に前記電気機械変換部を貼付する際の接着剤に配合する添加粒子の粒径を調整することで行うことを特徴としている。この構成によると、作製したミラー部の共振周波数にバラツキが生じても、作製した電気機械変換部の特性にバラツキが生じても、接着剤に配合する添加粒子の粒径を調整して弾性変形部に電気機械変換部を貼付する際の接着層の厚みを変えて、駆動部共振周波数を適当な範囲に調整することができ、スキャナー性能が安定した光走査装置を製造することができる。
【００２２】
また本発明は、固定枠と、該固定枠に連結され、電気機械変換部と弾性変形部とが一体化された駆動部と、該駆動部と軸部を介して連結され主に第一方向に傾動可能な可動枠と、該可動枠とトーションバーを介して連結され前記第一方向と直交する第二方向に主に傾向するミラー部とを備える光走査装置の性能調整方法であって、前記駆動部の共振周波数を、組み付けた前記ミラー部のミラー部共振周波数に応じた所定の駆動部共振周波数に調整することを特徴としている。
【００２３】
上記の構成によると、駆動部の共振周波数をミラー部の共振周波数に応じた所定の駆動部共振周波数に調整することで、所望のスキャナー性能を発揮させ安定化させることができる。また、ミラー部という壊れやすいデバイス側で調整する必要がないので、マイクロスキャナー製造時の良品率が向上する。
【００２４】
また本発明は上記構成の光走査装置の性能調整方法において、前記軸部は、前記ミラー部と前記駆動部との互いの共振周波数に影響を与えない程度に低剛性な高変形構造部を備えていることを特徴としている。この構成によると、ミラー部の共振周波数と駆動部の共振周波数を独立的に制御することがでる。
【００２５】
また本発明は上記構成の光走査装置の性能調整方法において、前記所定の駆動部共振周波数に調整する調整工程は、前記駆動部共振周波数を前記ミラー部共振周波数よりも所定の周波数分高く又は低くする調整を行うことを特徴としている。この構成によると、ミラー部共振周波数に接近した少し高いか低い駆動部共振周波数に調整することで、環境などの変化に対して強いロバストな系を構築することができ、低剛性の軸部を介して、ミラー部を大きく傾向することができる。
【００２６】
また本発明は上記構成の光走査装置の性能調整方法において、前記所定の駆動部共振周波数に調整する調整工程は、前記電気機械変換部の質量の一部除去、または、当該質量の一部付与によって行うことを特徴としている。この構成によると、作製したミラー部の共振周波数にバラツキが生じても、電機機械変換部の特性にバラツキが生じても、電気機械変換部の質量の一部除去や質量の一部付与により、駆動部の共振周波数を適当な範囲に調整することができ、スキャナー性能を容易に安定化させることができる。
【００２７】
また本発明は上記構成の光走査装置の性能調整方法において、前記所定の駆動部共振周波数に調整する調整工程は、一体化した前記弾性変形部と前記電気機械変換部の質量の一部除去、または、当該質量の一部付与によって行うことを特徴としている。この構成によると、作製した駆動部の質量の一部除去や質量の一部付与により、駆動部共振周波数を適当な範囲に調整して、スキャナー性能を容易に安定化させることができる。
【００２８】
また本発明は上記構成の光走査装置の性能調整方法において、前記所定の駆動部共振周波数に調整する調整工程は、前記弾性変形部と前記電気機械変換部とを一体化する位置の調整で行うことを特徴としている。この構成によると、圧電素子の受け入れ検査などにより予め判断できる共振周波数のずれに応じて、その貼付位置を調整して、ミラー部の共振周波数に応じた適当な駆動部共振周波数を発揮するように調整することができる。
【００２９】
また本発明は上記構成の光走査装置の性能調整方法において、前記所定の駆動部共振周波数に調整する調整工程は、前記弾性変形部に対する前記電気機械変換部の大きさの調整で行うことを特徴としている。この構成によると、形状誤差や材料のロット変動などで、圧電素子の素材自体の特性にバラツキが生じても、製品毎の大きさを変えることで、ミラー部の共振周波数に応じた適当な駆動部共振周波数を発揮するように調整することができる。
【００３０】
また本発明は上記構成の光走査装置の性能調整方法において、前記所定の駆動部共振周波数に調整する調整工程は、前記弾性変形部に前記電気機械変換部を貼付する際の接着剤に配合する添加粒子の粒径を調整することで行うことを特徴としている。この構成によると、作製したミラー部の共振周波数に応じて、もしくは、取り付ける圧電素子の特性に応じて、添加粒子の粒径を変えることで、駆動部の共振周波数を調整することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、駆動部の共振周波数を、組み付けたミラー部のミラー部共振周波数に応じた所定の駆動部共振周波数に調整するので、ミラー部の共振周波数を調整することなく、ミラー部を傾向して光を走査するスキャナー性能が高いレベルで安定する光走査装置の製造方法および性能調整方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る光走査装置の概略平面図である。
【図２】光走査装置の要部断面図である。
【図３】ミラー部共振周波数と駆動部共振周波数との関係を示す図である。
【図４】共振周波数調整部の第一の調整工程を説明する平面図である。
【図５】共振周波数調整部の第二の調整工程を説明する平面図である。
【図６Ａ】共振周波数調整部の調整部位の変化を説明する平面図である。
【図６Ｂ】調整部位の変化に対応して変化する共振周波数の変遷を示す図である。
【図７Ａ】共振周波数調整部の第三の調整工程を説明する平面図である。
【図７Ｂ】第三の調整工程に応じて変化する共振周波数の変遷を示す図である。
【図８Ａ】共振周波数調整部の第四の調整工程を説明する断面図である。
【図８Ｂ】第四の調整工程に応じて変化する共振周波数の変遷を示す図である。
【図９】本発明に係る光走査装置を備えたモバイル端末の作動状態を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。また、同一構成部材については同一の符号を用い、詳細な説明は適宜省略する。
【００３４】
本発明に係る光走査装置の製造方法は、固定枠と、該固定枠に連結され、電気機械変換部と弾性変形部とが一体化された駆動部と、該駆動部と軸部を介して連結され主に第一方向に傾動可能な可動枠と、該可動枠とトーションバーを介して連結され第一方向と直交する第二方向に主に傾向するミラー部とを備える光走査装置２の製造方法である。光走査装置２は、例えば、図９に示す携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などのモバイル端末４０に搭載されるプロジェクター１００に装備され、投影面４１上に光を水平方向（Ｈ方向）および垂直方向（Ｖ方向）に走査するものである。
【００３５】
例えば、光源としてレーザー光を用い、投影面４１上においてレーザー光を水平方向（Ｈ方向）および垂直方向（Ｖ方向）に走査することによって、プロジェクター１００に入力された画像情報を投影面４１に投影する。この投影面４１としては、別途準備したスクリーンでもよいが、スクリーン以外のものでもよい。例えば、壁面などを投影面４１としてもよい。
【００３６】
光源にＲＧＢ３色の光源を用いることで、スクリーン上にカラー映像を投影することができる。その際、ミラー部の傾向量により映像の投影範囲、解像度が決まり、映像の品質を決定する。そのために、映像の品質の向上にとっては、ミラー部の傾向量は大きいことが好ましい。
【００３７】
また、梁により支持されたミラー部と圧電素子を貼付した駆動部は、各々独立した共振周波数を有する構成を取り、ミラー部の共振周波数（ミラー部共振周波数）と駆動部の共振周波数（駆動部共振周波数）を近づけることで、ミラー部の傾向量を大きくすることができる。
【００３８】
次に、図１を用いて光走査装置２の一例について説明する。光走査装置２は、光源から出射されるレーザー光を二次元走査するためのものであって、レーザー光を投影面４１（図９参照）に向けて反射するミラー部３を少なくとも有している。このミラー部３の傾斜角（反射角）は変動可能となっており、ミラー部３の傾斜角を変動させることにより、光走査装置２によるレーザー光の二次元走査が行われる。
【００３９】
また、ミラー部３をＭＥＭＳに組み込み、そのミラー部３が組み込まれたＭＥＭＳを光走査装置２としている。また、この光走査装置２は、略平坦で厚みが小さく、かつ、その外形が平面視において略正方形状（例えば、１辺の長さが約１ｃｍ）となっている。
【００４０】
具体的な構造としては、光走査装置２はシリコン基板に対してエッチング処理などを施すことで得られる構造体からなっており、ミラー部３に加えて、固定枠４、駆動部５および可動枠６などを一体的に有している。なお、以下の説明では、ミラー部３の中心を図の横方向に横切る軸をＸ軸とし、ミラー部３の中心を図の縦方向に横切る軸をＹ軸とする。言い換えると、Ｘ軸とＹ軸とが直交する点をミラー部３の中心とする。
【００４１】
ミラー部３は、Ｙ軸に平行な第１軸部（トーションバー７）とＸ軸に平行で第１軸部と略直角に交差する第２軸部（軸８）を介して回動可能である。固定枠４は、光走査装置２の外縁に相当する部分であって、他の部分（ミラー部３、駆動部５および可動枠６など）を取り囲んでいる。すなわち、光走査装置２は、固定枠４と、互いに異なる軸方向を有する第１軸部及び第２軸部と、第１軸部の回動によって回動するとともに、第２軸部の回動によって回動するミラー部３と、ミラー部３及び第１軸部を囲み、第２軸部の回動によって回動する可動枠６と、電気機械変換素子部と、電気機械変換素子部で発生する変位をミラー部３の傾向に伝達する弾性変形部と、を備えている。
【００４２】
弾性変形部と電気機械変換素子部とを一体化した部位である駆動部５は、Ｘ軸方向において固定枠４と分離され、Ｙ軸方向において固定枠４と連結されている。すなわち、弾性変形部は、第２軸部（軸８）と固定枠４とを連結し、電気機械変換素子部は、正電極と負電極で挟まれた電気機械変換素子層を有する。さらに、駆動部５は４つの圧電アクチュエーター部を含んでいるとともに、その４つの圧電アクチュエーター部がＸ軸およびＹ軸のそれぞれを対称軸として対称となり、かつ、互いに離間した状態となるように配置されている。また、駆動部５としての圧電アクチュエーター部は、圧電素子（ＰＺＴなどを原料とした焼結体を分極処理したもの）を一対の電極で挟持し、それをシリコン基板の駆動部５となる領域（弾性変形部）上に貼り付けることによって形成されている。
【００４３】
このような駆動部５では、一対の電極に電圧が印加されると、一対の電極に挟持された圧電素子が伸長または収縮する。そして、圧電素子が伸長または収縮すると、それに応じて、シリコン基板の駆動部５となる領域である弾性変形部が撓む。すなわち、駆動部５は、電力が供給されることで駆動する。
【００４４】
また、図に示すように、可動枠６は、駆動部５の内側に位置する略ひし形形状の枠である。この可動枠６のＸ軸上の両端部は軸８（第２軸部）を介して駆動部５と連結され、それ以外の部分は駆動部５から分離されている。これにより、可動枠６は、Ｘ軸周りに回動可能となっていることになる。
【００４５】
可動枠６の内側には、Ｙ軸方向に沿って延びる一対のトーションバー７（第１軸部）が設けられている。この一対のトーションバー７は、Ｙ軸と重なり、かつ、Ｘ軸に対して対称となるように配置されている。さらに、一対のトーションバー７のそれぞれの一方端は、可動枠６のＹ軸上の端部に連結されている。
【００４６】
そして、ミラー部３は、一対のトーションバー７のそれぞれの他方端の間に配置されており、その他方端によって支持されている。このため、ミラー部３は、可動枠６と共にＸ軸周りに回動され、トーションバー７を回動軸としてＹ軸周りに回動されることになる。なお、ミラー部３は、略円形状に形成されており、金やアルミニウムなどからなる反射膜をシリコン基板のミラー部３となる領域上に貼り付けることで得ている。
【００４７】
光走査装置２は、上記のような構造となっている。そして、この光走査装置２の走査動作は、４つの駆動部５を駆動（変形）させるタイミングを調整し、ミラー部３をＸ軸周りおよびＹ軸周りに振動させることによって行われる。例えば、Ｘ軸周りに振動するときの周波数は約６０Ｈｚに設定され、Ｙ軸周りに振動するときの周波数は約３０ｋＨｚに設定される。
【００４８】
４つの駆動部５のそれぞれに５−１〜５−４の符号を付して具体的に説明すると、ミラー部３をＸ軸周りに振動させる際には、駆動部５−１および５−３を一方の組とするとともに、駆動部５−２および５−４を他方の組とし、一方の組および他方の組のそれぞれに印加する電圧の正負を反転させる。具体的には、一方の組である駆動部５−１および５−３を上向きに撓む方向に変形させ、他方の組である駆動部５−２および５−４を下向きに撓む方向に変形させると、ミラー部３が可動部６と共にＸ軸周りに回転する。次に、一方の組である駆動部５−１および５−３を下向きに撓む方向に変形させ、他方の組である駆動部５−２および５−４を上向きに撓む方向に変形させると、ミラー部３が可動部６と共にＸ軸周りに逆周りに回転する。これにより、ミラー部３が可動枠６と共にＸ軸周りに振動し、ミラー部３の傾きがＸ軸周りに変動する。なお、トーションバー７のねじれ方向はＸ軸周りの振動方向と直交する方向であるため、このミラー部３のＸ軸周りの振動には影響しない。
【００４９】
また、ミラー部３をＹ軸周りに振動させる際には、駆動部５−１および５−２を一方の組とするとともに、駆動部５−３および５−４を他方の組とし、一方の組および他方の組のそれぞれに印加する電圧の正負を反転させる。具体的には、一方の組である駆動部５−１および５−２を上向きに撓む方向に変形させ、他方の組である駆動部５−３および５−４を下向きに撓む方向に変形させると、ミラー部３が可動部６と共にＹ軸周りに回転する。次に、一方の組である駆動部５−１および５−２を下向きに撓む方向に変形させ、他方の組である駆動部５−３および５−４を上向きに撓む方向に変形させると、ミラー部３が可動部６と共にＹ軸周りに逆周りに回転する。これにより、ミラー部３が可動枠６と共にＹ軸周りに振動し、ミラー部３の傾きがＹ軸周りに変動する。
【００５０】
このとき、駆動部５を変形させることのみでミラー部３をＹ軸周りに傾かせようとすると、ミラー部３のＹ軸周りの傾きの変動は小さくなってしまう。このため、実際に走査動作を行う際には、駆動部５に印加される電圧の周波数によってミラー部３が共振するように、駆動部５への印加電圧の周波数が設定される。
【００５１】
上記のように光走査装置２を動作させることで、互いに直交している２軸周りにミラー部３を回動させることができ、レーザー光を１つのミラー部３で二次元走査することが可能となる。
【００５２】
ところで、本実施形態では、製造誤差などにより生じる不安定要因を容易に調整し安定して大きな変形量を得るために、ミラー部３の共振周波数は変えずに、圧電素子側（駆動部側）の共振周波数を調整するようにしている。すなわち、本実施形態に係る光走査装置２は、駆動部５の共振周波数を、予め所定の基準周波数より所定範囲高いか低い周波数に設定しておき、さらに、組み付けたミラー部３のミラー部共振周波数に応じた所定の駆動部共振周波数に調整している。
【００５３】
上記の構成であれば、駆動部５の共振周波数をミラー部共振周波数に近づけるように調整し、ミラー部共振周波数よりも所定の周波数分高く又は低く調整して、ミラー部３のスキャナー性能を安定化させることができる。また、ミラー部３という壊れやすいデバイス側で調整する必要がないので、良品率が向上する。
【００５４】
また、駆動部５の共振周波数を調整しても、ミラー部３の共振周波数が影響を受けないように、駆動部５とミラー部３を備える可動枠６とを連結する梁である軸部８は、低剛性で高変形構造部を備えることが好ましい。詳しくは、軸部８は、ミラー部３と駆動部５との互いの共振周波数に影響を与えない程度に低剛性な高変形構造部を備えている事が好ましい。このような構成であれば、ミラー部３の共振周波数と駆動部５の共振周波数を独立的に制御することができ、低剛性の軸部８を介して、ミラー部３を大きく傾向することができる。
【００５５】
この低剛性で高変形構造部は、例えば、軸部８の一部に細い梁からなる蛇行部を設けることで実現できる。
【００５６】
また、駆動部５の共振周波数は、組み付けたミラー部３の共振周波数に接近した少し高い共振周波数に設定しておくことが好ましい。例えば、ミラー部共振周波数に対して駆動部共振周波数を約５％高い値に設定する。こうすることで、環境などの変化に対して強いロバストな系を構築することが可能となる。
【００５７】
電気機械変換素子層は、図２に示すように固定部１１（光走査装置２を取り付ける固定枠４に相当）に弾性変形部１２（シリコン基板の一部に相当し、弾性変形部１２と電気機械変換素子層とを一体化した部位が駆動部５に相当する）を積層し、この上に電極部（正極用電極部１３Ａ、負極用電極部１３Ｂ）を設け、接着層１４を介して圧電素子５１を接着固定する。また、圧電素子５１は、例えば、正電極１５と負電極１６との一対の電極で挟まれたユニモルフ型の電気機械変換素子である。
【００５８】
接着層１４は異方性導電接着層であることが好ましい。接着層１４が異方性導電接着層であれば、弾性変形部１２上の正負極用電極部に電極で挟まれた圧電素子５１を載置して、押圧することで、この正負極用電極部（１３Ａ、１３Ｂ）と直上の電極（１５、１６）とを電気的に接続することができる。
【００５９】
すなわち、電気機械変換素子部（圧電素子５１）は、弾性変形部１２上に設ける電極部と異方性導電接着層を介して接合される。この構成であれば、弾性変形部１２上に設ける電極部と、この上に配設する電気機械変換素子部（圧電素子５１）の正負の電極とを、短絡を生じずに接合することができる。すなわち、電気機械変換素子部に給電するための電極部を、弾性変形部との接着部に設けることができる。
【００６０】
この異方性導電接着層は、弾性変形部１２と電気機械変換素子部（圧電素子５１）との間隙を、電気機械変換素子部の共振周波数を安定化する所定間隔に保持する粒子１４ａを含有することが好ましい。また、この粒子１４ａは導電性を有することが好ましい。この構成であれば、異方性導電接着層に配合する導電性の粒子１４ａを介して、弾性変形部１２と電気機械変換素子部（圧電素子５１）との間隙を所定間隔とすることができ、ミラー部３の傾向量に影響する駆動部５の共振周波数を安定化させて、結果としてミラー部３の傾向量を安定化させることが可能となる。
【００６１】
このようにして、駆動部５の共振周波数を安定化すると共に、この駆動部共振周波数をミラー部の共振周波数に近づけることで、ミラー部３の傾向量を大きくできる。すなわち、駆動部共振周波数をミラー部共振周波数に近い所定の共振周波数に設定することで、ミラー部３を安定して、且つ、大きく傾向できる。
【００６２】
上記したように、光走査装置２は、シリコン基板に対してエッチング処理などを施すことで得られる構造体からなっており、ミラー部３に加えて、固定枠４、駆動部５および可動枠６などを一体的に有している。このように、ミラー部３と駆動部５と可動枠６とを一体に形成しているので、小型化することが可能である。また、駆動部５の共振周波数をミラー部３の共振周波数に近づけているので、大きな変形量を得ることができ、結果としてミラー部３を充分傾向することが可能となる。
【００６３】
例えば、図３に示すように、ミラー部共振周波数ＭＲが２９．２ｋＨｚのときに、駆動部の共振周波数ＤＲをそれよりも約５％高い３０．６ｋＨｚとなるようにしている。この二つの共振周波数を一致させることが最も効率的であるが、環境による共振周波数変動などを考慮して、ミラー部共振周波数に対し、圧電素子が貼付された駆動部５の共振周波数を約５％高めに設定し、環境などの変化に強いロバストな系として使用している。
【００６４】
製造時に、形状誤差や圧電素子などの材料のロット変動などで、ミラー部共振周波数と駆動部共振周波数との差幅が変化すると、製品毎に性能バラツキが生じる。そのために、所定の部位に圧電素子を貼付して駆動部を作製する際に、この駆動部共振周波数をミラー部共振周波数に応じた適当な値に調整しておくことが好ましい。すなわち、本発明に係る光走査装置の性能調整方法は、駆動部の共振周波数を、組み付けたミラー部のミラー部共振周波数に応じた所定の駆動部共振周波数に調整し、スキャナー性能を安定化させるものである。なお、駆動部の共振周波数ＤＲをミラー部共振周波数ＭＲより所定の周波数分低くすることによっても、環境などの変化に強いロバストな系を構築できる。
【００６５】
次に、この駆動部共振周波数を所望の値に修正する光走査装置の性能調整方法について図４〜図８Ｂを用いて説明する。
【００６６】
駆動部の共振周波数を調整するには、一旦駆動部を作製した後に調整する事後調整と、部品特性に応じて予め調整する事前調整とがある。事後調整としては、一旦作製した電気機械変換部の質量の一部除去、または、質量の一部付与、もしくは、電気機械変換部と弾性変形部とが一体化された駆動部の質量の一部除去、または、質量の一部付与で行う調整工程を採用する。また、事前調整としては、駆動部の圧電素子貼付位置の調整で行う調整工程と、駆動部に貼付する圧電素子の大きさを調整する調整工程と、駆動部に圧電素子を貼付する際の接着剤に配合する添加粒子の粒径を調整する調整工程とを採用する。
【００６７】
例えば、電気機械変換部や駆動部の質量の一部除去は、駆動部の所定部位をレーザー加工により除去することで行う。また、質量の一部付与は、所定部位に樹脂などを付着して行う。駆動部の圧電素子貼付位置の調整は、圧電素子の受け入れ検査などにより予め判断できる共振周波数のずれに応じて、その貼付位置を調整して行う。例えば、入荷した圧電素子の板厚が厚くなっている場合、そのまま所定の位置に貼付すると共振周波数は高くなってしまう。そこで、予め、貼付する位置を軸部に近づけることで共振周波数を下げるように工夫する。また、貼付する位置を変えることに替えて、貼付する圧電素子の大きさを調整してもよい。また、圧電素子を貼付する際に用いる接着剤の所定粒径の粒子を添加して、弾性変形部との間隔を調整することでも、駆動部の共振周波数を調整することが可能である。
【００６８】
例えば、図４には、電気機械変換部などの駆動部５の所定部位をレーザー加工により除去する第一の調整工程を示している。図に示すように、駆動部５の軸部８から離れた固定部側に近い部分をレーザー加工して、所定量除去する。このようにして、固定部側に除去部Ｒ１を設けたマイクロスキャナー１Ａは、振動の節を一部除去するので、剛性が弱くなって駆動部５の共振周波数を下げることができる。
【００６９】
また、図５に示す光走査装置２Ｂは、軸部８に近い変位側に除去部Ｒ２を設けた例を示す。この第二の調整工程では、振動の節ではなく腹を削ることになって、駆動部５の質量が減るので、共振周波数を上げる効果を有する。すなわち、駆動部５の共振周波数を上げたい場合は、駆動部５の変位側を所定量除去し、駆動部５の共振周波数を下げたい場合は、駆動部５の固定部側を所定量除去するとよい。
【００７０】
この除去する形状は、図示するような半円形でも、円形でもよい。また、その大きさは所定量となる一個でも、合計して所定量となるように複数除去してもよく、組み込んだミラー部や貼付した圧電素子に応じて適宜調整することができる。このように、駆動部５の固定部側から変位部に至る所定部分を共振周波数調整部とし、この共振周波数調整部を介して、駆動部５の共振周波数をミラー部３の共振周波数に近づけて所望のスキャナー性能を発揮させ安定化させることができる。
【００７１】
次に、図６Ａ、図６Ｂを用いて、調整部位の変化に対応して変化する共振周波数の変遷について説明する。例えば、図６Ａに示す光走査装置２Ｃのように、駆動部５（５−３）に設ける除去部Ｒ１を図中の矢印ＤＸに示す方向に、固定部側から変位側まで変化させると、その共振周波数は図６Ｂに示すように変遷する。
【００７２】
図６Ｂに示す周波数カーブＳＣ１は、矢印ＤＸに示す調整部位の変化に対応して変化する共振周波数の変遷を示している。この図の横軸は、固定部側から変位側となる先端側に至る調整部位の位置を表しており、縦軸は、周波数の増減％を表している。また、この周波数の増減は±３％の幅を目途としている。
【００７３】
これは、駆動部を３０ｋＨｚで駆動するときに、±１ｋＨｚを調整幅としたためである。本実施形態の光走査装置２Ｃは、二次モードの固有振動を利用しているので、共振周波数は図に示す周波数カーブＳＣ１のように二次曲線状に変遷しており、この固定部側の−領域ＡＲ１と＋領域ＡＲ２を用いて調整するとよい。すなわち、この−領域ＡＲ１と＋領域ＡＲ２を共振周波数調整部とすることで、共振周波数を±３％の範囲で調整できる。
【００７４】
次に、図７Ａ、図７Ｂを用いて、駆動部の圧電素子貼付位置の調整で行う第三の調整工程、および、この圧電素子の貼付位置の変化に対応する共振周波数の変遷について説明する。この第三の調整工程は、圧電素子の受け入れ検査などにより予め判断できる共振周波数のずれに応じて、その貼付位置を調整するものである。例えば、図７Ａに示す光走査装置２Ｄのように、駆動部５（５−１）に貼付する圧電素子５１の貼付位置を５１Ａから５１Ｂに、軸部８から離れた位置から軸部８に接近した位置まで変化させると、その共振周波数は図７Ｂに示すように変遷する。
【００７５】
図７Ｂに示す周波数カーブＳＣ２は、矢印ＤＸに示す調整部位の位置の変化に対応する共振周波数を示している。この図の横軸は、変位側となる軸部から離れた固定部側から軸部に接近した位置に至る調整部位の位置を表しており、縦軸は、周波数の増減％を表している。また、この周波数の増減は前述したように±３％の幅を目途としている。
【００７６】
このように、圧電素子５１の貼付位置が５１Ａ（軸部８から離れた位置）であれば、共振周波数を＋３％上げることができ、圧電素子５１の貼付位置が５１Ｂ（軸部８に接近した位置）であれば、共振周波数を−３％下げることができる。すなわち、この貼付位置５１Ａから５１Ｂまでを共振周波数調整部とすることで、共振周波数を±３％の範囲で調整できる。
【００７７】
また、駆動部の圧電素子貼付位置の調整で行う第三の調整工程に替えて、駆動部に貼付する圧電素子の大きさを調整する事前調整を行ってもよい。この調整工程であれば、形状誤差や材料のロット変動などで、圧電素子の素材自体の特性にバラツキが生じても、製品毎の大きさを変えることで、ミラー部の共振周波数に応じた適当な駆動部共振周波数を発揮するように調整することができる。
【００７８】
次に、図８Ａ、図８Ｂを用いて、駆動部に圧電素子を貼付する際の接着剤に配合する添加粒子の粒径を調整する第四の調整工程、および、この圧電素子を貼付する際に用いる接着剤の所定粒径の粒子を添加して、弾性変形部との間隔を調整することに対応して変化する共振周波数の変遷について説明する。
【００７９】
例えば、この接着剤は異方性導電接着層を形成する接着剤であって、絶縁性を有するエポキシ樹脂に、導電性コートを施した所定の粒径（例えば、１０μｍ）のセラミックボール（添加粒子；粒子１４ａ）を混入したものを用いる。セラミックボールの配合量は、例えば、重量比で５％程度であり、このセラミックボールを５％配合したエポキシ樹脂を弾性変形部上に形成した電極部に塗布し、この上に圧電素子を載置して押圧し、熱硬化させて固定する。すると、この添加粒子（粒子１４ａ）の粒径が貼り合わせる圧電素子と弾性変形部との間隔を規定する。
【００８０】
そのために、例えば１０μｍの粒径の粒子１４ａを添加すると、圧電素子と弾性変形部との間隔Ｅは１０μｍとなり、この構造に応じた共振周波数を呈する。また、２０μｍの粒径の粒子１４ａを添加すると、圧電素子と弾性変形部との間隔は２０μｍとなり、この構造に応じた新たな共振周波数を呈する。
【００８１】
すなわち、この添加粒子の粒径を変えて、駆動部の共振周波数を調整可能となる。例えば図８Ａに示すように、弾性変形部１２として厚み５０μｍのシリコン基板を用い、この上に所定粒子径の粒子１４ａを添加したエポキシ系の接着剤を塗布した接着層１４を介して厚み７０μｍの圧電素子を貼付した駆動部を作製し、この共振周波数を測定した。
【００８２】
その結果、図８Ｂの周波数カーブＳＣ３に示すように、本実施形態では、粒径が１０μｍの場合に、−１％であり、ここから、粒径が増加するに連れて共振周波数も増加していることが判る。すなわち、圧電素子を貼付する際に用いる接着剤の粒子径を変えて、共振周波数を−１％〜＋３％の間で調整可能となる。
【００８３】
上記したように、本発明に係る光走査装置の性能調整方法は、固定枠と、該固定枠に連結され、電気機械変換部と弾性変形部とが一体化された駆動部と、該駆動部と軸部を介して連結され主に第一方向に傾動可能な可動枠と、該可動枠とトーションバーを介して連結され前記第一方向と直交する第二方向に主に傾向するミラー部とを備える光走査装置において、駆動部の共振周波数を、組み付けたミラー部のミラー部共振周波数に応じた所定の駆動部共振周波数に調整し、スキャナー性能を安定化させるものである。
【００８４】
また、その共振周波数に調整する調整工程は、電気機械変換部もしくは駆動部の質量の一部除去、または、質量の一部付与で行う調整方法、駆動部の圧電素子貼付位置の調整で行う調整方法、駆動部に貼付する圧電素子の大きさを調整する調整方法、駆動部に圧電素子を貼付する際の接着剤に配合する添加粒子の粒径を調整する調整方法の少なくとも一つを含む。
【００８５】
次に、本発明に係る光走査装置の製造方法について説明する。本発明に係る光走査装置の製造方法は、上記の光走査装置の性能調整方法を用いて、スキャナー性能を安定化している。すなわち、固定枠と、該固定枠に連結され、電気機械変換部と弾性変形部とが一体化された駆動部と、該駆動部と軸部を介して連結され主に第一方向に傾動可能な可動枠と、該可動枠とトーションバーを介して連結され前記第一方向と直交する第二方向に主に傾向するミラー部とを備える光走査装置の製造方法であって、駆動部の共振周波数を、組み付けたミラー部のミラー部共振周波数に応じた所定の駆動部共振周波数に調整し、スキャナー性能を安定化している。
【００８６】
また、その共振周波数に調整する調整工程は、電気機械変換部もしくは駆動部の質量の一部除去、または、質量の一部付与で行う調整方法、駆動部の圧電素子貼付位置の調整で行う調整方法、駆動部に貼付する圧電素子の大きさを調整する調整方法、駆動部に圧電素子を貼付する際の接着剤に配合する添加粒子の粒径を調整する調整方法の少なくとも一つを含む。また、これらを組み合わせた調整工程であってもよい。
【００８７】
このような製造方法とすることで、ミラー部の共振周波数を変えることなくスキャナー性能を安定化させることができる。また、ミラー部という壊れやすいデバイス側で調整作業を行う必要がなるため、作業中の製品破壊などが生じずに、良品率が向上する光走査装置の製造方法を得ることができる。
【００８８】
以上、説明したように、本発明に係る光走査装置の製造方法および性能調整方法によれば、駆動部の共振周波数を、予め所定の基準周波数より所定範囲高いか低い周波数に設定し、組み付けたミラー部のミラー部共振周波数に応じた所定の駆動部共振周波数に調整するので、ミラー部の共振周波数を調整することなく、ミラー部を傾向して光を走査するスキャナー性能が高いレベルで安定する光走査装置を製造することができる。
【００８９】
また、電気機械変換部もしくは駆動部の質量の一部除去、または、質量の一部付与で行う調整方法、駆動部の圧電素子貼付位置の調整で行う調整方法、駆動部に貼付する圧電素子の大きさを調整する調整方法、駆動部に圧電素子を貼付する際の接着剤に配合する添加粒子の粒径を調整する調整方法の少なくとも一つを含む調整工程を有するので、ミラー部の共振周波数を変えることなく、駆動部の共振周波数を調整してスキャナー性能を安定化させることができる。また、ミラー部の共振周波数を変えることなくスキャナー性能を安定化させることができるので、作業中の製品破壊などが生じずに、良品率が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
そのために、本発明に係る光走査装置の製造方法および性能調整方法は、安定したスキャナー性能を備え、大量生産化が求められる映像投影手段に好適に利用可能となる。
【符号の説明】
【００９１】
２、２Ａ〜２Ｄ  光走査装置
３    ミラー部
４    固定枠
５    駆動部
６    可動枠
１１    固定部
１２    弾性変形部
１４    接着層
１４ａ  粒子（添加粒子）
１５    正電極
１６    負電極
ＤＲ    駆動部共振周波数
ＭＲ    ミラー部共振周波数
Ｒ１、Ｒ２  除去部（共振周波数調整部）
４１    投影面
５１    圧電素子（電気機械変換素子）
１００    プロジェクター
【図１】
2013003522.tif 000003
【図２】
2013003522.tif 000004
【図３】
2013003522.tif 000005
【図４】
2013003522.tif 000006
【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2013003522.tif 000009
【図７Ａ】
2013003522.tif 000010
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
2013003522.tif 000012
【図８Ｂ】
2013003522.tif 000013
【図９】
2013003522.tif 000014