(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板に可動板の両端が弾性支持部で支持され、前記可動板の一方の面には反射面が形成され、前記可動板を弾性支持部のねじり軸を中心にねじり振動させることによって、前記反射面に入射する入射光を偏向する光偏向器であって、前記可動板の反射面が形成されない前記可動板の反射面とは反対側の面で、前記弾性支持部のねじり軸を挟む両側の少なくとも一方側の面に凹部が形成されており、前記凹部は、前記弾性支持部の前記ねじり軸中心から外側に向けて複数形成され、前記複数の凹部は前記外側に向けて段階的に径又は深さの少なくとも一方が大き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】
支持基板に可動板の両端が弾性支持部で支持され、前記可動板の一方の面には反射面が形成され、前記可動板を弾性支持部のねじり軸を中心にねじり振動させることによって、前記反射面に入射する入射光を偏向する光偏向器であって、前記可動板の反射面が形成されない前記可動板の反射面とは反対側の面で、前記弾性支持部のねじり軸を挟む両側の少なくとも一方側の面に凹部が形成されており、前記可動板の側面に前記凹部とは別の凹部が更に形成されていることを特徴とする光偏向器。
【請求項３】
前記可動板を前記支持基板に対して相対的に駆動する駆動手段を有することを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項４】
前記駆動手段は、固定コアと、該固定コアを周回するコイルと、前記可動板の弾性支持部のねじり軸中心を挟む一方の面である前記反射面とは反対側の面に固着された可動コアから成る電磁アクチュエータであることを特徴とする請求項３に記載の光偏向器。
【請求項５】
前記反射面は、反射型の回折格子であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項６】
前記弾性支持部は断面Ｘ字状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項７】
前記支持基板、弾性支持部、可動板及び凹部は、単結晶シリコンで一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項８】
前記可動板の反射面が形成される面は、シリコン結晶面の（１００）面で形成され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】
前記可動板の側面における凹部はシリコン結晶面の（１１１）面で形成され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】
前記可動板の一方の面である前記反射面とは反対側の面の凹部は、シリコン結晶面の（１１１）面で形成され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１１】
前記弾性支持部は、シリコン結晶面の（１００）面と（１１１）面で囲まれた断面Ｘ字状であることを特徴とする請求項７に記載の光偏向器。
【請求項１２】
支持基板に可動板の両端が弾性支持部で支持され、前記可動板の一方の面には反射面が形成され、前記可動板を弾性支持部のねじり軸を中心にねじり振動させることによって、前記反射面に入射する入射光を偏向する光偏向器において、前記可動板の弾性支持部のねじり軸を挟む少なくとも一方の面である反射面において当該可動板の有効反射領域の周囲に前記反射面から前記反射面とは反対側の面へ貫通している貫通穴を形成したことを特徴とする光偏向器。
【請求項１３】
請求項１、２、１２のいずれか１項に記載の光偏向器を有することを特徴とする光学機器。
【請求項１４】
表面裏面側面を有する可動板と、ねじり軸と、支持基板とを有し、前記可動板は前記可動板の両端に接続している前記ねじり軸によって前記支持基板に支持されており、前記可動板は前記ねじり軸を中心にねじり揺動可能であるねじり揺動体であって、前記可動板の１つの面である前記表面とは反対側の前記裏面内において前記ねじり軸を挟む両側のうち少なくともいずれか一方の領域に複数の凹部が設けられており、前記複数の凹部の径または深さは前記ねじり軸から外側へむけて大きくなっていることを特徴とするねじり揺動体。
【請求項１５】
表面裏面側面を有する可動板と、ねじり軸と、支持基板とを有し、前記可動板は前記可動板の両端に接続している前記ねじり軸によって前記支持基板に支持されており、前記可動板は前記ねじり軸を中心にねじり揺動可能であるねじり揺動体であって、前記可動板の１つの面である前記表面とは反対側の前記裏面内において前記ねじり軸を挟む両側のうち少なくともいずれか一方の領域に凹部が設けられており、前記側面には前記凹部とは別の凹部が設けられていることを特徴とするねじり揺動体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光を偏向する光偏向器、それを用いた光学機器、ねじり揺動体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高速動作を必要とする機械要素においては、その慣性が駆動スピードの大きな阻害要素となっている。特に、所定角度内を回動振動する機械要素では慣性モーメントを低減する必要があるが、その際、駆動する機械要素の剛性を低下させないように配慮するのが一般的である。そのような目的で、機械要素を中空構造とする方法や補強材（以下、リブという）を固着する方法等が広く知られている。
【０００３】
ところで、近年において半導体デバイスの高集積化に代表されるようにマイクロエレクトロニクスの発展に伴い、様々な機器が高機能化と共に小型化されてきている。例えば、光偏向器を用いて光走査を行う、レーザビームプリンタ、ヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置、バーコードリーダ等の入力デバイスの光取り入れ装置等においても高機能化、小型化がなされ、より一層の小型化が要求されている。これらの要求を満たす光偏向器として、例えば、マイクロマシニング技術を用いて微小ミラーをねじり振動させる構成で光を走査する光偏向器が提案されている。
【０００４】
この種の光偏向器に用いる微小ミラーには、高速駆動で高剛性という２つの性能が求められている。特に、微小ミラーの剛性が不足している場合、駆動時に微小ミラーが自重による慣性力を受けてミラー面が大きく撓んでしまう。この動撓みは、ミラーの光学特性を著しく低下させてしまうため、光偏向器の性能を損なってしまう。また、この種の光偏向器においてはアクチュエータの発生力が制限されている場合が多く、高速駆動のために弾性支持部のバネ剛性を高くすると、偏向角が著しく低下してしまうという課題がある。そのため、可動部分である微小ミラーの慣性モーメントを低減させることが光偏向角を大きくするために必要であった。
【０００５】
そこで、微小ミラーの剛性を保ちながら慣性モーメントを低減するために次のような構造が提案されている。図１６はＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＭＥＮＳ２０００、ｐｐ７０４−７０９に開示された光偏向器を示す図である。図１６（ａ）は微小ミラー部分の斜視図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【０００６】
この光偏向器のミラー部１００１は、光源からの光を反射するための金薄膜１００２が形成された多結晶シリコン膜１００３に単結晶シリコンの円筒状のリブ１００４が固着された構造を有している。ミラー部１００１はねじり振動可能に弾性支持する多結晶シリコンのねじりバネ（不図示）を介して支持基板（不図示）と結ばれている。ねじりバネはミラー部１００１の多結晶シリコン膜１００３と同一平面に形成されている。この光偏向器では、反射面である金薄膜１００２が形成されている多結晶シリコン膜１００３上に形成され、それを円筒状のリブ１００４で補強する構造となっている。そのため、ミラー部１００１として多結晶シリコン膜１００３を単体で用いた場合と比べて大幅に剛性が増すため、高剛性で低慣性モーメントな微小ミラーとなるとされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記文献の光偏向器では、円筒状のリブ１００４が、幅１３μｍ、厚さ１５μｍ、多結晶シリコン膜１００３が、直径５５０μｍ、厚さ１．５μｍというサイズで実施されており、この従来の光偏向器では多結晶シリコン膜１００３の剛性不足で、十分な動的歪みの抑制がなされていない。この従来の光偏向器の構造のままで、更に動撓みを抑制しようとすると、製法の制約上可能な方法は、多結晶シリコン膜１００３の残留応力を増加させるか、円筒状のリブ１００４の厚さを増加させるかの方法であるが、両者とも以下に示す理由で著しく光偏向器の性能を低下させてしまうという問題があった。
（１）多結晶シリコン膜１００３の残留応力を増加させた場合、多結晶シリコン膜１００３の静的な平坦性が得られない。延いてはその上に形成されている反射面も大きな湾曲を持つことになり、偏向光の変形を招き反射性能が低下する。
（２）円筒状のリブ１００４の厚みを増加させた場合、モーメントアームが最大となる部分の質量が増加する為、慣性モーメントが大きく増加してしまう。またミラー部１００１全体の重心位置がねじりバネのねじりの中心軸（以下、ねじり軸と称す）から離れてしまうため、不要振動を招きやすく偏向性能が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、高速に駆動可能で、低発生力のアクチュエータでも大きな偏向角がとれ、反斜面の静的な平均性が優れ、高速動作時にも歪みが少ない、小型の光偏向器、それを用いた光学機器、ねじれ揺動体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、支持基板に可動板の両端が弾性支持部で支持され、前記可動板の一方の面には反射面が形成され、前記可動板を弾性支持部のねじり軸を中心にねじり振動させることによって、前記反射面に入射する入射光を偏向する光偏向器であって、前記可動板の反射面が形成されない前記可動板の反射面とは反対側の面で、前記弾性支持部のねじり軸を挟む両側の少なくとも一方側の面に凹部が形成されており、前記凹部は、前記弾性支持部の前記ねじり軸中心から外側に向けて複数形成され、前記複数の凹部は前記外側に向けて段階的に径又は深さの少なくとも一方が大き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によって達成される。
【００１０】
また、本発明の目的は、支持基板に可動板の両端が弾性支持部で支持され、前記可動板の一方の面には反射面が形成され、前記可動板を弾性支持部のねじり軸を中心にねじり振動させることによって、前記反射面に入射する入射光を偏向する光偏向器であって、前記可動板の反射面が形成されない前記可動板の反射面とは反対側の面で、前記弾性支持部のねじり軸を挟む両側の少なくとも一方側の面に凹部が形成されており、前記可動板の側面に前記凹部とは別の凹部が更に形成されていることを特徴とする光偏向器によって達成される。
【００１１】
また、本発明の目的は、支持基板に可動板の両端が弾性支持部で支持され、前記可動板の一方の面には反射面が形成され、前記可動板を弾性支持部のねじり軸を中心にねじり振動させることによって、前記反射面に入射する入射光を偏向する光偏向器において、前記可動板の弾性支持部のねじり軸を挟む少なくとも一方の面である反射面において当該可動板の有効反射領域の周囲に前記反射面から前記反射面とは反対側の面へ貫通している貫通穴を形成したことを特徴とする光偏向器によって達成される。
【００１５】
また、本発明の目的は、表面裏面側面を有する可動板と、ねじり軸と、支持基板とを有し、前記可動板は前記可動板の両端に接続している前記ねじり軸によって前記支持基板に支持されており、前記可動板は前記ねじり軸を中心にねじり揺動可能であるねじり揺動体であって、前記可動板の１つの面である前記表面とは反対側の前記裏面内において前記ねじり軸を挟む両側のうち少なくともいずれか一方の領域に複数の凹部が設けられており、前記複数の凹部の径または深さは前記ねじり軸から外側へむけて大きくなっていることを特徴とするねじり揺動体によって達成される。
更に、本発明の目的は、表面裏面側面を有する可動板と、ねじり軸と、支持基板とを有し、前記可動板は前記可動板の両端に接続している前記ねじり軸によって前記支持基板に支持されており、前記可動板は前記ねじり軸を中心にねじり揺動可能であるねじり揺動体であって、前記可動板の１つの面である前記表面とは反対側の前記裏面内において前記ねじり軸を挟む両側のうち少なくともいずれか一方の領域に凹部が設けられており、前記側面には前記凹部とは別の凹部が設けられていることを特徴とするねじり揺動体によって達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は本発明のねじり揺動体の1例である光偏向器の第１の実施形態の構成を示す斜視図である。図１において、光偏向器１は支持基板２に可動板６の両端がねじり揺動運動軸に相当する弾性支持体（ねじりバネ）３で支持された構造となっている。ねじりバネ３は可動板６をＣ軸（つまりねじり軸）を中心に弾性的にＥ方向、つまり時計回り方向と反時計回り方向の両方向にねじれ振動自在に支持するものである。また、可動板６の一方の面は反射面４（図中裏面側で不図示）となっていて、可動板６のＥ方向のねじれにより反射面４に入射する入射光を所定変位角偏向するものである。なお、可動板６はその両側がそれぞれねじりバネ３と接続しているため、支持基板２によって支持されている。また可動板６は、ねじり揺動するがＣ軸を中心に回転はしない。また図１のＤで示す矢印方向は、ねじり軸Ｃと垂直で可動板６の反射面４が形成される面と平行な向きを示しており、特に、Ｄの矢印方向を「ねじり軸から離れる方向」とする。
【００１８】
なお、本実施形態においてこれらの支持基板２、可動板６、反射面４、ねじりバネ３及び後述する凹部５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、共に半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術により単結晶シリコンで一体的に形成されている。
【００１９】
ここで、本実施形態では、可動板６にＤ方向を法線とする面（以下側面と称するがこの側面とは可動板６のうち反射面即ち本図において不図示である裏面に対する側面のこと）が陥没状になるように凹部５Ａが形成され、可動板６の反射面４が形成されない面（以下こちらの面を裏面と称す）には、ねじり軸の両側に陥没状の構造となるように複数の凹部５Ｂ，５Ｃが形成されている。従って、可動板６はねじり軸Ｃ付近が最も肉厚であり、本実施形態ではねじり軸Ｃ上、つまり可動板６裏面のうちねじりバネ３の延長上に位置する領域には凹部は設けられていない。そして反射面４を支える可動板６の質量はねじり軸から離れるに従って小さくなっている。
【００２０】
図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線における断面図、図２（ｂ）はＢ−Ｂ線における断面図である。ねじりバネ３、凹部５Ａ，５Ｂ，５Ｃの其々の面は、図２（ａ）（ｂ）に示すように部材となる単結晶シリコンウエハの（１１１）面で構成されている。シリコンの（１００）面と（１１１）面は図示の通り略５４．７°の角度で配されているため、図２（ａ）に示すように可動板６の側壁、裏面を（１１１）面で陥没状に構成することが可能である。また、図２（ｂ）に示すようにねじりバネ３のＢ−Ｂ線における断面は（１１１）面と（１００）面で囲まれたＸ字状断面となっている。図１において、このねじりバネ３上面図には、ねじりバネ３のＸ字状構造による凹部が図示されている。この凹部はねじりバネ３のねじり軸方向に延びて設けられており、支持基板２と可動板６には延在していない。
【００２１】
また、本実施形態においては、可動板６が単純な直方体であった場合と比べて凹部５Ａ，５Ｂ，５Ｃの分だけ軽量化されており、ねじり振動時の慣性モーメントが小さくなっている。特に、慣性モーメントは可動板６の質量とその部分のねじり軸Ｃからの距離の２乗との積の総和で決まるため、凹部５Ａ，５Ｂ，５Ｃのようにねじり軸Ｃから遠い位置ほど反射面４を支える可動板６のシリコンの質量が少なくなる構成とすることで、慣性モーメントを効果的に減少させることができる。
【００２２】
一方、可動板６の中実部分に注目すると、凹部５Ａ，５Ｂ，５Ｃによりねじり軸Ｃに近い位置ほど中実部分が増加する構造となっている。ねじり振動時にはねじり軸Ｃに近いほど大きな曲げモーメントが可動板６に負荷するため、凹部５Ｂ，５Ｃの構成（形状あるいは大きさ）を適切に設定することにより、可動板６の剛性は凹部５Ａ，５Ｂ，５Ｃを形成したことによってもほとんど影響されない構成にすることができる。更に、図１に示すように可動板６の凹部５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、ねじり軸Ｃに沿って列状に形成されており、この列と列の間に残る中実部分はリブ状の形態となるため、効果的に可動板６を支持することができる。このように本実施形態の光偏向器１は可動板６の剛性を十分に保ちながら慣性モーメントを低減できる。
【００２３】
ところで、高速駆動を要するねじり揺動体のうち本実施形態の光偏向器においては、可動板６の剛性を高く保ったまま慣性モーメントを低減することが要求されるが、この点に関して本実施形態においては以下に示す理由で非常に有用である。
【００２４】
本実施形態の光偏向器１は、例えば、可動板６の共振周波数である周波数２２ｋＨｚ、可動板６の変位角±１１．７°で駆動する。このねじり振動によって可動板６は自重による慣性力を受けて変形を生じる。図３（ａ）は可動板６が平板（直方体）であった場合のねじり軸Ｃを法線とする可動板６の断面図を示している。
【００２５】
本実施形態の可動板６は共振周波数で励起されたねじり振動を生じるため、時間に対する可動板６の変位角は正弦波状に変化する。そして、最大の角加速度がかかる個所（例えば、正弦波状の振動の全てを光偏向器としての使用領域と設定するならば最大変位角付近）で最も大きな変形を起こす。図３（ｂ）はその際の可動板６の変形の様子を示している。図３（ｂ）に示すように可動板６に変形が生じると、可動板６上に形成されている反射面４も同様に変形を受ける。この変形が著しい場合は、光偏向器の使用領域に渡って反射面４の平坦度が保証されず光偏向器としての光学特性を著しく低下させてしまう。
【００２６】
ここで、凹凸のある反射面にガウス分布をもつレーザが入射すると、その凹凸により反射され、形成されるビームスポットの形が変形する。このビームスポットの変形が光偏向器の光学特性を低下させる。図３（ｂ）に示すように変形した（うねった）反射面４は、反射面４から最小自乗法により平均の平面Ｑ面を算出し、Ｑ面にある反射面に反射面４の変形プロファイルの凹凸がある反射面と考えることが出来る。従って、ここでは反射面４の撓み量の代表値としてＱ面から最も離れている量をとり、Ｑ面から反射面４のこの部位の距離を最大撓み量δとする。
【００２７】
波長λのレーザのビームスポットの最大強度の１／ｅ2 （ｅは自然対数）となる強度等高線より内側部分が幅Ｗ＝１ｍｍの反射面４により反射されて形成されるビームスポットを計算すると図４に示す通りとなる。図４ではδ＝０、δ＝λ／１６、δ＝λ／１０の場合の反射面４からの拡がり角とその時のビームスポットの相対強度（δ＝０時の中心ピーク値を１とした）との関係を示している。図４から明らかなように反射面４の撓み量δが増加すると、スクリーン上でのビームスポットの中心ピークが減少し、中心からやや離れた位置に第２のピークが顕著に現われる。また、スポットの裾の拡がりも増加する傾向を示す。
【００２８】
中心ピークはδ＝λ／１６の時、相対強度０．８に、δ＝λ／１０の時、相対強度０．５程度に低下する。同時に、第２のピークはδ＝λ／１６の時、相対強度０．１５に、δ＝λ／１０の時、相対強度０．３となる。このように第２ピークと中心ピークの強度差が減少すると、中心ピーク、第２ピークで形成される包絡線状のスポットとして観察されるようになる。これにより、見かけのビームスポットが拡大し光偏向器の解像度の著しい低下を招く。従って、最大撓み量δは、第２ピークが中心ピークの２０％程度の強度であり、中心ピークの相対強度が０．８程度となるδ＝λ／１６以下としなければ、解像度に大きな影響を与えてしまう。
【００２９】
次に、本実施形態のように可動部６に凹部を有する光偏向器と凹部のない光偏向器とのシミュレーション結果について説明する。まず、本実施形態の光偏向器１の可動板６として、例えば、幅Ｗが１３００μｍ、長さＰが１１００μｍ、厚さｔが２００μｍの大きさとする。また、図２（ａ）に示すように陥没状の（１１１）面で形成される凹部５Ａは深さが約７５μｍ、凹部５Ｂ，５Ｃは深さが約１８０μｍ、それぞれの凹部のピッチが２７０μｍとし、その他の寸法は図２（ａ）に示す通りとする。
【００３０】
また、凹部５Ｂ，５Ｃの長さＬを０μｍ（つまり、可動板６の裏面に凹部５Ｂ，５Ｃが形成されず、側面に凹部５Ａのみが形成されている）、２５０μｍ、４００μｍ、５００μｍ、６００μｍと変えた可動板とする。なお、このＬの長さは図２（ａ）に示すように可動板６の端部から内側に向けて矢印方向に変えるものとする。このＬの長さの異なる各可動板と凹部を有しない直方体の場合の可動板を比較することにより本実施形態の効果をシミュレーション結果をもとに説明する。
【００３１】
図５（ａ）、（ｂ）は可動板６の凹部５Ｂ，５Ｃの長さＬを変えた場合の慣性モーメントの低減量（直方体の場合を１とした比）と周波数２２ｋＨｚ、可動板の変位角±１１．７°駆動時の最大変位角での最大撓み量δのシミュレーション結果をそれぞれ示している。
【００３２】
図５（ａ）から明らかなように可動板の側面に凹部５Ａを形成した場合（Ｌ＝０）では直方体と比べ約２０％の慣性モーメントを低減することができる。また、凹部５Ｂ，５Ｃを形成し、その長さＬを長くするほど慣性モーメントを低減でき、例えば、Ｌ＝５００μｍの場合で直方体と比べ約５０％まで低減することが可能である。但し、Ｌ＝５００μｍとＬ＝６００μｍの場合を比べると、慣性モーメントは約１％としか低減されていないため、ねじり軸Ｃから離れている個所に凹部５Ｂ，５Ｃを形成することが効果的に慣性モーメントを低減する上で望ましい。
【００３３】
図５（ｂ）は凹部５Ｂ，５Ｃの長さＬと最大撓み量δの関係を示している。図５（ｂ）から分かるようにＬ＝０μｍ〜Ｌ＝４００μｍの間では、直方体の場合より最大撓み量δが小さくなっているのが分かる。また、Ｌ＝４００μｍより凹部５Ｂ，５Ｃの長さＬが長い場合では、最大撓み量が著しく増加する傾向を示しており、ねじり軸Ｃに近い個所に凹部５Ｂ，５Ｃを設けてしまうと可動板の剛性が著しく低下してしまうことがわかる。
【００３４】
従って、図５（ａ）、（ｂ）から分かるように可動板６の側面に凹部５Ａのみを形成した場合でも直方体の場合と比べ慣性モーメントを約２０％低減でき、最大撓み量δも約２３％程度低減することができる。更に、凹部５Ｂ，５Ｃを形成する場合には、最大撓み量δが急激に増加しはじめ、慣性モーメントの低減の傾きが徐々に低下傾向を示すＬ＝４００μｍ付近が、慣性モーメントを大きく低減することができ、最大撓み量δも直方体の場合とほぼ同じとすることができる最適な形状である。
【００３５】
しかし、最大撓み量δに関しては光偏向器に入射する光の波長により許容値が様々で、本実施形態でも例えば波長４４０ｎｍの光を偏向する場合を考えれば、許容される最大撓み量δはλ／１６＝約２７．５ｎｍ程度となり、Ｌ＝５００μｍ付近の形状が最大撓み量δによって解像度の著しい低下を起こさずに、可動板６の慣性モーメントを最も低減できる形状となる。このように本実施形態では、可動板６の剛性を高く保ったまま慣性モーメントを低減できるので、前述のように高速駆動に対しても十分対応可能である。
【００３６】
次に、本実施形態の光偏向器１の製造方法を図６（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。図６（ａ）〜（ｅ）は本実施形態における光偏向器１のアルカリ水溶液を用いた異方性エッチングによる製造方法を示す工程図である。まず、図６（ａ）に示すように低圧化学気相成長法等により平板状のシリコン基板１０４の両面に窒化シリコンのマスク層１０１を成膜する。
【００３７】
次に、図６（ｂ）に示すように反射面４が形成される面のマスク層１０１を支持基板２、可動板６、ねじりバネ３の形成予定部分の外形に応じてパターニングする。このパターニングは通常のフォトリソグラフと窒化シリコンを侵食するガス（例えばＣＦ４等）を用いたドライエッチング加工によって行う。また、図６（ｃ）に示すように反射面４が形成されない面に、支持基板２、可動板６、ねじりバネ３、凹部５Ｂ，５Ｃの外形に応じてマスク層１０１をパターニングする。この場合も図６（ｂ）と同様の方法でパターニングを行う。
【００３８】
次いで、図６（ｄ）に示すように単結晶シリコンの結晶面によって腐食する速度が著しく異なるアルカリ水溶液（例えば、水酸化カリウム水溶液、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液等）に所望の時間、浸漬することによって異方性エッチング加工を行い、図６（ｄ）に示すような形状の支持基板２、可動板６、ねじりバネ３、凹部５Ａ，５Ｂ，５Ｃを形成する。異方性エッチングでは（１００）面でエッチング速度が速く、（１１１）面で遅く進むため、シリコン基板１０４の表面と裏面の両面からエッチングを進行させ、マスク層１０１のパターンとシリコンの結晶面との関係によりマスク層１０１で覆われた部分の（１００）面と（１１１）面で囲まれた形状に正確に加工することが可能である。即ち、このアルカリ異方性エッチングにより可動板６の裏面には（１１１）面で構成される凹部５Ｂ，５Ｃが形成され、可動板６の側面には（１１１）面で凹部５Ａが形成され、同時にねじりバネ３もこのエッチング工程で（１００）面と（１１１）面で囲まれたＸ字状の多角形（図２（ｂ）参照）に加工される。
【００３９】
次に、図６（ｅ）に示すように窒化シリコンのマスク層１０１を除去し、更に反射面４として高反射率を有する金属（例えば、アルミニウム等）を真空蒸着する。以上の製造方法により、支持基板２、凹部５Ａ，５Ｂ，５Ｃが形成された可動板６、及びねじりバネ３が一体に形成され（本実施形態に係る製造方法によれば反射面４も更に一体に形成される）、図１の光偏向器が完成する。
【００４０】
本実施形態の光偏向器１は、可動板６がねじりバネ３によってねじり軸Ｃ回りにねじり振動自在に弾性支持されており、図示しない駆動手段によって可動板６上に形成された反射面４を連続的にねじり振動させることにより、入射した光を偏向・走査することができる。
【００４１】
また、可動板６の側面及び裏面にシリコンの（１１１）面で構成された凹部を形成することにより、可動板６の撓み量を光偏向器として用いる所望の仕様値に保ったまま可動板６の慣性モーメントを低減することができる。特に、ねじりバネ３の断面をシリコンの（１００）面と（１１１）面で構成されるＸ字状の多角形とすることにより、可動板６をねじり軸Ｃ回りにねじり易く、ねじり軸Ｃに垂直方向に撓みにくく弾性支持することが可能となる。このＸ字状の断面で構成されるねじりバネ３により可動板６はねじり軸Ｃ回りのねじり振動以外の不要振動が生じにくく、外乱の少ない光偏向器を実現できる。
【００４２】
更に、本実施形態の光偏向器１の製造方法によれば、可動板６、ねじりバネ３の両方の構造を１回のアルカリ異方性エッチングで加工することができるので、非常に安価に大量に製造可能である。また、設計変更等に対してもフォトリソグラフのマスクパターンとエッチング時間の調節で対応可能となるため、光偏向器を益々安価に、開発期間を短く製造可能となる。加えて、可動板６、ねじりバネ３の形状は、単結晶シリコンの（１１１）面で決定するため、その加工を高精度に行う事が可能である。
【００４３】
また、単結晶シリコンは密度が小さく、高ヤング率という光偏向器の可動板に非常に適した材料特性を備えているばかりでなく、シリコンウエハの鏡面研磨面を利用すれば、光学的に滑らかな表面を得られる。
【００４４】
なお、図１では光偏向素子として反射面４としたが、反射面４を反射型の回折格子としても可動板６のねじり振動により同様の動作を行う光偏向器を構成できる。この場合、入射光に対して偏向光は回折光となるため、１本のビームで複数の偏向光を得ることができる。以下の実施形態では、特に、光偏向素子を反射面４とした場合について説明するが、以下のすべての実施形態においても反射型回折格子と置き換えてもよい。
【００４５】
（第２の実施形態）
図７は本発明の光偏向器の第２の実施形態を示す斜視図である。図１との違いは、慣性モーメントを低減するための凹部をねじり軸を挟んで可動板６の片側のみ形成し、可動板６の凹部が形成されていない側にはアクチュエータの一部である可動コア８を設けている点である。その他の構成は図１と同様である。可動コア８としては、軟磁性体（例えばＦｅ−Ｎｉ合金）や硬磁性体（例えば、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐ合金）で形成されており、寸法は例えば、幅２００μｍ×厚さ５０μｍ×長さ１１００μｍである。可動コア８は、可動板６の一端においてＣ軸方向に伸びて配置されている。可動コア８は例えば可動板６とは別体のもので可動板６に貼り付けられている。そして、この可動コア８を吸引し、可動板６にトルクを発生させるためのコイルを周回した固定コア（いわゆる電磁石）が支持基板２の外側に設置されており、このコイルに通電することにより電磁力で可動板６が駆動される。このように片側に可動コア８を有する構造においても可動板６の慣性モーメントを低減することができる。
【００４６】
また、本実施形態の光偏向器の製造方法としては、図６の製造方法を用いることができる。但し、図６（ｃ）の工程で、凹部５Ｃに相当するマスク層１０１の部分を残すものとする。次いで、図６（ｄ）、（ｅ）の工程を順次行うことによって、図７に示すように片側のみ凹部５Ｂを形成することができる。その後、可動コア８を例えば接着剤を用いて可動板６の他方側に接着することで、本実施形態の光偏向器が完成する。接着の仕方は加熱により接着してもよく、あるいは紫外線を照射することで接着してもよい。
【００４７】
（第３の実施形態）
図８は本発明の光偏向器の第３の実施形態を示す斜視図である。なお、図８では図１と同一部分は同一符号を付している。本実施形態の光偏向器２１は、可動板６の反射面４とは反対側の面にねじり軸の両側に凹部５Ａ′，５Ｂ′，５Ｃ′のそれぞれの列が軸方向に沿って形成されている。本実施形態において軸方向と垂直な方向におけるそれぞれの凹部は、軸から離れた凹部の方がその開口が広くなっている。また、支持基板２、ねじりバネ３、反射面４は図１のものと同じであり、これらの支持基板２、ねじりバネ３、可動板６、凹部５Ａ′，５Ｂ′，５Ｃ′は、第１の実施形態と同様に半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術によって単結晶シリコンで一体的に形成されている。なお、ねじりバネ３としては図２（ｂ）で説明したようにＸ字状断面とするのが好ましいが、図８においては便宜上Ｘ字状断面形状ではなく、凹部が無い直方体形状である。
【００４８】
図９（ａ）は図８の可動部６付近の平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。本実施形態では、ねじりバネ３のねじり軸Ｃから遠い位置に向かうほど可動板６に形成されている凹部部分の比率が増加する構造になっている。即ち、図９（ａ）、（ｂ）に示すように可動板６の外周方向に向かって凹部５Ａ′，５Ｂ′，５Ｃ′の順に凹部の径（開口面積）及び深さとも増加するように形成されている。
【００４９】
このため、可動部６は凹部５Ａ′，５Ｂ′，５Ｃ′の分だけ軽量化されており、ねじり振動時の慣性モーメントを小さくすることができる。特に、慣性モーメントは可動板６の質量とその部分の回転軸からの距離の２乗との積の総和で決まるため、凹部５Ａ′，５Ｂ′，５Ｃ′の順にねじり軸から遠い位置ほど凹部部分の容量を増加することにより、慣性モーメントを効果的に減少させることができる。
【００５０】
一方、可動板６の中実部分に注目すると、凹部５Ａ′，５Ｂ′，５Ｃ′によりねじり軸に近い位置ほど中実部分が増加する構造となっている。ねじり振動時には、ねじり軸に近いほど大きな曲げモーメントが可動板６に負荷するため、このような構造により可動板６の剛性は凹部５Ａ′，５Ｂ′，５Ｃ′を形成したことによってもほとんど影響されない。更に、図９（ａ）に示すように凹部５Ａ′，５Ｂ′，５Ｃ′はねじり軸と垂直方向に列状に形成されており、この列と列の間に中実部分はリブ状の形態となり、効果的に可動板６を支持することができる。
【００５１】
従って、本実施形態の光偏向器２１は可動板６の剛性を十分に保ちながら慣性モーメントを低減できるため、ねじり振動時の可動板６及びその上に形成されている反射面４の動撓みを低減することができる。なお、本実施形態においても第２の実施形態と同様に可動部６に片側のみに凹部５Ａ′，５Ｂ′，５Ｃ′を形成し、他方側に可動コア８を設けてもよい。また、可動板６の側面に凹部を形成してもよい。
【００５２】
ここで、本実施形態の光偏向器２１は、例えば、反射面４が１ｍｍ×１ｍｍの大きさとし、光の最大偏向角が約３５度、光偏向器の共振周波数が約２２ｋＨｚで、ねじりバネ３の幅が７５μｍ、ねじりバネ３の片側の長さが３０００μｍとなっている。第１の実施形態では、可動板６とねじりバネ３の厚さは支持基板２の厚さと同じの２００μｍとなっているが、ねじりバネ３の形成予定部分を形成前にエッチングにより掘り下げておくことにより、ねじりバネ３の厚さをより薄く構成することも可能である。その場合、ねじりバネ３の長さをより短く設定することができる。また、以下に示すすべての実施形態においても本実施形態と同様のサイズで光偏向器を構成できる。
【００５３】
次に、本実施形態の光偏向器２１の製造方法を図１０（ａ）〜（ｊ）を参照して説明する。図１０（ａ）〜（ｊ）は本実施形態における光偏向器２１のドライエッチングによる製造方法を示す工程図である。
【００５４】
まず、図１０（ａ）に示すように熱酸化により平板状のシリコン基板１０４の両面に酸化シリコンのマスク層１０１を成膜する。次に、反射面４として用いる面の反対側面の酸化シリコンをウエットエッチング等の方法により除去する。また、図１０（ｂ）に示すように反射面４となるアルミ層１０２を酸化シリコン除去面に蒸着し、その後、反射面４の形成予定部分にフォトレジスト層１０３を形成する。次に、このフォトレジスト層１０３をマスクとしてアルミを侵食する溶液（例えば、Ｈ3 ＰＯ4 ・ＨＮＯ3 ・ＣＨ3 ＣＯＯＨ・Ｈ2 Ｏ混合液等）を用いたウエットエッチングにより反射面だけを残すようにアルミ層１０２のパターニングを行い、その後レジスト層１０３を除去する。
【００５５】
次いで、図１０（ｃ）に示すようにアルミ層１０２が蒸着されていない面に支持基板２、可動板６、ねじりバネ３の外形に応じたマスクを用いて、これらの部分にフォトレジスト層（不図示）を形成する。次に、酸化シリコンを侵食するガス（例えば、ＣＦ４等）を用いたドライエッチング加工によって、支持基板２、ねじりバネ３、可動板６の部分を残すように酸化シリコン層１０１のパターニングを行い、第１パターン１０５を形成する。その後、フォトレジスト層を除去する。また、図１０（ｄ）に示すようにＩＣＰ−ＲＩＥ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を用いてシリコンのドライエッチング加工を行い、第１エッチング１０６を行う。このエッチング量は最終の凹部５Ｃ′部分の底に残る可動板６の肉厚だけとする。
【００５６】
次に、図１０（ｅ）に示すように凹部５Ｃ′の形成予定部分の形状に応じたマスクを用いて第２パターン１０７を第１パターン１０５と同様の工程を経て形成する。また、図１０（ｆ）に示すようにＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いてドライエッチング加工を行い、第２エッチング１０８を行う。このエッチング量は最終の凹部５Ｃ′と凹部５Ｂ′の深さの寸法差だけとする。更に、図１０（ｇ）に示すように凹部５Ｂ′の形成予定部分の形状に応じたマスクを用いて第３パターン１０９を第１パターン１０５と同様の工程を経て形成する。
【００５７】
次いで、図１０（ｈ）に示すようにＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いてドライエッチング加工を行い、第３エッチング１１０を行う。このエッチング量は最終の凹部５Ｂ′と５Ａ′の深さの寸法差だけとする。更に、図１０（ｉ）に示すように凹部５Ａ′の形成予定部分の形状に応じたマスクを用いて第４パターン（不図示）を形成し、これをエッチングマスクとしてＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いてドライエッチング加工を行い、第４エッチング１１１を行う。
【００５８】
この第４エッチング１１１により凹部５Ａ′が形成され、ねじりバネ３、可動板６がシリコン基板１０４からリリースされ、可動板６、ねじりバネ３が一体的に形成される。最後に、図１０（ｊ）に示すように酸化シリコン層１０１を除去し、支持基板２、可動板６、反射面４、ねじりバネ３及び凹部５Ａ′，５Ｂ′，５Ｃ′が一体形成された光偏向器が完成する。
【００５９】
本実施形態の光偏向器２１においても、第１、第２の実施形態と同様に可動板６がねじり振動自在なねじりバネ３に弾性支持されており、図示しない駆動手段によって可動板６上に形成された反射面４を連続的にねじり振動させることにより、入射した光を偏向・走査することができる。また、本実施形態においてもＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて単結晶シリコンをエッチングすることにより、単結晶シリコンを精密に加工して光偏向器を構成可能である。
【００６０】
ここで、単結晶シリコンは密度が小さく、高剛性という光偏向器の可動板に非常に適した材料特性を備えているばかりでなく、シリコン基板の鏡面研磨面を利用すれば光学的に滑らかな表面を得られる。従って、その構成寸法がミリメートルからマイクロメートルオーダーとなる反射面を有する可動板に対して、非常に簡単な加工で剛性を損なうことなく、慣性モーメントを軽減することができる。また、平滑な表面に反射面を形成可能となり、反射面の光学性能を損なわない構成とすることができる。
【００６１】
（第４の実施形態）
図１１は本発明の光偏向器の第４の実施形態を示す斜視図である。なお、図８と同一部分は同一符号を付している。本実施形態の光偏向器３１は、可動板６の裏面側においてねじりバネ３のねじり軸から直交する方向に離れるにつれ肉厚が薄くなるように階段構造が形成されている。このように可動板６の肉厚が階段形状により変化しているということが本実施形態において可動板６が凹部を有しているということである。本実施形態では可動板６の裏面のうち、ねじりバネ３の延長上の領域をのぞいた領域の全領域にわたって、すなわちねじりバネ３の延長上の領域を挟むそれぞれ両側の領域の全域において階段状形状である。もちろん両側の領域のうち少なくともいずれか一方の領域だけがこの階段形状であってもよい。これら支持基板２、可動板６、反射面４、ねじりバネ３は共に半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術によって一体的に形成されている。
【００６２】
このようにねじりバネ３のねじり軸から遠い位置に向かうほど可動板６の肉厚寸法が小さくなるように階段構造になっているので、第１〜第３の実施形態よりも更に可動板６が軽量化されており、ねじり振動時の慣性モーメントを更に小さくすることができる。また、可動板６を階段構造にすることにより可動板６全体の慣性モーメントへの寄与が大きくなり、ねじり振動時に負荷するモーメントが小さい部分のみを優先的に除去することができる。従って、高剛性を維持したまま慣性モーメントを低減する効果を得ることができる。
【００６３】
ここで、光偏向器の実装時に可動板６の裏面に別基板の壁面が近接する場合が頻繁に生じる。可動板６のねじり振動時に可動板６と壁面との間に狭ギャップが形成されると、雰囲気の粘性によるダンピング効果が顕著になる。これは共振周波数駆動を行う場合の振動のＱ値を大きく低下させ、光偏向器の偏向角を著しく小さくしてしまう。
【００６４】
本実施形態の光偏向器３１の可動板６は、裏面に形成された階段構造により可動板６の外周部分ほどギャップが大きくなる構成にできるため、このようなダンピング効果を抑制することができる。従って、面積が広い可動板６を用いた場合でも、Ｑ値の低下を抑える効果がある。なお、本実施形態においても第１の実施形態と同様にねじりバネ３を断面Ｘ字状としてもよいし、先に述べたように可動板６のねじりバネ３を挟む片方の面のみを階段状にしてもよい。
【００６５】
次に、本実施形態の光偏向器３１の製造方法を図１２（ａ）〜（ｊ）を参照して説明する。図１２（ａ）〜（ｊ）は本実施形態における光偏向器３１のドライエッチングによる製造方法を示す工程図である。
【００６６】
まず、図１２（ａ）に示すように熱酸化によりシリコン基板１０４の両面に酸化シリコンのマスク層１０１を成膜する。次に、反射面４として用いる面の反対側面の酸化シリコンをウエットエッチング等の方法により除去する。また、図１２（ｂ）に示すように反射面４となるアルミ層１０２を酸化シリコン除去面に蒸着し、その後、反射面４の形成予定部分にフォトレジスト層１０３を形成する。更に、このフォトレジスト層１０３をマスクとしてアルミを侵食する溶液（例えば、Ｈ3 ＰＯ4 ・ＨＮＯ3 ・ＣＨ3 ＣＯＯＨ・Ｈ2 Ｏ混合液等）を用いたウエットエッチングにより反射面だけを残すようにアルミ層１０２のパターニングを行い、その後レジスト層１０３を除去する。
【００６７】
次いで、図１２（ｃ）に示すようにアルミ層１０２が蒸着されていない面に支持基板２、可動板６、ねじりバネ３の外形に応じたマスクを用いて、これらの部分にフォトレジスト層（不図示）を形成する。次に、酸化シリコンを侵食するガス（例えば、ＣＦ４等）を用いたドライエッチング加工により支持基板２、ねじりバネ３、可動板６の部分を残すように酸化シリコン層１０１のパターニングを行い、第１パターン１０５を形成する。その後、フォトレジスト層を除去する。次に、図１２（ｄ）に示すようにＩＣＰ−ＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を用いてシリコンのドライエッチング加工を行い、第１エッチング１０６を行う。このエッチング量は最終の可動板６の肉厚の最小寸法値（つまり最外周部分の肉厚寸法値）とする。
【００６８】
次に、図１２（ｅ）に示すように可動板６の階段構造の形状に応じたマスクを用いて第２パターン１０７を第１パターン１０５と同様の工程を経て形成する。また、図１２（ｆ）に示すようにＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いてドライエッチング加工を行い、第２エッチング１０８を行う。このエッチング量は最終の可動板６の階段構造に対応した１段分の厚さの寸法とする。更に、図１２（ｇ）に示すように可動板６の階段構造の３段目の形状に応じたマスクを用いて第３パターン１０９を第１パターン１０５と同様の工程を経て形成する。
【００６９】
次いで、図１２（ｈ）に示すようにＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いてドライエッチング加工を行い、第３エッチング１１０を行う。このエッチング量は最終の可動板６の階段構造に対応した１段分の厚さ寸法とする。更に、図１２（ｉ）に示すように可動板６の階段構造の４段目の形状に応じたマスクを用いて第４パターン（不図示）を形成し、これをエッチングマスクとしてＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いてドライエッチング加工を行い、第４エッチング１１１を行う。
【００７０】
この第４エッチング１１１によりねじりバネ３、可動板６がシリコン基板１０４からリリースされる。最後に、図１２（ｊ）に示すように酸化シリコン層１０１を除去し、支持基板２、可動板６、反射面４、ねじりバネ３が一体形成された光偏向器が完成する。
【００７１】
本実施形態の光偏向器３１においても、同様に可動板６がねじり振動自在なねじりバネ３に弾性支持されており、図示しない駆動手段によって可動板６に形成された反射面４を連続的にねじり振動させることにより、入射した光を偏向・走査することができる。また、本実施形態の光偏向器３１は、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて単結晶シリコンをエッチングすることにより、単結晶シリコンを精密に加工して光偏向器を構成可能である。
【００７２】
単結晶シリコンをドライエッチングして光偏向器３１を構成する効果は、上述の第３の実施形態の光偏向器２１と同様である。加えて、可動板６の裏面を階段構造としたことにより、エッチングによって可動板６の外周方向に沿って肉厚を薄く構成する立体構造にできるので、高剛性を維持したまま慣性モーメントを非常に大きく低減することができる。
【００７３】
（第５の実施形態）
図１３は本発明の光偏向器の第５の実施形態を示す斜視図である。本実施形態の光偏向器４１は、結晶方位（１１０）のシリコン基板である支持基板２に可動板６の両端が弾性的にねじれ振動自在に支持するねじりバネ３で支持され、可動板６の一方の面には反射面４が形成されている。また、可動板６及び反射面４には、凹部である貫通孔７が形成されている。
【００７４】
これらの支持基板２、可動板６、反射面４、ねじりバネ３及び貫通孔７は、予めシリコン基板に成膜した窒化シリコン膜をシリコン基板の両面に対して可動板６、ねじりバネ３、貫通孔７の外形に応じたマスクを用いてパターニングし、水酸化カリウム水溶液等の異方性ウエットエッチングを行い、最後に窒化シリコンを除去することにより一体的に形成されている。
【００７５】
貫通孔７はＢで示す円形状の外側に形成され、このＢ部分は光偏向器４１で光偏向を行う際の反射面４上におけるレーザの最大強度の１／ｅ2 でのビームスポットを示している。本実施形態の光偏向器４１は、（１１０）結晶方位のシリコン基板を用いて異方性ウエットエッチングを行うので、可動板６の形状は図１３に示すように単結晶シリコンの（１１１）面に応じた多角形形状に制限される。そのため、ビームスポット全体を反射できるように形成した本実施形態の光偏向器４１ではＢ部分より外側に反射に寄与しない部分が存在するため、その部分に貫通孔７を形成することにより、光偏向器の光学特性を損なわずに可動板６の慣性モーメントを低減できる。
【００７６】
なお、本実施形態においてもねじりバネ３を断面Ｘ字状にしてもよいし、可動板６の側面に凹部を形成してもよい。また、可動板６のねじりバネ３のねじり軸を挟む一方の面のみに貫通孔７を設けてもよい。また本実施形態ではねじりバネ３の伸長方向が支持基板２の外辺に平行でない形態を図１３として挙げたが、他の実施形態と同様に本実施形態も、可動板６と支持基板２とねじりバネ３によって囲まれ互いにねじりバネ３を介して隣り合う２つの空間部の長尺方向の端が互いに揃った位置である形態であっても良い。
【００７７】
（第６の実施形態）
図１４は上記光偏向器を用いた光学機器の実施形態を示す図である。ここでは光学機器として画像表示装置を示している。図１４において、２０１は第１〜第５の実施形態の光偏向器を偏向方向が互いに直交するように２個配置した光偏向器群２１であり、本実施形態では水平・垂直方向に入射光をラスタスキャンする光スキャナ装置として用いている。２０２はレーザ光源である。２０３はレンズ或いはレンズ群であり、２０４は書き込みレンズまたはレンズ群、２０５は投影面である。レーザ光源２０２から入射したレーザ光は光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて光偏向器群２０１により２次元的に走査する。この走査されたレーザ光は書き込みレンズ２０４により投影面２０５上に画像を形成する。このように本実施形態の光学機器は、投影面に様々な画像を形成する、データプロジェクタ、ディスプレイ等の画像形成装置として用いることができる。
【００７８】
（第７の実施形態）
図１５は上記光偏向器を用いた光学機器の他の実施形態を示す図である。ここでは、光学機器として画像形成装置を示している。図１５において、２０１は第１〜第５の実施形態の光偏向器であり、本実施形態では入射光を１次元に走査する光スキャナ装置として用いている。２０２はレーザ光源である。２０３はレンズあるいはレンズ群であり、２０４は書き込みレンズ或いはレンズ郡、２０６は感光体である。レーザ光源から射出されたレーザ光は、光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて、光偏向器２０１により１次元的に走査する。この走査されたレーザ光は書き込みレンズ２０４により、感光体２０６上へ画像を形成する。
【００７９】
感光体２０６は図示しない帯電器により一様に帯電されており、この上に光を走査することによりその部分に静電潜像を形成する。次に、図示しない現像器により静電潜像の画像部分にトナー像を形成し、これを例えば図示しない用紙に転写・定着することで用紙上に画像が形成される。
【００８０】
なお、各実施形態において一例として光偏向器や回折格子を例示したが、本発明のねじり揺動体は光偏向器の他に角速度センサ等に用いても良い。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のねじり揺動体は、可動板の１面において軸からはなれた場所に凹部が形成されているので、高剛性を確保しながら可動板の慣性モーメントを低減でき、マイクロメーターからミリメーターの寸法オーダーを持つ微小なねじり揺動体であるにも拘わらず、軸のバネ剛性を小さく設定でき、ねじり振動時の動撓みを低減することができる。
【００８２】
また、本発明によれば、可動板の反射面とは反射側の面に凹部を形成することにより、高剛性を確保しながら可動板の慣性モーメントを低減でき、マイクロメーターからミリメーターの寸法オーダーを持つ微小な光偏向器において弾性支持部のバネ剛性を小さく設定でき、ねじり振動時の動撓みを低減することができる。そのため、高速駆動が可能で低発生力のアクチュエータでも大きな偏向角で駆動できると共に、高速動作でも歪みが少なく、小型の光偏向器を実現することができる。
【００８３】
更に、単結晶シリコンを用いて一体に光偏向器を作製することにより、単結晶シリコンは密度が小さく、高剛性という材料特性を備えるだけでなく、エッチング技術により微細加工が可能であるため、シリコン基板の鏡面研磨面を利用すれば、光学的に滑らかな表面が得られる。従って、単結晶のシリコン基板からエッチング加工を用いて支持基板、弾性支持部、可動板を形成し、可動板の一方の面に凹部、他方の面に反射面を形成することにより、非常に簡単な加工で作製できると共に、平滑な表面に反射面を形成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光偏向器の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線における断面図である。
【図３】図１の可動板の変形を説明するための図である。
【図４】図１の可動板の反射面からの拡がり角とビームスポットの相対強度との関係を撓み量δをパラメータとして示す図である。
【図５】可動板の凹部の長さＬを変えた場合の慣性モーメント、最大撓み量δの変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】図１の光偏向器の製造方法を説明する図である。
【図７】本発明の光偏向器の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図８】本発明の光偏向器の第３の実施形態を示す斜視図である。
【図９】図８の可動板の平面及び断面を示す図である。
【図１０】図８の光偏向器の製造方法を説明する図である。
【図１１】本発明の光偏向器の第４の実施形態を示す斜視図である。
【図１２】図１１の光偏向器の製造方法を説明する図である。
【図１３】本発明の光偏向器の第５の実施形態を示す図である。
【図１４】本発明の光偏向器を用いた光学機器の一実施形態を示す図である。
【図１５】本発明の光偏向器を用いた光学機器の他の実施形態を示す図である。
【図１６】従来例の光偏向器を示す図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１    光偏向器
２    支持基板
３    ねじりバネ
４    反射面
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ    凹部
５Ａ′，５Ｂ′，５Ｃ′    凹部
６    可動板
７    貫通孔
８    可動コア
１０１    酸化シリコン層
１０２    アルミ層
１０３    フォトレジスト層
１０４    シリコン基板
２０１    光偏向器群
２０２    レーザ光源
２０３    レンズ
２０４    書き込みレンズ
２０５    投影面
２０６    感光体
１００１    ミラー部
１００２    金薄膜
１００３    多結晶シリコン膜
１００４    リブ
【図１】
0003740444.tif 000002
【図２】
0003740444.tif 000003
【図３】
0003740444.tif 000004
【図４】
0003740444.tif 000005
【図５】
0003740444.tif 000006
【図６】
0003740444.tif 000007
【図７】
0003740444.tif 000008
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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