JP4376527B2 - 光走査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板により一体的に形成するプレーナ型の光走査装置に関し、特に、可動板に発生する応力を表裏面でバランスさせて可動板の反り変形を抑制すると共に、駆動力の向上を可能にする光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光走査装置には、半導体基板の固定部にトーションバーで揺動可能に軸支され中央部に反射ミラーを形成した可動板と、該可動板の周縁部に沿って敷設した薄膜コイルと、トーションバーの軸方向に平行な上記可動板の対辺近傍部の上記薄膜コイル部分に静磁界を作用して薄膜コイルを流れる電流と上記静磁界との相互作用により駆動力を発生して可動板を揺動させる静磁界発生手段とを備えて構成したものや、上記可動板に薄膜磁石を形成し、上記トーションバーの軸方向に平行な可動板の対辺側方の上記固定部の部位に駆動コイルを形成し、該駆動コイルの電磁界と上記薄膜磁石の静磁界の相互作用により駆動力を発生し可動板を揺動させるように構成したもの（例えば、特許文献１参照）がある。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２７２２３１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の光走査装置において、例えば前者の場合は、可動板に成膜形成された薄膜コイル及び反射ミラー並びに薄膜コイルの保護及び絶縁を目的として形成するポリイミド等の保護膜の残留圧縮応力により、また後者の場合は、可動板に成膜形成された薄膜磁石及び反射ミラーの残留圧縮応力によって可動板に反りが発生する虞がある。
【０００５】
また、可動板に薄膜コイルを設けたものの場合は、通電により薄膜コイルに熱が発生する。したがって、この熱により薄膜コイル及び反射ミラー材料と可動板の基板材料との熱膨張率の違いに起因するバイメタル作用により可動板に反りが生じる虞がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、可動板に発生する応力を表裏面でバランスさせて可動板の反り変形を抑制すると共に、駆動力の向上を可能にする光走査装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このために、請求項１の第１の発明は、半導体基板からなる固定部に、平板状の可動板と該可動板を固定部に対して揺動可能に軸支するトーションバーとを一体的に形成し、前記可動板の周縁部に沿って通電により磁界を発生する薄膜コイルを敷設し、前記可動板に反射ミラーを設ける一方、前記トーションバーの軸方向に平行な可動板の対辺部の薄膜コイル部分に対して静磁界を作用させる静磁界発生手段を備えて構成する光走査装置であって、前記可動板の表裏面に前記薄膜コイル及び前記反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、前記各薄膜コイル及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて前記可動板の表裏面における応力をバランスさせた。
【０００８】
このような構成により、半導体基板からなる平板状の可動板の表裏面に薄膜コイル及び反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、各薄膜コイル及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板の表裏面における応力をバランスさせ、可動板の反りを抑制する。これにより、光走査精度を向上する。また、一対の薄膜コイルを可動板駆動用として用いることで駆動力の増大を可能とする。
【０００９】
この場合、請求項２のように前記一対の薄膜コイルを可動板周縁部に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜コイルの内側に形成するとよい。または、請求項３のように前記一対の薄膜コイルを可動板上に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜コイルの上面に絶縁層を介して積層してもよい。
【００１０】
また、請求項４の構成の場合においては、前記可動板が、固定部に外側トーションバーで揺動可能に軸支された枠状の外側可動板と、該外側可動板に前記外側トーションバーの軸線と直交する内側トーションバーで揺動可能に軸支された内側可動板とからなり、前記外側可動板の表裏面に外側薄膜コイルを一対敷設し、前記内側可動板の表裏面の周縁部に沿って内側薄膜コイルを一対敷設すると共に、前記内側可動板の表裏面に反射ミラーを一対設ける構成とした。
【００１１】
この場合、請求項５のように前記一対の内側薄膜コイルを内側可動板周縁部に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜コイルの内側に形成するとよい。または、請求項６のように前記一対の内側薄膜コイルを内側可動板上に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜コイルの上面に絶縁層を介して積層してもよく、請求項７のように前記一対の外側薄膜コイルの上面に絶縁層を介して反射ミラーを一対積層してもよい。
【００１２】
また、請求項８のように前記可動板の表裏面に敷設した一対の薄膜コイルを直列接続するとよく、または請求項９のように前記可動板の表裏面に敷設した一対の薄膜コイルを並列接続してもよい。
【００１３】
また、請求項１０の第２の発明は、半導体基板からなる固定部に、平板状の可動板と該可動板を固定部に対して揺動可能に軸支するトーションバーとを一体的に形成し、前記可動板に静磁界を発生する薄膜磁石と反射ミラーとを設ける一方、前記トーションバーの軸方向に平行な前記可動板の対辺部の薄膜磁石部分に対して通電により発生する磁界を作用させる駆動コイルを備えて構成する光走査装置であって、前記可動板の表裏面に前記薄膜磁石及び前記反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、前記各薄膜磁石及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて前記可動板の表裏面における応力をバランスさせた。
【００１４】
このような構成により、半導体基板からなる平板状の可動板の表裏面に薄膜磁石及び反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、各薄膜磁石及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板の表裏面における応力をバランスさせ、可動板の反りを抑制する。これにより、光走査精度を向上する。また、一対の薄膜磁石を可動板駆動用に用いることで駆動力の増大を可能とする。
【００１５】
この場合、請求項１１のように、前記一対の薄膜磁石を可動板周縁部に形成し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜磁石の内側に形成するとよい。または、請求項１２のように前記一対の薄膜磁石を可動板上に形成し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜磁石の上面に積層してもよい。
【００１６】
また、請求項１３の構成の場合においては、前記可動板が、固定部に外側トーションバーで揺動可能に軸支された枠状の外側可動板と、該外側可動板に前記外側トーションバーの軸線と直交する内側トーションバーで揺動可能に軸支された内側可動板とからなり、少なくとも前記内側可動板の表裏面に静磁界を発生する薄膜磁石と反射ミラーとをそれぞれ一対設ける構成とした。
【００１７】
この場合、請求項１４のように前記一対の薄膜磁石を内側可動板周縁部に形成し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜磁石の内側に形成するとよい。または、請求項１５のように前記一対の薄膜磁石を内側可動板上に形成し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜磁石の上面に積層してもよく、請求項１６のように前記外側可動板の表裏面に一対の薄膜磁石を形成してもよい。さらに、請求項１７のように前記外側可動板の表裏面に形成した前記一対の薄膜磁石の上面に一対の反射ミラーを形成してもよい。
【００１８】
また、請求項１８のように前記可動板の中央部と該可動板端部との間に、可動板端部から前記可動板中央部に伝達する可動板中央部の変形要因を抑制する境界部を設けてもよい。または、請求項１９のように前記内側可動板の中央部と該内側可動板端部との間に、内側可動板端部から前記内側可動板中央部に伝達する内側可動板中央部の変形要因を抑制する境界部を設けてもよい。
【００１９】
さらに、請求項２０のように前記各薄膜コイル及び反射ミラー並びに境界部、または前記各薄膜磁石及び反射ミラー並びに境界部を前記各可動板の表裏面の同一位置に形成するとよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、本発明に係る光走査装置の第１実施形態の概略構成を分解斜視図で示す。
図１において、本第１実施形態の光走査装置は、半導体基板により一体的に形成した一次元の光走査装置であり、可動板１と、薄膜コイル２Ａ，２Ｂと、反射ミラー３Ａ，３Ｂと、静磁界発生手段４Ａ，４Ｂと、を備えて構成する。
【００２２】
上記可動板１は、枠状の固定部５にトーションバー６で揺動可能に軸支されたものであり、半導体基板をその厚み方向に異方性エッチングして固定部５及びトーションバー６と一体的に形成される。また、可動板１の表裏面には、後述の反射ミラー３Ａ，３Ｂを一対設けており、可動板１の揺動に伴って上記反射ミラー３Ａ（または３Ｂ）で光ビームを反射して一次元走査するようにしている。なお、半導体基板は、半導体微細加工技術を応用して加工するものであれば如何なるものであってもよく、例えばシリコン基板やプラスチック基板などである。
【００２３】
上記可動板１の表裏面には、該可動板１の周縁部に沿ってそれぞれ薄膜コイル２Ａ，２Ｂを敷設している。該薄膜コイル２Ａ，２Ｂは、トーションバー６の軸方向に平行な上記可動板１の対辺近傍部の薄膜コイル２Ａ，２Ｂを流れる電流に、後述する静磁界発生手段４Ａ，４Ｂから発生する静磁界を作用させて可動板１の上記対辺部に駆動力を発生させ可動板１を揺動させるものであり、半導体製造プロセスにより、例えばアルミニウム等の導電性薄膜をエッチングして形成される。そして、薄膜コイル２Ａ，２Ｂの両端部は、それぞれトーションバー６を介して固定部５に形成した電極端子部７Ａ，７Ｂに接続し、図示省略の制御回路から駆動電流が供給できるようになっている。なお、図１においては、薄膜コイル２Ａ，２Ｂを並列接続した構成で示しているが、例えば図１中右側の電極端子部７Ａと同図中左側の電極端子部７Ｂとを接続して薄膜コイル２Ａ，２Ｂを直列接続してもよい。
【００２４】
上記可動板１の表裏面で、図２（ａ）に示すように薄膜コイル２Ａ，２Ｂの内側には、それぞれ反射ミラー３Ａ，３Ｂを設ける。該反射ミラー３Ａ（または３Ｂ）は、入射する光ビームを反射するものであり、例えばアルミニウム等から成る反射膜を真空蒸着またはスパッタリング等により成膜して形成する。または、図２（ｂ）に示すように薄膜コイル２Ａ，２Ｂ上に設けたポリイミド等の絶縁層８を介して可動板１の全面を覆って反射ミラー３Ａ，３Ｂを形成してもよい。そして、上記薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂは、可動板１の表裏面で同一位置に形成される。
【００２５】
そして、上記トーションバー６の軸方向に平行な可動板１の対辺側方で、例えば固定部５の上面部位には、上記可動板１を間にして一対の静磁界発生手段４Ａ，４Ｂを互いに反対磁極を対向させて備える。該静磁界発生手段４Ａ，４Ｂは、可動板１の上記対辺近傍部の薄膜コイル２Ａ，２Ｂに対して可動板１に平行で薄膜コイル２Ａ，２Ｂに直交する成分を作用させ、該薄膜コイル２Ａ，２Ｂを流れる電流との相互作用によりローレンツ力を発生させるものであり、例えば永久磁石である。なお、静磁界発生手段４Ａ，４Ｂは、固定部５の上面部位ではなく、その外側に配置してもよい。
【００２６】
次に本発明の第１実施形態の動作を説明する。
先ず、図１に示す並列接続された薄膜コイル２Ａ，２Ｂに、図示省略の制御回路から電極端子部７Ａ，７Ｂを介して駆動電流がそれぞれ供給される。この場合、トーションバー６の軸方向に平行な可動板１の対辺近傍部の上記薄膜コイル２Ａ，２Ｂの部分には、該部分に対向して配置された静磁界発生手段４Ａ，４Ｂにより静磁界が作用している。したがって、該静磁界のうち可動板１に平行で薄膜コイル２Ａ，２Ｂの上記部分に直交する静磁界成分が、薄膜コイル２Ａ，２Ｂの該部分を流れる電流と相互に作用して薄膜コイル２Ａ，２Ｂの当該部分にローレンツ力を発生させ可動板１を揺動させる。そして、可動板１の揺動に伴って、可動板１に形成した反射ミラー３Ａ（または３Ｂ）で光ビームを一次元走査する。
【００２７】
可動板１の駆動時には、可動板１の表裏面に設けた薄膜コイル２Ａ，２Ｂに同じ大きさの駆動電流が流れる。したがって、薄膜コイル２Ａ，２Ｂにおいて発生する発熱量は等しい。しかも、薄膜コイル２Ａ，２Ｂは、可動板１の表裏面で同一位置に形成されているため可動板１の表裏面に発生する熱応力がバランスして可動板１の反りが抑制される。
【００２８】
また、可動板１の表裏面には、薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂが可動板１表裏面で同一位置に形成されているため上記薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂの薄膜の残留圧縮応力による反り力が可動板１の表裏面の各部でバランスし、可動板１の反りを抑制する。なお、薄膜の残留圧縮応力が、薄膜の形成条件により異なる場合があるため、本第１実施形態においては、上記薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂ並びに絶縁層８の膜厚または材質若しくは形状を異ならせる等調整して可動板１の表裏面における応力をバランスさせている。
【００２９】
このように、上記第１実施形態によれば、可動板１の表裏面に薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂをそれぞれ形成すると共に、各薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板１の表裏面における薄膜の残留圧縮応力をバランスさせたことにより、薄膜の残留圧縮応力による反り力が可動板１の表裏面でバランスし、可動板１の反りの発生を抑制することができる。また、薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂを可動板１の表裏面の同一位置に形成したことにより、薄膜の残留圧縮応力の発生部位が可動板１の表裏面で略一致し、該応力を相殺して可動板１の反りをより効果的に抑制することができる。
【００３０】
また、該薄膜コイル２Ａ，２Ｂの両者に通電して可動板１を揺動させる構成としたことにより、薄膜コイル２Ａ，２Ｂに発生する熱が可動板１の表裏面で略等しくなり、この発熱による熱応力が可動板１の表裏面でバランスして反りの発生を抑制することができる。これにより、光走査精度を向上することができる。
【００３１】
さらに、可動板１の表裏面に形成した薄膜コイル２Ａ，２Ｂを並列接続する構成としたことにより、可動板１の一方の側だけに薄膜コイルを設けた従来の光走査装置に比べ駆動力を同一とした場合、各薄膜コイル２Ａ，２Ｂに流れる電流値が半分になり、薄膜コイル２Ａ，２Ｂにおける発熱を低減することができる。言うまでもないが、可動板１の表裏面の各薄膜コイル２Ａ，２Ｂに従来と同じ電流値を供給すれば２倍の駆動力を得られる。また、薄膜コイル２Ａ，２Ｂを直列接続した場合には、従来の光走査装置に比べて同じ電流値で約２倍の駆動力を得ることができる。
【００３２】
次に、本発明に係る光走査装置の第２実施形態を図３及び図４を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図３は、第２実施形態の光走査装置の概略構成を示す分解斜視図である。この光走査装置は、光ビームを二次元走査するものであり、上記可動板１を、固定部５に外側トーションバー１１で揺動可能に軸支された枠状の外側可動板１２と、該外側可動板１２に外側トーションバー１１の軸線と直交する内側トーションバー１３で揺動可能に軸支された内側可動板１４とを備えた構成としている。
【００３３】
また、上記外側及び内側可動板１２，１４の表裏面でその周縁部（図３中破線で示す対応部位）に沿ってそれぞれ外側薄膜コイル１５Ａ，１５Ｂ及び内側薄膜コイル１６Ａ，１６Ｂを敷設し、図４（ａ）に示すように該内側薄膜コイル１６Ａ，１６Ｂの内側で内側可動板１４の表裏面に反射ミラー３Ａ，３Ｂを形成している。なお、図４（ｂ）に示すように外側及び内側薄膜コイル１５Ａ〜１６Ｂの上面にポリイミド等の絶縁層８を設け、さらに内側可動板１４の全面を覆って反射ミラー３Ａ，３Ｂを積層形成してもよい。または、同図（ｃ）に示すように内側可動板１４の全面に亘って絶縁層８を介して反射ミラー３Ａ，３Ｂを積層すると共に、外側可動板１２の絶縁層８上に外側反射ミラー２０Ａ，２０Ｂを積層してもよい。
【００３４】
また、図３に示すように外側薄膜コイル１５Ａ，１５Ｂは、それぞれ外側トーションバー１１を介して固定部５上に設けた電極端子部１８Ａ，１８Ｂに、また内側薄膜コイル１６Ａ，１６Ｂは、それぞれ内側及び外側トーションバー１３，１１を介して固定部５上に設けた電極端子部１９Ａ，１９Ｂに繋がっている。
【００３５】
さらに、上記外側トーションバー１１の軸方向に平行な外側可動板１２の対辺及び内側トーションバー１３の軸方向に平行な内側可動板１４の対辺に対応する固定部５の、例えば外側にそれぞれ静磁界発生手段４Ａ，４Ｂ，１７Ａ，１７Ｂを備えている。
【００３６】
このように構成したことにより、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に薄膜の残留圧縮応力や各薄膜コイルの発熱による熱応力が各可動板の表裏面でバランスし、各可動板の反りを抑制することができる。
【００３７】
また、図４（ｃ）に示すように内側可動板１４のみならず外側可動板１２の面を覆って外側反射ミラー２０Ａ，２０Ｂを設けた場合、内側可動板１４の位置を検出するための図示省略の内側用光源及び内側位置検出手段と、外側可動板１２の位置を検出するための図示省略の外側用光源及び外側位置検出手段とを備え、上記内側用光源の光ビームを内側可動板１４に設けた反射ミラー３Ａ（または３Ｂ）で反射して、その反射光ビームの受光位置に基づいて内側位置検出手段により検出して内側可動板１４の二次元の位置情報を得、上記外側用光源の光ビームを外側可動板１２に設けた反射ミラー２０Ａ（または２０Ｂ）で反射して、その反射光ビームの受光位置に基づいて外側位置検出手段により検出して外側可動板１２の一次元の位置情報を得て前記内側可動板の二次元位置情報から外側可動板の一次元位置情報を除いて内側可動板に作用する駆動力に基づく内側可動板の一次元位置情報を得る構成とすることにより、外側及び内側可動板１２，１４の各位置を分離して検出することができる。したがって、この検出結果に基づいて各可動板の駆動制御をそれぞれ個別に行うことができる。
【００３８】
次に、本発明に係る光走査装置の第３実施形態を図５及び図６を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図５は、第３実施形態の光走査装置の概略構成を示す分解斜視図である。この光走査装置は、光ビームを一次元走査するものであり、可動板１の表裏面で該可動板１の周縁部に沿って枠状の薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ設け、該薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂの内側で可動板１の表裏面に反射ミラー３Ａ，３Ｂを形成すると共に、各薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板１の表裏面における応力をバランスさせている（図６（ａ）参照）。そして、上記薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂは、磁化方向が同じ向きとなるように着磁されている。なお、図６（ｂ）に示すように薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂを可動板１の全面に亘って設け、その上に反射ミラー３Ａ，３Ｂを積層して形成してもよい。
【００３９】
また、トーションバー６の軸方向に平行な可動板１の対辺に対向する固定部５の上面には、駆動コイル２２Ａ，２２Ｂを設けている。この駆動コイル２２Ａ，２２Ｂは、交流電流の通電により発生する磁界をトーションバー６の軸方向に平行な上記薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂの対辺部に作用させて上記磁界と薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂの静磁界との相互作用により可動板１を揺動させるものである。なお、駆動コイル２２Ａ，２２Ｂは、固定部１上ではなく、可動板１の下方でトーションバー６の軸方向に平行な薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂの対辺部に対応する部位に互いに反対方向の磁界が発生するようにそれぞれ設けてもよく、または可動板の下方部位に上記薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂに対して該薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂの法線方向の磁界が作用するように駆動コイルを一つ設けてもよい。
【００４０】
このように構成したことにより、第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に薄膜の残留圧縮応力よる反り力が可動板１の表裏面でバランスし、可動板１の反りを抑制することができる。また、可動板１の表裏面に薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂを形成したことにより、第１実施形態におけるような薄膜コイル２Ａ，２Ｂによる熱応力の発生がなく、したがって熱応力による可動板１の反りを防止することができる。また、可動板１の表裏面に薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂを設けたことにより、可動板１の一方の側だけに薄膜磁石を設けた従来の光走査装置と比べて同じ駆動電流を駆動コイルに供給したとき、略２倍の駆動力を得ることができる。
【００４１】
次に、本発明に係る光走査装置の第４実施形態を図７及び図８を参照して説明する。なお、第３実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図７は、第４実施形態の光走査装置の概略構成を示す分解斜視図である。この光走査装置は、光ビームを二次元走査するものであり、上記可動板１を、固定部５に外側トーションバー１１で揺動可能に軸支された枠状の外側可動板１２と、該外側可動板１２に外側トーションバー１１の軸線と直交する内側トーションバー１３で揺動可能に軸支された内側可動板１４を備えた構成としている。
【００４２】
また、上記外側及び内側可動板１２，１４の表裏面でその周縁部に沿ってそれぞれ外側薄膜磁石２３Ａ，２３Ｂ及び内側薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂを形成し、図８（ａ）に示すように該内側薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂの内側で内側可動板１４の表裏面に反射ミラー３Ａ，３Ｂを形成している。なお、図８（ｂ）に示すように内側可動板１４の全面を覆って内側薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂを形成しその上面に反射ミラー３Ａ，３Ｂを積層形成してもよい。または、同図（ｃ）に示すように内側薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂ上に反射ミラー３Ａ，３Ｂを積層すると共に、外側薄膜磁石２３Ａ，２３Ｂ上に外側反射ミラー２０Ａ，２０Ｂを積層してもよい。
【００４３】
また、図７に示すように外側トーションバー１１の軸方向に平行な外側可動板１２の対辺に対向する固定部５の上面、及び内側トーションバー１３の軸方向に平行な内側可動板１４の対辺側方の固定部５上面には、駆動コイル２２Ａ，２２Ｂ及び２４Ａ，２４Ｂをそれぞれ設けている。なお、内側可動板１４だけに薄膜磁石と反射ミラーを形成する構成としてもよく、また、外側可動板１２だけに薄膜磁石を形成し、内側可動板１４だけに反射ミラーを形成する構成としてもよい。
【００４４】
このように構成したことにより、第４実施形態によれば、第３実施形態と同様に薄膜の残留圧縮応力よる反り力が可動板１の表裏面でバランスし、可動板１の反りを抑制することができる。また、可動板１の表裏面に薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂを形成したことにより、熱応力の発生がなく、したがって熱応力による可動板１の反りを防止することができる。さらに、可動板１の表裏面に薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂを設けたことにより、可動板１の一方の側だけに薄膜磁石を設けた従来の光走査装置に比べて同じ駆動電流を駆動コイル２２Ａ〜２４Ｂに供給したとき、略２倍の駆動力を得ることができる。さらにまた、第２実施形態と同様にして外側及び内側可動板１２，１４の位置情報を検出し、内側可動板１４の位置情報から外側可動板１４の位置情報を除けば、各可動板の位置を分離して検出することができ、該検出結果に基づいて各可動板の駆動制御をそれぞれ個別に行うことができる。
【００４５】
なお、上記第１〜４実施形態のいずれにおいても、本出願人が特開２００２−１３１６８５号公報に開示しているように、可動板１中央部と可動板１端部との間に、図９に斜線で示すような可動板１端部から上記可動板１中央部に伝達される可動板１中央部の変形要因を抑制する境界部１０を設けてもよい。この境界部１０は、可動板１を上下方向に貫通する孔であっても溝であってもよい。さらに、上記境界部１０が溝の場合には、該境界部１０を可動板１の表裏面に可動板１を挟んで同一位置に設けるとよい。または、可動板１の一方の面のみに設けてもよい。この場合は、薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂの厚みや材質等を変えて可動板１の表裏面で応力が略等しくなるように調整するとよい。そして、境界部１０は、可動板１と異なる部材から成る、例えば断熱性等を有するポリイミド等の充填材で形成してもよい。以上により、可動板１の表裏面に形成された薄膜の残留圧縮応力による可動板１端部の反りの影響や薄膜コイル２Ａ，２Ｂに発生する熱が可動板１中央部に伝達されるのを抑制し、可動板１の反りを抑制することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光走査装置によれば、半導体基板からなる平板状の可動板の表裏面に薄膜コイル及び反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、各薄膜コイル及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板の表裏面における応力をバランスさせることができる。したがって、可動板の反りを抑制することができ、光走査精度を向上することができる。
【００４７】
また、可動板の表裏面に薄膜コイルを一対設け、共に通電するようにしたことにより、薄膜コイルの発熱による熱応力が可動板の表裏面でバランスし、可動板の反りを抑制することができる。しかも、可動板両面に設けた薄膜コイルを駆動用に利用するので、両薄膜コイルを並列接続した場合は、従来と同一の駆動条件の下で各薄膜コイルにおける発熱を低減することができ、また直列接続した場合は、駆動力を２倍にすることができる。
【００４８】
また、半導体基板からなる平板状の可動板の表裏面に駆動コイルの磁界の作用により駆動力を発生する薄膜磁石及び反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、各薄膜磁石及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板の表裏面における応力をバランスさせることができる。したがって、可動板の反りを抑制することができ、光走査精度を向上する。
【００４９】
さらに、可動板の表裏面に薄膜磁石を一対設け、トーションバーの軸方向に平行な薄膜磁石の対辺部に駆動コイルにより磁界を作用させる構成としているので、可動板に熱応力が加わることがなく、熱応力による可動板の反りを防止することができる。しかも、この場合、両薄膜磁石を可動板の駆動力発生に使用することができるので、従来と同一の駆動条件の下で駆動力を２倍にすることができる。
【００５０】
さらにまた、各薄膜コイルまたは薄膜磁石及び反射ミラーを可動板の表裏面で同一位置に形成したことにより、応力の発生部位が可動板の表裏面で略一致し、該応力を相殺して可動板の反りをより効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光走査装置の第１実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】 第１実施形態における駆動力発生部及び光学要素の形成例を示した断面図である。
【図３】 本発明による光走査装置の第２実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。
【図４】 第２実施形態における駆動力発生部及び光学要素の形成例を示した断面図である。
【図５】 本発明による光走査装置の第３実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。
【図６】 第３実施形態における駆動力発生部及び光学要素の形成例を示した断面図である。
【図７】 本発明による光走査装置の第４実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。
【図８】 第４実施形態における駆動力発生部及び光学要素の形成例を示した断面図である。
【図９】 可動板に設けた（Ａ）〜（Ｉ）境界部の種々の形状例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…可動板
２Ａ，２Ｂ…薄膜コイル
３Ａ，３Ｂ…反射ミラー
４Ａ，４Ｂ，１７Ａ，１７Ｂ…静磁界発生手段
５…固定部
６…トーションバー
８…絶縁層
１０…境界部
１１…外側トーションバー
１２…外側可動板
１３…内側トーションバー
１４…内側可動板
１５…外側薄膜コイル
１６…内側薄膜コイル
２１Ａ，２１Ｂ…薄膜磁石
２２Ａ，２２Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ…駆動コイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板により一体的に形成するプレーナ型の光走査装置に関し、特に、可動板に発生する応力を表裏面でバランスさせて可動板の反り変形を抑制すると共に、駆動力の向上を可能にする光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光走査装置には、半導体基板の固定部にトーションバーで揺動可能に軸支され中央部に反射ミラーを形成した可動板と、該可動板の周縁部に沿って敷設した薄膜コイルと、トーションバーの軸方向に平行な上記可動板の対辺近傍部の上記薄膜コイル部分に静磁界を作用して薄膜コイルを流れる電流と上記静磁界との相互作用により駆動力を発生して可動板を揺動させる静磁界発生手段とを備えて構成したものや、上記可動板に薄膜磁石を形成し、上記トーションバーの軸方向に平行な可動板の対辺側方の上記固定部の部位に駆動コイルを形成し、該駆動コイルの電磁界と上記薄膜磁石の静磁界の相互作用により駆動力を発生し可動板を揺動させるように構成したもの（例えば、特許文献１参照）がある。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２７２２３１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の光走査装置において、例えば前者の場合は、可動板に成膜形成された薄膜コイル及び反射ミラー並びに薄膜コイルの保護及び絶縁を目的として形成するポリイミド等の保護膜の残留圧縮応力により、また後者の場合は、可動板に成膜形成された薄膜磁石及び反射ミラーの残留圧縮応力によって可動板に反りが発生する虞がある。
【０００５】
また、可動板に薄膜コイルを設けたものの場合は、通電により薄膜コイルに熱が発生する。したがって、この熱により薄膜コイル及び反射ミラー材料と可動板の基板材料との熱膨張率の違いに起因するバイメタル作用により可動板に反りが生じる虞がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、可動板に発生する応力を表裏面でバランスさせて可動板の反り変形を抑制すると共に、駆動力の向上を可能にする光走査装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このために、請求項１の第１の発明は、半導体基板からなる固定部に、平板状の可動板と該可動板を固定部に対して揺動可能に軸支するトーションバーとを一体的に形成し、前記可動板の周縁部に沿って通電により磁界を発生する薄膜コイルを敷設し、前記可動板に反射ミラーを設ける一方、前記トーションバーの軸方向に平行な可動板の対辺部の薄膜コイル部分に対して静磁界を作用させる静磁界発生手段を備えて構成する光走査装置であって、前記可動板の表裏面に前記薄膜コイル及び前記反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、前記各薄膜コイル及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて前記可動板の表裏面における応力をバランスさせた。
【０００８】
このような構成により、半導体基板からなる平板状の可動板の表裏面に薄膜コイル及び反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、各薄膜コイル及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板の表裏面における応力をバランスさせ、可動板の反りを抑制する。これにより、光走査精度を向上する。また、一対の薄膜コイルを可動板駆動用として用いることで駆動力の増大を可能とする。
【０００９】
この場合、請求項２のように前記一対の薄膜コイルを可動板周縁部に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜コイルの内側に形成するとよい。または、請求項３のように前記一対の薄膜コイルを可動板上に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜コイルの上面に絶縁層を介して積層してもよい。
【００１０】
また、請求項４の構成の場合においては、前記可動板が、固定部に外側トーションバーで揺動可能に軸支された枠状の外側可動板と、該外側可動板に前記外側トーションバーの軸線と直交する内側トーションバーで揺動可能に軸支された内側可動板とからなり、前記外側可動板の表裏面に外側薄膜コイルを一対敷設し、前記内側可動板の表裏面の周縁部に沿って内側薄膜コイルを一対敷設すると共に、前記内側可動板の表裏面に反射ミラーを一対設ける構成とした。
【００１１】
この場合、請求項５のように前記一対の内側薄膜コイルを内側可動板周縁部に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜コイルの内側に形成するとよい。または、請求項６のように前記一対の内側薄膜コイルを内側可動板上に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜コイルの上面に絶縁層を介して積層してもよく、請求項７のように前記一対の外側薄膜コイルの上面に絶縁層を介して反射ミラーを一対積層してもよい。
【００１２】
また、請求項８のように前記可動板の表裏面に敷設した一対の薄膜コイルを直列接続するとよく、または請求項９のように前記可動板の表裏面に敷設した一対の薄膜コイルを並列接続してもよい。
【００１３】
また、請求項１０の第２の発明は、半導体基板からなる固定部に、平板状の可動板と該可動板を固定部に対して揺動可能に軸支するトーションバーとを一体的に形成し、前記可動板に静磁界を発生する薄膜磁石と反射ミラーとを設ける一方、前記トーションバーの軸方向に平行な前記可動板の対辺部の薄膜磁石部分に対して通電により発生する磁界を作用させる駆動コイルを備えて構成する光走査装置であって、前記可動板の表裏面に前記薄膜磁石及び前記反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、前記各薄膜磁石及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて前記可動板の表裏面における応力をバランスさせた。
【００１４】
このような構成により、半導体基板からなる平板状の可動板の表裏面に薄膜磁石及び反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、各薄膜磁石及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板の表裏面における応力をバランスさせ、可動板の反りを抑制する。これにより、光走査精度を向上する。また、一対の薄膜磁石を可動板駆動用に用いることで駆動力の増大を可能とする。
【００１５】
この場合、請求項１１のように、前記一対の薄膜磁石を可動板周縁部に形成し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜磁石の内側に形成するとよい。または、請求項１２のように前記一対の薄膜磁石を可動板上に形成し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜磁石の上面に積層してもよい。
【００１６】
また、請求項１３の構成の場合においては、前記可動板が、固定部に外側トーションバーで揺動可能に軸支された枠状の外側可動板と、該外側可動板に前記外側トーションバーの軸線と直交する内側トーションバーで揺動可能に軸支された内側可動板とからなり、少なくとも前記内側可動板の表裏面に静磁界を発生する薄膜磁石と反射ミラーとをそれぞれ一対設ける構成とした。
【００１７】
この場合、請求項１４のように前記一対の薄膜磁石を内側可動板周縁部に形成し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜磁石の内側に形成するとよい。または、請求項１５のように前記一対の薄膜磁石を内側可動板上に形成し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜磁石の上面に積層してもよく、請求項１６のように前記外側可動板の表裏面に一対の薄膜磁石を形成してもよい。さらに、請求項１７のように前記外側可動板の表裏面に形成した前記一対の薄膜磁石の上面に一対の反射ミラーを形成してもよい。
【００１８】
また、請求項１８のように前記可動板の中央部と該可動板端部との間に、可動板端部から前記可動板中央部に伝達する可動板中央部の変形要因を抑制する境界部を設けてもよい。または、請求項１９のように前記内側可動板の中央部と該内側可動板端部との間に、内側可動板端部から前記内側可動板中央部に伝達する内側可動板中央部の変形要因を抑制する境界部を設けてもよい。
【００１９】
さらに、請求項２０のように前記各薄膜コイル及び反射ミラー並びに境界部、または前記各薄膜磁石及び反射ミラー並びに境界部を前記各可動板の表裏面の同一位置に形成するとよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、本発明に係る光走査装置の第１実施形態の概略構成を分解斜視図で示す。
図１において、本第１実施形態の光走査装置は、半導体基板により一体的に形成した一次元の光走査装置であり、可動板１と、薄膜コイル２Ａ，２Ｂと、反射ミラー３Ａ，３Ｂと、静磁界発生手段４Ａ，４Ｂと、を備えて構成する。
【００２２】
上記可動板１は、枠状の固定部５にトーションバー６で揺動可能に軸支されたものであり、半導体基板をその厚み方向に異方性エッチングして固定部５及びトーションバー６と一体的に形成される。また、可動板１の表裏面には、後述の反射ミラー３Ａ，３Ｂを一対設けており、可動板１の揺動に伴って上記反射ミラー３Ａ（または３Ｂ）で光ビームを反射して一次元走査するようにしている。なお、半導体基板は、半導体微細加工技術を応用して加工するものであれば如何なるものであってもよく、例えばシリコン基板やプラスチック基板などである。
【００２３】
上記可動板１の表裏面には、該可動板１の周縁部に沿ってそれぞれ薄膜コイル２Ａ，２Ｂを敷設している。該薄膜コイル２Ａ，２Ｂは、トーションバー６の軸方向に平行な上記可動板１の対辺近傍部の薄膜コイル２Ａ，２Ｂを流れる電流に、後述する静磁界発生手段４Ａ，４Ｂから発生する静磁界を作用させて可動板１の上記対辺部に駆動力を発生させ可動板１を揺動させるものであり、半導体製造プロセスにより、例えばアルミニウム等の導電性薄膜をエッチングして形成される。そして、薄膜コイル２Ａ，２Ｂの両端部は、それぞれトーションバー６を介して固定部５に形成した電極端子部７Ａ，７Ｂに接続し、図示省略の制御回路から駆動電流が供給できるようになっている。なお、図１においては、薄膜コイル２Ａ，２Ｂを並列接続した構成で示しているが、例えば図１中右側の電極端子部７Ａと同図中左側の電極端子部７Ｂとを接続して薄膜コイル２Ａ，２Ｂを直列接続してもよい。
【００２４】
上記可動板１の表裏面で、図２（ａ）に示すように薄膜コイル２Ａ，２Ｂの内側には、それぞれ反射ミラー３Ａ，３Ｂを設ける。該反射ミラー３Ａ（または３Ｂ）は、入射する光ビームを反射するものであり、例えばアルミニウム等から成る反射膜を真空蒸着またはスパッタリング等により成膜して形成する。または、図２（ｂ）に示すように薄膜コイル２Ａ，２Ｂ上に設けたポリイミド等の絶縁層８を介して可動板１の全面を覆って反射ミラー３Ａ，３Ｂを形成してもよい。そして、上記薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂは、可動板１の表裏面で同一位置に形成される。
【００２５】
そして、上記トーションバー６の軸方向に平行な可動板１の対辺側方で、例えば固定部５の上面部位には、上記可動板１を間にして一対の静磁界発生手段４Ａ，４Ｂを互いに反対磁極を対向させて備える。該静磁界発生手段４Ａ，４Ｂは、可動板１の上記対辺近傍部の薄膜コイル２Ａ，２Ｂに対して可動板１に平行で薄膜コイル２Ａ，２Ｂに直交する成分を作用させ、該薄膜コイル２Ａ，２Ｂを流れる電流との相互作用によりローレンツ力を発生させるものであり、例えば永久磁石である。なお、静磁界発生手段４Ａ，４Ｂは、固定部５の上面部位ではなく、その外側に配置してもよい。
【００２６】
次に本発明の第１実施形態の動作を説明する。
先ず、図１に示す並列接続された薄膜コイル２Ａ，２Ｂに、図示省略の制御回路から電極端子部７Ａ，７Ｂを介して駆動電流がそれぞれ供給される。この場合、トーションバー６の軸方向に平行な可動板１の対辺近傍部の上記薄膜コイル２Ａ，２Ｂの部分には、該部分に対向して配置された静磁界発生手段４Ａ，４Ｂにより静磁界が作用している。したがって、該静磁界のうち可動板１に平行で薄膜コイル２Ａ，２Ｂの上記部分に直交する静磁界成分が、薄膜コイル２Ａ，２Ｂの該部分を流れる電流と相互に作用して薄膜コイル２Ａ，２Ｂの当該部分にローレンツ力を発生させ可動板１を揺動させる。そして、可動板１の揺動に伴って、可動板１に形成した反射ミラー３Ａ（または３Ｂ）で光ビームを一次元走査する。
【００２７】
可動板１の駆動時には、可動板１の表裏面に設けた薄膜コイル２Ａ，２Ｂに同じ大きさの駆動電流が流れる。したがって、薄膜コイル２Ａ，２Ｂにおいて発生する発熱量は等しい。しかも、薄膜コイル２Ａ，２Ｂは、可動板１の表裏面で同一位置に形成されているため可動板１の表裏面に発生する熱応力がバランスして可動板１の反りが抑制される。
【００２８】
また、可動板１の表裏面には、薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂが可動板１表裏面で同一位置に形成されているため上記薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂの薄膜の残留圧縮応力による反り力が可動板１の表裏面の各部でバランスし、可動板１の反りを抑制する。なお、薄膜の残留圧縮応力が、薄膜の形成条件により異なる場合があるため、本第１実施形態においては、上記薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂ並びに絶縁層８の膜厚または材質若しくは形状を異ならせる等調整して可動板１の表裏面における応力をバランスさせている。
【００２９】
このように、上記第１実施形態によれば、可動板１の表裏面に薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂをそれぞれ形成すると共に、各薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板１の表裏面における薄膜の残留圧縮応力をバランスさせたことにより、薄膜の残留圧縮応力による反り力が可動板１の表裏面でバランスし、可動板１の反りの発生を抑制することができる。また、薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂを可動板１の表裏面の同一位置に形成したことにより、薄膜の残留圧縮応力の発生部位が可動板１の表裏面で略一致し、該応力を相殺して可動板１の反りをより効果的に抑制することができる。
【００３０】
また、該薄膜コイル２Ａ，２Ｂの両者に通電して可動板１を揺動させる構成としたことにより、薄膜コイル２Ａ，２Ｂに発生する熱が可動板１の表裏面で略等しくなり、この発熱による熱応力が可動板１の表裏面でバランスして反りの発生を抑制することができる。これにより、光走査精度を向上することができる。
【００３１】
さらに、可動板１の表裏面に形成した薄膜コイル２Ａ，２Ｂを並列接続する構成としたことにより、可動板１の一方の側だけに薄膜コイルを設けた従来の光走査装置に比べ駆動力を同一とした場合、各薄膜コイル２Ａ，２Ｂに流れる電流値が半分になり、薄膜コイル２Ａ，２Ｂにおける発熱を低減することができる。言うまでもないが、可動板１の表裏面の各薄膜コイル２Ａ，２Ｂに従来と同じ電流値を供給すれば２倍の駆動力を得られる。また、薄膜コイル２Ａ，２Ｂを直列接続した場合には、従来の光走査装置に比べて同じ電流値で約２倍の駆動力を得ることができる。
【００３２】
次に、本発明に係る光走査装置の第２実施形態を図３及び図４を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図３は、第２実施形態の光走査装置の概略構成を示す分解斜視図である。この光走査装置は、光ビームを二次元走査するものであり、上記可動板１を、固定部５に外側トーションバー１１で揺動可能に軸支された枠状の外側可動板１２と、該外側可動板１２に外側トーションバー１１の軸線と直交する内側トーションバー１３で揺動可能に軸支された内側可動板１４とを備えた構成としている。
【００３３】
また、上記外側及び内側可動板１２，１４の表裏面でその周縁部（図３中破線で示す対応部位）に沿ってそれぞれ外側薄膜コイル１５Ａ，１５Ｂ及び内側薄膜コイル１６Ａ，１６Ｂを敷設し、図４（ａ）に示すように該内側薄膜コイル１６Ａ，１６Ｂの内側で内側可動板１４の表裏面に反射ミラー３Ａ，３Ｂを形成している。なお、図４（ｂ）に示すように外側及び内側薄膜コイル１５Ａ〜１６Ｂの上面にポリイミド等の絶縁層８を設け、さらに内側可動板１４の全面を覆って反射ミラー３Ａ，３Ｂを積層形成してもよい。または、同図（ｃ）に示すように内側可動板１４の全面に亘って絶縁層８を介して反射ミラー３Ａ，３Ｂを積層すると共に、外側可動板１２の絶縁層８上に外側反射ミラー２０Ａ，２０Ｂを積層してもよい。
【００３４】
また、図３に示すように外側薄膜コイル１５Ａ，１５Ｂは、それぞれ外側トーションバー１１を介して固定部５上に設けた電極端子部１８Ａ，１８Ｂに、また内側薄膜コイル１６Ａ，１６Ｂは、それぞれ内側及び外側トーションバー１３，１１を介して固定部５上に設けた電極端子部１９Ａ，１９Ｂに繋がっている。
【００３５】
さらに、上記外側トーションバー１１の軸方向に平行な外側可動板１２の対辺及び内側トーションバー１３の軸方向に平行な内側可動板１４の対辺に対応する固定部５の、例えば外側にそれぞれ静磁界発生手段４Ａ，４Ｂ，１７Ａ，１７Ｂを備えている。
【００３６】
このように構成したことにより、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に薄膜の残留圧縮応力や各薄膜コイルの発熱による熱応力が各可動板の表裏面でバランスし、各可動板の反りを抑制することができる。
【００３７】
また、図４（ｃ）に示すように内側可動板１４のみならず外側可動板１２の面を覆って外側反射ミラー２０Ａ，２０Ｂを設けた場合、内側可動板１４の位置を検出するための図示省略の内側用光源及び内側位置検出手段と、外側可動板１２の位置を検出するための図示省略の外側用光源及び外側位置検出手段とを備え、上記内側用光源の光ビームを内側可動板１４に設けた反射ミラー３Ａ（または３Ｂ）で反射して、その反射光ビームの受光位置に基づいて内側位置検出手段により検出して内側可動板１４の二次元の位置情報を得、上記外側用光源の光ビームを外側可動板１２に設けた反射ミラー２０Ａ（または２０Ｂ）で反射して、その反射光ビームの受光位置に基づいて外側位置検出手段により検出して外側可動板１２の一次元の位置情報を得て前記内側可動板の二次元位置情報から外側可動板の一次元位置情報を除いて内側可動板に作用する駆動力に基づく内側可動板の一次元位置情報を得る構成とすることにより、外側及び内側可動板１２，１４の各位置を分離して検出することができる。したがって、この検出結果に基づいて各可動板の駆動制御をそれぞれ個別に行うことができる。
【００３８】
次に、本発明に係る光走査装置の第３実施形態を図５及び図６を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図５は、第３実施形態の光走査装置の概略構成を示す分解斜視図である。この光走査装置は、光ビームを一次元走査するものであり、可動板１の表裏面で該可動板１の周縁部に沿って枠状の薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ設け、該薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂの内側で可動板１の表裏面に反射ミラー３Ａ，３Ｂを形成すると共に、各薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板１の表裏面における応力をバランスさせている（図６（ａ）参照）。そして、上記薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂは、磁化方向が同じ向きとなるように着磁されている。なお、図６（ｂ）に示すように薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂを可動板１の全面に亘って設け、その上に反射ミラー３Ａ，３Ｂを積層して形成してもよい。
【００３９】
また、トーションバー６の軸方向に平行な可動板１の対辺に対向する固定部５の上面には、駆動コイル２２Ａ，２２Ｂを設けている。この駆動コイル２２Ａ，２２Ｂは、交流電流の通電により発生する磁界をトーションバー６の軸方向に平行な上記薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂの対辺部に作用させて上記磁界と薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂの静磁界との相互作用により可動板１を揺動させるものである。なお、駆動コイル２２Ａ，２２Ｂは、固定部１上ではなく、可動板１の下方でトーションバー６の軸方向に平行な薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂの対辺部に対応する部位に互いに反対方向の磁界が発生するようにそれぞれ設けてもよく、または可動板の下方部位に上記薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂに対して該薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂの法線方向の磁界が作用するように駆動コイルを一つ設けてもよい。
【００４０】
このように構成したことにより、第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に薄膜の残留圧縮応力よる反り力が可動板１の表裏面でバランスし、可動板１の反りを抑制することができる。また、可動板１の表裏面に薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂを形成したことにより、第１実施形態におけるような薄膜コイル２Ａ，２Ｂによる熱応力の発生がなく、したがって熱応力による可動板１の反りを防止することができる。また、可動板１の表裏面に薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂを設けたことにより、可動板１の一方の側だけに薄膜磁石を設けた従来の光走査装置と比べて同じ駆動電流を駆動コイルに供給したとき、略２倍の駆動力を得ることができる。
【００４１】
次に、本発明に係る光走査装置の第４実施形態を図７及び図８を参照して説明する。なお、第３実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図７は、第４実施形態の光走査装置の概略構成を示す分解斜視図である。この光走査装置は、光ビームを二次元走査するものであり、上記可動板１を、固定部５に外側トーションバー１１で揺動可能に軸支された枠状の外側可動板１２と、該外側可動板１２に外側トーションバー１１の軸線と直交する内側トーションバー１３で揺動可能に軸支された内側可動板１４を備えた構成としている。
【００４２】
また、上記外側及び内側可動板１２，１４の表裏面でその周縁部に沿ってそれぞれ外側薄膜磁石２３Ａ，２３Ｂ及び内側薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂを形成し、図８（ａ）に示すように該内側薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂの内側で内側可動板１４の表裏面に反射ミラー３Ａ，３Ｂを形成している。なお、図８（ｂ）に示すように内側可動板１４の全面を覆って内側薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂを形成しその上面に反射ミラー３Ａ，３Ｂを積層形成してもよい。または、同図（ｃ）に示すように内側薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂ上に反射ミラー３Ａ，３Ｂを積層すると共に、外側薄膜磁石２３Ａ，２３Ｂ上に外側反射ミラー２０Ａ，２０Ｂを積層してもよい。
【００４３】
また、図７に示すように外側トーションバー１１の軸方向に平行な外側可動板１２の対辺に対向する固定部５の上面、及び内側トーションバー１３の軸方向に平行な内側可動板１４の対辺側方の固定部５上面には、駆動コイル２２Ａ，２２Ｂ及び２４Ａ，２４Ｂをそれぞれ設けている。なお、内側可動板１４だけに薄膜磁石と反射ミラーを形成する構成としてもよく、また、外側可動板１２だけに薄膜磁石を形成し、内側可動板１４だけに反射ミラーを形成する構成としてもよい。
【００４４】
このように構成したことにより、第４実施形態によれば、第３実施形態と同様に薄膜の残留圧縮応力よる反り力が可動板１の表裏面でバランスし、可動板１の反りを抑制することができる。また、可動板１の表裏面に薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂを形成したことにより、熱応力の発生がなく、したがって熱応力による可動板１の反りを防止することができる。さらに、可動板１の表裏面に薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂを設けたことにより、可動板１の一方の側だけに薄膜磁石を設けた従来の光走査装置に比べて同じ駆動電流を駆動コイル２２Ａ〜２４Ｂに供給したとき、略２倍の駆動力を得ることができる。さらにまた、第２実施形態と同様にして外側及び内側可動板１２，１４の位置情報を検出し、内側可動板１４の位置情報から外側可動板１４の位置情報を除けば、各可動板の位置を分離して検出することができ、該検出結果に基づいて各可動板の駆動制御をそれぞれ個別に行うことができる。
【００４５】
なお、上記第１〜４実施形態のいずれにおいても、本出願人が特開２００２−１３１６８５号公報に開示しているように、可動板１中央部と可動板１端部との間に、図９に斜線で示すような可動板１端部から上記可動板１中央部に伝達される可動板１中央部の変形要因を抑制する境界部１０を設けてもよい。この境界部１０は、可動板１を上下方向に貫通する孔であっても溝であってもよい。さらに、上記境界部１０が溝の場合には、該境界部１０を可動板１の表裏面に可動板１を挟んで同一位置に設けるとよい。または、可動板１の一方の面のみに設けてもよい。この場合は、薄膜コイル２Ａ，２Ｂ及び反射ミラー３Ａ，３Ｂの厚みや材質等を変えて可動板１の表裏面で応力が略等しくなるように調整するとよい。そして、境界部１０は、可動板１と異なる部材から成る、例えば断熱性等を有するポリイミド等の充填材で形成してもよい。以上により、可動板１の表裏面に形成された薄膜の残留圧縮応力による可動板１端部の反りの影響や薄膜コイル２Ａ，２Ｂに発生する熱が可動板１中央部に伝達されるのを抑制し、可動板１の反りを抑制することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光走査装置によれば、半導体基板からなる平板状の可動板の表裏面に薄膜コイル及び反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、各薄膜コイル及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板の表裏面における応力をバランスさせることができる。したがって、可動板の反りを抑制することができ、光走査精度を向上することができる。
【００４７】
また、可動板の表裏面に薄膜コイルを一対設け、共に通電するようにしたことにより、薄膜コイルの発熱による熱応力が可動板の表裏面でバランスし、可動板の反りを抑制することができる。しかも、可動板両面に設けた薄膜コイルを駆動用に利用するので、両薄膜コイルを並列接続した場合は、従来と同一の駆動条件の下で各薄膜コイルにおける発熱を低減することができ、また直列接続した場合は、駆動力を２倍にすることができる。
【００４８】
また、半導体基板からなる平板状の可動板の表裏面に駆動コイルの磁界の作用により駆動力を発生する薄膜磁石及び反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、各薄膜磁石及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板の表裏面における応力をバランスさせることができる。したがって、可動板の反りを抑制することができ、光走査精度を向上する。
【００４９】
さらに、可動板の表裏面に薄膜磁石を一対設け、トーションバーの軸方向に平行な薄膜磁石の対辺部に駆動コイルにより磁界を作用させる構成としているので、可動板に熱応力が加わることがなく、熱応力による可動板の反りを防止することができる。しかも、この場合、両薄膜磁石を可動板の駆動力発生に使用することができるので、従来と同一の駆動条件の下で駆動力を２倍にすることができる。
【００５０】
さらにまた、各薄膜コイルまたは薄膜磁石及び反射ミラーを可動板の表裏面で同一位置に形成したことにより、応力の発生部位が可動板の表裏面で略一致し、該応力を相殺して可動板の反りをより効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光走査装置の第１実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】 第１実施形態における駆動力発生部及び光学要素の形成例を示した断面図である。
【図３】 本発明による光走査装置の第２実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。
【図４】 第２実施形態における駆動力発生部及び光学要素の形成例を示した断面図である。
【図５】 本発明による光走査装置の第３実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。
【図６】 第３実施形態における駆動力発生部及び光学要素の形成例を示した断面図である。
【図７】 本発明による光走査装置の第４実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。
【図８】 第４実施形態における駆動力発生部及び光学要素の形成例を示した断面図である。
【図９】 可動板に設けた（Ａ）〜（Ｉ）境界部の種々の形状例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…可動板
２Ａ，２Ｂ…薄膜コイル
３Ａ，３Ｂ…反射ミラー
４Ａ，４Ｂ，１７Ａ，１７Ｂ…静磁界発生手段
５…固定部
６…トーションバー
８…絶縁層
１０…境界部
１１…外側トーションバー
１２…外側可動板
１３…内側トーションバー
１４…内側可動板
１５…外側薄膜コイル
１６…内側薄膜コイル
２１Ａ，２１Ｂ…薄膜磁石
２２Ａ，２２Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ…駆動コイル
Claims (20)
- 半導体基板からなる固定部に、平板状の可動板と該可動板を固定部に対して揺動可能に軸支するトーションバーとを一体的に形成し、前記可動板の周縁部に沿って通電により磁界を発生する薄膜コイルを敷設し、前記可動板に反射ミラーを設ける一方、前記トーションバーの軸方向に平行な可動板の対辺部の薄膜コイル部分に対して静磁界を作用させる静磁界発生手段を備えて構成する光走査装置であって、
前記可動板の表裏面に前記薄膜コイル及び前記反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、前記各薄膜コイル及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて前記可動板の表裏面における応力をバランスさせたことを特徴とする光走査装置。 - 前記一対の薄膜コイルを可動板周縁部に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜コイルの内側に形成したことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
- 前記一対の薄膜コイルを可動板上に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜コイルの上面に絶縁層を介して積層したことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
- 前記可動板が、固定部に外側トーションバーで揺動可能に軸支された枠状の外側可動板と、該外側可動板に前記外側トーションバーの軸線と直交する内側トーションバーで揺動可能に軸支された内側可動板とからなり、前記外側可動板の表裏面に外側薄膜コイルを一対敷設し、前記内側可動板の表裏面の周縁部に沿って内側薄膜コイルを一対敷設すると共に、前記内側可動板の表裏面に反射ミラーを一対設ける構成としたことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
- 前記一対の内側薄膜コイルを内側可動板周縁部に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜コイルの内側に形成したことを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
- 前記一対の内側薄膜コイルを内側可動板上に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜コイルの上面に絶縁層を介して積層したことを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
- 前記一対の外側薄膜コイルの上面に絶縁層を介して反射ミラーを一対積層したことを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
- 前記可動板の表裏面に敷設した一対の薄膜コイルを直列接続したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光走査装置。
- 前記可動板の表裏面に敷設した一対の薄膜コイルを並列接続したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光走査装置。
- 半導体基板からなる固定部に、平板状の可動板と該可動板を固定部に対して揺動可能に軸支するトーションバーとを一体的に形成し、前記可動板に静磁界を発生する薄膜磁石と反射ミラーとを設ける一方、前記トーションバーの軸方向に平行な前記可動板の対辺部の薄膜磁石部分に対して通電により発生する磁界を作用させる駆動コイルを備えて構成する光走査装置であって、
前記可動板の表裏面に前記薄膜磁石及び前記反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、前記各薄膜磁石及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて前記可動板の表裏面における応力をバランスさせたことを特徴とする光走査装置。 - 前記一対の薄膜磁石を可動板周縁部に形成し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜磁石の内側に形成したことを特徴とする請求項１０に記載の光走査装置。
- 前記一対の薄膜磁石を可動板上に形成し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜磁石の上面に積層したことを特徴とする請求項１０に記載の光走査装置。
- 前記可動板が、固定部に外側トーションバーで揺動可能に軸支された枠状の外側可動板と、該外側可動板に前記外側トーションバーの軸線と直交する内側トーションバーで揺動可能に軸支された内側可動板とからなり、少なくとも前記内側可動板の表裏面に静磁界を発生する薄膜磁石と反射ミラーとをそれぞれ一対設ける構成としたことを特徴とする請求項１０に記載の光走査装置。
- 前記一対の薄膜磁石を内側可動板周縁部に形成し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜磁石の内側に形成したことを特徴とする請求項１３に記載の光走査装置。
- 前記一対の薄膜磁石を内側可動板上に形成し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜磁石の上面に積層したことを特徴とする請求項１３に記載の光走査装置。
- 前記外側可動板の表裏面に一対の薄膜磁石を形成したことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一つに記載の光走査装置。
- 前記外側可動板の表裏面に形成した前記一対の薄膜磁石の上面に一対の反射ミラーを形成したことを特徴とする請求項１６に記載の光走査装置。
- 前記可動板の中央部と該可動板端部との間に、可動板端部から前記可動板中央部に伝達する可動板中央部の変形要因を抑制する境界部を設けたことを特徴とする請求項１〜３、１０〜１２のいずれか一つに記載の光走査装置。
- 前記内側可動板の中央部と該内側可動板端部との間に、内側可動板端部から前記内側可動板中央部に伝達する内側可動板中央部の変形要因を抑制する境界部を設けたことを特徴とする請求項４〜９、１３〜１７のいずれか一つに記載の光走査装置。
- 前記各薄膜コイル及び反射ミラー並びに境界部、または前記各薄膜磁石及び反射ミラー並びに境界部を前記各可動板の表裏面の同一位置に形成したことを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一つに記載の光走査装置。
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