JP2007240880A - 光学デバイス - Google Patents

Abstract

【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２６０を有し、回動可能に設けられた可動部２１１と、可動部２１１を駆動する駆動手段とを有し、前記駆動手段が可動部２１１を回動させることにより、光反射部２６０で反射した光を対象物に走査する光学デバイス１００であって、可動部２１１の周辺の雰囲気温度を設定温度範囲内とするように温調する温調手段３００を有する。温調手段３００は、可動部２１１を収容するハウジング３１０を有する。ハウジング３１０は、その内部が気密空間となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学デバイスに関するものである。

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。

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。

特開平７−９２４０９号公報

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。

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、
前記可動部の周辺の雰囲気温度を設定温度範囲内とするように温調する温調手段を有することを特徴とする。
これにより、可動部の周辺の雰囲気温度を設定温度範囲内に保つことができる。その結果、駆動特性の変化を防止し、安定した駆動を行うことができる。

本発明の光学デバイスでは、前記温調手段は、前記可動部を収容するハウジングを有することが好ましい。
これにより、光学デバイス周辺を取り囲むことができ、可動部の周囲の雰囲気温度を効率的に調整することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記ハウジングは、その内部が気密空間となっていることが好ましい。
これにより、光学デバイス周辺を気密状態とすることができ、可動部の周囲の雰囲気温度をより効率的に調整することができる。

本発明の光学デバイスでは、前記ハウジングは、外部から光を前記光反射部に入射させ、該光反射部による反射光を外部へ射出させる光透過部を有することが好ましい。
これにより、光学デバイスとしての駆動を妨害することなく、可動部の周囲の雰囲気温度を設定温度範囲内に調整することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記光透過部の少なくとも一方の面には、反射防止膜が形成されていることが好ましい。
これにより、外部からの光または光反射部から反射された光が光透過部を通過する際にその光が反射するのを防止することができる。これにより、光学デバイスは、安定的に駆動することができる。

本発明の光学デバイスでは、前記ハウジングの少なくとも一部は、高熱伝導材料を主材料として構成されることが好ましい。
これにより、ハウジングの外部面に温調手段を設けることが可能となり、光学デバイスのコンパクト化を図ることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記ハウジングの少なくとも一部は、断熱材料で構成されていることが好ましい。
これにより、ハウジング内部の温度が、ハウジング外部の温度により受ける影響を少なくすることができる。その結果、可動部の周辺の雰囲気温度を効率的に調整することができる。

本発明の光学デバイスでは、前記ハウジングの少なくとも一部は、内層と外層とからなる二重構造を有し、該内層と該外層との間に空間が設けられていることが好ましい。
これにより、ハウジング内部の温度が、ハウジング外部の温度により受ける影響をより少なくすることができる。その結果、可動部の周辺の雰囲気温度をより効率的に調整することができる。

本発明の光学デバイスでは、前記空間は、減圧となっていることが好ましい。
これにより、ハウジング内部の温度が、ハウジング外部の温度により受ける影響をより少なくすることができる。その結果、可動部の周辺の雰囲気温度をより効率的に調整することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記温調手段は、前記可動部の周囲の雰囲気温度を加熱する加熱手段を有することが好ましい。
これにより、可動部の周辺の雰囲気温度が、設定温度範囲に対し低い場合には、加熱手段を用いることにより、可動部の周辺の雰囲気温度を設定温度範囲にすることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記温調手段は、前記可動部の周囲の雰囲気温度を冷却する冷却手段を有することが好ましい。
これにより、可動部の周辺の雰囲気温度が、設定温度範囲に対し高い場合には、冷却手段を用いることにより、可動部の周辺の雰囲気温度を設定温度範囲にすることができる。
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が好ましい。
これにより、可動部の周辺の雰囲気温度を設定温度範囲内に調整しつつ、可動部について別の冷却手段により可動部を冷却することが可能となる。その結果、光学デバイスは、より安定した駆動を行うことができる。

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、該検知手段の検知結果に基づいて前記温調手段の駆動を制御する制御手段を有することが好ましい。
これにより、可動部の周辺の雰囲気温度をより確実に設定温度範囲内に保つことができる。

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実施形態を示す断面図、図２は、図１中のアクチュエータの斜視図、図３は、図１中Ａ−Ａ断面図、図４は、図１中Ｂ−Ｂ断面図、図５は、図４中の基体の詳細図、図６は、制御手段のフローチャート図、図７〜９は、光学デバイスの製造方法を示した図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図２および図５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１および図３、図４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１００は、アクチュエータ２００と、アクチュエータ２００周辺の雰囲気温度を設定温度範囲内に温調する温調手段３００とを備えている。
アクチュエータ２００は、１自由度振動系を有する基体２１０と、基体２１０を下方から支持する支持部材２３０と、１自由度振動系を駆動する駆動手段２４０と、１自由度振動系を冷却する冷却手段２５０とを備えている。

基体２１０は、図２に示すように、光反射部２６０が設けられた可動部２１１と、可動部２１１を囲むように形成された支持部２１２と、支持部２１２に対し可動部２１１を回動可能とするように可動部２１１と支持部２１２とを連結する１対の弾性連結部２１３、２１４とを備えている。
また、図５に示すように、基体２１０は、第１の層２７０と第１の層２７０と接合する第２の層２８０とからなる。

第１の層２７０の上面には、後述する流路２５１を形成する凹部２５７が形成されている。
第２の層２８０は、凹部２５７を覆うように、第１の層２７０に接合される。これにより、流路２５１を可動部２１１内部に形成することができる。流路２５１は、可動部２１１を冷却するために、後述する供給手段２５４を用いて後述する冷却媒体２５５を流通させる流路である。
また、本実施形態では、第１の層２７０に凹部２５７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２８０の下面に凹部が形成されていてもよく、第１の層２７０の上面および第２の層２８０の下面とのそれぞれに凹部が形成されていてもよい。

第１の層２７０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。
第２の層２８０の構成材料としては、凹部２５７を覆うことができれば特に限定されず、各種有機材料、無機材料などを用いることができる。
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２７０と同一材料とすることができ、第１の層２７０と第２の層２８０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２１０の耐久性を向上させることができる。
アルカリ金属含有ガラスを用いた場合には、第１の層２７０と第２の層２８０とを陽極接合により強固に接合することができ、基体２１０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２１０の内部を観察することができるため、流路２５１からの冷却媒体２５５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。

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２５７を覆うことができる。
高熱伝導材料を用いた場合には、可動部２１１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２１１をより効果的に冷却することができる。

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。
また、本実施形態では、第２の層２８０は、第１の層２７０の上面（凹部２５７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２５１を形成するために凹部２５７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２８０は、第１の層２７０の一部と接合するものであってもよい。

このような、基体２１０は、可動部２１１と、支持部２１２と、１対の弾性連結部２１３、２１４とが一体的に形成されている。言い換えすれば、基体２１０に異形孔が形成されることにより、可動部２１１と、支持部２１２と、１対の弾性連結部２１３、２１４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。

可動部２１１は、板状をなし、その上面には、光反射部２６０が設けられている。なお、可動部２１１は略板状をなしていればよい。
可動部２１１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２１２は、可動部２１１を囲むように形成された枠状をなしている。
支持部２１２は、枠状に限定されず、例えば、弾性連結部２１３に接続される部分と、弾性連結部２１４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２１３、２１４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）２１９として、可動部２１１が支持部２１２に対して回動可能となっている。弾性連結部２１３、２１４の横断面は、それぞれ、可動部２１１の板厚方向を長手とする形状をなしている。
弾性連結部２１３、２１４のばね定数ｋ_１は、それぞれ、１×１０^−４〜１×１０^４Ｎｍ／ｒａｄであるのが好ましく、１×１０^−２〜１×１０^３Ｎｍ／ｒａｄであるのがより好ましく、１×１０^−１〜１×１０^２Ｎｍ／ｒａｄであるのがさらに好ましい。これにより、後述する電圧素子２４１、２４２、２４３、２４４の駆動電圧の低減化を図りつつ、可動部２１１の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。

支持部材２３０は、接合層２２０を介して基体２１０に接合している。
接合層２２０の構成材料としては、基体２１０と支持部材２３０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２１０および支持部材２３０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、ＳｉＯ_２が好適に用いられる。また、基体２１０と支持部材２３０とを接合層２２０を介さずに直接、接合させてもよい。
支持部材２３０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２３０には、図３および図４に示すように、可動部２１１の回動を許容するように開口部２３１が形成されている。

このようなアクチュエータ２００は、次のようにして駆動する。
駆動手段２４０は、可動部２１１と弾性連結部２１３、２１４とからなる振動部を駆動させるために、図２中矢印方向に伸縮する電圧素子２４１、２４２、２４３、２４４が支持部２１２に支持されているとともに、圧電素子２４１、２４２が弾性連結部２１３に接続され、圧電素子２４３、２４４が弾性連結部２１４に接続されている。

なお、圧電素子２４１、２４２、２４３、２４４の伸縮方向での一端部は、支持部２１２に直接接続されていなくても、支持部２１２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。
このような圧電素子２４１、２４２、２４３、２４４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２４１、２４２を伸張状態とするとともに、圧電素子２４３、２４４を収縮状態とする状態と、圧電素子２４１、２４２を収縮状態とするとともに、圧電素子２４３、２４４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２１３、２１４が回動中心軸２１９を中心に捩れて、可動部２１１が支持部２１２に対し回動中心軸２１９まわりに回動する。

冷却手段２５０は、流路２５１と、冷却媒体２５５と、供給手段２５４とを備え、供給手段２５４を用いて冷却媒体２５５を流路２５１に流通させることで可動部２１１を直接冷却することができる。
流路２５１には、図４に示すように、冷却媒体２５５の導入口２５２と、排出口２５３とが設けられている。

流路２５１は、図３および図４に示すように、可動部２１１の内部に形成されている。これにより、可動部２１１を直接冷却することができる。また、簡単な工程で可動部２１１に流路２５１を形成することができる。なお、可動部２１１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２１１に取り付ける等してもよい。この場合、可動部２１１は積層体でなく単層で構成されていてもよい。

流路２５１は、図３ないし図５に示すように、板状からなる可動部２１１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２１１のほぼ全面に流路２５１を形成することで、可動部２１１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２１１を効果的に冷却することができる。
流路２５１は、図３ないし図５に示すように、導入口２５２から弾性連結部２１４を通じて可動部２１１に流通し、可動部２１１から弾性連結部２１３を通じて排出口２５３より排出されるように、可動部２１１または弾性連結部２１３、２１４などの内部に形成されている。これにより、弾性連結部２１３、２１４を直接冷却し、弾性連結部２１３、２１４の昇温を防ぐことができる。その結果、弾性連結部２１３、２１４の振動特性の変化を防止しつつ、可動部２１１をより効果的に冷却することができ、アクチュエータ２００は、安定した駆動を行うことができる。

流路２５１は、図３ないし図５に示すように、可動部２１１と弾性連結部２１３との接続部と、可動部２１１と弾性連結部２１４との接続部とのうち、一方の接続部から可動部２１１の回動中心軸２１９に対して直角方向で、かつ、可動部２１１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、可動部２１１の容積に対して流路２５１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、可動部２１１の内部を流れる冷却媒体２５５の容量を増やすことができ、可動部２１１をより効果的に冷却することができる。なお、流路２５１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。

流路２５１は、可動部２１１の重心と、可動部２１１の回動中心とが一致するよう形成されており、可動部２１１は回動中心で釣合うこととなる。これにより、アクチュエータ２００は、安定した駆動を行うことができる。なお、流路２５１は、アクチュエータ２００が安定した駆動を行うことが可能であれば、可動部２１１の重心と可動部２１１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。

また、可動部２１１の重心と可動部２１１の回動中心とを一致させる場合であっても、流路２５１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２５１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２５１内に後述する冷却媒体２５５をよりスムーズに流通させることができ、可動部２１１の冷却をより効率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。
冷却媒体２５５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２５４としては、流路２５１に冷却媒体２５５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。
供給手段２５４は、後述する制御手段４００に接続されている。
また、本実施形態では、図２に示すように、導入口２５２および排出口２５３は、それぞれ管路２５６を介して供給手段２５４に接続されており、冷却媒体２５５が流路２５１を循環している。これにより、可動部２１１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２５６を介さずに導入口２５２および排出口２５３を直接接続させてもよい。また、可動部２１１を冷却することができれば冷却媒体２５５を流路２５１に循環させなくてもよく、例えば、供給手段２５４を駆動させて冷却媒体２５５を導入口２５２から供給し、排出口２５３から排出させるものであってもよい。

次に、温調手段３００について詳述する。
温調手段３００は、アクチュエータ２００を収容するハウジング３１０と、加熱手段３２０と、冷却手段３３０とを備えている。
温調手段３００は、加熱手段３２０および冷却手段３３０を駆動させ、その駆動を後述する制御手段４００により制御することでハウジング３１０内の温度を設定温度範囲内とすることができる。その結果、アクチュエータ２００の振動特性の変化を防止することができ、光学デバイス１００は、安定した駆動を行うことができる。

以下、ハウジング３１０、加熱手段３２０、冷却手段３３０について、順次説明する。
ハウジング３１０は、図１に示すように、光透過部３１１と、光透過部３１１を下方から支持する基台３１３とから構成される。ハウジング３１０は、光透過部３１１と基台３１３により、これらの間に空間３１６を区画形成されている。また、この空間３１６にアクチュエータ２００が収容されている。

基台３１３は、基台３１３上面（光透過部３１１側の面）に可動部２１１の振動し得るスペースを確保するための凹部３１７が形成され、箱状をなしている。
なお、本実施形態では、基台３１３は箱状をなしているが、可動部２１１の振動し得るスペースを確保することができれば特に限定されない。
基台３１３には、後述する加熱手段３２０および冷却手段３３０が設けられている。

凹部３１７の底面には、アクチュエータ２００と、後述する温度センサ４１０とが載置されている。
基台３１３には、基台３１３の外面と内面とにそれぞれ露出するように端子３１８が取り付けられている。各圧電素子２４１、２４２、２４３、２４４は、端子３１８を介して前述した図示しない駆動手段に接続されている。

基台３１３には、基台３１３の外面と内面とにそれぞれ露出するように端子３１９が取り付けられている。温度センサ４１０は、端子３１９を介して後述する制御手段４００に接続されている。
基台３１３の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、断熱材料、高熱伝導材料、シリコン、各種ガラスなどが好適に用いられる。

断熱材料を用いた場合には、空間３１６の温度がハウジング３１０外部の温度により受ける影響を少なくすることができる。これにより、加熱手段３２０および冷却手段３３０を効率的に駆動することができる。
高熱伝導材料を用いた場合には、その熱伝導性により加熱手段３２０および冷却手段３３０を基台３１３外部に設けることができる。これにより、ハウジング３１０の小型化を図ることができる。

シリコンを用いた場合には、例えば、後述する光透過部３１１をガラスで構成すると、陽極接合により、基台３１３と光透過部３１１とを強固に接合することができ、光学デバイス１００の耐久性が向上する。また、この場合には、支持部材２３０をシリコンで構成すると、直接接合により、アクチュエータ２００と基台３１３とを強固に接合することができ、光学デバイス１００の耐久性が向上する。

各種ガラスを用いた場合には、例えば、後述する光透過部３１１をガラスで構成すると、陽極接合により、基台３１３と光透過部３１１とを強固に接合することができ、光学デバイス１００の耐久性が向上する。また、この場合には、支持部材２３０をシリコンで構成すると、陽極接合により、アクチュエータ２００と基台３１３とを強固に接合することができ、光学デバイス１００の耐久性が向上する。さらに、そのガラスからハウジング３１０内部を観察することが可能となり、製造段階において、光学デバイス１００の不具合などの確認を容易に行うことができる。
このような基台３１３の凹部３１７を覆うように、光透過部３１１が基台３１３と接合している。光透過部３１１と基台３１３との接合方法としては、光透過部３１１と基台３１３とを接合することが可能であれば限定されず、直接的に接合するもの、接着材や化合物などを介して接合するもの等であってもよい。

光透過部３１１の構成材料としては、光透過性を有していれば特に限定されず、例えば、各種ガラス、シリコンなどが好適に用いられる。
光透過部の両面には、反射防止膜３１２が形成されている。なお、反射防止膜３１２は、省略してもよい。
反射防止膜３１２は、必要な光学特性が得られれば特に限定されないが、誘電体多層膜で形成されているものが好ましい。すなわち、反射防止膜３１２は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に複数積層されてなるものであるのが好ましい。これにより、光の損失を防止して、光学特性を向上することができる。

高屈折率層を構成する材料としては、反射防止膜３１２に必要な光学特性を得ることができるものであれば特に限定されないが、可視光領域や赤外光領域で用いる場合には、Ｔｉ_２Ｏ、Ｔａ_２Ｏ_５、酸化ニオブなどが挙げられ、また、紫外光領域で用いる場合には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、ＴｈＯ_２などが挙げられる。
低屈折率層を構成する材料としては、反射防止膜３１２に必要な光学特性を得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、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２などが挙げられる。特に、低屈折率層の構成材料としては、ＳｉＯ_２を主材料とするものが好適に用いられる。

反射防止膜３１２を構成する高屈折率層および低屈折率層の層数、厚さは、必要とする光学特性に応じて設定される。一般に、多層膜により反射防止膜を構成する場合、その光学特性に必要な層数は４層程度である。
光透過部３１１と基台３１３とで形成される空間３１６は、気密的であるのが好ましい。これにより、効率的に空間３１６の雰囲気温度（可動部の周辺の雰囲気温度、以下同じ）を設定温度範囲内にすることができる。

また、空間３１６は、減圧状態、不活性ガス充填状態であるのが好ましい。これにより、可動部２１１が振動するときの空気抵抗が軽減され、より大きい振幅（振れ角）とすることができ、光学デバイス１００の信頼性が向上する。
加熱手段３２０は、設定温度範囲に対して空間３１６の雰囲気温度が低い場合に、空間３１６の雰囲気温度を上昇させ、設定温度範囲内とすることでアクチュエータ２００の振動特性の変化を防止することができる。これにより、アクチュエータ２００（光学デバイス１００）は、安定した駆動を行うことができる。

加熱手段３２０としては、空間３１６の雰囲気温度を上昇させることができれば特に限定されないが、例えば、通電により発熱する発熱体を用いたもの、化学反応を用いたものなどを好適に用いることができる。
加熱手段３２０は、後述する制御手段４００に接続されている。
加熱手段３２０の取り付け位置について、本実施形態では、基台３１３側壁内部に設置しているものについて説明しているが、空間３１６の雰囲気温度を上昇させることができれば特に限定されず、例えば、基台３１３の底部に設置してもよいし、前述したように基台３１３が高熱伝導材料から構成されている場合などには基台３１３の外周側面に設置してもよい。

冷却手段３３０は、設定温度範囲に対して空間３１６の雰囲気温度が高い場合に、空間３１６の雰囲気温度を冷却し、設定温度範囲内とすることでアクチュエータ２００の振動特性の変化を防止することができる。これにより、アクチュエータ２００は、安定した駆動を行うことができる。
冷却手段３３０としては、空間３１６の雰囲気温度を冷却することができれば特に限定されないが、例えば、ペルチェ素子を用いた素子、ハウジング３１０内部に冷却媒体を流通させる流路、化学反応を用いたものなどを好適に用いることができる。

冷却手段３３０は、後述する制御手段４００に接続されている。
冷却手段３３０の取り付け位置について、本実施形態では、基台３１３側面内部に設置しているが、空間３１６の温度を冷却することができれば特に限定されず、例えば、基台３１３の底面に設置してもよいし、前述したペルチェ素子を用いた場合などには基台３１３の外周側面に設置してもよい。

このような、加熱手段３２０および冷却手段３３０を組み合わせて用いることで空間３１６の温度をより確実に設定温度範囲内にすることができる。すなわち、加熱手段３２０および冷却手段３３０のそれぞれを適時駆動させることにより、空間３１６の雰囲気温度の変動を小さくすることができる。
これにより、ハウジング３１０外部の温度変化による可動部２１１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。

本実施形態では、加熱手段３２０と冷却手段３３０を組み合わせて用いたものについて説明したが、空間３１６の温度を設定温度範囲内に温調することができれば特に限定されず、例えば、加熱手段３２０または冷却手段３３０のどちらか一方のみを用いてもよい。
また、本実施形態では、基台３１３に加熱手段３２０および冷却手段３３０を設けたものについて説明したが、空間３１６の温度を設定温度範囲内に温調することができればこれに限定されず、例えば、板状の発熱体と板状の冷却体とで基台３１３を構成するものであってもよい。すなわち、基台３１３自体が、加熱手段３２０と冷却手段３３０を兼ねていてもよい。

制御手段４００は、図６に示すように、温度センサ４１０、加熱手段３２０、冷却手段３３０、供給手段２５４のそれぞれと接続されている。
温度センサ４１０は、可動部２１１の温度または可動部２１１の近傍の温度と、空間３１６の雰囲気温度とを検知することができる。
温度センサ４１０は、可動部２１１の温度または可動部２１１の近傍の温度と、空間３１６の雰囲気温度と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。また、温度センサは、１つであることに限定されず、例えば、可動部２１１の温度または可動部２１１の近傍の温度を検知する温度センサと、空間３１６の雰囲気温度を検知する温度センサを別途設けてもよい。

制御手段４００は、温度センサ４１０の検知結果に基づいて、可動部２１１の温度はたは可動部２１１の近傍の温度を設定温度範囲内にするように供給手段２５４の駆動を制御することができる。これにより、可動部２１１の温度を設定温度範囲内にすることで、アクチュエータ２００の振動特性の変化を防止することができる。その結果、アクチュエータ２００は、安定した駆動を行うことができる。この制御には、例えば、流路２５１を流通する冷却媒体２５５の流速などを変化させる方法などが挙げられる。

制御手段４００は、温度センサ４１０の検知結果に基づいて、空間３１６の雰囲気温度を設定温度範囲内にするように加熱手段３２０および冷却手段３３０の駆動を制御することができる。これにより、ハウジング３１０外部の温度変化による可動部２１１の振動特性の変化を防止し、アクチュエータ２００は、安定した駆動を行うことができる。
これにより、制御手段４００による前述した２つの制御を組み合わせて用いることで、光学デバイス１００は、より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７ないし図１０は、それぞれ、第１実施形態の光学デバイス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７ないし図１０中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
［Ａ１］
まず、図７（ａ）に示すように、Ｓｉ層５０１、ＳｉＯ_２層５０２、Ｓｉ層５０３が順次積層された基板（ＳＯＩ基板）５００を用意する。なお、基板５００のうち、Ｓｉ層５０１は、第１の層２７０を構成し、Ｓｉ層５０３は、支持部材２３０を構成するものである。

そして、基板５００の上面（Ｓｉ層５０１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２５７の形状に対応するように、図７（ｂ）に示すようなレジストマスク６００を形成する。なお、レジストマスク６００に代えて、凹部２５７の形状に対応する形状をなす金属マスク、ＳｉＯ_２マスク、ＳｉＮマスクを用いることもできる。
［Ａ２］
さらに、このレジストマスク６００を介して、基板５００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７（ｃ）に示すように、凹部２５７が形成される。その後、レジストマスク６００を除去する。

［Ａ３］
一方、第２の層２８０となるべき基板５１０を用意する。
そして、工程［Ａ２］で得られた凹部２５７を覆うように、基板５００と基板５１０とを接合する。これにより、流路２５１が形成される。
なお、基板５１０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５１０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７（ｅ）の示すように、基板５１０の厚さを調整（薄肉化）し、基板５２０を得る。

［Ａ４］
工程［Ａ３］で得られた基板５２０の上面（基板５１０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２５２、排出口２５３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５２０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２５２、排出口２５３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）。

［Ａ５］
次に、基板５２０の上面（基板５１０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２１１、支持部２１２、弾性連結部２１３、２１４の形状に対応するように、図８（ａ）に示すようなレジストマスク６０１を形成する。なお、レジストマスク６０１に代えて、可動部２１１、支持部２１２、弾性連結部２１３、２１４の形状に対応する形状をなす金属マスク、ＳｉＯ_２マスク、ＳｉＮマスクを用いることもできる。

［Ａ６］
次に、このレジストマスク６０１を介して、基板５２０の前記上面をエッチングする。これにより、図８（ｂ）に示すように、可動部２１１、支持部２１２、弾性連結部２１３、２１４が形成される。このとき、ＳｉＯ_２層５０２は前記エッチングのストップ層としても機能する。
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。

［Ａ７］
一方、基板５２０の下面（Ｓｉ層５０３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２３０の形状に対応するように、図８（ｃ）に示すようなレジストマスク６０２を形成する。
次に、このレジストマスク６０２を介して、基板５２０の前記下面をエッチングした後、レジストマスク６０２を除去する。これにより、図８（ｄ）に示すように、支持部材２３０および、開口部２３１が形成させる。

［Ａ８］
次に、ＳｉＯ_２層５０２のうち、開口部２３１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８（ｅ）に示すように、可動部２１１、弾性連結部２１３、２１４が回動可能にリリースされる。
［Ａ９］
次に、レジストマスク６０２を除去した後、可動部２１１上に金属膜を成膜し、光反射部２６０を形成する。

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［Ａ５］にてレジストマスク６０１に代えて金属マスクを使用した場合、前述の工程［Ａ８］にて、金属マクスの一部を除去せずに光反射部２６０としてもよい。

［Ａ１０］
さらに、図８（ｆ）に示すように、圧電素子２４１、２４２、２４３、２４４を取り付けて、アクチュエータ２００を得る。
［Ａ１１］
図９（ａ）に示すように、基台３１３となるべき基板５３０を用意する。
次に、基板５３０の上面に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行う。これにより、凹部３１７の形状に対応するように、図９（ｂ）に示すようなレジストマスク６０３を形成する。なお、レジストマスク６０３に代えて、凹部３１７の形状に対応する形状をなす金属マスク、ＳｉＯ_２マスク、ＳｉＮマスクを用いることもできる。

さらに、このレジストマスク６０３を介して、基板５３０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９（ｃ）に示すように、凹部３１７が形成される。その後、レジストマスク６０３を除去する。
次に、基板５３０の下面（凹部３１７と反対の面）に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行う。これにより、端子３１８、端子３１９に対応するように、図９（ｄ）に示すようなレジストマスク６０４を形成する。
さらに、このレジストマスク６０４を介して、基板５３０の前記下面のエッチングを行う。これにより、図９（ｅ）に示すように、端子３１８、端子３１９が形成される。その後、レジストマスク６０４を除去する。これにより、基台３１３が得られる。

［Ａ１２］
工程［Ａ１１］で得られた基台３１３に、図１０（ａ）に示すように、アクチュエータ２００、加熱手段３２０、冷却手段３３０、端子３１８、端子３１９をそれぞれ所定位置に取り付ける。さらに、圧電素子２４１、２４２、２４３、２４４を端子３１８に接続し、温度センサ４１０を端子３１９に接続する。

［Ａ１３］
一方、図１０（ｂ）に示すように、光透過部３１１となるべき基板５４０を用意し、基板５４０の光透過面の各面に、反射防止膜３１２を形成する。より具体的には、基板５４０の光透過面に、前述したような高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層することにより、反射防止膜３１２を形成する。

［Ａ１４］
工程［Ａ１２］で得られた光透過部３１１と基台３１３とを、図１０（ｄ）に示すように、凹部３１７を覆うように気密的に接合する。これにより、光学デバイス１００が得られる。
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。

≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図１１は、本発明の光学デバイスの第３実施形態を示す断面図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図１１中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。

以下、第２実施形態の光学デバイスについて、前記第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。
第２実施形態の光学デバイス１００Ａは、ハウジング３１０Ａの構成が異なり、それ以外は、前記第１の実施形態と同様である。
本実施形態においては、基台３１３Ａは、図１１に示すように、内層３１４Ａと外層と３１５Ａからなる二重構造を有し、内層３１４Ａと外層３１５Ａとの間に空間３４０Ａが設けられている。このような第２実施形態の光学デバイス１００Ａによっても、前記第１実施形態の光学デバイス１００と同様の作用・効果が得られる。特に、本実施形態によれば、空間３１６Ａは、ハウジング３１０Ａ外部の温度変化の影響を受けにくくなる。これにより、温調手段３００Ａを効率的に駆動することができる。さらに、空間３４０Ａが減圧または真空状態とされている場合には、空間３１６Ａは、ハウジング３１０Ａ外部の温度変化の影響をより受けにくくなり、温調手段３００Ａをより効率的に駆動することができる。

なお、本実施形態では、内層３１４Ａと外層３１５Ａとの間に空間３４０Ａが形成されている基台３１３Ａについて説明したが、これに限定されず、例えば、空間３４０Ａの代わりに、中間層として低熱伝導材料を用いる等してもよい。
また、光透過部３１１Ａが、例えば、基台３１３Ａのような内層と外層からなる二重構造を有していてもよい。

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、圧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、静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、前述した実施形態では、基台と光透過部とで形成される空間が気密空間である場合について説明したが、可動部の周辺の雰囲気温度を設定温度範囲内にすることができればこれに限定されず、例えば、基台と光透過部とが気密空間を形成しておらず、通気部を有しているものなどであってもよい。
また、前述した実施形態では、１自由度振動系アクチュエータについて説明したが、これに限定されず、例えば、２自由度振動系アクチュエータであってもよい。

本発明の光学デバイスの第１実施形態を示す断面図である。 図１中のアクチュエータの斜視図である。 図２中のＡ−Ａ断面図である。 図２中のＢ−Ｂ断面図である。 図２中の基体の詳細図である。 制御手段のフローチャート図である。 光学デバイスの製造方法を示した図である。 光学デバイスの製造方法を示した図である。 光学デバイスの製造方法を示した図である。 光学デバイスの製造方法を示した図である。 本発明の光学デバイスの第２実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１００、１００Ａ……光学デバイス ２００……アクチュエータ ２１０……基体 ２１１……可動部 ２１２……支持部 ２１３、２１４……弾性連結部 ２１９……回動中心軸 ２２０……接合層 ２３０……支持部材 ２３１……開口部 ２４０……駆動手段 ２４１、２４２、２４３、２４４……圧電素子 ２５０……冷却手段 ２５１……流路 ２５２……導入口 ２５３……排出口 ２５４……供給手段 ２５５……冷却媒体 ２５６……管路 ２５７……凹部 ２６０……光反射部 ３００、３００Ａ……温調手段 ３１０、３１０Ａ……ハウジング ３１１、３１１Ａ……光透過部 ３１２……反射防止膜 ３１３、３１３Ａ……基台 ３１４Ａ……内層 ３１５Ａ……外層 ３１６、３１６Ａ、３４０Ａ……空間 ３１７……凹部 ３１８、３１９……端子 ３２０……加熱手段 ３３０……冷却手段 ４００……制御手段 ４１０……温度センサ ５００、５１０、５２０、５３０、５４０……基板 ５０１、５０３……Ｓｉ層 ５０２……ＳｉＯ_２層 ６００、６０１、６０２、６０３、６０４……レジストマスク

Claims (13)

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、
   前記可動部の周辺の雰囲気温度を設定温度範囲内とするように温調する温調手段を有することを特徴とする光学デバイス。
2. 前記温調手段は、前記可動部を収容するハウジングを有する請求項１に記載の光学デバイス。
3. 前記ハウジングは、その内部が気密空間となっている請求項２に記載の光学デバイス。
4. 前記ハウジングは、外部から光を前記光反射部に入射させ、該光反射部による反射光を外部へ射出させる光透過部を有する請求項２または３に記載の光学デバイス。
5. 前記光透過部の少なくとも一方の面には、反射防止膜が形成されている請求項４に記載の光学デバイス。
6. 前記ハウジングの少なくとも一部は、高熱伝導材料を主材料として構成される請求項２ないし５のいずれかに記載の光学デバイス。
7. 前記ハウジングの少なくとも一部は、断熱材料で構成されている請求項２ないし５のいずれかに記載の光学デバイス。
8. 前記ハウジングの少なくとも一部は、内層と外層とからなる二重構造を有し、該内層と該外層との間に空間が設けられている請求項２ないし５のいずれかに記載の光学デバイス。
9. 前記空間は、減圧となっている請求項８に記載の光学デバイス。
10. 前記温調手段は、前記可動部の周囲の雰囲気温度を加熱する加熱手段を有する請求項１ないし９のいずれかに記載の光学デバイス。
11. 前記温調手段は、前記可動部の周囲の雰囲気温度を冷却する冷却手段を有する請求項１ないし１０のいずれかに記載の光学デバイス。
12. 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請求項１ないし１１のいずれかに記載の光学デバイス。
13. 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、該検知手段の検知結果に基づいて前記温調手段の駆動を制御する制御手段を有する請求項１ないし１２のいずれかに記載の光学デバイス。
    

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