JP2000330067A

JP2000330067A - ねじり揺動体

Info

Publication number: JP2000330067A
Application number: JP11140211A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyajima; 博志宮島; Kenji Murakami; 賢治村上; Toshiji Hidaka; 利治日高; Tomoko Arikawa; 知子有川
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2000-11-30
Also published as: EP1054285A1; EP1054285B1; US6445484B1; DE60002121D1; DE60002121T2

Abstract

(57)【要約】【課題】ねじりバネ構造の剛性が向上されるとともにト
ルク−ねじり角特性における非線形性が抑制されている
ねじり揺動体を提供する。【解決手段】光スキャナに用いられるねじり揺動体は、
可動部１１２と、これを取り囲む固定部１１４と、両者
を接続する一対のねじりバネ構造１１６と１１８を有し
ている。可動部１１２には、その縁を周回するコイル１
２０が設けられ、その内側にミラー１３０が設けられて
いる。コイル１２０の両端は、配線１２７を介して、固
定部１１４上に位置する電極パッドに接続されている。
ねじりバネ構造１１６は平行に延びる二枚の板バネ１３
２と１３４で構成され、ねじりバネ構造１１８は平行に
延びる二枚の板バネ１３６と１３８で構成されている。
これら四枚の板バネ１３２と１３４と１３６と１３８
は、同じ厚さを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光スキャナや角加
速度センサなどに使用されるねじり揺動体に関する。

【０００２】

【従来の技術】ねじり揺動体は、例えば半導体プロセス
によって作製され、ねじりバネ構造(弾性体)によって支
持された可動部を有している。特開平１０−１２３４４
９は、このようなねじり揺動体を利用した光スキャナを
開示している。この光スキャナの概略的な構成を図３２
に示す。

【０００３】この光スキャナは、可動部１２と、これを
取り囲む固定部１４と、両者を接続する一対のねじりバ
ネ構造１６と１８(弾性体)とを有している。ねじりバネ
構造１６と１８はそれぞれ一枚の板バネから成り、可動
部１２上にはコイル２０が設けられている。これらの要
素は、半導体製造プロセスを利用して一体に形成されて
いる。また、固定部１４には二個の永久磁石２２と２４
が可動部１２の両側に対称的に接着により固定されてい
る。

【０００４】コイル２０に電流を印加することによっ
て、永久磁石により形成された磁界の中で電流がローレ
ンツ力を発生させ、これにより可動部１２は板バネ１６
と１８を軸とした揺動を行う。可動部１２の裏面(コイ
ル２０が形成された面の反対側の面)にはミラーが形成
されており、このミラーにより反射される光ビームは、
可動部１２の揺動に応じて、走査つまりスキャンされ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような構造の光ス
キャナにおいて、スキャン速度の向上を図るには、可動
部１２を支持する板バネ１６と１８の剛性を上げる必要
がある。板バネの幅をｗ、厚さをｔ、長さをｌとする
と、ねじり剛性はｗｔ³/ｌに比例する。従って、幅を広
げるか、厚さを増やすか、長さを短くすれば、弾性体の
剛性は向上される。

【０００６】このうち、厚さを増やすのがもっとも効果
的であるが、半導体プロセスでは厚膜の形成が容易でな
い。また、仮に成膜できても、膜内には大きな残留応力
が発生することが多く、揺動される可動部１２に形成さ
れるミラーの平面度に悪影響を与えるおそれがある。

【０００７】一方、長さを短くすると、同じトルクによ
るねじり変形において、板バネ内に発生する応力が大き
くなり、これが一定値を越えると破断につながる。この
ため、板バネはあまり短くすることができない。従っ
て、板バネの剛性は、実際には幅を広げることによっ
て、確保せざるを得ない。

【０００８】ところが、板バネの幅が広くなると、ねじ
り変形の揺動軸から離れた部分に引張応力が発生するた
め、板バネのトルク−ねじり角特性が非線形になってし
まう。従って、ねじり角が大きくなるにつれて剛性が高
まるため、所望のねじり角が得られないという問題が生
じる。また、非線形な板バネを共振させると、その周波
数成分に共振周波数の整数倍の成分が混在して、これが
不要な高次共振を発生させるおそれもある。

【０００９】本発明の目的は、ねじりバネ構造の剛性が
向上されるとともにトルク−ねじり角特性における非線
形性が抑制されているねじり揺動体を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるねじり揺動
体は、固定部と、固定部に対して揺動可能な可動部と、
前記可動部と前記固定部を連結するねじりバネ構造を有
するねじり揺動体において、前記ねじりバネ構造はその
厚さ方向に所定の間隔を有する二枚の板バネで構成され
ており、揺動軸が前記二枚の板バネの間に位置すること
を特徴とする。

【００１１】本発明による別のねじり揺動体は、固定部
と、固定部に対して揺動可能な可動部と、前記可動部と
前記固定部を連結する一対のねじりバネ構造を有するね
じり揺動体において、前記一対のねじりバネ構造の各々
は、それぞれ、その厚さ方向に所定の間隔を有する二枚
の板バネで構成されており、揺動軸が各ねじりバネ構造
の二枚の板バネの間に位置することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】［第一実施形態］本発明の第一実
施形態によるねじり揺動体を用いた光スキャナについ
て、図１〜図１５を参照して説明する。

【００１３】本実施形態によるねじり揺動体を用いた光
スキャナは、図３に示されるように、可動部１１２と、
これを取り囲む固定部１１４と、両者を接続する一対の
ねじりバネ構造(弾性体)１１６と１１８とを有してい
る。可動部１１２には、その縁を周回するコイル１２０
が設けられており、その内側にミラー１３０が設けられ
ている。コイル１２０の両端は、配線１２７を介して、
固定部１１４上に位置する電極パッド１２６に接続され
ている。可動部１１２の両側には、ねじりバネ構造１１
６と１１８の軸に平行に延びる二個の永久磁石１２２と
１２４が、接着により固定部１１４に固定されている。

【００１４】図１に示されるように、ねじりバネ構造１
１６は平行に延びる二枚の板バネ１３２と１３４で構成
され、ねじりバネ構造１１８は平行に延びる二枚の板バ
ネ１３６と１３８で構成されている。これら四枚の板バ
ネ１３２と１３４と１３６と１３８は、同じ厚さを有し
ている。

【００１５】可動部１１２は、矩形のシリコン基板２１
２の上下面にポリイミド膜２１６と２１８が成膜された
積層構造体から成り、固定部１１４は、矩形のシリコン
基板２１２を囲むシリコン基板２１４の上下面にポリイ
ミド膜２１６と２１８が成膜された積層構造体から成
り、四枚の板バネ１３２と１３４と１３６と１３８は、
ポリイミド膜２１６と２１８のシリコン基板２１２とシ
リコン基板２１４の間に延びている部分で構成されてい
る。

【００１６】図２に示されるように、ポリイミド膜２１
６は、第一のポリイミド層２１６ａと第二のポリイミド
層２１６ｂから成る二層構造をしている。板バネ１３２
を構成する第一のポリイミド層２１６ａと第二のポリイ
ミド層２１６ｂの間には配線１２７が延びており、ま
た、板バネ１３２と対称的な位置にある板バネ１３６を
構成する第一のポリイミド層２１６ａと第二のポリイミ
ド層２１６ｂの間にはダミー配線１２８が延びている。
このダミー配線１２８は、板バネ１３２と板バネ１３６
のバネ特性の均一化を図るためだけに設けられており、
他の要素との電気的な接触は取られていない。

【００１７】次に、この光スキャナの作用について説明
する。図１において、永久磁石１２２と１２４(図３参
照)より発生した磁界は、可動部上に形成されたコイル
を横切る。その磁界のうち、矢印Ｂ１とＢ２で示される
向きの成分が、可動部１１２を揺動させるトルクを発生
させる。例えば、矢印Ｉ１で示される向きでコイル１２
０に電流を流すと、磁界成分Ｂ１とＢ２に対応して、矢
印Ｆ１とＦ２で示される方向にローレンツ力が発生す
る。

【００１８】これにより、可動部１１２は、図４に示さ
れるように、ねじりバネ構造１１６を構成する二枚一組
の板バネ１３２と１３４およびねじりバネ構造１１８を
構成する二枚一組の板バネ１３６と１３８のほぼ中間を
軸として、矢印Ｓで示されるように揺動される。従っ
て、固定部１１２の中央部に設けられたミラー１３０で
反射される光ビームＬは、可動部１１２の揺動に応じて
走査される。

【００１９】次に、本実施形態のねじり揺動体の特性に
ついて説明する。ねじりバネ構造を構成する板バネとし
て、幅の異なる二種類の板バネ、幅の広い板バネと幅の
狭い板バネを想定する。幅の広い板バネと幅の狭い板バ
ネは共に長さが２.０ｍｍ、厚さが３２.９μｍであり、
幅の広い板バネは幅が３.２ｍｍであり、幅の狭い板バ
ネは幅が０.４ｍｍである。なお、板バネの長さは可動
部１１２と固定部１１４の間隔に対応し、板バネの厚さ
はポリイミド層２１６と２１８の厚さであり、板バネの
幅は長さと厚さに直交する方向の寸法である。

【００２０】本実施形態のねじり揺動体では、２枚１組
の板バネのそれぞれ対向する面同士の間隔は３００μ
ｍ、板バネの幅３.２ｍｍと０.４ｍｍであり、板バネの
間隔よりも板バネの幅のほうが大きい。これは、半導体
プロセスを利用した作製方法上、剛性を得るためには、
板バネの間隔を大きくするよりも、板バネの幅を大きく
する方が容易であるからである。このように構成すれ
ば、剛性の向上と非線形性の抑制を同時に実現できるね
じり揺動体を容易に作製することができる。

【００２１】続いて、二枚の幅の広い板バネで構成され
るねじりバネ構造の外力トルク−ねじり角特性のシミュ
レーション結果を図５に示す。比較のため、図５には、
一枚の幅の広い板バネから成るねじりバネ構造の同特性
も示されている。なお、図５に示される幅の広い板バネ
においては、図面からは両者の比較が感覚的に難しいの
で、特性を３次式でかつ奇関数となるようにフィットし
て得られた３次関数を図５に示してある。

【００２２】ここで、３次/１次の係数がそれぞれ非線
形性/線形性を表わしていると考えられるため、両者の
比を計算することにより非線形性が評価できる。一枚の
板バネから成るねじりバネ構造では、３次係数/１次係
数＝９０５１/４５.５＝１９９、二枚の板バネで構成さ
れるねじりバネ構造では、３次係数/１次係数＝１５９
０４/５３６.２＝２９.７となり、非線形性が抑制され
ていることがわかる。つまり、線形性が向上しているこ
とがわかる。

【００２３】また、二枚の幅の狭い板バネで構成される
ねじりバネ構造の外力トルク−ねじり角特性のシミュレ
ーション結果を図６に示す。図５と同様に、図６には、
一枚の幅の狭い板バネから成るねじりバネ構造の同特性
も示されている。

【００２４】図５と図６から分かるように、従来のよう
に一枚の板バネから成るねじりバネ構造では、外力トル
ク−ねじり角特性は、幅の狭い板バネ(幅０.４ｍｍ)で
は、ほぼ線形になるが、幅の広い板バネ(幅３.２ｍｍ)
では、線形性は大きく崩れ、ねじり角が大きくなるほど
バネ剛性が上がる特性になっている。本明細書では、こ
の特性を「下に凸な非線形性」と表現する。すなわち、単
にバネの幅を広げることは、剛性を高める反面、下に凸
な非線形性を引き起こすことになり、これが従来技術に
関して説明した問題点である。

【００２５】一方、本発明のように二枚の板バネで構成
されるねじりバネ構造(板バネの間隔は０.３ｍｍ)と従
来のように一枚の板バネから成るねじりバネ構造におけ
る外力トルク−ねじり角特性の比較では、幅の狭い板バ
ネでは、図６に示されるように、ねじり角が大きいほど
バネ剛性が下がるという、逆の非線形性を明らかに示し
ている。本明細書では、この特性を「上に凸な非線形性」
と表現する。

【００２６】なお、二枚の板バネで構成されるねじりバ
ネ構造では、図５と図６のいずれいにおいても、バネ剛
性はニ倍以上に向上しており、単に板バネを二枚に増や
した以上の効果が示されている。

【００２７】以上の説明から分かるように、厚さ方向に
間隔を置いて配置される二枚の板バネで構成されるねじ
りバネ構造は、一枚の板バネから成るねじりバネ構造に
比べて、「上に凸な非線形性」を示し、特に、板バネの幅
が広い場合には、一枚の板バネから成るねじりバネ構造
が持つ「下に凸な非線形性」が、板バネを二枚に増やすこ
とに起因して生じる「上に凸な非線形性」により相殺され
るため、非線形性が抑制される。また、二枚の板バネで
構成されるねじりバネ構造は、一枚の板バネから成るね
じりバネ構造に比べて、剛性が大幅に向上される。従っ
て、二枚の板バネで構成されるねじりバネ構造は、剛性
の向上と非線形性の抑制を両立させる有効な手段である
ことが分かる。

【００２８】次に、二枚の板バネで構成されるねじりバ
ネ構造では、前述のように「上に凸な非線形性」が得られ
る理由について図７と図８を用いて説明する。図７(Ａ)
には一枚の板バネから成るねじりバネ構造が模式的に示
されており、図７(Ｂ)にはこのねじりバネ構造がねじら
れる際に板バネに加わる力が模式的に示されている。同
様に、図８(Ａ)には二枚の板バネから成るねじりバネ構
造が模式的に示されており、図８(Ｂ)にはこのねじりバ
ネ構造がねじられる際に板バネに加わる力が模式的に示
されている。

【００２９】図７(Ｂ)に示されるように、一枚の板バネ
ＬＳから成るねじりバネ構造では、揺動軸ＳＡは、板バ
ネＬＳの内部を通っており、ほぼ純粋にねじり荷重ＷＴ
がかかる。これに対して、二枚の板バネＬＳから成るね
じりバネ構造では、図８(Ｂ)に示されるように、揺動軸
ＳＡは、板バネＬＳから外れて位置しているために、ね
じれの初期段階、すなわち、ねじり角が微小な段階で
は、ねじり荷重ＷＴに比べて、板バネＬＳを面内で変形
させようとする曲げ荷重ＷＢが大きく働く。

【００３０】板バネの曲げ剛性は、その幅をｗ、厚さを
ｔ、長さをｌとすると、一般にｗｔ ³/ｌ(ｗの方向が曲
げ方向になる)に比例するため、ねじれの初期段階で
は、剛性が最も高い方向に板バネを変形させようとして
いると言える。その後、ねじり角が大きくなるにつれ
て、相対的にねじり荷重ＷＴが曲げ荷重ＷＢよりも支配
的になるため、板バネの剛性は徐々に低下するものと考
えられる。以上より、二枚の板バネから成るねじりバネ
構造では、「上に凸な非線形性」が現れる理由が説明でき
る。

【００３１】本実施形態に使用されるねじり揺動体は、
半導体プロセスを利用して作製される。以下、作製方法
の一例を説明する。まず、図９(ａ)において、スタート
ウエハとして、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板３０
０を用意する。このＳＯＩ基板３００は、例えば厚さ３
００〜５００μｍ程度の支持体基板と呼ばれるシリコン
基板３０２の片側表面に、絶縁層となる１μｍ程度の酸
化シリコン膜３０４を有し、さらにその表面に活性層と
呼ばれる３０μｍ程度の単結晶シリコン層３０６を有し
ている。ＳＯＩ基板３００には、図示しないがＬＰＣＶ
Ｄ(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)と呼ばれ
る方法で両面に窒化シリコン膜を形成する。裏面側の窒
化シリコン膜には支持体基板３０２を可動部と固定部に
分離するためのマスクをパターニングしておく。

【００３２】図９(ｂ)において、表面側の窒化シリコン
膜を絶縁膜とし、その上にアルミ等の金属で、コイルの
内側終端部から弾性体(ねじりバネ構造すなわち板バネ)
への引き出し線３０８およびミラー３１０を形成し、さ
らに第一ポリイミド層３１２を形成し、図示しないが第
一ポリイミド層３１２を貫通するコンタクトホールを形
成する。次に、第一ポリイミド層３１２の上に再びアル
ミ等の金属でコイル３１４、層間の配線(図示せず)、弾
性体を通過して固定部と可動部を接続する接続配線３１
６、外部配線との接続部となる電極パッド３１８を形成
する。その後、さらに第二ポリイミド層３２０を形成
し、コイル３１４や配線３１６などが大気に触れないよ
うに保護膜を形成する。

【００３３】図９(ｃ)において、図９(ａ)の工程で裏面
側に成膜、パターニングしておいた窒化シリコン膜をマ
スクとして、支持体基板であるシリコン３０２のウエッ
トエッチングを行ない、可動部３２２と固定部３２４を
作る。このエッチングは、シリコンの結晶異方性を利用
しているため、可動部３２２と固定部３２４の側面は斜
面となる。また、支持体基板３０２を貫通すると、絶縁
層である酸化シリコン膜３０４が現れ、これがエッチス
トップ層となりエッチングの進行がほぼ停止する。この
後、マスクとなった窒化シリコン膜を除去しておく。

【００３４】図９(ｄ)において、さらにＳＯＩ基板３０
０の活性層３０６と同質のシリコン基板３２６を、支持
体基板であるシリコン３０２に接合する。既にＳＯＩ基
板にポリイミド層３１２と３２０が成膜されていること
を考慮し、低融点ガラス等を用いた低温接合等を利用す
る。従って、シリコン基板接合面上には接合層となる低
融点ガラス層３２８が成膜されている。

【００３５】図９(ｅ)において、接合後、シリコン基板
３２６はラッピングあるいはポリッシング等の機械加工
あるいはＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)など
を用いて活性層３０６と同じ厚さまで研磨される。ただ
し、加工面はミラー面になることが要求される。

【００３６】図９(ｆ)において、研磨されたシリコン基
板３３０の上に、図示していないが研磨面上にプラズマ
ＣＶＤ等の低温成膜法を用いた酸化シリコン膜を形成
し、その上に裏面ポリイミド層３３２と３３４を成膜す
る。裏面ポリイミド層は、図にはふたつの参照符号３３
２と３３４により、二層構造として描かれているが、単
層であってもよく、一回の工程で成膜されてもよい。

【００３７】成膜後、裏面ポリイミド層３３２と３３４
を、所定の形状に、具体的には、板バネに対応する部分
と、固定部と可動部への接続周辺部とを除いて、ポリイ
ミド層を除去するようにＲＩＥ(Reactive Ion Etching)
によってパターニングする。裏面ポリイミド層３３２と
３３４は、表面側のポリイミド層３１２と３２０と同じ
厚さに成膜を行うことが望ましいが、必ずしもこれに限
らない。

【００３８】図９(ｇ)において、表面側のポリイミド層
３１２と３２０をそれぞれ所定の形状、具体的には、板
バネに対応する部分と、固定部と可動部への接続周辺部
と、コイル３１４や配線３１６等を保護する部分とを除
いて、ポリイミド層を除去するようにＲＩＥによってパ
ターニングする。

【００３９】図９(ｈ)において、表面側の活性層３０６
の上に図９(ａ)において成膜した窒化シリコン膜および
図９(ｆ)において表面側の基板３３０の上に成膜した酸
化シリコン膜を、それぞれ可動部と固定部と板バネに近
い形となるように、等方性のドライ加工によって除去す
る。

【００４０】図９(ｉ)において、表面側板バネ部の裏面
側および裏面側板バネ部の表面側にそれぞれ残っている
薄い単結晶シリコン膜(ＳＯＩ基板３００の活性層３０
６および研磨後のシリコン基板３３０)を２フッ化キセ
ノン等を用いた等方性ドライ加工によって除去する。

【００４１】この工程では、単結晶シリコン膜３０６と
３３０が等方的にエッチングされるため、図９(ｈ)にお
いて形成したマスク形状に対してアンダカットが生じ
る。従って図９(ｈ)におけるパターニングは、あらかじ
めアンダカット分を考慮した形状としておくことが望ま
しい。一方、トーションバーにマスクされた部分にもア
ンダカットが生じるため、この部分のシリコン膜を完全
に除去し、ポリイミドのみをトーションバーとすること
が可能である。その後、活性層界面及び接合界面の酸化
膜をウェットエッチングで除去することで、板バネ部に
はポリイミド層のみが残ってねじり揺動体が完成する。

【００４２】本実施形態では、ねじりバネ構造は、可動
部の厚さ分の間隔を置いた二枚の板バネで構成すること
により、従来の一枚の板バネから成るねじりバネ構造に
比べて剛性が高められており、さらに、板バネを幅の狭
いものとすることにより、非線形性が抑制される。従っ
て、本実施形態の光スキャナは、線形性が高く剛性の高
いねじりバネ構造を有しているため、制御性良く、高速
スキャンを行なうことができる。

【００４３】ところで、図９(ａ)〜図９(ｉ)を参照して
説明した作製方法では、可動部３２２と固定部３２４の
側面にテーパがついてしまうために、表面側の板バネと
裏面側の板バネの長さが異なってしまう。両者の差は支
持体基板３０２の厚さに依存するが、例えば３００μｍ
の厚さに対して、０.４ｍｍの長さの差が生じる。この
差を無視できない場合には、図１０(ａ)〜図１０(ｅ)を
参照して以下に説明する作製方法を採用するとよい。

【００４４】図１０(ａ)において、第一のＳＯＩ基板４
００と、第二のＳＯＩ基板５００を用意する。第一のＳ
ＯＩ基板４００は、前述の作製方法における図９(ａ)〜
図９(ｃ)の工程を経て得られた積層構造体であり、第二
のＳＯＩ基板５００は、第一のＳＯＩ基板４００からコ
イルや配線やミラーを省いた積層構造体であり、このよ
うな構造体は、第一のＳＯＩ基板４００を作製する工程
において、アルミ等の金属でコイルや配線やミラー等を
作製する工程を省くことで得られる。

【００４５】従って、第一のＳＯＩ基板４００は、シリ
コン基板をエッチングして得られた可動部４０２と固定
部４０４、その両者の上に順に積層されている酸化シリ
コン膜４０６と単結晶シリコン層４０８、その上に形成
されたミラー４１０と引き出し線４１２、これらを覆う
第一のポリイミド層４１４、この上に形成されたコイル
４１６と配線４２０と電極パッド４２２、これらを覆う
第二のポリイミド層４２４を有している。

【００４６】また、第二のＳＯＩ基板５００は、シリコ
ン基板をエッチングして得られた可動部５０２と固定部
５０４、これらの上に順に積層された酸化シリコン膜５
０６と単結晶シリコン層５０８と第一のポリイミド層５
１４と第二のポリイミド層５２４を有している。

【００４７】図１０(ｂ)において、第一のＳＯＩ基板４
００と第二のＳＯＩ基板５００を接合する。この場合
も、前述の作製方法と同様に、低温で行なえる接合技術
を用いるのが望ましい。

【００４８】図１０(ｃ)において、表面側の第一のポリ
イミド層４１４と第二のポリイミド層４２４を、所定の
形状に、具体的には、板バネに対応する部分と、固定部
４０２と可動部４０４への接続周辺部と、コイル４１８
や配線４２０を保護する部分とを除いて、除去するよう
に、また、裏面側の第一のポリイミド層５１４と第二の
ポリイミド層５２４を、所定の形状に、具体的には、板
バネに対応する部分と、固定部５０２と可動部５０４へ
の接続周辺部とを除いて、除去するように、ＲＩＥによ
ってパターニングする。

【００４９】図１０(ｄ)において、図１０(ａ)におい
て、活性層４０８,５０８とポリイミド層４１４,５１４
の界面に形成した図示しない窒化シリコン膜を、それぞ
れ可動部と固定部と板バネの形状に近い形となるよう
に、等方性のドライ加工によって除去する。

【００５０】図１０(ｅ)において、さらに表面側板バネ
の裏面側に残っている薄い単結晶シリコン膜４０８と裏
面側板バネ部の表面側に残っている薄い単結晶シリコン
膜５０８を２フッ化キセノンエッチングによって等方的
にドライ加工し、その後、活性層界面のシリコン酸化膜
をウェットエッチングで除去することで、板バネ部には
ポリイミド層のみが残ってねじり揺動体が完成する。

【００５１】この作製方法では、ねじりバネ構造を構成
する二枚の板バネを同じ形状に形成できるため、ねじり
バネ構造の揺動軸が正確に決定され、より正確な運動を
させることができるという利点がある。

【００５２】これまでに説明した実施形態の各構成は、
各種の変形や変更が可能である。例えば、上述したねじ
り揺動体では、ポリイミドが板バネ材料として用いられ
ているが、板バネ材料はこれに限定されるものではな
い。また、基板もシリコンに限定されるものではない。
例えば、バネ材料には、ポリシリコンや酸化シリコンや
窒化シリコン膜などを用いてもよく、また、基板には、
石英基板等を用いてもよい。ただし、両者の組み合わせ
には注意する必要があり、少なくともバネ材料を侵さず
に基板のみを選択的にエッチングできることが必須要件
である。

【００５３】また、高温プロセスに耐える材料のみを用
いることが可能であれば、基板接合の際に溶融接合など
の高温プロセスを用いることも可能である。材料を変更
せずに、プロセス順序を変更することも可能であり、例
えば、ウエハ同士の接合を行ってからポリイミド層やコ
イルパターンの形成を行なうことにより、基板接合の際
に溶融接合などの高温プロセスを用いることも可能であ
る。また、ポリイミド層を基板上に成膜する代わりに、
フィルム状の材料を重ね合わせることにより同様の構造
を作製することも可能である。

【００５４】さらに、本実施形態の光スキャナーの駆動
機構には、永久磁石とコイルで構成される電磁アクチュ
エータが使用されているが、永久磁石の代わりに電磁石
を使用してもよい。あるいは、他の原理のアクチュエー
タ、例えば、図１１に示される静電アクチュエータを使
用してもよい。静電アクチュエータは、一般に、駆動時
に高電圧が必要となるが、外部に電極を設けるのみでよ
く、永久磁石などが不要なため小型化に適している。

【００５５】図１１に示されるように、静電アクチュエ
ータは、可動部１１２の裏面(ミラー１３０が形成され
た面の反対側の面)に一枚の可動電極(図示せず)が設け
られており、これに対向して二枚の固定電極１５２と１
５４を有している。一方の固定電極１５２(または１５
４)と可動電極との間に電圧を印加すると、両電極間に
静電引力が作用し、可動部１１２はねじりバネ構造１１
６と１１８を軸にして一方向にねじれ、他方の固定電極
１５４(または１５２)と可動電極の間に電圧を印加する
と、可動部材１１２は反対方向にねじれる。従って、こ
のような電圧印加を交互に繰り返し行なうことにより、
可動部１１２は矢印Ｓで示されるように交互に反対方向
に繰り返しねじれ、つまり揺動する。その結果、ミラー
１３０で反射される光ビームは、可動部１１２の揺動に
応じて走査される。

【００５６】また、上述したねじり揺動体は、可動部１
１２は一対のねじりバネ構造１１６と１１８により両持
ちで支持されているが、図１２に示されるように、ひと
つのねじりバネ構造１１６により片持ちで支持されても
よい。この片持ち構造は、両持ち構造に比べて、可動部
１１２が重力の影響を受け易いが、例えば、揺動軸が重
力方向に平行に配置される状況下では、この影響はほと
んど無視できる。また、片持ち構造は、両持ち構造に比
べて、ねじり剛性が半減するが、揺動軸方向に自由度が
あるために、ねじり角が大きい場合に、板バネに作用す
る引張応力を低減でき、非線形性を抑制できるという利
点がある。

【００５７】さらに、ねじりバネ構造１１６の板バネ１
３４は、図２に示されるように、ポリイミド層だけで構
成されているが、そのバネ特性を他方の板バネ１３２の
バネ特性に近づけるために、図１３に示されるように、
第一のポリイミド層２１８ａと、第二のポリイミド層２
１８ｂと、両者の間を延びるダミー配線１５６とで構成
されてもよい。第一のポリイミド層２１８ａと第二のポ
リイミド層２１８ｂはそれぞれ第一のポリイミド層２１
６ａと第二のポリイミド層２１６ｂと同じ厚さを有し、
ダミー配線１５６は配線１２７と同等物で構成される。

【００５８】このような構造の板バネ１３４は、例えば
図９(ｆ)の工程において、ポリイミド層３３２と３３４
を成膜する工程間に、アルミなどでダミー配線を形成す
る工程を追加することで得られる。あるいは、図１０
(ａ)の工程で第二のＳＯＩ基板５００を準備する際に、
ポリイミド層５１４と５２４を成膜する工程間に、アル
ミなどでダミー配線を形成する工程を追加することで得
られる。

【００５９】また、上述した実施形態では、本発明のね
じり揺動体を光スキャナに適用した例を示したが、ねじ
り揺動体の適用先はこれに限らない。例えば、本発明の
ねじり揺動体は、角加速度センサに適用してもよい。本
発明のねじり揺動体を用いた角加速度センサを図１４に
示す。図中、既述の部材と同じ参照符号で示された部材
は、同等の部材を示している。

【００６０】角加速度センサは、図１４に示されるよう
に、可動部１１２と固定部１１４と一対のねじりバネ構
造１１６と１１８を有している。ねじりバネ構造１１６
は二枚の板バネ１３２と１３４で構成され、ねじりバネ
構造１１８は二枚の板バネ１３６と１３８で構成されて
いる。板バネ１３２にはふたつのひずみ検出素子１５８
が設けられており、これは固定部１１４に位置する電極
パッド１２６に電気的に接続されている。また、板バネ
１３６には、板バネ１３２とのバネ特性を揃えるための
ダミー配線１２８が設けられている。

【００６１】この角加速度センサは、その揺動軸ＳＡを
測定対象物の揺動軸あるいは回転軸に一致させて、測定
対象物に取り付けられる。可動部１１２は、測定物が受
ける角加速度に応じて、慣性力の影響により、固定部１
１４に対してねじり変位を生じる。ねじり変位は、電極
パッドを介して検出される、ひずみ検出素子からの信号
に基づいて測定される。また、慣性力は角加速度に比例
するため、ねじりバネ構造のバネ特性に従って、ねじり
変位に基づいて角加速度が求められる。

【００６２】ねじりバネ構造のバネ特性の線形性の高さ
は、角加速度の算出を容易にするので、本発明のねじり
揺動体は、このようなセンサへの応用に適している。

【００６３】［第二実施形態］本発明の第二実施形態に
よるねじり揺動体を用いた光スキャナについて、図１５
〜図２０を参照して説明する。本実施形態は、第一実施
形態と比較して、ねじりバネ構造だけが異なっており、
その他の部分の構成は同じである。従って、その作用も
また、改めて説明するまでもなく、基本的に同じであ
る。従って、以下では、ねじりバネ構造に限定して説明
する。

【００６４】図１５と図１６に示されるように、本実施
形態の光スキャナでは、ねじりバネ構造１１６は板厚方
向に所定の間隔を置いて配置された二枚の板バネ１６２
と１６４で構成され、ねじりバネ構造１１８は板厚方向
に所定の間隔を置いて配置された二枚の板バネ１６６と
１６８で構成されている。板バネ１６２と１６４と１６
６と１６８は共に平行四辺形形状をしており、板バネ１
６２と１６４と１６６と１６８の各々は、光スキャナを
上から見た図１６において、その幾何学的中心が長方形
の可動部１１２の幾何学的中心を通り、ねじりバネ構造
に接続されていない辺に平行な軸(対称軸)上に位置して
おり、それぞれのねじりバネ構造１１６および１１８を
構成する二枚の板バネ１６２と１６４および１６６と１
６８は対称軸に対して対称に配置されている。

【００６５】以下、本実施形態におけるねじりバネ構造
のバネ特性について説明する。平行四辺形形状の板バネ
の二種類の寸法例を図１７に示す。また、その寸法の二
枚の板バネで構成されるねじりバネ構造の外力トルク−
ねじり特性を図１８に示す。さらに比較のため、長方形
形状の板バネの寸法例を図１９に、その寸法の二枚の板
バネで構成されるねじりバネ構造の外力トルク−ねじり
特性を図２０に示す。なお、図１７と図１９において、
ｔは板バネの厚さ、ｌは板バネの長さを意味している。

【００６６】図１７においては、二種類の形状とも、拘
束されている辺のうち揺動軸ＳＡの付近の幅０.４ｍｍ
においては、揺動軸上で各バネの両側が完全に拘束され
ている(図中にａと表記)。それ以外の部分(図中にｂ３
と表記)においては、揺動軸に平行な軸ＳＡ１上でみる
と、バネの一方が拘束され、他方はバネ形状が平行四辺
形のため開放状態となっている。二種類の形状において
は、この部分の拘束幅が異なっている。一方、図１９に
おいては、バネ形状は長方形で、拘束されている辺の幅
はそれぞれ図１７と同じであり、すべての部分において
揺動軸ＳＡに平行な軸ＳＡ１上でバネの両側が完全に拘
束されている。

【００６７】両者の特性を比較すると、各板バネの面積
が同じもの同士でも、平行四辺形バネの方が若干剛性が
向上しており、さらにねじり角が大きい領域で下に凸な
非線形性が抑制されている。ねじり角が小さい領域で、
上に凸な非線形性が残っているが、これも平行四辺形バ
ネにおいては若干軽減されている。長方形バネにおける
ねじり変形時の非線形性は、揺動軸から離れた部分に作
用する引張応力が原因と考えられるが、本実施形態にお
いては、各板バネの揺動軸から離れた領域は、バネ形状
が平行四辺形であるために揺動軸に平行な軸上で見る
と、バネの片側のみ完全に拘束され、もう片側は開放さ
れており、この部分に作用する引張応力が軽減されてい
るために、非線形性が抑制されるものと考えられる。

【００６８】なお、本実施形態においては、揺動軸付近
の幅０.４ｍｍにおいては、揺動軸に平行な軸上で各バ
ネの両側が完全に拘束されているが、この幅を変化させ
ると非線形性が変化することが別の検討でわかってい
る。具体的には、この幅ａを０にすると、「上に凸な非
線形性」が現れ、大きくすると、「下に凸な非線形性」が
現れる。一方、ａの値が、ねじりバネ構造を構成する二
枚の板バネの間隔の１/４〜１倍程度であるときには、
ほぼ線形な特性が得られる。

【００６９】以上に示したように、本実施形態のねじり
揺動体においては、ねじりバネ構造を構成する二枚の板
バネを平行四辺形形状とし、さらに、これらを上面図に
おいて対称軸(揺動軸)に対して対称に配置することによ
り、板バネが長方形である場合に比べて、剛性が向上さ
れるとともに非線形性が抑制される。

【００７０】なお、本実施形態においても、各構成は第
一実施形態において述べた各種の変形や変更が可能であ
る。

【００７１】［第三実施形態］本発明の第三実施形態に
よるねじり揺動体を用いた光スキャナについて、図２１
〜図２４を参照して説明する。本実施形態は、第一実施
形態と比較して、ねじりバネ構造だけが異なっており、
その他の部分の構成は同じである。従って、その作用も
基本的に同じであり、以下では、ねじりバネ構造に限定
して説明する。

【００７２】図２１に示されるように、本実施形態の光
スキャナでは、ねじりバネ構造１１６は板厚方向に所定
の間隔を置いて配置された二枚の板バネ１７２と１７４
で構成され、ねじりバネ構造１１８は板厚方向に所定の
間隔を置いて配置された二枚の板バネ１７６と１７８で
構成されている。板バネ１７２と１７４と１７６と１７
８は共に同じ形状をしており、略長方形であるが、各板
バネと可動部１１２及び固定部１１４との接続部分の片
側端部から、その幾何学的中心に対して対称的に切り欠
きを有している。

【００７３】また、板バネ１７２と１７４と１７６と１
７８の各々は、光スキャナを上から見た図２２におい
て、その幾何学的中心が長方形の可動部１１２の幾何学
的中心を通り、ねじりバネ構造に接続されていない辺に
平行な軸(対称軸)上に位置しており、それぞれのねじり
バネ構造１１６および１１８を構成する二枚の板バネ１
７２と１７４および１７６と１７８は対称軸に対して対
称に配置されている。

【００７４】従って、板バネ１７２と１７４と１７６と
１７８において、可動部１１２と固定部１１４に接続さ
れている部分すなわち拘束されている部分は、中心対称
の位置関係にある略長方形の対辺の一部であり、拘束部
に関しては第二実施形態と同様な関係にある。

【００７５】次に、本実施形態におけるバネ特性につい
て説明する。略長方形の板バネの二種類の寸法例を図２
３に、また、その寸法の二枚の板バネで構成されるねじ
りバネ構造の外力トルク−ねじり特性を図２４示す。図
２３において、ｔは板バネの厚さ、ｌは板バネの長さを
意味している。また、二種類の形状の板バネにおける拘
束位置は、それぞれ、図１７に示した平行四辺形形状の
板バネと同様である。すなわち、拘束されている辺のう
ち揺動軸付近の幅０.４ｍｍにおいては、揺動軸ＳＡに
平行な軸上で各バネの両側が完全に拘束されており(図
中にａと表記)、それ以外の部分(図中にｂ４と表記)に
おいては、揺動軸に平行な軸ＳＡ１上で見ると、一方が
拘束され、他方はバネ形状が略長方形であるが開放状態
となっている。二種類の形状においては、この部分の拘
束幅が異なっている。図１８の特性と図２４の特性を比
較して分かるように、拘束位置と長さが同じであって
も、面積が大きい略長方形の板バネで構成されたねじり
バネ構造の方が、剛性が２倍程度になると同時に、すべ
てのねじり角において非線形性が抑制されている。

【００７６】以上に示したように、本実施形態のねじり
揺動体においては、ねじりバネ構造を構成する二枚の板
バネを略長方形形状とし、さらに、その可動部１１２と
固定部１１４への拘束位置を、各板バネの両端で上面図
において対称軸(揺動軸)に対して対称とすることによ
り、各板バネが平行四辺形である場合に比べて、さらに
剛性が向上されるとともに非線形性が抑制される。

【００７７】なお、本実施形態においても、各構成は第
一実施形態において述べた各種の変形や変更が可能であ
る。

【００７８】［第四実施形態］本発明の第四実施形態に
よるねじり揺動体を用いた光スキャナについて、図２５
〜図２８を参照して説明する。本実施形態は、第一実施
形態と比較して、ねじりバネ構造だけが異なっており、
その他の部分の構成は同じである。従って、その作用も
基本的に同じであり、以下では、ねじりバネ構造に限定
して説明する。

【００７９】図２５に示されるように、本実施形態の光
スキャナでは、ねじりバネ構造１１６は板厚方向に所定
の間隔を置いて配置された二枚の板バネ１８２と１８４
で構成され、ねじりバネ構造１１８は板厚方向に所定の
間隔を置いて配置された二枚の板バネ１８６と１８８で
構成されている。板バネ１８２と１８４と１８６と１８
８は共に同じ形状をしており、略長方形であるが、各板
バネと可動部１１２及び固定部１１４との接続部分の両
側端部から、その幾何学的中心に対して対称的に切り欠
きを有している。

【００８０】また、板バネ１８２と１８４と１８６と１
８８の各々は、光スキャナを上から見た図２６におい
て、その幾何学的中心が長方形の可動部１１２の幾何学
的中心を通り、ねじりバネ構造に接続されていない辺に
平行な軸(対称軸)上に位置しており、それぞれのねじり
バネ構造１１６および１１８を構成する二枚の板バネ１
８２と１８４および１８６と１８８は対称軸に対して対
称に配置されている。

【００８１】次に、本実施形態におけるバネ特性につい
て説明する。略長方形の板バネの二種類の寸法例を図２
７に、また、その寸法の二枚の板バネで構成されるねじ
りバネ構造の外力トルク−ねじり特性を図２８示す。図
２７において、ｔは板バネの厚さ、ｌは板バネの長さを
意味している。また、二種類の形状の板バネにおける拘
束位置は、それぞれ、図２３に示した略長方形形状の板
バネと同様である。すなわち、拘束されている辺のうち
揺動軸付近の幅０.４ｍｍにおいては、揺動軸ＳＡに平
行な軸上で各バネの両側が完全に拘束されており(図中
にａと表記)、それ以外の部分(図中にｂ５と表記)にお
いては、揺動軸に平行な軸ＳＡ１上で見ると、一方が拘
束され、他方はバネ形状が略長方形であるが開放状態と
なっている。二種類の形状においては、この部分の拘束
幅が異なっている。

【００８２】本実施形態では、板バネ形状は、さらに幅
方向に片側０.２ｍｍ(図中にｃと表記)ずつ広げられた
形状となっていて、この広げられた部分は両側とも開放
状態となっている。図２４の特性と図２８の特性を比較
して分かるように、拘束位置と長さが同じあっても、板
バネ周辺部(揺動軸から遠い部分)に両側とも開放されて
いる部分が設けられているものの方が、剛性が若干向上
すると同時に、すべてのねじり角においてさらに非線形
性が抑制されている。なお、本実施形態では板バネ周辺
部に幅０.２ｍｍの両端開放部を設けたが、これをさら
に広げてもあまり効果がなく、０.２〜０.４ｍｍ程度が
最適値であることが別の検討でわかっている。

【００８３】なお、本実施形態においても、各構成は第
一実施形態において述べた各種の変形や変更が可能であ
る。

【００８４】［第五実施形態］本発明の第五実施形態に
よるねじり揺動体を用いた光スキャナについて、図２９
〜図３１を参照して説明する。図中、上述した実施形態
の部材と同等の部材は同一の参照符号で示されている。
なお、電磁アクチュエータを構成するための永久磁石は
図には示されていない。

【００８５】本実施形態は、第一実施形態と比較して、
可動部の動きを検出するための素子や回路が設けられて
いる点だけが異なっており、その以外の構成は同じであ
る。以下では、相違部分に重点を置いて説明する。

【００８６】図２９に示されるように、本実施形態の光
スキャナでは、可動部１１２は、表面側に設けられたコ
イル１２０に加えて、これと同様のコイル６０２が裏面
側にも設けられている。コイル６０２の両端は、それぞ
れ、板バネ１３４の内部を延びる一対の配線６０６を介
して、一対の電極パッド６０４に電気的に接続されてい
る。

【００８７】次に本実施形態の作用について説明する。
例えば、図２９において、可動部１１２の表面側に設け
られたコイル１２０を駆動コイル、裏面側に設けられた
コイル６０２を検出コイルとして使用する。可動部１１
２は、第一〜第四実施形態と同様に、駆動コイル１２０
に電流を流すことにより、外部磁界との相互作用により
発生するローレンツ力を受けて、図示しない対称軸回り
に揺動する。

【００８８】可動部１１２の揺動に伴い、裏面側に設け
られた検出コイル６０２は磁界内で運動するため、速度
に比例した誘導起電力が発生する。従って、電極パッド
６０４を介して検出される誘導起電力に基づいて、可動
部１１２の振幅制御などを行うことができる。

【００８９】本実施形態のねじり揺動体は、上述した実
施形態と同様に、二枚の板バネで構成される一対のねじ
りバネ構造を備えているため、剛性が高められるととも
に非線形性が抑制される。これに加えて、可動部の動き
を検出するコイルを有しているため、可動部の振幅制御
が行なえるという利点を有している。

【００９０】さらに可動部の動きを検出するコイルを駆
動コイルと違う面に設けることにより、それぞれのコイ
ルを最適に配置することが可能であり、この際に従来は
困難であったそれぞれのコイルから固定部への配線接続
が二枚の板バネで構成される一対のねじりバネ構造を利
用することで容易に行なえるという利点を有している。

【００９１】本実施形態の各構成は、各種の変形や変更
が可能である。例えば、図２９において側面のみ示され
ている板バネ１３２,１３４,１３６,１３８に対して
は、第一〜第四実施形態で述べた形状や拘束関係が適用
可能であり、それぞれに特有な効果を本実施形態の変形
例においても同様に得ることができる。

【００９２】また、可動部１１２の裏面側には、コイル
６０２に代えて、別の電気要素が設けられてもよい。例
えば、図３０に示されるように、一体化されたフォトダ
イオード(ＰＤ)６０８が設けられてもよく、あるいは、
図３１に示されるように、配線６０６に導通された電極
６１２と、これに電気的に接続された発光ダイオード
(ＬＥＤ)や半導体レーザ(ＬＤ)などの光源６１０が設け
られてもよい。結局、可動部１１２と固定部１１４の間
に電気的な接続が必要な場合には本実施形態の利点を得
ることができる。

【００９３】これまで、いくつかの実施の形態について
図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上
述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。

【００９４】結局、本発明のねじり揺動体について、以
下のことが言える。

【００９５】１所定の軸周りに揺動する可動部と、固
定部と、前記可動部と前記固定部の間を連結する弾性体
を有するねじり揺動体において、前記弾性体がその板厚
方向に所定の間隔を有する２枚１組の薄板ねじりバネに
より構成されており、揺動軸が前記１組の薄板ねじりバ
ネの間に位置することを特徴とするねじり揺動体。

【００９６】(対応する発明の実施形態)この発明には、
第一〜第五実施形態が対応する。

【００９７】(作用効果)弾性体がその板厚方向に所定の
間隔を有する２枚１組の薄板ねじりバネにより構成され
ており、揺動軸が前記１組の薄板ねじりバネの間に位置
するため、剛性の向上と非線形性の抑制を同時に実現す
る効果が得られる。

【００９８】２１項において、２枚１組の薄板ねじり
バネを可動部の両側に配置し、両持ち構造で支持、揺動
させることを特徴とするねじり揺動体。

【００９９】(対応する発明の実施形態)この発明には、
第一〜第五実施形態が対応する。

【０１００】(作用効果)可動部を両持ち構造で支持する
ことにより、姿勢による揺動状態の差が少ないねじり揺
動体を実現する効果が得られる。

【０１０１】３１項、２項において、２枚１組の薄板
ねじりバネのそれぞれ対向する面同士の間隔が、揺動軸
方向およびバネ板厚方向にそれぞれ垂直な方向のバネの
幅以下であることを特徴とするねじり揺動体。

【０１０２】(対応する発明の実施形態)この発明には、
第一〜第五実施形態が対応する。

【０１０３】(作用効果)２枚１組の薄板ねじりバネのそ
れぞれ対向する面同士の間隔が、揺動軸方向およびバネ
板厚方向にそれぞれ垂直な方向のバネの幅以下である形
状は、薄板上のものを積層することにより容易に作製す
ることが可能となる効果が得られる。

【０１０４】４１項、２項、３項において、２枚１組
の薄板ねじりバネが、それぞれ同一形状のバネで構成さ
れていることを特徴とするねじり揺動体。

【０１０５】(対応する発明の実施形態)この発明には、
第一〜第四実施形態が対応する。

【０１０６】(作用効果)２枚１組の薄板ねじりバネが、
それぞれ同一形状のバネで構成されているため、安定し
た揺動が実現できる効果が得られる。

【０１０７】５４項において、前記薄板ねじりバネの
形状は平行四辺形であり、２枚１組の薄板ねじりバネは
それぞれが揺動軸に対して鏡像対称となるように設けら
れていることを特徴とするねじり揺動体。

【０１０８】(対応する発明の実施形態)この発明には、
第二実施形態が対応する。

【０１０９】(作用効果)薄板ねじりバネの形状は平行四
辺形であり、２枚１組の薄板ねじりバネはそれぞれが揺
動軸に対して鏡像対称となるように設けられているた
め、さらに剛性の向上と非線形性の抑制が実現できる効
果が得られる。

【０１１０】６５項において、前記可動部及び前記固
定部に面した前記薄板ねじりバネの対辺は、その対辺全
体が前記可動部及び前記固定部に拘束され、前記可動部
の揺動軸は各バネの前記鏡像対称軸に略平行であること
を特徴とするねじり揺動体。

【０１１１】(対応する発明の実施形態)この発明には、
第二実施形態が対応する。

【０１１２】(作用効果)平行四辺形バネの所定位置が拘
束されていることにより、さらに剛性の向上と非線形性
の抑制が実現できる効果が得られる。

【０１１３】７４項において、前記薄板ねじりバネの
形状は略長方形状であって、前記可動部及び前記固定部
に面した前記薄板バネの対辺のうち一部が前記可動部及
び前記固定部に拘束され、拘束部分は各薄板バネにおい
てその幾何学的中心に対して点対称に配置されていると
ともに、前記２枚１組の薄板ねじりバネそれぞれの揺動
軸に対して鏡像対象となるように配置されていることを
特徴とするねじり揺動体。

【０１１４】(対応する発明の実施形態)この発明には、
第三実施形態が対応する。

【０１１５】(作用効果)略長方形バネの所定位置が拘束
されていることにより、さらに剛性の向上と非線形性の
抑制が実現できる効果が得られる。

【０１１６】８７項において、各薄板ねじりバネの拘
束を含む辺が、揺動軸に対して遠い側の拘束終端部に連
続して、拘束を含まない部分を有することを特徴とする
ねじり揺動体。

【０１１７】(対応する発明の実施形態)この発明には、
第四実施形態が対応する。

【０１１８】(作用効果)略長方形バネの所定位置が拘束
されていることにより、さらに剛性の向上と非線形性の
抑制が実現できる効果が得られる。

【０１１９】９６項または７項において、各薄板ねじ
りバネの拘束部分が、前記バネの中心を通り前記揺動軸
に平行な軸線の少なくとも両側に設けられていることを
特徴とするねじり揺動体。

【０１２０】(対応する発明の実施形態)この発明には、
第一〜第四実施形態が対応する。

【０１２１】(作用効果)各薄板ねじりバネの拘束部分
が、バネの中心を通り揺動軸に平行な軸線の少なくとも
両側に設けられていることより、非線形性を最適に抑制
できる効果が得られる。

【０１２２】１０９項において、揺動軸に対して近い
側の拘束部分の終端部と、拘束部分とバネの中心を通り
揺動軸に平行な軸線との交点の距離が、２枚１組のバネ
間隔の１/４〜１倍程度であることを特徴とするねじり
揺動体。

【０１２３】(対応する発明の実施形態)この発明には、
第二〜第四実施形態が対応する。

【０１２４】(作用効果)各薄板ねじりバネにおいて、揺
動軸に対して近い側の拘束部分の終端部と、拘束部分と
バネの中心を通り揺動軸に平行な軸線との交点の距離
が、２枚１組のバネ間隔の１/４〜１倍程度であること
より、ほぼ線形なバネ特性が実現できる効果が得られ
る。

【０１２５】１１１項〜１０項において、可動部の両
側表面にそれぞれ電気要素を有し、同一平面上にない薄
板バネの少なくとも各１枚が電気要素への配線板を兼ね
ていることを特徴とするねじり揺動体。

【０１２６】(対応する発明の実施形態)この発明には、
第五実施形態が対応する。

【０１２７】(作用効果)可動部の両側表面にそれぞれ電
気要素を有し、同一平面上にない薄板バネの少なくとも
各１枚が電気要素への配線板を兼ねているため、配線接
続が容易にできる効果が得られる。

【０１２８】１２１項〜１１項において、可動部、固
定部が板状の同一部材から形成され、薄板バネは前記可
動部、固定部に積層されていることを特徴とするねじり
揺動体。

【０１２９】(対応する発明の実施形態)この発明には、
第一〜第五実施形態が対応する。

【０１３０】(作用効果)積層構造で作製が容易になる効
果が得られる。

【０１３１】１３１２項において、可動部、固定部が
半導体または絶縁基板であり、薄板バネは前記基板上に
成膜して形成することを特徴とするねじり揺動体。

【０１３２】(対応する発明の実施形態)この発明には、
第一〜第五実施形態が対応する。

【０１３３】(作用効果)半導体製造プロセスを利用する
ことにより、高精度化、低価格化が容易になる効果が得
られる。

【０１３４】１４１項〜１３項において、可動部に光
学素子が設けられていることを特徴とするねじり揺動
体。

【０１３５】(対応する発明の実施形態)この発明には、
第一〜第五実施形態が対応する。

【０１３６】(作用効果)アクティブな光学素子が実現で
き、かつ、電気光学素子を設ける場合には配線が容易に
なる効果が得られる。

【０１３７】

【発明の効果】本発明によれば、板バネの剛性が向上さ
れるとともにトルク−ねじり角特性における非線形性が
抑制されているねじり揺動体が提供される。従って、例
えば、このねじり揺動体を用いた光スキャナにおいて
は、制御性良く、高速スキャンを行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態によるねじり揺動体を用
いた光スキャナの部分斜視図である。

【図２】図１に示されるねじりバネ構造の部分断面拡大
図である。

【図３】第一実施形態によるねじり揺動体を用いた光ス
キャナの平面図である。

【図４】図１に示される光スキャナによって光ビームが
スキャンされる様子を示す図である。

【図５】二枚の幅の広い板バネで構成されるねじりバネ
構造の外力トルク−ねじり角特性のシミュレーション結
果のグラフである。

【図６】二枚の幅の狭い板バネで構成されるねじりバネ
構造の外力トルク−ねじり角特性のシミュレーション結
果のグラフである。

【図７】(Ａ)は一枚の板バネから成るねじりバネ構造を
模式的に示しており、(Ｂ)はこのねじりバネ構造がねじ
られる際に板バネが受ける力を模式的に示している。

【図８】(Ａ)は二枚の板バネから成るねじりバネ構造を
模式的に示しており、(Ｂ)はこのねじりバネ構造がねじ
られる際に板バネが受ける力を模式的に示している。

【図９】第一実施形態によるねじり揺動体の製造工程図
である。

【図１０】第一実施形態によるねじり揺動体の別の製造
工程図である。

【図１１】第一実施形態の一変形例であり、駆動機構に
静電アクチュエータを用いた光スキャナの部分斜視図で
ある。

【図１２】第一実施形態の別の一変形例であり、可動部
が片持ちで支持されている光スキャナの部分斜視図であ
る。

【図１３】図１に示されるねじりバネ構造の一変形例の
部分断面拡大図である。

【図１４】第一実施形態によるねじり揺動体を用いた角
加速度センサの斜視図である。

【図１５】本発明の第二実施形態によるねじり揺動体を
用いた光スキャナの部分斜視図である。

【図１６】第二実施形態によるねじり揺動体を用いた光
スキャナの平面図である。

【図１７】図１５に示されるねじりバネ構造を構成して
いる平行四辺形形状の板バネの二種類の寸法例を示して
いる。

【図１８】図１７に示される二枚の板バネで構成される
ねじりバネ構造の外力トルク−ねじり特性を示してい
る。

【図１９】図１７に示される板バネと比較される長方形
形状の板バネの二種類の寸法例を示している。

【図２０】図１９に示される二枚の板バネで構成される
ねじりバネ構造の外力トルク−ねじり特性を示してい
る。

【図２１】本発明の第三実施形態によるねじり揺動体を
用いた光スキャナの部分斜視図である。

【図２２】第三実施形態によるねじり揺動体を用いた光
スキャナの平面図である。

【図２３】図２１に示されるねじりバネ構造を構成して
いる略長方形形状の板バネの二種類の寸法例を示してい
る。

【図２４】図２３に示される二枚の板バネで構成される
ねじりバネ構造の外力トルク−ねじり特性を示してい
る。

【図２５】本発明の第四実施形態によるねじり揺動体を
用いた光スキャナの部分斜視図である。

【図２６】第四実施形態によるねじり揺動体を用いた光
スキャナの平面図である。

【図２７】図２５に示されるねじりバネ構造を構成して
いる略長方形形状の板バネの二種類の寸法例を示してい
る。

【図２８】図２７に示される二枚の板バネで構成される
ねじりバネ構造の外力トルク−ねじり特性を示してい
る。

【図２９】本発明の第五実施形態によるねじり揺動体を
用いた光スキャナの断面である。

【図３０】第五実施形態の一変形例であり、コイルに代
えてフォトダイオードが設けられた光スキャナの断面で
ある。

【図３１】第五実施形態の別の一変形例であり、コイル
に代えて電極と光源が設けられた光スキャナの断面であ
る。

【図３２】特開平１０−１２３４４９に開示されている
ねじり揺動体を利用した光スキャナを斜視図である。

【符号の説明】

１１２可動部１１４固定部１１６,１１８ねじりバネ構造１３２,１３４,１３６,１３８板バネ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者日高利治東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者有川知子東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内Ｆターム(参考） 2H045 AB06 AB22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定部と、固定部に対して揺動可能な可
動部と、前記可動部と前記固定部を連結するねじりバネ
構造を有するねじり揺動体において、前記ねじりバネ構
造はその厚さ方向に所定の間隔を有する二枚の板バネで
構成されており、揺動軸が前記二枚の板バネの間に位置
することを特徴とするねじり揺動体。
【請求項２】固定部と、固定部に対して揺動可能な可
動部と、前記可動部と前記固定部を連結する一対のねじ
りバネ構造を有するねじり揺動体において、前記一対の
ねじりバネ構造の各々は、それぞれ、その厚さ方向に所
定の間隔を有する二枚の板バネで構成されており、揺動
軸が各ねじりバネ構造の二枚の板バネの間に位置するこ
とを特徴とするねじり揺動体。