JP2008203299A - マイクロスキャナおよびそれを備える光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】偏向角を容易に増大させられる光スキャナを提供する。
【解決手段】光を反射させるミラー部ＭＲと、ミラー部ＭＲを揺動可能に支持する主軸部ＭＡと、主軸部ＭＡを保持する変形可能な保持部ＨＤと、を含む光スキャナＬＳでは、保持部ＨＤ自身の変形をねじれ変形に変化させるトーションバーＴＢが、保持部ＨＤおよびミラー部ＭＲの少なくとも一方に形成され、このトーションバーＴＢに生じるねじれ変形を用いて、ミラー部ＭＲが揺動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロスキャナおよびそれを備える光学機器に関するものである。

従来から、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた小型の光スキャナ（マイクロスキャナ）は種々開発されている。例えば、図１６に示すような特許文献１の光スキャナＬＳ’は、スキャン用のミラー部ＭＲ’、ミラー部ＭＲ’を支えるトーションバーＴＢ’、およびミラー部ＭＲ’につながる振動板１０１を含んでいる。

そして、この光スキャナＬＳ’は、ミラー部ＭＲ’を極力大きく偏向させるために、振動板１０１上における圧電アクチュエータ１０２の駆動周波数と、トーションバーＴＢ’を含むミラー部ＭＲ’の機械的共振周波数とを一致させている。このようにすれば、圧電アクチュエータ１０２が低電圧駆動であっても、ミラー部ＭＲ’が共振して比較的大きく偏向するためである。

しかしながら、ミラー部ＭＲ’につながる振動板１０１の先端部１０３はねじれにくくなっている。そのため、振動板１０１に生じる力が回転トルクとしてミラー部ＭＲ’に作用しにくい。したがって、ミラー部ＭＲ’が十分に偏向しているとはいいがたい。

ここで、先端部１０３とミラー部ＭＲ’とが連結しないような光スキャナＬＳ’も考えられる。例えば、図１７に示すような光スキャナＬＳ’である。この光スキャナＬＳ’は、ミラー部ＭＲ’、圧電素子ＰＥ’によって変形する保持部ＨＤ’、およびミラー部ＭＲ’と保持部ＨＤ’とをつなぐ主軸部ＭＡ’を含んでいる。

そして、この光スキャナＬＳ’は、保持部ＨＤ’の撓み変形に応じて、ミラー部ＭＲ’を、Ｘ’方向を基準に正逆回転させる（Ｐ’方向へ回転またはＲ’方向へ回転させる）。このようなミラー部ＭＲ’の偏向動作で撓み変形する保持部ＨＤ’を示した図が、図１８Ａおよび図１８Ｂになる。これらの図は図１７のａ−ａ’線矢視断面図であり、図１８Ａが正回転の場合を示し、図１８Ｂが逆回転の場合を示す。

なお、説明上、主軸部ＭＡ’の軸方向をＸ’方向（Ｘ’軸と称してもよい）、このＸ’方向に対して直交する保持部ＨＤ’の延び方向をＹ’方向、Ｘ’方向およびＹ’方向に対する直交方向をＺ’方向とする。また、図１７での紙面上側をＹ’方向のプラス｛Ｙ’（＋）｝、この＋方向に対する逆方向をＹ’方向のマイナス｛Ｙ’（−）｝とするとともに、図１７での紙面表側をＺ’方向のプラス｛Ｚ’（＋）｝、この＋方向に対する逆方向をＺ’方向のマイナス｛Ｚ’（−）｝とする。

また、以降では、２つ有る保持部ＨＤ’（第１保持部ＨＤ１’・第２保持部ＨＤ２’）の一方のみについて説明するが、この一方の第１保持部ＨＤ１’がミラー部ＭＲ’を正回転または逆回転させようとしている場合、残りの第２保持部ＨＤ２’も同じようにミラー部ＭＲ’を正回転または逆回転させている。

ミラー部ＭＲ’が正回転する場合、図１８Ａに示すように、Ｙ’（＋）側の圧電素子ＰＥ’の圧電体ＰＢ’が伸びることで、Ｙ’（＋）側の保持部ＨＤ’における主軸部ＭＡ’側はＺ（−）に垂れ下がる。一方、Ｙ’（−）側の圧電素子ＰＥ’の圧電体ＰＢ’が縮むことで、Ｙ’（−）側の保持部ＨＤ’における主軸部ＭＡ’側はＺ（＋）に跳ね上がる。すると、波打つように保持部ＨＤ’が撓み、その撓みに追従して主軸部ＭＡ’も正回転して傾く。

また、ミラー部ＭＲ’が逆回転する場合、図１８Ｂに示すように、Ｙ’（＋）側の圧電素子ＰＥ’の圧電体ＰＢが縮むことで、Ｙ’（＋）側の保持部ＨＤ’における主軸部ＭＡ’側はＺ（＋）に跳ね上がる。一方、Ｙ’（−）側の圧電素子ＰＥ’の圧電体ＰＢが伸びることで、Ｙ’（−）側の保持部ＨＤ’における主軸部ＭＡ’側はＺ（−）に垂れ下がる。すると、保持部ＨＤ’は、図１８Ａとは逆向きに波打って撓み、その撓みに追従して主軸部ＭＡ’も逆回転して傾く。

特開２００５−１２８１４７号公報（段落００２４等参照）

しかしながら、１枚状で均一な厚みを有する保持部ＨＤ’は、比較的高強度であり撓みにくい。その上、保持部ＨＤ’での波打ち部分（湾曲部分１０７）が、Ｘ’軸から比較的乖離した位置に生じることから、主軸部ＭＡ’につながる保持部ＨＤ’の一部分を傾かせにくい。そのため、かかる光スキャナＬＳ’では、偏向角θ’を増大させることは難しい。

また、保持部ＨＤ’の一部分（湾曲部分１０７）の厚みを他部分の厚みよりも薄くすることで、保持部ＨＤ’を撓ませやすくするという対策もある。このような場合、例えば、エッチングが用いられるが、エッチングすることで保持部ＨＤ’の厚みを精度よく制御することは、加工条件の影響を受けるので、極めて難しい。

また、精度よくエッチングするために、保持部ＨＤ’の基体をＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板とすることも考えられる。しかしながら、ＳＯＩ基板は高価なため、光スキャナＬＳ’のコスト上昇につながってしまう。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、偏向角を容易に増大させられるマイクロスキャナを提供することにある。

本発明は、変動部と、変動部を揺動可能に支持する主軸部と、主軸部を保持する変形可能な保持部と、を含むマイクロスキャナである。特に、かかるマイクロスキャナでは、保持部自身の撓み変形をねじれ変形に変化させるトーションバーが、保持部およびミラー部の少なくとも一方に形成されている。そして、このトーションバーに生じるねじれ変形を用いて、変動部は揺動するようになっている。

このようなトーションバーは比較的弱い力でねじれ変形するため、保持部はより撓みやすくなり、撓み量が大きくなる。そして、この増加した撓み量に起因して、変動部は比較的大きく揺動する。その結果、マイクロスキャナは、変動部の偏向角を容易に増大させられる。

なお、トーションバーは、例えば１つの基板から成る保持部にスリットを形成することによって設けられており、マイクロスキャナ自身は一基板に形成されている。また、保持部には、保持部自身を変形させる駆動部が設けられているとよい。また、変動部が、金属膜を含むことで光を反射させるミラー部である場合、マイクロスキャナは光スキャナとも称せる。

ここで、トーションバーについて詳説する。まず、保持部に位置するトーションバー（第１トーションバー）について説明する。第１トーションバーは、保持部自身の撓み変形をねじれ変形に変化させて主軸部に伝達させている。

保持部は変形可能な部材である。ただし、例えば均一な厚みを有する保持部は変形するもののその変形量は大きくなりにくい。そのため、保持部につながる主軸部に伝達されるエネルギーも大きくなりにくい。しかし、第１トーションバーが有れば、保持部の撓み変形が大きくなるので、主軸部に伝達されるエネルギーが比較的大きくなる。そのため、主軸部によって支えられている変動部も比較的大きく揺動することになる。

なお、第１トーションバーは、保持部の延び方向に対して交差する方向（例えば直交方向）に延びていると望ましい。このようになっていると、かかる延び方向に沿って保持部が撓んだ場合に、第１トーションバーはねじれやすい。つまり、ねじれ変形が容易に生じる。

また、第１トーションバーは、保持部に設けられているスリット以外の部分（例えば、保持部に並列して設けられている複数のスリット同士の間部分）から成っていると望ましい。このようにスリットにより生じる第１トーションバーが保持部に存在するということは、保持部内に間隙が生じるので、保持部の強度が低下する。そのため、かかる保持部は撓みやすくなる。なお、第１トーションバーは、保持部の延び方向に対して交差する方向に延びていることから、スリットも同方向に延びている。

ところで、延びた形状の保持部が撓む場合、保持部の撓み方向（保持部の厚み方向と同方向）に向く負荷が生じ、その負荷は第１トーションバーにもかかる。そして、この負荷による第１トーションバーの曲げ変形は、変動部を傾ける場合の損失となる。

そこで、第１トーションバーにおける厚み方向（すなわち保持部の厚み方向）の長さが、第１トーションバーにおける幅方向（保持部の延び方向）の長さよりも長いと望ましい。このようになっていると、一定のねじれ剛性を有するトーションバーであっても、保持部の厚み方向の変形に対して、変形しにくい構造となる。

また、延びた形状の保持部が撓む場合、保持部にその延び方向を中心基準とする回転振動も生じる。この回転振動が変動部の駆動周波数に近い場合、異常振動となって破壊の原因にもなり得る。そこで、第１トーションバーが、保持部の延び方向に対して交差する方向に沿って複数並んでいると望ましい。

このようになっていると、変形する保持部に生じる回転振動が、複数の第１トーションバーによって抑制される。そのため、この回転振動に起因して、第１トーションバーのねじれ変形の変形量が低下しない。

また、第１トーションバーは、保持部の延び方向に沿って複数並んでいると望ましい。このようになっていると、延び方向に沿う保持部の撓み変形が、延び方向に沿って並列する複数の第１トーションバーに分散して伝達される。そのため、各第１トーションバーのねじれ量が少なくてすむ。

ただし、保持部の延び方向に沿って複数並んでいる各第１トーションバーでは、各第１トーションバーの全長が異なっていると望ましい。詳説すると、各第１トーションバーの全長は、主軸部から離れるにつれて短くなっていると望ましい。

通常、第１トーションバーにかかるモーメントは、主軸部から離れるほど大きくなる。しかし、主軸部から離れるにつれて短くなっている第１トーションバーほど、剛性は大きくなる。すると、モーメントの大きさに対して適正な剛性が得られることになり、主軸部から離れた第１トーションバーだけに過剰なねじれ変形が発生する事態は起きない。

なお、剛性の大きさとモーメントの大きさとを適正化させた方策は、各第１トーションバーの長さを変えることだけに限定されるものではない。例えば、保持部の延び方向に沿って複数並んでいる各第１トーションバーでは、各第１トーションバーにおける幅方向の長さが異なっていてもよい。詳説すると、各第１トーションバーの幅方向の長さが、主軸部から離れるにつれて長くなっていてもよい。このようになっていても、剛性の大きさとモーメントの大きさとを適正化させることができる。

次に、変動部に位置するトーションバー（第２トーションバー）について説明する。この第２トーションバーは、変動片と、変動片を揺動可能に支持する副軸部と、副軸部につながりつつ変動片を囲んでいる可動枠と、を含み、かつ、可動枠を介して主軸部につながっている変動部を搭載するマイクロスキャナに用いられる。そして、かかる第２トーションバーは、保持部自身の撓み変形を、主軸部を介して受けつつねじれ変形に変化させるとともに、可動枠に伝達させている。

このようになっていると、保持部の撓み変形により可動枠が副軸部回りに回転する場合、第２トーションバーが曲がるので、保持部および第１トーションバーに、副軸部回りの回転力が伝わらない。その上、可動枠を挟持する主軸部同士が相反する上下方向（主軸方向および副軸方向に対して垂直方向）に移動することで、かかる可動枠が副軸部回りに回転するので、保持部および第１トーションバーが過剰に変形しない。そのため、可動枠ひいてはミラー部は、第２トーションバーの存在によって、効率的に回動させられているといえる。

なお、第２トーションバーが第１トーションバーと同様の構成になっていれば、かかる第２トーションバーも第１トーションバーと同様の作用効果を奏ずる。

また、以上のマイクロスキャナを搭載する光学機器も本発明といえる。

本発明によれば、保持部および変動部の少なくとも一方に有るトーションバーを用いて、変動部の回動に適した変化量を得ることができる。そのため、マイクロスキャナは、変動部の偏向角を容易に増大させられる。

［実施の形態１］
実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。ここでは、変動する部材(変動部)としてミラー部を例に挙げるとともに、このミラー部を変動させることで光を反射させスキャン動作を行うマイクロスキャナとして光スキャナを例に挙げる。なお、理解を容易にすべく、平面図であってもハッチングを付している。また、便宜上、部材符号・ハッチングを省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、図面上での黒丸は紙面に対し垂直方向を意味する。

図１は光スキャナＬＳの平面図であり、図２は図１での破線部分の拡大図である。光スキャナＬＳは、図１に示すように、ミラー部ＭＲ、主軸部ＭＡ、保持部ＨＤ、圧電素子ＰＥ、およびトーションバーＴＢ（便宜上、第１トーションバーＴＢ１と称する場合もある）を含んでいる。なお、これらの部材は、基体ＢＳとなる変形可能なシリコン基板等をエッチングすることにより形成される。

ミラー部ＭＲは、光源等からの光を反射させる部材である。かかるミラー部ＭＲは、図１に示すような平面視で矩形状の基体ＢＳに、開孔Ｈ（第１開孔Ｈ１・第２開孔Ｈ２）を並べて形成することで生じる島状部分（第１開孔Ｈ１と第２開孔Ｈ２との間に位置する残部）に、金やアルミニウム等の反射膜を貼り付けることで形成される。

なお、第１開孔Ｈ１と第２開孔Ｈ２とが並ぶ方向をＹ方向と称し、第１開孔Ｈ１側のＹ方向をＹ方向のプラス｛Ｙ（＋）｝、この＋方向に対する逆方向をＹ方向のマイナス｛Ｙ（−）｝とする。さらに、ミラー部ＭＲの中心からＹ方向に伸びる方向をＹ軸と称する。

主軸部ＭＡ（第１主軸部ＭＡ１・第２主軸部ＭＡ２）は、ミラー部ＭＲの外縁において対向する一端と他端とから外側に延びることで、そのミラー部ＭＲを挟持して支える部材である。かかる主軸部ＭＡは、ミラー部ＭＲに接する第１開孔Ｈ１・第２開孔Ｈ２の隅からの進出部分Ｈ１ａ・Ｈ２ａで、基体ＢＳの一部分を棒状にさせることで形成される。

なお、この棒状の基体ＢＳの一部分（すなわち主軸部ＭＡ１・ＭＡ２）は、Ｙ方向に対して交差する方向（例えば直交方向）に延びている。そこで、この方向をＸ方向と称し、第２主軸部ＭＡ２側のＸ方向をＸ方向のプラス｛Ｘ（＋）｝、この＋方向に対する逆方向をＸ方向のマイナス｛Ｘ（−）｝とする。さらに、主軸部ＭＡに重畳してＸ方向に伸びる方向をＸ軸（主軸方向／Ｘ軸方向）と称する。

保持部ＨＤ（第１保持部ＨＤ１・第２保持部ＨＤ２）は、主軸部ＭＡを保持すること（主軸部ＭＡにつながること）によってミラー部ＭＲも保持する部材である。かかる保持部ＨＤは、Ｙ方向に延びた開孔Ｈ（第３開孔Ｈ３・第４開孔Ｈ４）で第１開孔Ｈ１・第２開孔Ｈ２を挟持した場合に生じる基体ＢＳの残部で形成される。

すなわち、第３開孔Ｈ３と第１開孔Ｈ１・第２開孔Ｈ２との間に位置する基体ＢＳの残部と、第４開孔Ｈ４と第１開孔Ｈ１・第２開孔Ｈ２との間に位置する基体ＢＳの残部とが保持部ＨＤ（第１保持部ＨＤ１・第２保持部ＨＤ２）となる。なお、このような残部から成る保持部ＨＤは、Ｙ方向に延びる形状（線状）となるので撓みやすい（すなわち、Ｙ方向は保持部ＨＤの延び方向である）。

圧電素子ＰＥ（ＰＥａ〜ＰＥｄ）は、電圧を力に変換する素子であり、分極処理された圧電体ＰＢ（ＰＢａ〜ＰＢｄ）と、この圧電体ＰＢを挟持する電極ＥＥ１・ＥＥ２（ＥＥ１ａ〜ＥＥ１ｄ・ＥＥ２ａ〜ＥＥ２ｄ）とを含んでいる（後述の図３参照）。そして、この圧電素子ＰＥが保持部ＨＤの面上に貼り付けられることで、ユニモルフ部（アクチュエータ）ＹＭが形成される。詳説すると、圧電素子ＰＥにおける一方の電極（第１電極）ＥＥ１と、保持部ＨＤの一面とが貼り合うことで、ユニモルフ部ＹＭ（ＹＭａ〜ＹＭｄ）が形成される。

特に、圧電素子ＰＥａ・ＰＥｂは、主軸部ＭＡ（第１主軸部ＭＡ１）を挟持するようにして、保持部ＨＤに貼られ、圧電素子ＰＥｃ・ＰＥｄも主軸部ＭＡ（第２主軸部ＭＡ２）を挟持するようにして、保持部ＨＤに貼られる。そのため、圧電素子ＰＥａ・ＰＥｂおよび圧電素子ＰＥｃ・ＰＥｄにおける圧電体ＰＢ（ＰＢａ〜ＰＢｄ）の伸縮変形に応じて、保持部ＨＤも変形（撓み変形／曲げ変形）する。光スキャナＬＳでは、この保持部ＨＤの変形を利用して、ミラー部ＭＲが主軸部ＭＡ（主軸方向）を基準に正逆回転方向に傾く（揺動可能となる）。なお、詳細については後述する。

トーションバーＴＢ１は、保持部ＨＤの変形（撓み変形等）をねじれ変形（回転トルク）に変化させて主軸部ＭＡに伝達させる部材である（図２の点線部分を参照）。かかるトーションバーＴＢ１は、保持部ＨＤに形成される。

一例を挙げると、図２に示すように、第１開孔Ｈ１・第２開孔Ｈ２の進出部分Ｈ１ａ・Ｈ２ａからＸ方向に延びる第１スリットＳＴ１・ＳＴ１と、この第１スリットＳＴ１・ＳＴ１と同方向（Ｘ方向）に延びるとともにＹ方向に沿って並列する第２スリットＳＴ２・ＳＴ２との間に位置する基体ＢＳの一部分（要は、保持部ＨＤ上のスリットＳＴ以外の部分における一部）がトーションバーＴＢ１となる。

また、第３開孔Ｈ３につながっている第３スリットＳＴ３、詳説すると、Ｘ方向に延びるとともにそのＸ方向に沿って第１スリットＳＴ１と並ぶ第３スリットＳＴ３と、第２スリットＳＴ２との間に位置する基体ＢＳの一部分がトーションバーＴＢ１となる。

なお、スリットＳＴによって生じるトーションバーＴＢ１が保持部ＨＤに存在するということは、保持部ＨＤ内に間隙が生じることになる。そのため、この間隙の存在によって、保持部ＨＤの強度が低下する。そのため、かかる保持部ＨＤは撓みやすくなる。

また、特に、これらのトーションバーは、保持部ＨＤの延び方向（Ｙ方向）に対して交差する方向（例えばＸ方向）に延びている。このようになっていると、保持部ＨＤが撓んだ場合に、トーションバーＴＢ１がねじれやすいためである。

なお、第１スリットＳＴ１・ＳＴ１同士の間に位置する基体ＢＳの一部分ＢＳ１は主軸部ＭＡにつながり、第３スリットＳＴ３・ＳＴ３同士の間に位置する基体ＢＳの一部分ＢＳ３は、主軸部ＭＡの主軸方向に沿って並ぶ。そこで、これら両部分ＢＳ１・ＢＳ３と、両部分ＢＳ１・ＢＳ３の間に位置する基体ＢＳの一部分ＢＳ_Mとを含めて主軸部ＭＡと称してもよい。また、部分ＢＳ_Mと第２スリットＳＴ２との間に位置する基体ＢＳの一部分は、トーションバーＴＢ１と主軸部ＭＡとをつなげている。そこで、この部分を結合部ＣＢと称する。

ここで、以上の光スキャナＬＳにおけるミラー部ＭＲの偏向動作について、図３Ａおよび図３Ｂを用いながら説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、図１におけるＡ−Ａ’線矢視断面図である。

図１の光スキャナＬＳは、主軸部ＭＡ（主軸方向）を基準にミラー部ＭＲを回動させる。そこで、主軸方向周りの一方向｛Ｘ（＋）からＸ（−）に向いて時計回りの回転｝を正回転、正回転に対して逆方向の回転（反時計回りの回転）を逆回転とし、図３Ａに正回転する主軸部ＭＡを示し、図３Ｂに逆回転する主軸部ＭＡを示す（正回転方向をＰ、逆回転方向をＲで図示）。

また、Ｘ方向およびＹ方向に対して垂直な方向をＺ方向（撓み方向）として図示し、便宜上、光を受光するミラー部ＭＲの側をＺ方向のプラス｛Ｚ（＋）｝、この＋方向に対する逆方向をＺ方向のマイナス｛Ｚ（−）｝とする）。さらに、Ｘ軸とＹ軸との交点からＺ方向に伸びる方向をＺ軸と称する。

なお、以降では、２つ有る保持部ＨＤ（第１保持部ＨＤ１・第２保持部ＨＤ２）の一方のみについて説明するが、この一方の第１保持部ＨＤ１がミラー部ＭＲを正回転または逆回転させようとしている場合、残りの第２保持部ＨＤ２も同じようにミラー部ＭＲを正回転または逆回転させている。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、圧電素子ＰＥ（ＰＥａ・ＰＥｂ）には、第１電極ＥＥ１ａ・ＥＥ１ｂと、この第１電極ＥＥ１ａ・ＥＥ１ｂに圧電体ＰＢａ・ＰＢｂを介して対向する第２電極ＥＥ２ａ・ＥＥ２ｂとが含まれる。そして、この第１電極ＥＥ１ａおよび第２電極ＥＥ２ａ（第１電極ＥＥ１ｂ・第２電極ＥＥ２ｂ）との間に、分極反転を起こさせない範囲で±の電圧（交流電圧）が印加されることで圧電体ＰＢａ・ＰＢｂが伸縮し、その伸縮に応じてユニモルフ部ＹＭａ・ＹＭｂが撓む。

具体的には、ミラー部ＭＲが正回転する場合、図３Ａに示すように、圧電体ＰＢａを伸ばす電圧が印加されるとともに、圧電体ＰＢｂを縮ませる電圧（圧電体ＰＢａに印加される電圧とは逆位相の電圧）が印加される。

このような電圧が印加されると、圧電体ＰＢａが伸びることで第１電極ＥＥ１ａに貼り付けられた第１保持部ＨＤ１の部分（保持片ＨＤ１ａ）が、Ｚ（＋）側を凸に撓む。その結果、保持片ＨＤ１ａの主軸部ＭＡ側はＺ（−）に垂れ下がる。一方、圧電体ＰＢｂが縮むことで第１電極ＥＥ１ｂに貼り付けられた第１保持部ＨＤ１の部分（保持片ＨＤ１ｂ）が、Ｚ（−）側を凸に撓む。その結果、保持片ＨＤ１ｂの主軸部ＭＡ側はＺ（＋）に跳ね上がる。

このような保持片ＨＤ１ａ・ＨＤ１ｂの撓みが生じると、トーションバーＴＢ１（ＴＢ１ａ）を介して主軸部ＭＡのＹ（＋）側が押し下げられるとともに、トーションバーＴＢ１（ＴＢ１ｂ）を介して主軸部ＭＡのＹ（−）側が押し上げられ、主軸部ＭＡが正回転する。かかる場合、トーションバーＴＢ１ａ・ＴＢ１ｂは、軸方向（バー軸方向）を基準に簡単にねじれる。そのため、トーションバーの無い光スキャナに比べて、トーションバーＴＢ１を有する光スキャナＬＳは、ミラー部ＭＲを大きく回動させられる。

逆に、ミラー部ＭＲが逆回転する場合、図３Ｂに示すように、圧電体ＰＢａを縮ませる電圧が印加されるとともに、圧電体ＰＢｂを伸ばす電圧が印加される。

このような電圧が印加されると、圧電体ＰＢａが縮むことで第１電極ＥＥ１ａに貼り付けられた保持片ＨＤ１ａが、Ｚ（−）側を凸に撓む。その結果、保持片ＨＤ１ａの主軸部ＭＡ側はＺ（＋）に跳ね上がる。一方、圧電体ＰＢｂが伸びることで第１電極ＥＥ１ｂに貼り付けられた保持片ＨＤ１ｂが、Ｚ（＋）側を凸に撓む。その結果、保持片ＨＤ１ｂの主軸部ＭＡ側はＺ（−）に垂れ下がる。

このような保持片ＨＤ１ａ・ＨＤ１ｂの撓みが生じると、トーションバーＴＢ１（ＴＢ１ａ）を介して主軸部ＭＡのＹ（＋）側が押し上げられるとともに、トーションバーＴＢ１（ＴＢ１ｂ）を介して主軸部ＭＡのＹ（−）側が押し下げられ｛主軸部ＭＡのＹ（＋）側・Ｙ（−）側が正回転の場合と逆に移動することで｝、主軸部ＭＡが逆回転する。

以上のように、ミラー部ＭＲの回動（正回転・逆回転）には、主軸部ＭＡを回動させやすいトーションバーＴＢ１のねじれ変形と、保持片ＨＤ１ａ・ＨＤ１ｂ（すなわち保持部ＨＤ）の撓みとが利用される。そのため、このような主軸部ＭＡの回動量（正回転の回転角θまたは逆回転の回転角θ）は、保持部ＨＤの撓みのみで主軸部ＭＡを回動させる場合の回動量に比べて大きくなる（別表現すると、主軸部ＭＡの回動量が効率よく確保できる）。

また、スリットＳＴ（ＳＴ１・ＳＴ２・ＳＴ３）によって形成されたトーションバーＴＢ１（ＴＢ１ａ・ＴＢ１ｂ）は主軸部ＭＡに比較的近くに形成できる。このようになっていれば、保持部ＨＤの一定の撓み量であっても、主軸部ＭＡに比較的近い場合のトーションバーＴＢ１のほうが、主軸部ＭＡに対して比較的離れているトーションバーＴＢ１に比べて回転角を大きくできる。

つまり、トーションバーＴＢ１の存在、およびトーションバーＴＢ１が主軸部ＭＡに比較的近くに位置することに起因して、ミラー部ＭＲは主軸部ＭＡを基準に比較的大きく回動し、回転角θ（偏向角θ）を大きくできる。別表現すると、ユニモルフ部ＹＭの撓み変形が比較的小さくても、トーションバーＴＢ１の存在およびトーションバーＴＢ１が主軸部ＭＡに比較的近くに位置することに起因して、ミラー部ＭＲが比較的大きく偏向する。

なお、回転角θとは、ユニモルフ部ＹＭの影響を受けることなく不動状態にあるミラー部ＭＲと、変動するミラー部ＭＲとの間に生じる角度のことである。

［実施の形態２］
実施の形態２について説明する。なお、実施の形態１で用いた部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、その説明を省略する。

実施の形態１では、主軸方向（Ｘ軸）を基準に回動するミラー部ＭＲ（１次元ミラー）を有する光スキャナＬＳを例に挙げて説明してきた。しかし、これに限定されるものではなく、Ｘ軸およびＹ軸を基準に回動するミラー部ＭＲ（２次元ミラー）を有する光スキャナＬＳであってもよい。そこで、実施の形態２では、２次元ミラーを有する光スキャナＬＳを図４を用いて説明する。

図４は光スキャナＬＳの平面を示している。この図４に示すように、２次元ミラーを有する光スキャナＬＳと図１の１次元ミラーを有する光スキャナＬＳとでは、ミラー部ＭＲが異なり、保持部ＨＤ等は同じである。そこで、ミラー部ＭＲを主として説明する。なお、ミラー部ＭＲに含まれる部材は、実施の形態１同様に、基体ＢＳとなる変形可能なシリコン基板等をエッチングすることにより形成される。

ミラー部ＭＲは、可動枠１１、ミラー片１２、およびミラー片トーションバー（副軸部）１３を含んでいる。

可動枠１１は、ミラー片１２を囲む部材である。詳説すると、可動枠１１は、枠内にミラー片１２を位置させつつ、ミラー片１２から挟持するように延びるミラー片トーションバー１３（１３ａ・１３ｂ）につながっている。また、可動枠１１は、主軸部ＭＡ（ＭＡ１・ＭＡ２）によって支えられる。そのため、この可動枠１１は、実施の形態１同様に、保持部ＨＤの変形を利用して主軸部ＭＡを基準に正逆回転可能となっている。

ミラー片１２は、可動枠１１において並列する開孔Ｈ（第５開孔Ｈ５・第６開孔Ｈ６）によって生じる島状部分（第５開孔Ｈ５・第６開孔Ｈ６同士の間に位置する残部）に、アルミニウム等の金属を反射膜として貼り付けることで形成される。つまり、ミラー片１２は、光を反射させる片材である。

ミラー片トーションバー１３（１３ａ・１３ｂ）は、ミラー片１２の外縁において対向する一端と他端とから外側に延びることで、そのミラー片１２を挟持しつつ揺動可能に支える部材である。かかるミラー片トーションバー１３は、ミラー片１２に接する第５開孔Ｈ５・第６開孔Ｈ６における隅から進出する部分（直線状のスリット部分ＳＰ）で、Ｙ方向に延びる基体ＢＳの一部分を棒状にさせることで形成される。

ここで、以上の光スキャナＬＳにおけるミラー部ＭＲの偏向動作について、図３Ａ・図３Ｂ、および図５Ａ〜図５Ｄを用いて説明する。ここで、図３Ａ・図３Ｂを流用するのは、図４のＢ−Ｂ’線矢視断面図と図１のＡ−Ａ’線矢視断面図とで示される部材が一致し、かつ主軸部ＭＡの回動状態も一致するためである。また、図５Ａ・図５Ｃは図４のＢ−Ｂ’線矢視断面図を示し、図５Ｂ・図５Ｄは図４のＣ−Ｃ’線矢視断面図を示している。

まず、主軸部ＭＡの主軸方向を基準とする回動動作について図３Ａおよび図３Ｂを用いて説明する。この説明では、第１保持部ＨＤ１および第２保持部ＨＤ２のうち、一方のみについて説明するが、この一方の第１保持部ＨＤ１が、可動枠１１を正回転または逆回転させることでミラー片１２を正回転または逆回転させようとしている場合、残りの第２保持部ＨＤ２も同じように可動枠１１を正回転または逆回転させている。

ミラー部ＭＲが主軸方向を基準に正回転するとは、可動枠１１が主軸部ＭＡを基準に正回転し、その正回転によってミラー片１２がＸ軸を基準に正回転することである。このためには、図３Ａに示すように、圧電体ＰＢａを伸ばす電圧が印加されるとともに、圧電素体ＰＢｂを縮ませる電圧が印加される。

このような電圧が印加されると、実施の形態１同様に、トーションバーＴＢ１（ＴＢ１ａ）を介して主軸部ＭＡのＹ（＋）側が押し下げられるとともに、トーションバーＴＢ１（ＴＢ１ｂ）を介して主軸部ＭＡのＹ（−）側が押し上げられ、主軸部ＭＡが正回転する。かかる場合、トーションバーＴＢ１ａ・ＴＢ１ｂは、軸方向（バー軸方向）を基準に簡単にねじれる。そのため、トーションバーの無い光スキャナに比べて、トーションバーＴＢ１を有する光スキャナＬＳは、ミラー部ＭＲを大きく回動させられる。

逆に、ミラー部ＭＲが主軸方向を基準に逆回転するとは、可動枠１１が主軸部ＭＡを基準に逆回転し、その逆回転によってミラー片１２がＸ軸を基準に逆回転することである。このためには、図３Ｂに示すように、圧電体ＰＢａを縮ませる電圧が印加されるとともに、圧電体ＰＢｂを伸ばす電圧が印加される。

このような電圧が印加されると、実施の形態１同様に、トーションバーＴＢ１（ＴＢ１ａ）を介して主軸部ＭＡのＹ（＋）側が押し上げられるとともに、トーションバーＴＢ１（ＴＢ１ｂ）を介して主軸部ＭＡのＹ（−）側が押し下げられ｛主軸部ＭＡのＹ（＋）側・Ｙ（−）側が正回転の場合と逆に移動することで｝、主軸部ＭＡが逆回転する。

以上のような主軸部ＭＡの主軸方向を基準とする回動動作の原理は、実施の形態１で説明した１次元ミラーを有する光スキャナＬＳと同様である。そのため、２次元ミラーを有する光スキャナＬＳであっても、実施の形態１で説明した作用効果が奏ずる。

続いて、Ｙ軸を基準とする回動動作について図５Ａ〜図５Ｄを用いて説明する。なお、図５Ａおよび図５ＢはＹ方向を基準とする正回転の動作を示す一方、図５Ｃおよび図５ＤはＹ方向を基準とする逆回転の動作を示す。また、Ｙ軸を基準とする正回転とは、Ｙ（＋）からＹ（−）に向いて時計回りの回転であり、逆回転は正回転に対して逆方向となる回転のことである（正回転方向をＰ、逆回転方向をＲで図示）。

ミラー部ＭＲがＹ方向を基準に正回転する場合、図５Ａに示すように、第１保持部ＨＤ１の圧電体ＰＢａ・ＰＢｂを伸ばす電圧が印加される。このような電圧が印加されると、伸長する圧電体ＰＢａ・ＰＢｂによって、第１電極ＥＥ１ａ・ＥＥ１ｂに貼り付けられた保持片ＨＤ１ａ・ＨＤ１ｂが、Ｚ（＋）側を凸に撓む。その結果、保持片ＨＤ１ａ・ＨＤ１ｂの第１主軸部ＭＡ１側はＺ（−）に垂れ下がり、第１主軸部ＭＡ１もＺ（−）に向かって変位する。

一方で、図５Ｂに示すように、第２保持部ＨＤ２（第２保持片ＨＤ２ｃ・ＨＤ２ｄ）の圧電体ＰＢｃ・ＰＢｄを縮ませる電圧が印加される。このような電圧が印加されると、収縮する電体ＰＢｃ・ＰＢｄによって、第１電極ＥＥ１ｃ・ＥＥ１ｄに貼り付けられた保持片ＨＤ２ｃ・ＨＤ２ｄが、Ｚ（−）側を凸に撓む。その結果、保持片ＨＤ２ｃ・ＨＤ２ｄの第２主軸部ＭＡ２側はＺ（＋）に跳ね上がり、第２主軸部ＭＡ２もＺ（＋）に向かって変位する。

かかるように、第１保持部ＨＤ１が第１主軸部ＭＡ１をＺ（−）に向かって変位させ、第２保持部ＨＤ２が第２主軸部ＭＡ２をＺ（＋）に向かって変位させると、第１主軸部ＭＡ１および第２主軸部ＭＡ２によって挟持されている可動枠１１は傾く。このように可動枠１１が傾くと、この可動枠１１に備わっているミラー片１２も傾く。そして、この傾きはＹ軸からほぼ等間隔で乖離している第１主軸部ＭＡ１および第２主軸部ＭＡ２の変位で生じる傾きである。そのため、Ｙ軸を基準にして考えると、ミラー片１２はこのＹ軸を基準にして正回転することになる。

次に、ミラー部ＭＲがＹ方向を基準に逆回転する場合、図５Ｃに示すように、第１保持部ＨＤ１の圧電体ＰＢａ・ＰＢｂを縮ませる電圧が印加される。このような電圧が印加されると、収縮する圧電体ＰＢａ・ＰＢｂによって、保持片ＨＤ１ａ・ＨＤ１ｂが、Ｚ（−）に突き出るように撓む。その結果、保持片ＨＤ１ａ・ＨＤ１ｂの第１主軸部ＭＡ１側はＺ（＋）に跳ね上がり、第１主軸部ＭＡ１もＺ（＋）に向かって変位する。

一方で、図５Ｄに示すように、第２保持部ＨＤ２の圧電体ＰＢｃ・ＰＢｄを伸ばす電圧が印加される。このような電圧が印加されると、伸長する圧電体ＰＢｃ・ＰＢｄによって、保持片ＨＤ２ｃ・ＨＤ２ｄが、Ｚ（＋）側を凸に撓む。その結果、保持片ＨＤ２ｃ・ＨＤ２ｄの第２主軸部Ｍ２側はＺ（−）に垂れ下がり、第２主軸部ＭＡ２もＺ（−）に向かって変位する。

かかるように、第１保持部ＨＤ１が第１主軸部ＭＡ１をＺ（＋）に向かって変位させ、第２保持部ＨＤ２が第２主軸部ＭＡ２をＺ（−）に向かって変位させると、正回転同様に、ミラー片１２が傾き、ひいては、ミラー片１２はこのＹ軸を基準にして逆回転することになる。

ただし、以上のような、Ｙ軸を基準とするミラー片１２の正逆回転の回転角θ（偏向角θ）は、比較的小さい。しかしながら、可動枠１１が傾くと、その傾きに追随して、Ｙ軸（Ｙ軸方向）に沿って延びているミラー片トーションバー１３が回転しようとする。

そこで、２次元ミラーを有する光スキャナＬＳでは、可動枠１１を傾かせるために用いる圧電素子ＰＥ（ＰＥａ〜ＰＥｄ）への印加電圧の周波数が、ミラー片トーションバー１３（Ｙ軸方向）を基準とするミラー片１２の回転振動の共振周波数近傍の周波数となっている。このようになっていると、可動枠１１の傾き量が比較的小さかったとしても、ミラー片１２が圧電素子ＰＥに印加される電圧の周波数によって共振し、比較的大きく回動するためである。

なお、実際に圧電素子ＰＥへの印加される電圧の信号は、Ｘ方向を基準にミラー部ＭＲを回動させる信号とＹ方向を基準にミラー部ＭＲを回動させる信号とを合成したものである。

［実施の形態３］
実施の形態３について説明する。なお、実施の形態１・２で用いた部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、その説明を省略する。この実施の形態３では、保持部ＨＤに形成されるトーションバーＴＢ１について詳説する。

まず、トーションバーＴＢ１に生じるねじれ以外の変位について、図６を用いて説明する。なお、図６は、トーションバーＴＢ１を有する第１保持部ＨＤ１の平面図と、その平面図におけるＤ−Ｄ’線矢視断面図とを示しており、ミラー部ＭＲが正回転する場合を示している。

ミラー部ＭＲが正回転する場合、保持片ＨＤ１ａの主軸部ＭＡ側はＺ（−）に垂れ下がる（図３Ａ参照）。このように保持片ＨＤ１ａの主軸部ＭＡ側が垂れ下がると、Ｘ方向において結合部ＣＢから乖離したトーションバーＴＢ１の一端付近における保持片ＨＤ１ａの一部分に、負荷がかかる（斜線楕円参照）。

この負荷は、Ｚ（−）に向く力（斜線矢印参照）であるので、負荷のかかる一部分はＺ（−）に変位する。すると、負荷のかかる一部分とつながるトーションバーの一端も、Ｚ（−）に変位してしまい、トーションバーＴＢ１全体として、断面図に示すような曲がりが生じる。すなわち、トーションバーＴＢ１の一端がＺ方向に向かって変位し、結合部ＣＢにつながるトーションバーＴＢ１の他端は変位しないことで、かかるトーションバーＴＢ１が曲がる。

このような曲がりは、ユニモルフ部ＹＢの変位を吸収してしまうので、その変位によって設定上の回転角θを確保するミラー部ＭＲにとっては望ましくない。そのために、トーションバーＴＢ１の曲がりを極力防止できることが望ましいことになる。

そこで、光スキャナＬＳでは、トーションバーの厚み方向における長さ（厚みＴ）が、トーションバーの幅方向における長さ（幅Ｗ１）よりも長くなっている。このようになっていると、トーションバーＴＢ１の一端にかかるＺ方向の負荷が、比較的に厚いトーションバーＴＢ１の厚みにかかることになり、トーションバーＴＢ１が曲がりにくくなる。そのため、かかるような光スキャナＬＳであれば、トーションバーＴＢ１の曲がりに起因して、ミラー部ＭＲの回転角θが減少しない。

なお、トーションバーＴＢ１の厚み方向は、基体ＢＳの厚み方向と同方向である。詳説すると、トーションバーＴＢ１の厚み方向は、主軸部ＭＡの主軸方向（Ｘ軸方向）に対して垂直方向でかつ第１保持部ＨＤ１の延び方向に対して垂直方向（Ｚ方向）になっている。一方、トーションバーＴＢ１の幅方向は、主軸部ＭＡの主軸方向に対して垂直方向でかつ第１保持部ＨＤ１の延び方向（Ｙ方向）と同方向になっている。

また、トーションバーの厚みＴをトーションバーの幅Ｗ１よりも長くすることは、シリコン基板等から成る基体ＢＳをエッチングするだけで容易に実現できる。なぜなら、基体ＢＳの厚み（トーションバーＴＢ１の厚みと同義）が数１０〜１００μｍであれば、１０μｍ以下の幅（スリット幅）を有するスリットＳＴを極めて近づけて形成できるためである｛なお、アスペクト比（スリットの幅：基体ＢＳの厚み）を２０程度に確保することは比較的容易といえる｝。

その上、スリットＳＴは基体ＢＳを貫通している。そのため、エッチングで貫通しない溝等を形成することでトーションバーＴＢ１を形成する場合に比べて、スリットＳＴ同士の間部分から成るトーションバーＴＢ１の形成は容易といえる。

次に、トーションバーＴＢ１の個数や配置について説明する。トーションバーＴＢ１は、保持部ＨＤ上において、エッチングによって形成されるスリットＳＴ以外の基体ＢＳの一部分（例えば、基体ＢＳ上のスリットＳＴ同士の間部分）であるので、種々の個数や配置が容易にできる。

例えば、図７Ａに示すように、主軸部ＭＡを挟持するようにトーションバーＴＢ１・ＴＢ１が位置してもよい。すなわち、Ｘ方向において１個のトーションバーＴＢ１が各保持片ＨＤ１ａ・ＨＤ１ｂにあればよい。このように各保持片ＨＤ１ａ・ＨＤ１ｂに１個のトーションバーＴＢ１が配置されているだけであっても、十分に保持部ＨＤの撓み変形をねじれ変形に変化させることができるためである。

なお、通常、保持部ＨＤが撓むと、その保持部ＨＤには、主軸方向に対して交差する方向（Ｙ方向等）を基準とする不要な回転振動Ｎが生じる（図７Ａ参照）。そして、この回転振動Ｎは、トーションバーＴＢ１のねじれ変形を吸収したり、共振振動しトーションバーＴＢ１に異常な応力を与えたりする。すなわち、回転振動Ｎは、トーションバーＴＢ１のねじれ変形の障害になる。そこで、この回転振動Ｎが極力生じないようにすることが望ましい。

すると、図７Ｂおよび図７Ｃのように、トーションバーＴＢ１が、主軸部ＭＡの主軸方向に沿って複数並んでいると望ましい。詳説すると、保持片ＨＤ１ａ・ＨＤ１ｂ毎に、２個のトーションバーＴＢ１がＸ方向において並列するとよいし（図７Ｂ参照）、保持片ＨＤ１ａ・ＨＤ１ｂ毎に、４個のトーションバーＴＢ１がＸ方向において並列するとよい(図７Ｃ参照)。

このようにトーションバーＴＢ１が主軸部ＭＡの主軸方向に沿って複数並んでいる場合、回転振動Ｎは、各トーションバーＴＢ１に分散吸収される。そのため、かかる場合、トーションバーＴＢ１が単数しかない場合に比べて、回転振動Ｎが抑制される。

また、複数のトーションバーＴＢ１が主軸部ＭＡの主軸方向に対して垂直（すなわちＹ方向）に並列してもよい。例えば、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、Ｘ方向に沿って並列しかつ主軸部ＭＡに最も近いトーションバーＴＢ１毎から、Ｙ方向に沿いかつ主軸部ＭＡから離れるように、別のトーションバーＴＢ１が配置しているとよい（要は、各保持片ＨＤ１ａ・ＨＤ１ｂにおけるトーションバーＴＢ１が、Ｘ方向およびＹ方向に並列し、マトリックス配置になっているとよい）。

このようになっていると、トーションバーＴＢ１にかかる過剰な負担（過剰なねじれ量）の低減が図れる。例えば、図８Ａの保持部ＨＤがミラー部ＭＲをある回転角θで回転させる場合と、図７Ｂの保持部ＨＤがミラー部ＭＲを同じ回転角θで回転させる場合とを比較すると、前者でのトーションバーＴＢ１のねじれ量は、後者でのトーションバーＴＢ１のねじれ量に比べて少なくなる。

これは、ミラー部ＭＲをある回転角θまで回転させる場合に要する負荷が、複数のトーションバーＴＢ１に分散するためである。すなわち、Ｙ方向に沿う保持部ＨＤの撓み変形（負荷）が、Ｙ方向に沿って並列する複数のトーションバーＴＢ１に分散して伝達されるためである。そして、このようにトーションバーＴＢ１が分散された負荷によって比較的少量しかねじれない場合、そのトーションバーＴＢ１の耐久性は向上することになる。

また、負荷が複数のトーションバーＴＢ１に分散されるということは、いいかえると、比較的小さな負荷もトーションバーＴＢ１に伝達されやすいともいえる。そのため、Ｙ方向に複数並列したトーションバーＴＢ１を備える光スキャナＬＳは、保持部ＨＤの撓み力が小さい場合であっても、ミラー部ＭＲを回動させることができる。

ところで、以上のように複数のトーションバーＴＢ１がＹ方向に沿って並列している場合、トーションバーＴＢ１にかかるモーメントは、主軸部ＭＡに近い場合と遠い場合とで異なる。具体的には、主軸部ＭＡから離れるほど、トーションバーＴＢ１に大きなモーメントがかかる。そして、モーメントが大きいほど、トーションバーＴＢ１のねじれ量も大きくなる。

そこで、Ｙ方向に沿って複数並んでいる各トーションバーＴＢ１では、各々長さ（各全長）が異なるようになっている。詳説すると、各トーションバーＴＢ１の全長は、主軸部ＭＡから離れるにつれて短くなっている。

このようになっていると、主軸部ＭＡから離れたトーションバーＴＢ１ほど、剛性（ねじれ剛性）が大きくなる。そのため、比較的大きい剛性を有するトーションバーＴＢ１は、主軸部ＭＡから離れることで増加したモーメントによって破損しない。また、剛性の比較的大きなトーションバーＴＢ１には大きなモーメントがかかる一方、剛性の比較的小さなトーションバーＴＢ１には小さなモーメントしかかからない（つまり、剛性の大きさとモーメントの大きさとがほぼ比例する）。そのため、各トーションバーＴＢ１のねじれ量（ねじれ角）の調和が図れる（ねじれ角の配分調整が図れる）。

なお、剛性の大きさとモーメントの大きさとをほぼ比例させた方策は、各トーションバーＴＢ１の長さを変えることだけに限定されるものではない。例えば、各トーションバーＴＢ１における幅方向の長さ（幅Ｗ１；図６参照）が異なっていてもよい。詳説すると、各トーションバーＴＢ１の全長はおなじであっても、各トーションバーＴＢ１の幅方向の長さが、主軸部ＭＡから離れるにつれて長くなっていてもよい。

このようになっていると、剛性の大きさとモーメントの大きさとがほぼ比例する。したがって、このような光スキャナＬＳであっても、トーションバーＴＢ１の破損を防止しつつ、各トーションバーＴＢ１のねじれ量の調和を図れる。

なお、各トーションバーＴＢ１における幅方向の長さと各トーションバーの全長との双方が適宜異なるようにすることで、剛性の大きさとモーメントの大きさとをほぼ比例させた方策であってもよい。

［実施の形態４］
実施の形態４について説明する。なお、実施の形態１〜３で用いた部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付記し、その説明を省略する。

この実施の形態では、トーションバーＴＢを有するミラー部を備える光スキャナＬＳについて、図９〜図１２を用いて説明する。なお、図９は平面図である。また、図１０は図９のミラー部ＭＲの拡大図であり、図１１Ａおよび図１１Ｂは図１０のＥ−Ｅ’矢視断面図である。さらに、図１２は図９の破線部分の拡大図である。

図９の光スキャナＬＳは、２次元動作可能なミラー部ＭＲを含んでいる。そして、このミラー部ＭＲは、図４の光スキャナＬＳにおけるミラー部ＭＲ同様に、光を反射させるミラー片（変動片）１２と、ミラー片１２を揺動可能に支持するミラー片トーションバー１３と、ミラー片トーションバー１３につながりつつミラー片１２を囲んでいる可動枠１１と、を含み、さらに、可動枠１１を介して主軸部ＭＡにつながっている。

その上、このミラー部ＭＲは、ミラー片トーションバー１３とは別のトーションバーＴＢを有している（便宜上、第２トーションバーＴＢ２と称す場合がある）。このトーションバーＴＢ２は、主軸方向と交差する方向（直交方向等）に延びるスリット（第４スリットＳＴ４）を、主軸部ＭＡにつながる可動枠１１の端に設けることで形成される。

詳説すると、第１トーションバーＴＢ１に対して直交する方向（例えばＹ方向）に延びた第４スリットＳＴ４と第１開孔Ｈ１・第２開孔Ｈ２との間に位置する基体ＢＳの残部によって、第２トーションバーＴＢ２は形成される（図１２参照）。すなわち、第２トーションバーＴＢ２が、可動枠１１に設けられているスリット以外の部分から成っている。

なお、第４スリットＳＴ４により形成されるトーションバーＴＢ２が可動枠１１に存在するということは、可動枠１１内に間隙が生じるので、その可動枠１１の強度が低下する。そのため、トーションバーＴＢ２を基準にして可動枠１１が傾きやすくなる。

ここで、トーションバーＴＢ２を備える光スキャナＬＳでのミラー部ＭＲの偏向動作について説明する。なお、主軸部ＭＡ（Ｘ軸）を基準にミラー部ＭＲを回動させる動作は、実施の形態２で既述しているので省略し、Ｙ軸を基準とするミラー部ＭＲの回動動作、特にトーションバーＴＢ２に生じるねじれ変形について説明する。

ミラー部ＭＲがＹ方向を基準に正回転する場合、第１保持部ＨＤ１の圧電体ＰＢａ・ＰＢｂを伸ばす電圧が印加され、その第１保持部ＨＤａにおける保持片ＨＤ１ａ・ＨＤ１ｂの第１主軸部ＭＡ１側がＺ（−）に垂れ下がり、第１主軸部ＭＡ１もＺ（−）に向かって変位する。一方で、第２保持部ＨＤ２の圧電体ＰＢｃ・ＰＢｄを縮ませる電圧が印加され、その第２保持部ＨＤにおける保持片ＨＤ２ｃ・ＨＤ２ｄの第２主軸部ＭＡ２側がＺ（＋）に跳ね上がり、第２主軸部ＭＡ２もＺ（＋）に向かって変位する。

かかるように、第１保持部ＨＤ１の第１主軸部ＭＡ１がＺ（−）に向かって変位し、第２保持部ＨＤ２の第２主軸部ＭＡ２がＺ（＋）に向かって変位すると、第１主軸部ＭＡ１と第２主軸部ＭＡ２とによって挟持されている可動枠１１は、図１１Ａに示すように傾く。

ところで、トーションバーＴＢ２が無い場合、主軸部ＭＡは可動枠１１と一体になって、Ｙ軸回りで傾かなくてはならない。つまり、トーションバーＴＢ１および保持部ＨＤにもＹ軸回りのねじれが必要になってくる。しかし、ミラー部ＭＲから離れているトーションバーＴＢ１の一部分にはＺ方向に沿う大きな変位および応力がかかりやすく、それに起因してトーションバーＴＢ１が破損するおそれもある。

トーションバーＴＢ２（ＴＢ２ａ・ＴＢ２ｂ）は、このような破損を防止するために、トーションバーＴＢ１等にＹ軸回りのねじれを過剰に生じさせないようにしている。すなわち、トーションバーＴＢ２は、主軸部ＭＡ（ＭＡ１・ＭＡ２）と可動枠１１との間を曲がりやすくすることで、トーションバーＴＢ１および保持部ＨＤにねじれを生じさせないようにしている。そして、このように主軸部ＭＡ１・ＭＡ２と可動枠１１との間が曲がりやすくなることで、主軸部ＭＡ１・ＭＡ２はＺ方向に沿って相反して移動し、この移動によって、可動枠１１は回転する。その結果、トーションバーＴＢ１等が破損することなく、可動枠１１ひいてはミラー部ＭＲが効率よく回動することになる。

なお、ミラー部ＭＲがＹ方向を基準に逆回転する場合は、ミラー部ＭＲがＹ方向を基準に正回転する場合と同様に説明が可能であるので省略する。

また、トーションバーＴＢ２は、主軸方向に対して交差する方向（例えばＹ方向）に延びている。このようになっていると、Ｘ軸方向に沿ってトーションバーＴＢ２を挟持するように位置する第１主軸部ＭＡ１および第２主軸部ＭＡ２とが変位した場合に、トーションバーＴＢ２がねじれやすいためである。

また、図１３に示すように、トーションバーＴＢ２における厚み方向の長さが、トーションバーＴＢ２における幅方向の長さよりも長いとよい。その理由を図１３を用いて説明する。なお、図１３は、図１２の可動枠１１および第１主軸部ＭＡ１の拡大図と、その平面図におけるＦ−Ｆ’線矢視断面図とを示しており、ミラー部ＭＲが正回転する場合を示している。

可動枠１１（ひいてはミラー部ＭＲ）がＹ軸を基準に正回転する場合、第１主軸部ＭＡ１はＺ（−）に垂れ下がる。このように第１主軸部ＭＡ１が垂れ下がると、第１主軸部ＭＡ１と可動枠１１の繋ぎ目付近に、負荷がかかる（斜線楕円参照）。

この負荷は、Ｚ（−）に向く力（斜線矢印参照）であるので、負荷のかかる一部分はＺ（−）に変位する。すると、負荷のかかる一部分とつながるトーションバーＴＢ２の一端も、Ｚ（−）に変位してしまい、トーションバーＴＢ２全体として、断面図に示すような曲がりが生じる。すなわち、トーションバーＴＢ２の一端がＺ方向に向かって変位し、可動枠１１につながるトーションバーＴＢ２の他端は変位しないことで、かかるトーションバーＴＢ２が曲がる。

このような曲がりは、トーションバーＴＢ２のねじれ変形に寄与しないため望ましくない。しかしながら、トーションバーＴＢ２における厚み方向の長さ（厚みＴ）が、トーションバーＴＢ２における幅方向の長さ（幅Ｗ２）よりも長いと、第１主軸部ＭＡ１の変位に起因する負荷の影響を低減させられるので、トーションバーＴＢ２のねじれ変形が十分に確保できる。

なお、トーションバーＴＢ２の厚み方向は、基体ＢＳの厚み方向と同方向である。詳説すると、トーションバーＴＢ２の厚み方向は、トーションバーＴＢ２の延び方向（Ｙ方向）と主軸部ＭＡの主軸方向（Ｘ軸方向）とに対して垂直方向（Ｚ方向）である。一方、トーションバーＴＢ２の幅方向は、主軸部ＭＡの主軸方向と同方向である。

また、以上のようなトーションバーＴＢ２の個数は特に限定されない。すなわち、図１２に示すように、トーションバーＴＢ２が、Ｘ方向に対して交差するＹ方向に沿って２個形成される場合に限定されず、単数または３個以上形成されていてもよい。

このようになっていると、Ｙ軸を基準とするミラー部ＭＲを回動させようとする場合にもかかわらず、Ｘ軸を基準とする不要な回転振動Ｎが生じたとしても、かかる回転振動Ｎ（図１２参照）は、各トーションバーＴＢ２に分散吸収されるためである。

また、図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、可動枠１１内に、Ｙ方向に延びる第４スリットＳＴ４がＸ方向に並列することで、より多数のトーションバーＴＢ２が形成されてもよい。すなわち、トーションバーＴＢ２が、主軸部ＭＡの軸方向に沿って複数並んでいてもよい。なお、図１４Ａは同形状の第４スリットＳＴ４がＸ方向に並列している可動枠１１を示し、図１４Ｂは、形状の異なる第４スリットＳＴ４が並列している可動枠１１を示している。

このようになっていると、主軸部ＭＡの変位に基づくエネルギー（負荷）が、主軸方向に沿って並列する複数のトーションバーＴＢ２に分散して伝達される。そのため、各トーションバーＴＢ２のねじれ量が少なくてすむ。

また、負荷が複数のトーションバーＴＢ２に分散されるということは、いいかえると、比較的小さな負荷もトーションバーＴＢ２に伝達されやすいことになるので、主軸方向に複数並列したトーションバーＴＢ２を備える光スキャナＬＳは、主軸部ＭＡの変位量が小さい場合であっても、ミラー部ＭＲを回動させることができる。

なお、実施の形態４では、保持部ＨＤに形成されたトーションバーＴＢ１と、ミラー部ＭＲに形成されたトーションバーＴＢ２とを備える光スキャナＬＳについて説明してきた。ただし、光スキャナＬＳは、これに限定されるものではない。

例えば、保持部ＨＤにのみトーションバーＴＢ１が形成されている光スキャナＬＳ（図１および図４参照）、保持部ＨＤおよびミラー部ＭＲの両方にトーションバーＴＢ１・ＴＢ２が形成されている光スキャナＬＳ（図９参照）、ミラー部ＭＲのみにトーションバーＴＢ２が形成されている光スキャナＬＳ、のいずれであってもよい。

要は、保持部ＨＤおよびミラー部ＭＲの少なくとも一方に、トーションバーＴＢが形成されていればよい。なぜなら、トーションバーＴＢが存在するだけで、そのトーションバーに生じるねじれ変形を用いて、ミラー部ＭＲが揺動可能になるためである。

［その他の実施の形態］
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

例えば、圧電素子ＰＥの形状やサイズ（面積）は特に限定されない。例えば、図１および図４に示すように、矩形状の圧電素子であってもよいし、図９に示すように、台形状の圧電素子ＰＥであってもよい。

また、圧電素子ＰＥのサイズは、保持部ＨＤの一面内に包含される程度の面積であってもよいし（保持部ＨＤの面積よりも小さい面積；図１および図４参照）、保持部ＨＤの一面よりも大きな面積であってもよい（図９参照）。ただし、圧電素子ＰＥのサイズが大きいほど、保持部ＨＤを撓ませる力は大きくなるので望ましいといえる。

また、保持部ＨＤを変形させる部材（駆動部）は、圧電素子ＰＥに限定されるものではない。例えば、図１５に示すように、電磁コイル３１と永久磁石３２とから成る電磁ユニット３３が駆動部であってもよい。このような電磁ユニット３３は、保持部ＨＤの一面（表面）に電磁コイル３１を位置させるとともに、保持部ＨＤの裏側に（保持部ＨＤの裏面から乖離して）永久磁石３２を位置させ、電磁コイル３１と永久磁石３２とによって生じる電磁力で、保持部ＨＤを撓ませる。

また、２個の電極から成る静電ユニットが駆動部であってもよい。このような静電ユニットは、保持部ＨＤの裏面に一方の電極を位置させるとともに、保持部ＨＤの裏面から乖離して（保持部ＨＤの裏側に）他方の電極を位置させ、両電極によって生じる静電力で、保持部ＨＤを撓ませる。

なお、説明してきた光スキャナＬＳを搭載する光学機器は、種々想定される。例えば、プロジェクター（画像投影装置）、コピー機やプリンタ等の画像形成装置が一例として挙げられる。また、光スキャナ以外のマイクロスキャナとしては、ミラー部ＭＲに代えてレンズ（屈曲光学系）が搭載されたものや、光源（発光素子）が搭載されたものが挙げられる。

は、１次元の光スキャナの平面図である。 は、図１の光スキャナの部分拡大図である。 は、図１のＡ−Ａ’線矢視断面図であり、（Ａ）は主軸方向を基準に正回転する状態を示し、（Ｂ）は主軸方向を基準に逆回転する状態を示している。 は、２次元の光スキャナの平面図である。 では、（Ａ）・（Ｃ）は図４のＢ−Ｂ’線矢視断面図を示し、（Ｂ）・（Ｄ）は図４のＣ−Ｃ’線矢視断面図を示しており、（Ａ）・（Ｂ）はＹ方向を基準とする正回転の動作を示す一方、（Ｃ）・（Ｄ）はＹ方向を基準とする逆回転の動作を示している。 は、第１トーションバーを有する第１保持部の平面図と、その平面図におけるＤ−Ｄ’線矢視断面図とを示している。 では、（Ａ）はＸ方向において１個のトーションバーが位置する保持部を示す平面図であり、（Ｂ）はＸ方向において２個のトーションバーが位置する保持部を示す平面図であり、（Ｃ）はＸ方向において４個のトーションバーが位置する保持部を示す平面図である。 は、トーションバーが、Ｘ方向およびＹ方向に並列し、マトリックス配置になっている保持部を示す平面図であり、（Ａ）は各トーションバーの全長が同一である保持部を示し、（Ｂ）は各トーションバーの全長が異なる保持部を示している。 は、図４とは異なる２次元の光スキャナの平面図である。 は、図９のミラー部の拡大図である。 は、図１０のＥ−Ｅ’矢視断面図であり、（Ａ）はＹ方向を基準とする正回転の動作を示す一方、（Ｂ）はＹ方向を基準とする逆回転の動作を示している。 は、図９の保持部の部分拡大図である。 は、第２トーションバーを有する可動枠の平面図と、その平面図におけるＦ−Ｆ’線矢視断面図とを示している。 では、（Ａ）は同形状のスリットがＸ方向に並列している可動枠を示す平面図であり、（Ｂ）は、形状の異なるスリットがＸ方向に並列している可動枠を示す平面図である。 は、電磁方式を採用した光スキャナの平面図である。 は、従来の光スキャナの斜視図である。 は、図１６とは異なる従来の光スキャナの平面図である。 は、図１７のａ−ａ’線矢視断面図である。

符号の説明

ＭＲ ミラー部（変動部）
１１ 可動枠
１２ ミラー片（変動片）
１３ ミラー片トーションバー（副軸部）
ＭＡ 主軸部
ＭＡ１ 第１主軸部
ＭＡ２ 第２主軸部
ＨＤ 保持部
ＨＤ１ 第１保持部
ＨＤ２ 第２保持部
ＰＥ 圧電素子（駆動部）
ＴＢ トーションバー
ＴＢ１ 第１トーションバー
ＴＢ２ 第２トーションバー
ＳＴ スリット
ＳＴ１ 第１スリット
ＳＴ２ 第２スリット
ＳＴ３ 第３スリット
ＳＴ４ 第４スリット
ＬＳ 光スキャナ（マイクロスキャナ）

Claims (15)

1. 変動部と、
   上記変動部を揺動可能に支持する主軸部と、
   上記主軸部を保持する変形可能な保持部と、
   を含むマイクロスキャナにあって、
   上記保持部自身の撓み変形をねじれ変形に変化させるトーションバーが、上記の保持部およびミラー部の少なくとも一方に形成され、
   上記トーションバーに生じるねじれ変形を用いて、変動部が揺動するマイクロスキャナ。
2. 上記トーションバーは、上記保持部にスリットを形成することによって設けられており、マイクロスキャナ自身は一基板に形成されている請求項１に記載のマイクロスキャナ。
3. 上記保持部には、保持部自身を変形させる駆動部が設けられている請求項１または２に記載のマイクロスキャナ。
4. 上記変動部は、金属膜を含むことで光を反射させるミラー部になっている請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロスキャナ。
5. 上記保持部に位置するトーションバーを第１トーションバーとすると、
   第１トーションバーは、保持部自身の変形をねじれ変形に変化させて上記主軸部に伝達させている請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロスキャナ。
6. 第１トーションバーが、上記保持部の延び方向に対して交差する方向に延びている請求項５に記載のマイクロスキャナ。
7. 第１トーションバーにおける厚み方向の長さが、第１トーションバーにおける幅方向の長さよりも長い請求項５または６に記載のマイクロスキャナ。
8. 第１トーションバーが、上記保持部の延び方向に対して交差する方向に沿って複数並んでいる請求項５〜７のいずれか１項に記載のマイクロスキャナ。
9. 第１トーションバーは、上記保持部の延び方向に沿って複数並んでいる請求項５〜８のいずれか１項に記載のマイクロスキャナ。
10. 上記保持部の延び方向に沿って複数並んでいる各第１トーションバーでは、
    各第１トーションバーの全長が異なっている請求項９に記載のマイクロスキャナ。
11. 上記の各第１トーションバーの全長は、上記主軸部から離れるにつれて短くなっている請求項１０に記載のマイクロスキャナ。
12. 上記保持部の延び方向に沿って複数並んでいる各第１トーションバーでは、
    各第１トーションバーにおける幅方向の長さが異なっている請求項９に記載のマイクロスキャナ。
13. 上記の各第１トーションバーの幅方向の長さは、上記主軸部から離れるにつれて長くなっている請求項１２に記載のマイクロスキャナ。
14. 上記変動部が、
    変動片と、上記変動片を揺動可能に支持する副軸部と、上記副軸部につながりつつ上記変動片を囲んでいる可動枠と、を含み、
    かつ、上記可動枠を介して上記主軸部につながっている場合に、
    上記変動部に位置するトーションバーを第２トーションバーとすると、
    第２トーションバーは、保持部自身の撓み変形を、主軸部を介して受けつつねじれ変形に変化させるとともに、上記可動枠に伝達させている請求項１〜１３のいずれか１項に記載のマイクロスキャナ。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載のマイクロスキャナを搭載する光学機器。

Images