JP2009294458A - 光スキャナ - Google Patents

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Abstract

【課題】ミラー部の揺動時に、反射光の光学特性に悪影響を与えるミラー部の動的ミラー歪みを効果的に抑制することが可能な光スキャナを提供する。
【解決手段】各基体部２５Ａ、２５Ｂの各反射ミラー部１２側の端縁部は、その両端部を各支持梁部２１Ａ、２１Ｂによって連結され、この各基体部２５Ａ、２５Ｂの外側端縁部は、固定枠５に固定されている。また、一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂの貫通孔１０側の側面部から揺動軸１５に沿って、反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両側面部と各支持梁部２１Ａ、２１Ｂの側面部との略中央位置まで、該貫通孔１０の内側方向に延出された一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂが形成されている。また、反射ミラー部１２は、各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄ及び一対の保持梁部２３Ａ、２３Ｂを介して、揺動軸１５上に形成された一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂによって支持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光スキャナに関するものである。
従来より、ミラー部を揺動軸回りに揺動駆動して所定方向に光を走査する光スキャナに関して種々提案されている。
例えば、従来の光スキャナの一例を図２０に基づいて説明する。図２０は従来の光スキャナの一例を示す平面図である。
図２０に示すように、ミラー部１０１の周囲を囲むように枠体状の可動部１０２を配置し、このミラー部１０１と可動部１０２とを、揺動軸１０３上に形成された各梁１０４Ａ、１０４Ｂと、揺動軸１０３に対して直角方向のミラー１０１の幅方向中心線上に形成された各梁１０４Ｃ、１０４Ｄとによって接続する。そして、揺動軸１０３上に形成された各トーションバー１０５によって可動部１０２を揺動可能に軸支し、当該可動部１０２を揺動駆動するように構成した光スキャナ１００がある。
また、このように構成した光スキャナ１００は、揺動軸１０３に対して直角方向のミラー１０１の幅方向中心線上で、可動部１０２の両外側に静磁界を発生させる一対の永久磁石を配置する。そして、可動部１０２に設けられた不図示のコイルに交番電圧を印加することにより、共振状態でミラー部１０１及び可動部１０２にトーションバー１０５を中心に捻れ振動を誘起することができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１３１６８５号公報（段落（００１６）〜（００２５）、図１〜図３）
しかしながら、上述した特許文献１に記載される構成の光スキャナ１００では、共振状態において、ミラー部１０１の中央部には、ミラー部１０１及び可動部１０２の慣性モーメントや空気抵抗等のために、反射面により反射された反射光の光学特性に影響を与える程度（例えば、撓み量１μｍ以上である。）の動的ミラー歪みが生じるという問題がある。
尚、動的ミラー歪みとは、ミラー部の揺動時に、慣性モーメントや空気抵抗等によってミラー部の反射面に生じる歪みをいう。
ここで、光スキャナ１００を共振状態で駆動した場合のミラー部１０１の動的ミラー歪みの一例を図２１に基づいて説明する。図２１は図２０の光スキャナ１００を共振状態で駆動した場合のミラー部１０１の動的ミラー歪みの一例を模式的に示す拡大斜視図である。尚、図２１では、ミラー部１０１が最大揺動角度まで回動したときの動的ミラー歪みを、ミラー部１０１がほぼ水平になるまで揺動軸１０３回りに回転させて示すものである。
図２１に示すように、光スキャナ１００のミラー部１０１には、慣性モーメントや空気抵抗等のために、反射面に揺動軸１０３に対して直角方向で該揺動軸１０３を中心とする正弦波の変形が生じ、その変形が各梁１０４Ａ〜１０４Ｄを介して可動枠１０２に伝達され、当該可動枠１０２にも揺動軸１０３を中心とする正弦波の変形が生じている。つまり、ミラー部１０１に発生する動的ミラー歪みが、各梁１０４Ａ〜１０４Ｄを介して可動枠１０２で吸収されないため、当該ミラー部１０１の中央部に、１μｍ以上にも達する撓み量が発生する。そのため、ミラー部１０１の中央部における反射面で反射された反射光の光学特性が悪化するという問題がある。
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、ミラー部の揺動時に、反射光の光学特性に悪影響を与えるミラー部の動的ミラー歪みを効果的に抑制することが可能な光スキャナを提供することを目的とする。
前記目的を達成するため請求項１に係る光スキャナは、ミラー部を揺動軸回りに揺動駆動して所定方向に光を走査する光スキャナにおいて、前記ミラー部の揺動軸に沿って一端が支持されて該揺動軸回りに捻れ振動される一対の捻れ梁部と、前記一対の捻れ梁部のそれぞれの他端から前記揺動軸に対して直角方向両側に該揺動軸に対して対称に延出されて前記ミラー部の揺動軸方向の両端部に相対向する一対の保持梁部と、前記一対の保持梁部のそれぞれの両端から延出されて相対向する前記ミラー部の前記揺動軸に対して対称な所定位置に接続される各一対の連結梁部と、前記一対の捻れ梁部に前記揺動軸回りの捻れ振動を誘起する振動誘起部と、を備えたことを特徴とする。
また、請求項２に係る光スキャナは、請求項１に記載の光スキャナにおいて、前記ミラー部は、前記揺動軸に対して直角方向に対称に形成され、前記各一対の連結梁部は、前記一対の保持梁部のそれぞれの両端から揺動軸方向に延出されて相対向する前記ミラー部の揺動軸方向の両端部に接続されていることを特徴とする。
また、請求項３に係る光スキャナは、請求項２に記載の光スキャナにおいて、前記各一対の連結梁部は、それぞれ前記ミラー部の揺動軸方向の両端部の相対向する隅部に接続されていることを特徴とする。
また、請求項４に係る光スキャナは、請求項１に記載の光スキャナにおいて、前記ミラー部は、前記揺動軸に対して直角方向に対称に形成され、前記保持梁部は、相対向する前記ミラー部の揺動軸方向の両端部よりも外側に延出され、前記各一対の連結梁部は、前記一対の保持梁部のそれぞれの両端から揺動軸方向に所定長さ延出された後、更に、前記ミラー部側に延出されて該ミラー部の揺動軸に対して直角方向両端部の相対向する隅部に接続されていることを特徴とする。
また、請求項５に係る光スキャナは、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光スキャナにおいて、前記ミラー部の揺動軸方向の両端部は、相対向する前記保持梁部に対して平行になるように形成されていることを特徴とする。
また、請求項６に係る光スキャナは、請求項１に記載の光スキャナにおいて、前記ミラー部は、中央部分が平面視矩形状に形成されると共に、その中央部分の前記揺動軸に対して直角方向両側端縁部から外側方向に揺動軸方向の幅が徐々に狭くなるように延出されて、該揺動軸に対して直角方向に対称に形成され、前記保持梁部は、相対向する前記ミラー部の中央部分の揺動軸方向の両端部とほぼ同じ長さに形成され、前記各一対の連結梁部は、前記一対の保持梁部のそれぞれの両端から、前記ミラー部の中央部分から徐々に幅が狭くなる揺動軸方向の両端部に沿って、相対向する該ミラー部の揺動軸方向の両端部より外側に延出された後、更に、該ミラー部側に延出されて該ミラー部の揺動軸に対して直角方向両端部の相対向する隅部に接続されていることを特徴とする。
更に、請求項７に係る光スキャナは、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光スキャナにおいて、前記振動誘起部は、前記一対の捻れ梁部のそれぞれの前記一端が長手方向中央部に連結されて相対向するように形成される一対の支持梁部と、前記ミラー部を挟んで前記一対の支持梁部の各長手方向端部にそれぞれ内側端縁部が連結されて、前記揺動軸に対して直角方向に対称に配置される一対の平板状の基体部と、前記一対の基体部の外側端縁部が連結される固定部材と、前記一対の基体部の少なくとも一方の基体部の表面部に形成された励振手段とを有することを特徴とする。
請求項１に係る光スキャナでは、ミラー部の動的ミラー歪みを、各一対の連結梁部を介して、この各一対の連結梁部が両端部に接続された一対の保持梁部に伝達して吸収することが可能となる。このため、ミラー部の揺動時に、当該ミラー部の揺動軸に対して直角方向の各一対の連結梁部によって挟まれた揺動軸を含む中央側の部分の動的ミラー歪みを低減して、反射光の光学特性に悪影響を与えるミラー部の動的ミラー歪みを効果的に抑制することが可能となる。
また、各保持梁部は、一対の捻れ梁部のそれぞれの他端から揺動軸に対して直角方向両側に該揺動軸に対して対称に延出されているため、各捻れ梁部の揺動軸回りの捻れ振動により発生するミラー部の揺動軸をどの方向にも変位させることなく、ミラー部を揺動させることが可能となる。
また、請求項２に係る光スキャナでは、ミラー部の揺動時に、当該ミラー部の反射面において、各連結梁部の幅寸法に相当する両端部分より内側、つまり、中央側の部分の反射面に発生する動的ミラー歪みを低減して、反射光の実効効率の向上を図ることが可能となる。
また、ミラー部は揺動軸に対して直角方向に対称に形成されているため、各捻れ梁部の揺動軸回りの捻れ振動により発生するミラー部の揺動軸をどの方向にも変位させることなく、ミラー部を揺動させることが可能となる。
また、請求項３に係る光スキャナでは、各一対の連結梁部をミラー部の揺動軸方向の両端部の相対向する隅部に接続するため、ミラー部の揺動時に、当該ミラー部の反射面において、各連結梁部の幅寸法に相当する両端部分より内側、つまり、中央側のほぼ全反射面に発生する動的ミラー歪みを低減して、反射光の実効効率の更なる向上を図ることが可能となる。
また、各一対の連結梁部をミラー部の揺動軸方向の両端部の相対向する隅部に接続するため、各一対の連結梁部をミラー部に接続する位置精度の低減化を図ることができ、製品歩留まりの向上を図ることができる。
また、請求項４に係る光スキャナでは、ミラー部の揺動時に、当該ミラー部の揺動軸に対して直角方向の両端部より内側、つまり、ほぼ全反射面に発生する動的ミラー歪みを低減して、反射光の実効効率の向上を図ることが可能となる。
また、ミラー部は揺動軸に対して直角方向に対称に形成されているため、各捻れ梁部の揺動軸回りの捻れ振動により発生するミラー部の揺動軸をどの方向にも変位させることなく、ミラー部を揺動させることが可能となる。
また、各一対の連結梁部をミラー部の揺動軸に対して直角方向両端部の相対向する隅部に接続するため、各一対の連結梁部をミラー部に接続する位置精度の低減化を図ることができ、製品歩留まりの向上を図ることができる。
また、請求項５に係る光スキャナでは、ミラー部の揺動軸方向の両端部は、相対向する保持梁部に対して平行になるように形成されているため、反射面を大きくすることが可能となる。
また、請求項６に係る光スキャナでは、ミラー部の揺動時に、当該ミラー部の揺動軸に対して直角方向の両端部より内側、つまり、ほぼ全反射面に発生する動的ミラー歪みを低減して、反射光の実効効率の向上を図ることが可能となる。
また、ミラー部は、中央部分の揺動軸に対して直角方向両側端縁部から外側方向に揺動軸方向の幅が徐々に狭くなるように形成されているため、揺動軸に対して直角方向両端縁部に作用する慣性モーメントを小さくすることが可能となる。これにより、ミラー部に発生する動的ミラー歪みの更なる低減化を図ることが可能となる。
また、ミラー部は揺動軸に対して直角方向に対称に形成されているため、各捻れ梁部の揺動軸回りの捻れ振動により発生するミラー部の揺動軸をどの方向にも変位させることなく、ミラー部を揺動させることが可能となる。
また、各一対の連結梁部をミラー部の揺動軸に対して直角方向両端部の相対向する隅部に接続するため、各一対の連結梁部をミラー部に接続する位置精度の低減化を図ることができ、製品歩留まりの向上を図ることができる。
更に、請求項７に係る光スキャナでは、一対の基体部の各内側端縁部は、一対の支持梁部によって連結され、この一対の基体部の各外側端縁部は、固定部材に固定されているため、励振手段によって揺動軸を節とする定在的な波を各基体部及び各支持梁部に発生させることが可能となる。これにより、ミラー部は、各一対の連結梁部及び一対の保持梁部を介して、揺動軸上に形成された一対の捻れ梁部によって支持されるため、このミラー部の揺動軸をどの方向にも変位させることなく、ミラー部を揺動させることが可能となる。
以下、本発明に係る光スキャナについて具体化した実施例１乃至実施例４に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。
［光スキャナ１の概略構成］
先ず、実施例１に係る光スキャナ１の概略構成について図１乃至図３に基づき説明する。図１は光スキャナ１の概略構成を模式的に示す分解斜視図である。図２は光スキャナ１の平面図である。図３は図２のＸ１−Ｘ１矢視断面図である。
図１乃至図３に示すように、光スキャナ１は、本体部２がベース３に装着されて構成されている。この本体部２は、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ４３０等である。）、チタン、鉄等、弾性を有する導電性材料を用いて、プレス加工又はエッチングによって形成されている。本体部２の厚さは、約３０μｍ〜１００μｍとされている。
この本体部２は、図１の上部、図２及び図３に示すように、概略的には薄板長方形状を成している。本体部２は、外側に固定枠５を備え、その固定枠５の内側には、長手方向両側縁部に沿ってスリット状の一対の貫通孔６が、相互に対向するように形成されて、平面視長方形状の振動体８が設けられている。
また、振動体８は、長手方向中央位置に光が通過し得る平面視長方形状の貫通孔１０が形成されている。そして、この貫通孔１０の中央部には、反射面１１が形成された平面視略長方形状の反射ミラー部１２が、揺動軸１５に対して直角方向、つまり、反射ミラー部１２の長手方向対称になるように設けられている。そして、反射ミラー部１２の反射面１１は、その長手方向の対称中心線でもある揺動軸１５を中心として揺動させられる。尚、反射ミラー部１２は、長方形に限らず、正方形、略四角形、菱形、多角形、円形、楕円形等であってもよい。
このような本体部２の構成に対応して、ベース３は、図１の下部、図２及び図３に示すように、本体部２との装着状態において固定枠５が装着されるべき支持部１８と、振動体８と対向する凹部１９とを有するように構成されている。凹部１９は、本体部２をベース３に装着した状態において、振動体８が振動によって変位してもベース３と干渉しない形状を有するために形成されている。
また、振動体８は、貫通孔１０の相対向する両側縁部を構成する一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂが形成されている。この一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂは、揺動軸１５に対して長手方向対称に形成されている。また、この一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂの長手方向両端部は、反射ミラー部１２を挟んで、揺動軸１５に対して直角方向に対称に配置された一対の平板状の基体部２５Ａ、２５Ｂの反射ミラー部１２側の端縁部の両端にそれぞれ連結されている。また、この一対の基体部２５Ａ、２５Ｂの外側端縁部は、固定枠５を介してベース３に固定されている。
また、一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂの貫通孔１０側の側面部から揺動軸１５に沿って、反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両側面部と各支持梁部２１Ａ、２１Ｂの側面部との間の略中央位置まで、該貫通孔１０の内側方向に同じ長さになるように延出された一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂが形成されている。また、一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂの反射ミラー部１２側のそれぞれの他端から、揺動軸１５に対して直角方向両側に該揺動軸１５に対して対称に延出された一対の保持梁部２３Ａ、２３Ｂが形成されている。また、この一対の保持梁部２３Ａ、２３Ｂは、相対向する反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両側面部より外側に延出されている。
また、この一対の保持梁部２３Ａ、２３Ｂのそれぞれの揺動軸１５に対して直角方向の両端部から、反射ミラー部１２の揺動軸１５に対して直角方向両端部の相対向する隅部に対向するまで、揺動軸１５方向に延出された後、更に、揺動軸１５に対して直角方向の反射ミラー部１２側に延出されて、該反射ミラー部１２の揺動軸１５に対して直角方向両端部の相対向する隅部に接続された平面視Ｌ字形の各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄが形成されている。
また、一対の保持梁部２３Ａ、２３Ｂは、それぞれ反射ミラー部１２の揺動軸１５上の両側面部と各支持梁部２１Ａ、２１Ｂの側面部との間の略中央位置に位置するように形成されている。また、各保持梁部２３Ａ、２３Ｂの反射ミラー部１２側の各側面部と、各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄの揺動軸１５側の各側面部と、反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両側面部とによって、各保持梁部２３Ａ、２３Ｂと反射ミラー部１２との間には、反射ミラー部１２の両側縁部に沿ってスリット状の一対の貫通孔２０Ａ、２０Ｂが形成されている。
従って、反射ミラー部１２、一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂ、一対の基体部２５Ａ、２５Ｂ、一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂ、一対の保持梁部２３Ａ、２３Ｂ、及び各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄは、揺動軸１５に対して直角方向に対称になるように設けられている。また、反射ミラー部１２、一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂ、一対の基体部２５Ａ、２５Ｂ、一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂ、一対の保持梁部２３Ａ、２３Ｂ、及び各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄは、反射ミラー部１２の揺動軸１５上の揺動軸方向中央位置を通り、この揺動軸１５に対して直交している軸線２７に対して揺動軸１５方向に対称になるように設けられている。
ここで、反射ミラー部１２は、平面視長手方向が約８００μｍ〜１２００μｍで、平面視短手方向（幅方向）が約１００μｍ〜５００μｍに形成されている。また、一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂは、揺動軸１５に対して直交している平面視短手方向（幅方向）が約８０μｍ〜１５０μｍに形成され、揺動軸１５に沿った長手方向が約２５０μｍ〜１５００μｍに形成されている。
また、一対の基体部２５Ａ、２５Ｂのそれぞれの表面部には、約１μｍ〜１０μｍの厚さで平面視約５００μｍ〜１５００μｍ角の略正方形に積層された一対の圧電素子２６Ａ、２６Ｂが形成されている。尚、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂは、平面視正方形に限らず、平面視長方形、略四角形、菱形、多角形、円形、楕円形等であってもよい。
また、一対の圧電素子２６Ａ、２６Ｂは、反射ミラー部１２の揺動軸１５上の揺動軸方向中央位置を通り、この揺動軸１５に対して直交している軸線２７上に中心位置が位置し、且つ、反射ミラー部１２を挟んで揺動軸１５に対して対称になるように形成されている。
また、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂの揺動軸１５に対して直角方向外側の端縁部は、各基体部２５Ａ、２５Ｂの外側端縁部、つまり、各基体部２５Ａ、２５Ｂの固定枠５との連結部から反射ミラー部１２側方向に所定距離離れるように形成されている。従って、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂの揺動軸１５に対して直角方向外側の端縁部は、ベース３の支持部１８の内側面から所定距離離れた位置に形成されている。これにより、後述のように各基体部２５Ａ、２５Ｂ及び各支持梁部２１Ａ、２１Ｂに揺動軸１５を節とする定在的な波を発生させることができる（図５、図６参照）。
この一対の圧電素子２６Ａ、２６Ｂの作製方法は、先ず、固定枠５と振動体８との表面部において、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂを除いた部分にレジスト膜、若しくは、別途用意した各圧電素子２６Ａ、２６Ｂを形成する形状部分が切り抜かれた金属片を用いてマスキングする。その後、ＰＺＴ等の圧電素子のナノサイズの微粒子を吹付けることによって成膜を行なうエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）によって、ＰＺＴ等の圧電素子を約１μｍ〜１０μｍ積層して各圧電素子２６Ａ、２６Ｂを形成後、レジスト膜、若しくは、金属片を除去する。
また、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂの上側には、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂの周縁部と所定隙間を形成するように、約０．２μｍ〜０．６μｍの厚さで積層された一対の上部電極２８Ａ、２８Ｂが形成されている。
この一対の上部電極２８Ａ、２８Ｂの作製方法は、先ず、固定枠５と振動体８との表面部において、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂ上に各上部電極２８Ａ、２８Ｂを形成するように、各上部電極２８Ａ、２８Ｂを形成する表面部分を除いた部分にレジスト膜を形成、若しくは、別途用意した各上部電極２８Ａ、２８Ｂを形成する形状部分が切り抜かれた金属片を用いてマスキングする。その後、物理気相成長法（ＰＶＤ：PhysicalVapor Deposition）や真空蒸着法によって、白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）等を約０．２μｍ〜０．６μｍ積層して各上部電極２８Ａ、２８Ｂを形成後、レジスト膜、若しくは、金属片を除去する。例えば、各上部電極２８Ａ、２８Ｂの部分にチタン（Ｔｉ）を０．０５μｍ積層し、続いて、その上側に白金（Ｐｔ）を０．５μｍ積層後、レジスト膜、若しくは、金属片を除去するようにしてもよい。
従って、後述のように、各基体部２５Ａ、２５Ｂの外側端縁部に対向する固定枠５上の部分と各上部電極２８Ａ、２８Ｂとにワイヤボンディングして、各基体部２５Ａ、２５Ｂ上に形成された各圧電素子２６Ａ、２６Ｂに駆動電圧を印加することが可能となる（図４参照）。つまり、反射ミラー部１２、各捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂ、各保持梁部２３Ａ、２３Ｂ、各連結梁部２４Ａ〜２４Ｄ及び各支持梁部２１Ａ、２１Ｂに負荷を与えることなく、駆動電圧を印加することが可能となる。
尚、上述した本体部２の製造方法においては、圧電素子層として各圧電素子２６Ａ、２６ＢをＡＤ法で、上部電極層として各上部電極２８Ａ、２８Ｂを物理気相成長法や真空蒸着法で形成した。また、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂも物理気相成長法や真空蒸着法で形成してもよい。また、各上部電極２８Ａ、２８ＢをＡＤ法で形成してもよい。この物理気相成長法には、例えば、真空中に不活性ガスを導入しながら基板とターゲット間に直流電圧あるいは交流電圧を印加し、イオン化した不活性ガスをターゲットに衝突させて、はじき飛ばされたターゲット物質を基板に成膜させるスパッタリングがある。但し、これに限らず、化学気相成長法（ＣＶＤ：ChemicalVapor Deposition）によって、圧電素子層、上部電極層のうち、少なくとも一つの層を形成してもよい。
［揺動駆動］
次に、光スキャナ１の揺動駆動について図４乃至図７に基づいて説明する。
図４は反射ミラー部１２の揺動駆動の一例を示す図である。図５は各支持梁部２１Ａ、２１Ｂと反射ミラー部１２が同位相で揺動する第１共振状態を示す図である。図６は図５の揺動状態から１８０度位相がずれた揺動状態を示す図である。
図４に示すように、本体部２の固定枠５と基体部２５Ａ上に形成された上部電極２８Ａとに、駆動回路３１を介して所定駆動電圧（例えば、振幅約３０Ｖの交番電圧に、約３０Ｖのバイアス電圧を付加した電圧である。）を印加する。それにより、基体部２５Ａ上に形成された圧電素子２６Ａには、その印加方向と直交する向き、即ち、揺動軸１５に直交している軸線２７方向の変位が発生される。
また、本体部２の固定枠５と基体部２５Ｂ上に形成された上部電極２８Ｂとに駆動回路３２を介して、駆動回路３１の出力電圧と逆位相で同電圧の駆動電圧を印加する。それにより、基体部２５Ｂ上に形成された圧電素子２６Ｂには、その印加方向と直交する向き、即ち、揺動軸１５に直交している軸線２７方向の変位が、圧電素子２６Ａと反対方向に発生される。
そして、図５及び図６に示すように、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂの変位により、各基体部２５Ａ、２５Ｂは、固定枠５側端部を固定端とし、各支持梁部２１Ａ、２１Ｂ側端部を自由端として、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂの変位が上向きであるか下向きであるかにより、各自由端は、上向き又は下向きに各圧電素子２６Ａ、２６Ｂと同方向に変位する。つまり、各自由端は互いに反対方向に変位する。それにより、各基体部２５Ａ、２５Ｂ及び各支持梁部２１Ａ、２１Ｂには、揺動軸１５を節とする定在的な波を発生させることができる。
また、この揺動軸１５を節とする定在的な波は、各捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂで支持された水平状態にある各保持梁部２３Ａ、２３Ｂ、各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄ、及び、反射ミラー部１２に回転モーメントを与える力を作用させることができ、捻れ振動を誘起する。その結果、各保持梁部２３Ａ、２３Ｂ、各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄ、及び、反射ミラー部１２は、一体となって各捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂの軸心である揺動軸１５回りに揺動される。また、揺動軸１５は、この定在的な波の節に位置するため、どの方向にも変位することがない。
ここで、各保持梁部２３Ａ、２３Ｂ、各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄ、及び、反射ミラー部１２が一体となって揺動軸１５回りに揺動されている際の、反射ミラー部１２の動的ミラー歪みについて図７に基づいて説明する。
図７は光スキャナ１を第１共振状態で駆動した場合の反射ミラー部１２の動的ミラー歪みの一例を模式的に示す拡大斜視図である。尚、図７は、図５に示す反射ミラー部１２が最大揺動角度まで回動したときの動的ミラー歪みを、反射ミラー部１２がほぼ水平になるまで揺動軸１５回りに回転させて示すものである。
図７に示すように、反射ミラー部１２の揺動軸１５回りの揺動時に、慣性モーメントや空気抵抗等によって反射ミラー部１２に発生するＺ軸方向の動的ミラー歪みは、各連結梁部２４Ａ〜２４Ｄを介して各保持梁部２３Ａ、２３Ｂに吸収され、反射面１１のほぼ全面に渡って低減されている。一方、反射ミラー部１２の動的ミラー歪みを吸収する各連結梁部２４Ａ〜２４Ｄ及び各保持梁部２３Ａ、２３Ｂには、揺動軸１５を節とする大きな動的撓みが生じている。
尚、各保持梁部２３Ａ、２３Ｂ、各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄ、及び、反射ミラー部１２が、各支持梁部２１Ａ、２１Ｂと逆位相で揺動する第２共振状態に設定することが可能であるが、この場合においても、反射ミラー部１２に発生するＺ軸方向の動的ミラー歪みは、各連結梁部２４Ａ〜２４Ｄを介して各保持梁部２３Ａ、２３Ｂに吸収され、反射面１１のほぼ全面に渡って低減される。一方、反射ミラー部１２の動的ミラー歪みを吸収する各連結梁部２４Ａ〜２４Ｄ及び各保持梁部２３Ａ、２３Ｂには、揺動軸１５を節とする大きな動的撓みが生じる。
ここで、反射ミラー部１２は、ミラー部の一例として機能する。また、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂと各上部電極２８Ａ、２８Ｂは、励振手段の一例を構成する。また、固定枠５は、固定部材の一例として機能する。また、各支持梁部２１Ａ、２１Ｂ、各基体部２５Ａ、２５Ｂ、固定部５、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂ、各上部電極２８Ａ、２８Ｂは、振動誘起部の一例を構成する。
以上説明した通り、実施例１に係る光スキャナ１では、反射ミラー部１２の慣性モーメントや空気抵抗等によって当該反射ミラー部１２に発生する動的ミラー歪みを、この反射ミラー部１２の揺動軸１５に対して直角方向両端部の相対向する隅部に接続された各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄを介して、この各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄが両端部に接続された一対の保持梁部２３Ａ、２３Ｂに伝達して吸収することが可能となる。
これにより、反射ミラー部１２の揺動時に、当該反射ミラー部１２の揺動軸１５に対して直角方向の両端部より内側、つまり、ほぼ全反射面１１に発生する動的ミラー歪みを低減して、反射光の実効効率の向上を図ることが可能となる。
また、各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄを反射ミラー部１２の揺動軸１５に対して直角方向両端部の相対向する隅部に接続するため、各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄを反射ミラー部１２に接続する位置精度の低減化を図ることができ、製品歩留まりの向上を図ることができる。
また、反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両端部は、相対向する各保持梁部２３Ａ、２３Ｂに対して平行になるように形成されているため、つまり、反射ミラー部１２は平面視長方形に形成されているため、反射面１１を大きくすることが可能となる。
更に、一対の基体部２５Ａ、２５Ｂの各内側端縁部は、一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂによって連結され、この一対の基体部２５Ａ、２５Ｂの各外側端縁部は、固定部材５に固定されているため、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂによって揺動軸１５を節とする定在的な波を各基体部２５Ａ、２５Ｂ及び各支持梁部２１Ａ、２１Ｂに発生させることが可能となる。
これにより、反射ミラー部１２は、各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄ及び一対の保持梁部２３Ａ、２３Ｂを介して、揺動軸１５上に形成された一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂによって支持されるため、反射ミラー部１２を揺動軸１５に対して直角方向に対称に形成することによって、この反射ミラー部１２の揺動軸１５をどの方向にも変位させることなく、反射ミラー部１２を揺動させることが可能となる。従って、反射ミラー部１２の揺動軸１５が、どの方向にも変位しないため、反射ミラー部１２の反射光の実効効率の更なる向上を図ることが可能となる。
また、本体部２をステンレス、チタン、鉄等、弾性を有する導電性材料で形成することによって、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂの下部電極を形成する必要がなくなり、構造の簡素化を図ることが可能となる。
［光スキャナ４１の概略構成］
次に、実施例２に係る光スキャナ４１について図８乃至図１１に基づいて説明する。尚、上記実施例１に係る光スキャナ１と同一符号は、上記実施例１に係る光スキャナ１と同一あるいは相当する部分を示すものである。
図８は実施例２に係る光スキャナ４１の平面図である。図９は図８のＸ２−Ｘ２矢視断面図である。
図８及び図９に示すように、この実施例２に係る光スキャナ４１の全体構成は、上記実施例１に係る光スキャナ１とほぼ同じ構成である。
但し、実施例２に係る光スキャナ４１は、実施例１に係る光スキャナ１の各保持梁部２３Ａ、２３Ｂ及び各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄに替えて、各保持梁部４２Ａ、４２Ｂ及び各一対の連結梁部４３Ａ〜４３Ｄが設けられている点で異なっている。
図８に示すように、一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂの反射ミラー部１２側のそれぞれの他端から、揺動軸１５に対して直角方向両側に該揺動軸１５に対して対称に延出された一対の保持梁部４２Ａ、４２Ｂが形成されている。また、この一対の保持梁部４２Ａ、４２Ｂは、相対向する反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両側面部と同じ長さ、つまり、反射ミラー部１２の揺動軸１５に直角方向の長さと同じ長さになるように延出されている。
また、この一対の保持梁部４２Ａ、４２Ｂのそれぞれの揺動軸１５に対して直角方向の両端部から揺動軸１５方向に延出されて、それぞれ反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両端部の相対向する隅部に接続された各一対の連結梁部４３Ａ〜４３Ｄが形成されている。
また、一対の保持梁部４２Ａ、４２Ｂは、それぞれ反射ミラー部１２の揺動軸１５上の両側面部と各支持梁部２１Ａ、２１Ｂの側面部との間の略中央位置に位置するように形成されている。また、各保持梁部４２Ａ、４２Ｂの反射ミラー部１２側の各側面部と、各一対の連結梁部４３Ａ〜４３Ｄの揺動軸１５側の各側面部と、反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両側面部とによって、各保持梁部４２Ａ、４２Ｂと反射ミラー部１２との間には、反射ミラー部１２の両側縁部に沿ってスリット状の一対の貫通孔４５Ａ、４５Ｂが形成されている。
従って、反射ミラー部１２、一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂ、一対の基体部２５Ａ、２５Ｂ、一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂ、一対の保持梁部４２Ａ、４２Ｂ、及び各一対の連結梁部４３Ａ〜４３Ｄは、揺動軸１５に対して直角方向に対称になるように設けられている。また、反射ミラー部１２、一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂ、一対の基体部２５Ａ、２５Ｂ、一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂ、一対の保持梁部４２Ａ、４２Ｂ、及び各一対の連結梁部４３Ａ〜４３Ｄは、反射ミラー部１２の揺動軸１５上の揺動軸方向中央位置を通り、この揺動軸１５に対して直交している軸線２７に対して揺動軸１５方向に対称になるように設けられている。
［揺動駆動］
次に、光スキャナ４１の揺動駆動について図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０は反射ミラー部１２の揺動駆動の一例を示す図である。
図１０に示すように、上記実施例１に係る光スキャナ１と同様に、光スキャナ４１の本体部２の固定枠５と各上部電極２８Ａ、２８Ｂに、各駆動回路３１、３２を介して逆位相で同電圧の駆動電圧を印加する。それにより、各基体部２５Ａ、２５Ｂ及び各支持梁部２１Ａ、２１Ｂには、揺動軸１５を節とする定在的な波を発生させることができる。
これにより、上記実施例１に係る光スキャナ１と同様に、揺動軸１５を節とする定在的な波は、各捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂで支持された水平状態にある各保持梁部４２Ａ、４２Ｂ、各一対の連結梁部４３Ａ〜４３Ｄ、及び、反射ミラー部１２に回転モーメントを与える力を作用させることができ、捻れ振動を誘起する。その結果、各保持梁部４２Ａ、４２Ｂ、各一対の連結梁部４３Ａ〜４３Ｄ、及び、反射ミラー部１２は、一体となって各捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂの軸心である揺動軸１５回りに揺動される。また、揺動軸１５は、この定在的な波の節に位置するため、どの方向にも変位することがない。
ここで、各支持梁部２１Ａ、２１Ｂと反射ミラー部１２が同位相で揺動する第１共振状態で、各保持梁部４２Ａ、４２Ｂ、各一対の連結梁部４３Ａ〜４３Ｄ、及び、反射ミラー部１２が一体となって揺動軸１５回りに揺動されている際の、反射ミラー部１２の動的ミラー歪みについて図１１に基づいて説明する。
図１１は光スキャナ４１を第１共振状態で駆動した場合の反射ミラー部１２の動的ミラー歪みの一例を模式的に示す拡大斜視図である。尚、図１１は、反射ミラー部１２が最大揺動角度まで回動したときの動的ミラー歪みを、反射ミラー部１２がほぼ水平になるまで揺動軸１５回りに回転させて示すものである。
図１１に示すように、反射ミラー部１２の揺動軸１５回りの揺動時に、慣性モーメントや空気抵抗等によって反射ミラー部１２に発生するＺ軸方向の動的ミラー歪みは、各連結梁部４３Ａ〜４３Ｄを介して各保持梁部４２Ａ、４２Ｂに吸収されている。このため、反射ミラー部１２の反射面１１の各連結梁部４３Ａ、４３Ｄの揺動軸１５側の側縁部との結合点と、各連結梁部４３Ｂ、４３Ｃの揺動軸１５側の側縁部との結合点とによって挟まれた間の領域４７では、反射ミラー部１２に発生するＺ軸方向の動的ミラー歪みは低減されて小さくなっている。
一方、反射ミラー部１２の動的ミラー歪みを吸収する各連結梁部４３Ａ〜４３Ｄ及び各保持梁部４２Ａ、４２Ｂには、揺動軸１５を節とする大きな動的撓みが生じている。このため、反射ミラー部１２の反射面１１の領域４７から揺動軸１５に対して直角方向両外側、つまり、反射ミラー部１２の揺動軸１５に対して直角方向両側端縁部は、Ｚ軸方向の動的ミラー歪みが増大している。
尚、各保持梁部４２Ａ、４２Ｂ、各一対の連結梁部４３Ａ〜４３Ｄ、及び、反射ミラー部１２が、各支持梁部２１Ａ、２１Ｂと逆位相で揺動する第２共振状態に設定することが可能であるが、この場合においても、反射ミラー部１２に発生するＺ軸方向の動的ミラー歪みは、各連結梁部４３Ａ〜４３Ｄを介して各保持梁部４２Ａ、４２Ｂに吸収され、反射面１１の領域４７では、反射ミラー部１２に発生するＺ軸方向の動的ミラー歪みは低減されて小さくなる。一方、反射ミラー部１２の動的ミラー歪みを吸収する各連結梁部４３Ａ〜４３Ｄ及び各保持梁部４２Ａ、４２Ｂには、揺動軸１５を節とする大きな動的撓みが生じる。
以上説明した通り、実施例２に係る光スキャナ４１では、反射ミラー部１２の慣性モーメントや空気抵抗等によって当該反射ミラー部１２に発生する動的ミラー歪みを、この反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両端部の相対向する隅部に接続された各一対の連結梁部４３Ａ〜４３Ｄを介して、この各一対の連結梁部４３Ａ〜４３Ｄが両端部に接続された一対の保持梁部４２Ａ、４２Ｂに伝達して吸収することが可能となる。
これにより、反射ミラー部１２の揺動時に、当該反射ミラー部１２の反射面１１において、各一対の連結梁部４３Ａ〜４３Ｄの幅寸法に相当する両端部分より内側、つまり、領域４７の広い部分に発生する動的ミラー歪みを低減して、反射光の実効効率の向上を図ることが可能となる。
また、各一対の連結梁部４３Ａ〜４３Ｄを反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両端部の相対向する隅部に接続するため、各一対の連結梁部４３Ａ〜４３Ｄを反射ミラー部１２に接続する位置精度の低減化を図ることができ、製品歩留まりの向上を図ることができる。
また、反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両端部は、相対向する各保持梁部４２Ａ、４２Ｂに対して平行になるように形成されているため、つまり、反射ミラー部１２は平面視長方形に形成されているため、反射面１１を大きくすることが可能となる。
更に、一対の基体部２５Ａ、２５Ｂの各内側端縁部は、一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂによって連結され、この一対の基体部２５Ａ、２５Ｂの各外側端縁部は、固定部材５に固定されているため、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂによって揺動軸１５を節とする定在的な波を各基体部２５Ａ、２５Ｂ及び各支持梁部２１Ａ、２１Ｂに発生させることが可能となる。
これにより、反射ミラー部１２は、各一対の連結梁部４３Ａ〜４３Ｄ及び一対の保持梁部４２Ａ、４２Ｂを介して、揺動軸１５上に形成された一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂによって支持されるため、反射ミラー部１２を揺動軸１５に対して直角方向に対称に形成することによって、この反射ミラー部１２の揺動軸１５をどの方向にも変位させることなく、反射ミラー部１２を揺動させることが可能となる。従って、反射ミラー部１２の揺動軸１５が、どの方向にも変位しないため、反射ミラー部１２の反射光の実効効率の更なる向上を図ることが可能となる。
また、本体部２をステンレス、チタン、鉄等、弾性を有する導電性材料で形成することによって、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂの下部電極を形成する必要がなくなり、構造の簡素化を図ることが可能となる。
［光スキャナ６１の概略構成］
次に、実施例３に係る光スキャナ６１について図１２乃至図１５に基づいて説明する。尚、上記実施例１に係る光スキャナ１と同一符号は、上記実施例１に係る光スキャナ１と同一あるいは相当する部分を示すものである。
図１２は実施例３に係る光スキャナ６１の平面図である。図１３は図１２のＸ３−Ｘ３矢視断面図である。
図１２及び図１３に示すように、この実施例３に係る光スキャナ６１の全体構成は、上記実施例１に係る光スキャナ１とほぼ同じ構成である。
但し、実施例３に係る光スキャナ６１は、実施例１に係る光スキャナ１の各保持梁部２３Ａ、２３Ｂ及び各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄに替えて、各保持梁部６２Ａ、６２Ｂ及び各一対の連結梁部６３Ａ〜６３Ｄが設けられている点で異なっている。
図１２に示すように、一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂの反射ミラー部１２側のそれぞれの他端から、揺動軸１５に対して直角方向両側に該揺動軸１５に対して対称に延出された一対の保持梁部６２Ａ、６２Ｂが形成されている。また、この一対の保持梁部６２Ａ、６２Ｂは、相対向する反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両側面部よりも短い長さ、つまり、反射ミラー部１２の揺動軸１５に直角方向の長さよりも短い長さになるように延出されている。
また、この一対の保持梁部６２Ａ、６２Ｂのそれぞれの揺動軸１５に対して直角方向の両端部から揺動軸１５方向に延出されて、それぞれ反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両端部に接続された各一対の連結梁部６３Ａ〜６３Ｄが形成されている。
また、一対の保持梁部６２Ａ、６２Ｂは、それぞれ反射ミラー部１２の揺動軸１５上の両側面部と各支持梁部２１Ａ、２１Ｂの側面部との間の略中央位置に位置するように形成されている。また、各保持梁部６２Ａ、６２Ｂの反射ミラー部１２側の各側面部と、各一対の連結梁部６３Ａ〜６３Ｄの揺動軸１５側の各側面部と、反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両側面部とによって、各保持梁部６２Ａ、６２Ｂと反射ミラー部１２との間には、反射ミラー部１２の両側縁部に沿ってスリット状の一対の貫通孔６５Ａ、６５Ｂが形成されている。
従って、反射ミラー部１２、一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂ、一対の基体部２５Ａ、２５Ｂ、一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂ、一対の保持梁部６２Ａ、６２Ｂ、及び各一対の連結梁部６３Ａ〜６３Ｄは、揺動軸１５に対して直角方向に対称になるように設けられている。また、反射ミラー部１２、一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂ、一対の基体部２５Ａ、２５Ｂ、一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂ、一対の保持梁部６２Ａ、６２Ｂ、及び各一対の連結梁部６３Ａ〜６３Ｄは、反射ミラー部１２の揺動軸１５上の揺動軸方向中央位置を通り、この揺動軸１５に対して直交している軸線２７に対して揺動軸１５方向に対称になるように設けられている。
［揺動駆動］
次に、光スキャナ６１の揺動駆動について図１４及び図１５に基づいて説明する。図１４は反射ミラー部１２の揺動駆動の一例を示す図である。
図１４に示すように、上記実施例１に係る光スキャナ１と同様に、光スキャナ６１の本体部２の固定枠５と各上部電極２８Ａ、２８Ｂに、各駆動回路３１、３２を介して逆位相で同電圧の駆動電圧を印加する。それにより、各基体部２５Ａ、２５Ｂ及び各支持梁部２１Ａ、２１Ｂには、揺動軸１５を節とする定在的な波を発生させることができる。
これにより、上記実施例１に係る光スキャナ１と同様に、揺動軸１５を節とする定在的な波は、各捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂで支持された水平状態にある各保持梁部６２Ａ、６２Ｂ、各一対の連結梁部６３Ａ〜６３Ｄ、及び、反射ミラー部１２に回転モーメントを与える力を作用させることができ、捻れ振動を誘起する。その結果、各保持梁部６２Ａ、６２Ｂ、各一対の連結梁部６３Ａ〜６３Ｄ、及び、反射ミラー部１２は、一体となって各捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂの軸心である揺動軸１５回りに揺動される。また、揺動軸１５は、この定在的な波の節に位置するため、どの方向にも変位することがない。
ここで、各支持梁部２１Ａ、２１Ｂと反射ミラー部１２が同位相で揺動する第１共振状態で、各保持梁部６２Ａ、６２Ｂ、各一対の連結梁部６３Ａ〜６３Ｄ、及び、反射ミラー部１２が一体となって揺動軸１５回りに揺動されている際の、反射ミラー部１２の動的ミラー歪みについて図１５に基づいて説明する。
図１５は光スキャナ６１を第１共振状態で駆動した場合の反射ミラー部１２の動的ミラー歪みの一例を模式的に示す拡大斜視図である。尚、図１５は、反射ミラー部１２が最大揺動角度まで回動したときの動的ミラー歪みを、反射ミラー部１２がほぼ水平になるまで揺動軸１５回りに回転させて示すものである。
図１５に示すように、反射ミラー部１２の揺動軸１５回りの揺動時に、慣性モーメントや空気抵抗等によって反射ミラー部１２に発生するＺ軸方向の動的ミラー歪みは、各連結梁部６３Ａ〜６３Ｄを介して各保持梁部６２Ａ、６２Ｂに吸収されている。このため、反射ミラー部１２の反射面１１の各連結梁部６３Ａ、６３Ｄの揺動軸１５側の側縁部との結合点と、各連結梁部６３Ｂ、６３Ｃの揺動軸１５側の側縁部との結合点とによって挟まれた間の中央部分の領域６７では、反射ミラー部１２に発生するＺ軸方向の動的ミラー歪みは低減されて小さくなっている。
一方、反射ミラー部１２の動的ミラー歪みを吸収する各連結梁部６３Ａ〜６３Ｄ及び各保持梁部６２Ａ、６２Ｂには、揺動軸１５を節とする大きな動的撓みが生じている。
また、反射ミラー部１２の反射面１１の領域６７の揺動軸１５に対して直角方向両外側部分の動的ミラー歪みは、各連結梁部６３Ａ〜６３Ｄを介して各保持梁部６２Ａ、６２Ｂに吸収されないため、Ｚ軸方向の動的ミラー歪みが低減されていない。
尚、各保持梁部６２Ａ、６２Ｂ、各一対の連結梁部６３Ａ〜６３Ｄ、及び、反射ミラー部１２が、各支持梁部２１Ａ、２１Ｂと逆位相で揺動する第２共振状態に設定することが可能であるが、この場合においても、反射ミラー部１２に発生するＺ軸方向の動的ミラー歪みは、各連結梁部６３Ａ〜６３Ｄを介して各保持梁部６２Ａ、６２Ｂに吸収され、反射面１１の領域６７では、反射ミラー部１２に発生するＺ軸方向の動的ミラー歪みは低減されて小さくなる。
一方、反射ミラー部１２の動的ミラー歪みを吸収する各連結梁部６３Ａ〜６３Ｄ及び各保持梁部６２Ａ、６２Ｂには、揺動軸１５を節とする大きな動的撓みが生じる。また、反射ミラー部１２の反射面１１の領域６７から揺動軸１５に対して直角方向両外側部分の動的ミラー歪みは、各連結梁部６３Ａ〜６３Ｄを介して各保持梁部６２Ａ、６２Ｂに吸収されないため、Ｚ軸方向の動的ミラー歪みが低減されていない。
以上説明した通り、実施例３に係る光スキャナ６１では、反射ミラー部１２の慣性モーメントや空気抵抗等によって当該反射ミラー部１２に発生する動的ミラー歪みを、この反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両端部に接続された各一対の連結梁部６３Ａ〜６３Ｄを介して、この各一対の連結梁部６３Ａ〜６３Ｄが両端部に接続された一対の保持梁部６２Ａ、６２Ｂに伝達して吸収することが可能となる。
これにより、反射ミラー部１２の揺動時に、当該反射ミラー部１２の反射面１１において、各一対の連結梁部６３Ａ〜６３Ｄによって挟まれた揺動軸１５を含む中央側の領域６７の部分の動的ミラー歪みを低減して、反射光の実効効率の向上を図ることが可能となる。
また、各一対の連結梁部６３Ａ〜６３Ｄを反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両端部に接続するため、各一対の連結梁部６３Ａ〜６３Ｄを反射ミラー部１２に接続する位置精度の低減化を図ることができ、製品歩留まりの向上を図ることができる。
また、反射ミラー部１２の揺動軸１５方向の両端部は、相対向する各保持梁部６２Ａ、６２Ｂに対して平行になるように形成されているため、つまり、反射ミラー部１２は平面視長方形に形成されているため、反射面１１を大きくすることが可能となる。
更に、一対の基体部２５Ａ、２５Ｂの各内側端縁部は、一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂによって連結され、この一対の基体部２５Ａ、２５Ｂの各外側端縁部は、固定部材５に固定されているため、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂによって揺動軸１５を節とする定在的な波を各基体部２５Ａ、２５Ｂ及び各支持梁部２１Ａ、２１Ｂに発生させることが可能となる。
これにより、反射ミラー部１２は、各一対の連結梁部６３Ａ〜６３Ｄ及び一対の保持梁部６２Ａ、６２Ｂを介して、揺動軸１５上に形成された一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂによって支持されるため、反射ミラー部１２を揺動軸１５に対して直角方向に対称に形成することによって、この反射ミラー部１２の揺動軸１５をどの方向にも変位させることなく、反射ミラー部１２を揺動させることが可能となる。従って、反射ミラー部１２の揺動軸１５が、どの方向にも変位しないため、反射ミラー部１２の反射光の実効効率の更なる向上を図ることが可能となる。
また、本体部２をステンレス、チタン、鉄等、弾性を有する導電性材料で形成することによって、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂの下部電極を形成する必要がなくなり、構造の簡素化を図ることが可能となる。
［光スキャナ８１の概略構成］
次に、実施例４に係る光スキャナ８１について図１６乃至図１９に基づいて説明する。尚、上記実施例１に係る光スキャナ１と同一符号は、上記実施例１に係る光スキャナ１と同一あるいは相当する部分を示すものである。
図１６は実施例４に係る光スキャナ８１の平面図である。図１７は図１６のＸ４−Ｘ４矢視断面図である。
図１６及び図１７に示すように、この実施例４に係る光スキャナ８１の全体構成は、上記実施例１に係る光スキャナ１とほぼ同じ構成である。
但し、実施例４に係る光スキャナ８１は、実施例１に係る光スキャナ１の反射ミラー部１２、各保持梁部２３Ａ、２３Ｂ及び各一対の連結梁部２４Ａ〜２４Ｄに替えて、反射ミラー部８２、各保持梁部８３Ａ、８３Ｂ及び各一対の連結梁部８４Ａ〜８４Ｄが設けられている点で異なっている。
図１６に示すように、貫通孔１０の中央部には、反射面１１が形成された反射ミラー部８２が設けられている。この反射ミラー部８２は、揺動軸１５を含む中央部分が、この揺動軸１５に対して直角方向に長い平面視長方形状に形成され、その中央部分の揺動軸１５に対して直角方向両側端縁部から外側方向に揺動軸１５方向の幅が徐々に狭くなるように延出されて、平面視略横長八角形状に形成されている。
また、この反射ミラー部８２は、揺動軸１５に対して直角方向、つまり、反射ミラー部８２の長手方向対称になるように形成されている。尚、反射ミラー部８２の揺動軸１５を含む中央部分は、平面視長方形に限らず、正方形、略四角形等であってもよい。また、反射ミラー部８２は、平面視略横長八角形状に限らず、平面視楕円形等であってもよい。
また、一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂの反射ミラー部８２側のそれぞれの他端から、揺動軸１５に対して直角方向両側に該揺動軸１５に対して対称に延出された一対の保持梁部８３Ａ、８３Ｂが形成されている。この一対の保持梁部８３Ａ、８３Ｂは、相対向する反射ミラー部８２の中央部分、つまり平面視長方形部分の揺動軸１５方向の両側面部とほぼ同じ長さになるように延出されている。
また、この一対の保持梁部８３Ａ、８３Ｂのそれぞれの揺動軸１５に対して直角方向の両端部から、反射ミラー部８２の中央部分から徐々に幅が狭くなる揺動軸１５方向の両側面部に沿って、相対向する反射ミラー部８２の揺動軸１５方向の両側面部より外側に延出され、その後、反射ミラー部８２の揺動軸１５に対して直角方向両端部の相対向する隅部に対向するまで、揺動軸１５方向に延出された後、更に、揺動軸１５に対して直角方向反射ミラー部８２側に延出されて、該反射ミラー部８２の揺動軸１５に対して直角方向両端部の相対向する隅部に接続された各一対の連結梁部８４Ａ〜８４Ｄが形成されている。
また、一対の保持梁部８３Ａ、８３Ｂは、それぞれ反射ミラー部８２の揺動軸１５上の両側面部と各支持梁部２１Ａ、２１Ｂの側面部との間の略中央位置に位置するように形成されている。また、各保持梁部８３Ａ、８３Ｂの反射ミラー部８２側の各側面部と、各一対の連結梁部８４Ａ〜８４Ｄの揺動軸１５側の各側面部と、反射ミラー部８２の揺動軸１５方向の両側面部とによって、各保持梁部８３Ａ、８３Ｂと反射ミラー部８２との間には、反射ミラー部８２の両側縁部に沿って平面視略弓形の一対の貫通孔８５Ａ、８５Ｂが形成されている。
従って、反射ミラー部８２、一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂ、一対の基体部２５Ａ、２５Ｂ、一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂ、一対の保持梁部８３Ａ、８３Ｂ、及び各一対の連結梁部８４Ａ〜８４Ｄは、揺動軸１５に対して直角方向に対称になるように設けられている。また、反射ミラー部８２、一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂ、一対の基体部２５Ａ、２５Ｂ、一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂ、一対の保持梁部８３Ａ、８３Ｂ、及び各一対の連結梁部８４Ａ〜８４Ｄは、反射ミラー部８２の揺動軸１５上の揺動軸方向中央位置を通り、この揺動軸１５に対して直交している軸線２７に対して揺動軸１５方向に対称になるように設けられている。
ここで、反射ミラー部８２は、平面視長手方向が約８００μｍ〜１２００μｍで、中央部分の平面視短手方向（幅方向）が約１００μｍ〜５００μｍに形成されている。また、一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂは、揺動軸１５に対して直交している平面視短手方向（幅方向）が約８０μｍ〜１５０μｍに形成され、揺動軸１５に沿った長手方向が約２５０μｍ〜１５００μｍに形成されている。
［揺動駆動］
次に、光スキャナ８１の揺動駆動について図１８及び図１９に基づいて説明する。図１８は反射ミラー部８２の揺動駆動の一例を示す図である。
図１８に示すように、上記実施例１に係る光スキャナ１と同様に、光スキャナ８１の本体部２の固定枠５と各上部電極２８Ａ、２８Ｂに、各駆動回路３１、３２を介して逆位相で同電圧の駆動電圧を印加する。それにより、各基体部２５Ａ、２５Ｂ及び各支持梁部２１Ａ、２１Ｂには、揺動軸１５を節とする定在的な波を発生させることができる。
これにより、上記実施例１に係る光スキャナ１と同様に、揺動軸１５を節とする定在的な波は、各捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂで支持された水平状態にある各保持梁部８３Ａ、８３Ｂ、各一対の連結梁部８４Ａ〜８４Ｄ、及び、反射ミラー部８２に回転モーメントを与える力を作用させることができ、捻れ振動を誘起する。その結果、各保持梁部８３Ａ、８３Ｂ、各一対の連結梁部８４Ａ〜８４Ｄ、及び、反射ミラー部８２は、一体となって各捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂの軸心である揺動軸１５回りに揺動される。また、揺動軸１５は、この定在的な波の節に位置するため、どの方向にも変位することがない。
ここで、各支持梁部２１Ａ、２１Ｂと反射ミラー部８２が同位相で揺動する第１共振状態で、各保持梁部８３Ａ、８３Ｂ、各一対の連結梁部８４Ａ〜８４Ｄ、及び、反射ミラー部８２が一体となって揺動軸１５回りに揺動されている際の、反射ミラー部８２の動的ミラー歪みについて図１９に基づいて説明する。
図１９は光スキャナ８１を第１共振状態で駆動した場合の反射ミラー部８２の動的ミラー歪みの一例を模式的に示す拡大斜視図である。尚、図１９は、反射ミラー部８２が最大揺動角度まで回動したときの動的ミラー歪みを、反射ミラー部８２がほぼ水平になるまで揺動軸１５回りに回転させて示すものである。
図１９に示すように、反射ミラー部８２の揺動軸１５回りの揺動時に、慣性モーメントや空気抵抗等によって反射ミラー部８２に発生するＺ軸方向の動的ミラー歪みは、各連結梁部８４Ａ〜８４Ｄを介して各保持梁部８３Ａ、８３Ｂに吸収され、反射面１１のほぼ全面に渡って低減されている。一方、反射ミラー部８２の動的ミラー歪みを吸収する各連結梁部８４Ａ〜８４Ｄ及び各保持梁部８３Ａ、８３Ｂには、揺動軸１５を節とする大きな動的撓みが生じている。
尚、各保持梁部８３Ａ、８３Ｂ、各一対の連結梁部８４Ａ〜８４Ｄ、及び、反射ミラー部８２が、各支持梁部２１Ａ、２１Ｂと逆位相で揺動する第２共振状態に設定することが可能であるが、この場合においても、反射ミラー部８２に発生するＺ軸方向の動的ミラー歪みは、各連結梁部８４Ａ〜８４Ｄを介して、この各連結梁部８４Ａ〜８４Ｄ及び各保持梁部８３Ａ、８３Ｂに吸収され、反射面１１のほぼ全面に渡って低減される。一方、反射ミラー部８２の動的ミラー歪みを吸収する各連結梁部８４Ａ〜８４Ｄ及び各保持梁部８３Ａ、８３Ｂには、揺動軸１５を節とする大きな動的撓みが生じる。
ここで、反射ミラー部８２は、ミラー部の一例として機能する。
以上説明した通り、実施例４に係る光スキャナ８１では、反射ミラー部８２の慣性モーメントや空気抵抗等によって当該反射ミラー部８２に発生する動的ミラー歪みを、この反射ミラー部８２の揺動軸１５に対して直角方向両端部の相対向する隅部に接続された各一対の連結梁部８４Ａ〜８４Ｄ及び一対の保持梁部８３Ａ、８３Ｂに伝達して吸収することが可能となる。
これにより、反射ミラー部８２の揺動時に、当該反射ミラー部８２の揺動軸１５に対して直角方向の両端部より内側、つまり、ほぼ全反射面１１に発生する動的ミラー歪みを低減して、反射光の実効効率の向上を図ることが可能となる。
また、各一対の連結梁部８４Ａ〜８４Ｄを反射ミラー部８２の揺動軸１５に対して直角方向両端部の相対向する隅部に接続するため、各一対の連結梁部８４Ａ〜８４Ｄを反射ミラー部８２に接続する位置精度の低減化を図ることができ、製品歩留まりの向上を図ることができる。
また、反射ミラー部８２は、揺動軸１５に対して直角方向に細長い平面視略横長八角形状に形成されているため、揺動軸１５に対して直角方向両端縁部に作用する慣性モーメントを小さくすることが可能となる。これにより、反射ミラー部８２に発生する動的ミラー歪みの更なる低減化を図ることが可能となる。
更に、一対の基体部２５Ａ、２５Ｂの各内側端縁部は、一対の支持梁部２１Ａ、２１Ｂによって連結され、この一対の基体部２５Ａ、２５Ｂの各外側端縁部は、固定部材５に固定されているため、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂによって揺動軸１５を節とする定在的な波を各基体部２５Ａ、２５Ｂ及び各支持梁部２１Ａ、２１Ｂに発生させることが可能となる。
これにより、反射ミラー部８２は、各一対の連結梁部８４Ａ〜８４Ｄ及び一対の保持梁部８３Ａ、８３Ｂを介して、揺動軸１５上に形成された一対の捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂによって支持されるため、反射ミラー部８２を揺動軸１５に対して直角方向に対称に形成することによって、この反射ミラー部８２の揺動軸１５をどの方向にも変位させることなく、反射ミラー部８２を揺動させることが可能となる。従って、反射ミラー部８２の揺動軸１５が、どの方向にも変位しないため、反射ミラー部８２の反射光の実効効率の更なる向上を図ることが可能となる。
また、本体部２をステンレス、チタン、鉄等、弾性を有する導電性材料で形成することによって、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂの下部電極を形成する必要がなくなり、構造の簡素化を図ることが可能となる。
尚、本発明は前記実施例１乃至実施例４に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。例えば、以下のようにしてもよい。
（Ａ）本体部２をシリコン、石英等、弾性を有する厚さ約３０μｍ〜１００μｍの非導電性材料で形成してもよい。この場合には、厚さ約３０μｍ〜１００μｍの薄長四角形のシリコン基材上等に各貫通孔６、貫通孔１０、各貫通孔２０Ａ、２０Ｂ、４５Ａ、４５Ｂ、６５Ａ、６５Ｂ、８５Ａ、８５Ｂの部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキング後、エッチングして、各貫通孔６及び貫通孔１０、各貫通孔２０Ａ、２０Ｂ、４５Ａ、４５Ｂ、６５Ａ、６５Ｂ、８５Ａ、８５Ｂを形成した後、レジスト膜を除去する。これにより、固定枠５、各反射ミラー部１２、８２、各捻れ梁部２２Ａ、２２Ｂ、各支持梁部２１Ａ、２１Ｂ、各基体部２５Ａ、２５Ｂ、各保持梁部２３Ａ、２３Ｂ、４２Ａ、４２Ｂ、６２Ａ、６２Ｂ、８３Ａ、８３Ｂ、及び、各連結梁部２４Ａ〜２４Ｄ、４３Ａ〜４３Ｄ、６３Ａ〜６３Ｄ、８４Ａ〜８４Ｄが形成される。
また、この場合には、各基体部２５Ａ、２５Ｂ上に各圧電素子２６Ａ、２６Ｂを形成する部分から固定枠５に渡って、白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）等を約０．２μｍ〜０．６μｍ積層して一対の下部電極３１Ａ、３１Ｂ（不図示）を形成する。その後、各下部電極３１Ａ、３１Ｂ上に各圧電素子２６Ａ、２６Ｂを形成後、この各圧電素子２６Ａ、２６Ｂ上に各上部電極２８Ａ、２８Ｂを形成するようにしてもよい。
これにより、固定枠５上の各下部電極３１Ａ、３１Ｂと各上部電極２８Ａ、２８Ｂとにワイヤボンディングして、各基体部２５Ａ、２５Ｂ上に形成された各圧電素子２６Ａ、２６Ｂに互いに逆位相の駆動電圧を印加することが可能となる。また、各上部電極２８Ａ、２８Ｂ、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂ及び各下部電極３１Ａ、３１Ｂを従来のスパッター法やＣＶＤ法等の薄膜技術で形成することが可能となる。
（Ｂ）また、例えば、各圧電素子２６Ａ、２６Ｂに替えて、外部からの交番磁界により延び縮みする超磁歪材料等の磁歪膜や、外部からの交番磁界によって吸引・反発される永久磁石膜をＡＤ法等で形成してもよい。そして、各基体部２５Ａ、２５Ｂの近傍位置にコイルを設け、このコイルに交流電流を流して交番磁界を形成するようにしてもよい。これによって、揺動軸１５を節とする定在的な波を各基体部２５Ａ、２５Ｂ及び各支持梁部２１Ａ、２１Ｂに発生させ、各反射ミラー部１２、８２を揺動軸１５回りに揺動駆動することが可能となる。尚、この場合には、本体部２は、非磁性材料で形成することが望ましい。
（Ｃ）また、例えば、固定枠５を形成することなく、各基体部２５Ａ、２５Ｂの外側端縁部をそれぞれベース３の支持部１８上まで延出して、各基体部２５Ａ、２５Ｂを直接支持部１８上に固着するようにしてもよい。これにより、本体部２を小型化することが可能となる。
実施例１に係る光スキャナの概略構成を模式的に示す分解斜視図である。 光スキャナの平面図である。 図２のＸ１−Ｘ１矢視断面図である。 反射ミラー部の揺動駆動の一例を示す図である。 各支持梁部と反射ミラー部が同位相で揺動する第１共振状態を示す図である。 図５の揺動状態から１８０度位相がずれた揺動状態を示す図である。 実施例１に係る光スキャナを揺動駆動した場合の反射ミラー部の動的ミラー歪みの一例を模式的に示す拡大斜視図である。 実施例２に係る光スキャナの概略構成を示す平面図である。 図８のＸ２−Ｘ２矢視断面図である。 反射ミラー部の揺動駆動の一例を示す図である。 実施例２に係る光スキャナを揺動駆動した場合の反射ミラー部の動的ミラー歪みの一例を模式的に示す拡大斜視図である。 実施例３に係る光スキャナの概略構成を示す平面図である。 図１２のＸ３−Ｘ３矢視断面図である。 反射ミラー部の揺動駆動の一例を示す図である。 実施例３に係る光スキャナを揺動駆動した場合の反射ミラー部の動的ミラー歪みの一例を模式的に示す拡大斜視図である。 実施例４に係る光スキャナの概略構成を示す平面図である。 図１６のＸ４−Ｘ４矢視断面図である。 反射ミラー部の揺動駆動の一例を示す図である。 実施例４に係る光スキャナを揺動駆動した場合の反射ミラー部の動的ミラー歪みの一例を模式的に示す拡大斜視図である。 従来の光スキャナの一例を示す平面図である。 図２０の光スキャナを共振状態で駆動した場合のミラー部の動的ミラー歪みの一例を模式的に示す拡大斜視図である。
符号の説明
１、４１、６１、８１、１００ 光スキャナ
２ 本体部
３ ベース
５ 固定枠
６、１０、２０Ａ、２０Ｂ、４５Ａ、４５Ｂ 貫通孔
６５Ａ、６５Ｂ、８５Ａ、８５Ｂ 貫通孔
１２、８２ 反射ミラー部
１５、１０３ 揺動軸
２１Ａ、２１Ｂ 支持梁部
２２Ａ、２２Ｂ 捻れ梁部
２３Ａ、２３Ｂ、４２Ａ、４２Ｂ、６２Ａ、６２Ｂ、８３Ａ、８３Ｂ 保持梁部
２４Ａ〜２４Ｄ、４３Ａ〜４３Ｄ、６３Ａ〜６３Ｄ、８４Ａ〜８４Ｄ 連結梁部
２５Ａ、２５Ｂ 基体部
２６Ａ、２６Ｂ 圧電素子
２７ 軸線
２８Ａ、２８Ｂ 上部電極
３１、３２ 駆動回路
１０１ ミラー部
１０２ 可動部
１０４Ａ〜１０４Ｄ 梁
１０５ トーションバー

Claims (7)

  1. ミラー部を揺動軸回りに揺動駆動して所定方向に光を走査する光スキャナにおいて、
    前記ミラー部の揺動軸に沿って一端が支持されて該揺動軸回りに捻れ振動される一対の捻れ梁部と、
    前記一対の捻れ梁部のそれぞれの他端から前記揺動軸に対して直角方向両側に該揺動軸に対して対称に延出されて前記ミラー部の揺動軸方向の両端部に相対向する一対の保持梁部と、
    前記一対の保持梁部のそれぞれの両端から延出されて相対向する前記ミラー部の前記揺動軸に対して対称な所定位置に接続される各一対の連結梁部と、
    前記一対の捻れ梁部に前記揺動軸回りの捻れ振動を誘起する振動誘起部と、
    を備えたことを特徴とする光スキャナ。
  2. 前記ミラー部は、前記揺動軸に対して直角方向に対称に形成され、
    前記各一対の連結梁部は、前記一対の保持梁部のそれぞれの両端から揺動軸方向に延出されて相対向する前記ミラー部の揺動軸方向の両端部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
  3. 前記各一対の連結梁部は、それぞれ前記ミラー部の揺動軸方向の両端部の相対向する隅部に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の光スキャナ。
  4. 前記ミラー部は、前記揺動軸に対して直角方向に対称に形成され、
    前記保持梁部は、相対向する前記ミラー部の揺動軸方向の両端部よりも外側に延出され、
    前記各一対の連結梁部は、前記一対の保持梁部のそれぞれの両端から揺動軸方向に所定長さ延出された後、更に、前記ミラー部側に延出されて該ミラー部の揺動軸に対して直角方向両端部の相対向する隅部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
  5. 前記ミラー部の揺動軸方向の両端部は、相対向する前記保持梁部に対して平行になるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光スキャナ。
  6. 前記ミラー部は、中央部分が平面視矩形状に形成されると共に、その中央部分の前記揺動軸に対して直角方向両側端縁部から外側方向に揺動軸方向の幅が徐々に狭くなるように延出されて、該揺動軸に対して直角方向に対称に形成され、
    前記保持梁部は、相対向する前記ミラー部の中央部分の揺動軸方向の両端部とほぼ同じ長さに形成され、
    前記各一対の連結梁部は、前記一対の保持梁部のそれぞれの両端から、前記ミラー部の中央部分から徐々に幅が狭くなる揺動軸方向の両端部に沿って、相対向する該ミラー部の揺動軸方向の両端部より外側に延出された後、更に、該ミラー部側に延出されて該ミラー部の揺動軸に対して直角方向両端部の相対向する隅部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
  7. 前記振動誘起部は、
    前記一対の捻れ梁部のそれぞれの前記一端が長手方向中央部に連結されて相対向するように形成される一対の支持梁部と、
    前記ミラー部を挟んで前記一対の支持梁部の各長手方向端部にそれぞれ内側端縁部が連結されて、前記揺動軸に対して直角方向に対称に配置される一対の平板状の基体部と、
    前記一対の基体部の外側端縁部が連結される固定部材と、
    前記一対の基体部の少なくとも一方の基体部の表面部に形成された励振手段と、
    を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光スキャナ。
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