JP2010237519A

JP2010237519A - 光スキャナ

Info

Publication number: JP2010237519A
Application number: JP2009086457A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Nakajima; 和浩中嶋; Isao Tomita; 勲冨田
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-21
Also published as: WO2010113602A1

Abstract

【課題】梁の一部に形成されたステップ部、又はテーパ部にかかる応力集中が軽減される光スキャナを提供する。
【解決手段】光スキャナ１は、反射ミラー２と、可動梁３ａ、３ｂと、駆動部４ａ〜４ｄと、固定部５と、延出部６ａ〜６ｄとを備えている。反射ミラー２は、揺動軸線ＡＸの回りに揺動可能で、入射した光束を反射して、走査する反射面７を備える。可動梁３ａ、３ｂは、第１梁部８ａ、８ｂと、第２梁部９ａ〜９ｄとから構成される。延出部６ａ〜６ｄは、各々、反射面７に平行な面上で、且つ揺動軸線ＡＸに垂直な方向、即ちＸ軸方向において、第１梁部８ａ、８ｂと、第２梁部９ａ〜９ｄとが連結する連結部ＣＰの近傍の両側から延出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザプリンタや投影型表示装置などに用いられる光スキャナに関する。

従来よりレーザプリンタや投影型表示装置等には光スキャナが使用されている。この光スキャナとして、一般に、回転多面鏡（ポリゴンミラー）を用いるものや、振動駆動型反射鏡（ガルバノミラー）を用いるものがある。このうち、ガルバノミラーは、回転多面鏡と比較して、駆動部を小型化でき、軽量・小型の光スキャナに適している。

図１２は、特許文献１に開示されているガルバノミラーを用いた光スキャナ１０１の分解斜視図である。ベース台１０２は、一対の支持部１０３ａ、１０３ｂと、一対の凹部１０４ａ、１０４ｂと、中間凹部１０４ｃと、を備える。支持部１０３ａと支持部１０３ｂとは、ベース台１０２の上面で互いに対向している。凹部１０４ａ、１０４ｂは支持部１０３ａと支持部１０３ｂとの間に形成され、互いに対向している。中間凹部１０４ｃは、凹部１０４ａと凹部１０４ｂとの間に形成されている。凹部１０４ａと凹部１０４ｂとは、各々支持部１０３ａ、１０３ｂに隣接するように形成されている。振動体１０５は、このようにして構成されたベース台１０２上に配置されている。

振動体１０５は、ミラー部１０６と、一対の支持梁１０７ａ、１０７ｂと、一対の二股梁１０８ａ、１０８ｂと、固定部１０９と、圧電体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄと、を備える。ミラー部１０６はガルバノミラーにより形成されている。支持梁１０７ａと支持梁１０７ｂとは、ミラー部１０６に連結し、ミラー部１０６を挟んで互いに対向している。二股梁１０８ａと二股梁１０８ｂとは、各々支持梁１０７ａ、１０７ｂの端部に連結し、二股に分かれ、固定部１０９に向けて延出し、固定部１０９に連結する。固定部１０９は枠であり、ベース台１０２の支持部１０３ａ、１０３ｂ上に配置される。圧電体１１０ａ、１１０ｂは、二股梁１０８ａと固定部１０９とに跨って備えられ、圧電体１１０ｃ、１１０ｄは二股梁１０８ｂと固定部１０９とに跨って備えられる。圧電体１１０ａ、１１０ｂと圧電体１１０ｃ、１１０ｄとは、電圧が印加されることで分極し、各々二股梁１０８ａ、１０８ｂの長手方向に伸縮する。圧電体１１０ａ、１１０ｂと圧電体１１０ｃ、１１０ｄとの伸縮は、各々二股梁１０８ａ、１０８ｂの厚み方向へ、二股梁１０８ａ、１０８ｂの撓みを引き起こす。二股梁１０８ａ、１０８ｂの撓みが、二股梁１０８ａ、１０８ｂ、支持梁１０７ａ、１０７ｂ、及びミラー部１０６の揺動を引き起こす。

上記のような、ガルバノミラーを用いた光スキャナにおいて、ミラー部１０６の変形を抑え、且つ、圧電体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄの動きを、二股梁１０８ａ、１０８ｂに伝えやすくするために、支持梁１０７ａ、１０７ｂと二股梁１０８ａ、１０８ｂとから構成される梁のうち、ミラー部１０６に近い部分を厚く、圧電体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄに近い部分を薄くする構成が特許文献２に開示されている。この場合、厚い部分と薄い部分との連結部において、ステップ部、又はテーパ部が形成されることになる。

特開２００３−５７５８６号公報特開２００６−１３０５９８号公報

しかしながら、上記のような、梁の一部にステップ部、又はテーパ部を有する光スキャナは、揺動中に梁のステップ部、又はテーパ部に応力が集中するため、ステップ部、又はテーパ部が破損しやすい。

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、光スキャナの梁の一部に形成されたステップ部、又はテーパ部にかかる応力集中を軽減することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明は、入射した光束を反射して、走査する光スキャナであって、揺動軸線の回りに揺動可能な反射面を有するミラー部と、固定部と、前記ミラー部に連結する第１梁部と、前記第１梁部、及び前記固定部に連結し、前記反射面に垂直な方向の厚さが前記第１梁部の前記反射面に垂直な方向の厚さよりも小さい第２梁部と、から構成される可動梁と、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記第１梁部と、前記第２梁部とが連結する連結部の近傍のすくなくとも一方の側から延出する延出部と、前記第２梁部と前記固定部とに跨って設けられ、前記可動梁を振動させる駆動部と、を備えることを特徴とするものである。

請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の発明において、前記延出部は、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記第１梁部と、前記第２梁部とが連結する連結部の近傍の両側から延出することを特徴とするものである。

請求項３記載の本発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記延出部は、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記連結部近傍における前記第１梁部の両側に延出する第１延出部と、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記連結部近傍における前記第２梁部の両側に延出する第２延出部と、を備え、前記第２延出部は、前記第１延出部に連結する第１領域部と、前記第１領域部に連結する第２領域部と、から構成され、前記第２領域部は、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記第１領域部から前記第２梁部に向けて連続的に狭くなることを特徴とするものである。

請求項４記載の本発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第１梁部は、前記ミラー部に連結するミラー支持梁と、前記ミラー支持梁に連結する第１連結部を有し、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記第１連結部から前記ミラー支持梁の両側に延出する延出梁と、前記延出梁の両端の各々に連結する一対の第２連結部を有し、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に平行に前記ミラー部から離れる方向に、前記第２連結部から延出する一対の連結梁と、を備え、前記第２梁部は、前記一対の連結梁の各々に連結する第３連結部を有し、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に平行に前記ミラー部から離れる方向に、前記第３連結部から延出する一対の平行梁を備え、前記第１梁部と前記第２梁部とを、前記ミラー部を挟んだ両側に備えることを特徴とするものである。

請求項１記載の光スキャナによれば、第１梁部と第２梁部との連結部にかかる応力集中を軽減することができる。従って、この連結部の破損を防ぐことができる。

請求項２記載の光スキャナによれば、延出部が、反射面に平行な面上で、且つ揺動軸線に垂直な方向において、第１梁部と第２梁部との連結部近傍の片側から延出する場合と比較し、第１梁部と第２梁部との連結部にかかる応力集中をより軽減することができる。

請求項３記載の光スキャナによれば、揺動軸線に垂直な方向における延出部の幅が、第２領域部の存在により、第２梁部に向かって連続的に変化することから、急激な形状変化による応力集中を抑止することができる。

請求項４記載の光スキャナによれば、第１梁部と第２梁部との連結部にかかる応力集中を軽減することができる。従って、この連結部の破損を防ぐことができる。

請求項４記載の光スキャナにおいて、揺動軸線を挟んで対向する一対の平行梁の間隔を広くすることで、低い駆動電圧で一定の振れ角を得ることができる。駆動電圧が低くなる理由として、一対の平行梁の間隔が広くなることで、光スキャナの揺動時に揺動軸線を中心とする大きなトルクが一対の平行梁にかかることが考えられる。一方、一対の平行梁の間隔を広くすると、大きなトルクがかかる分、第１梁部と第２梁部との連結部にかかる応力は増大する。しかし、この問題に対しては、揺動軸線に垂直方向における延出部の長さを大きくすることで、第１梁部と第２梁部との連結部にかかる応力集中を軽減し、解決することができる。

本発明の一実施形態に係る光スキャナ１の斜視図である。上記光スキャナ１の部分拡大斜視図である。上記光スキャナ１の部分拡大平面図である。上記光スキャナ１の部分拡大平面図である。図４に示した光スキャナ１のＡ−Ａ線に従う断面図である。図４に示した光スキャナ１のＢ−Ｂ線に従う断面図である。本実施形態に係る駆動部４ａ〜４ｄの構成を説明するための説明図である。上記光スキャナ１の揺動を説明するための説明図である。本実施形態に係る延出部６ａ〜６ｄの幅と連結部ＣＰにかかる応力との関係を示すグラフである。本実施形態に係る延出部６ａ〜６ｄの幅と光スキャナ１の共振周波数との関係を示すグラフである。本実施形態に係る構造体の製造工程を示す図である。上記光スキャナ１の網膜走査ディスプレイ２０１における使用例を示す図である。従来の光スキャナ１０１を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

[光スキャナ外観]
図１は、本実施形態の光スキャナ１の外観図である。

光スキャナ１は、共振型の光スキャナである。図１に示すように、光スキャナ１は、反射ミラー２と、可動梁３ａ、３ｂと、駆動部４ａ〜４ｄと、固定部５と、延出部６ａ〜６ｄとを備えている。本実施形態における反射ミラー２が、本発明のミラー部の一例である。本実施形態における可動梁３ａ、３ｂが、本発明の可動梁の一例である。本実施形態における駆動部４ａ〜４ｄが、本発明の駆動部の一例である。本実施形態における固定部５が、本発明の固定部の一例である。本実施形態における延出部６ａ〜６ｄが、本発明の延出部の一例である。なお、反射ミラー２と、可動梁３ａ、３ｂと、駆動部４ａ〜４ｄと、固定部５と、延出部６ａ〜６ｄとは、図示しないベース台上に配置される。可動梁３ａ、３ｂと固定部５と延出部６ａ〜６ｄとはウェットエッチングにより一体成形されている。

反射ミラー２は、ガルバノミラーにより形成されている。反射ミラー２は、揺動軸線ＡＸの回りに揺動可能で、入射した光束を反射して、走査する反射面７を備える。以後、簡略化のため、図１に示すように、光スキャナ１の静止時の、反射面７に平行な面上で、且つ揺動軸線ＡＸに垂直な方向をＸ軸とし、反射面７に平行な面上で、且つ揺動軸線ＡＸに平行な方向をＹ軸とし、反射面７に垂直な方向をＺ軸として定義する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向の定義は、他の図面においても共通のものとする。本実施形態における反射面７が、本発明の反射面の一例である。

可動梁３ａ、３ｂは、反射ミラー２を挟んで互いに対向するように、反射ミラー２に連結している。可動梁３ａ、３ｂは、固定部５に向けて二股に分かれる形状をしている。可動梁３ａ、３ｂは、第１梁部８ａ、８ｂと、第２梁部９ａ〜９ｄとから構成される。第１梁部８ａ及び第２梁部９ａ、９ｂと、第１梁部８ｂ及び第２梁部９ｃ、９ｄとは反射ミラー２を挟んだ両側に備えられている。第１梁部８ａ、８ｂは、各々、第２梁部９ａ、９ｂ、及び第２梁部９ｃ、９ｄに連結する。第１梁部８ａ、８ｂのＺ軸方向の厚さは、９７〜１０３（μｍ）であり、第２梁部９ａ〜９ｄのＺ軸方向の厚さは、４４〜４８（μｍ）であり、第２梁部９ａ〜９ｄのＺ軸方向の厚さは、第１梁部８ａ、８ｂのＺ軸方向の厚さより小さい。このように、第２梁部９ａ〜９ｄのＺ軸方向の厚さを、第１梁部８ａ、８ｂのＺ軸方向の厚さより小さくするのは、反射ミラー２及び第１梁部の剛性を確保し、且つ、駆動部４ａ〜４ｄの動きを、第２梁部９ａ〜９ｄに伝えやすくするためである。後述するウェットエッチングにより、第２梁部９ａ〜９ｄのＺ軸方向の厚さが、第１梁部８ａ、８ｂのＺ軸方向の厚さより小さくなるよう、第２梁部８ａ、８ｂと第２梁部９ａ〜９ｄとを一体成形する場合、第１梁部８ａ、８ｂと第２梁部９ａ〜９ｄとの間は、図１に示すようにテーパ状に形成される。第２梁部９ａ〜９ｄは固定部５に連結する。本実施形態における第１梁部８ａ、８ｂが、本発明の第１梁部の一例である。本実施形態における第２梁部９ａ〜９ｄが、本発明の第２梁部の一例である。

駆動部４ａ〜４ｄは、各々、第２梁部９ａ〜９ｄと固定部５とに跨って、第２梁部９ａ〜９ｄと固定部５との上に設けられている。

延出部６ａ〜６ｄは、各々、反射面７に平行な面上で、且つ揺動軸線ＡＸに垂直な方向、即ちＸ軸方向において、第１梁部８ａ、８ｂと、第２梁部９ａ〜９ｄとが連結する連結部ＣＰの近傍の両側から延出する。連結部ＣＰの「近傍」とは、少なくとも連結部ＣＰを含む範囲を指す。延出部６ａ〜６ｄが、少なくとも連結部ＣＰを含む範囲、即ち、連結部ＣＰの「近傍」に設けられることで、第１梁部８ａ、８ｂと、第２梁部９ａ〜９ｄとが連結する連結部ＣＰにかかる応力集中が軽減される。本実施形態における連結部ＣＰが、本発明の連結部の一例である。

[第１梁部及び第２梁部の構造]
図２を用いて、第１梁部８ａ、８ｂと、及び第２梁部９ａ〜９ｄの詳細な構造について説明する。図２に示すように、第１梁部８ａは、支持梁１０ａと、延出梁１１ａと、一対の連結梁１２ａ、１２ｂとを備える。同様に、第１梁部８ｂは、支持梁１０ｂと、延出梁１１ｂと、一対の連結梁１２ｃ、１２ｄとを備える。第２梁部９ａ、９ｂは、各々、一対の平行梁１３ａ、１３ｂ、及び一対の平行梁１３ｃ、１３ｄを備える。第１梁部８ａ、８ｂは、各々、第２梁部９ａ、９ｂ、及び第２梁部９ｃ、９ｄに連結する連結部ＣＰを有する。延出梁１１ａ、１１ｂは、各々、支持梁１０ａ、１０ｂに連結する第１連結部ＣＰａを有する。連結梁１２ａ、１２ｂ、及び連結梁１２ｃ、１２ｄは、各々、延出梁１１ａ、１１ｂの両端の各々に連結する第２連結部ＣＰｂを有する。平行梁１３ａ〜１３ｄは、各々、連結梁１２ａ〜１２ｄに連結する第３連結部ＣＰｃを有する。支持梁１０ａ、１０ｂは、Ｙ軸方向において、反射ミラー２を挟んで互いに対向するように、反射ミラー２に連結し、反射ミラー２を支持し、反射ミラー２の揺動軸をなす。延出梁１１ａ、１１ｂは、各々、Ｘ軸方向において、第１連結部ＣＰａから支持梁１０ａ、１０ｂの両側に延出する。連結梁１２ａ〜１２ｄは、各々、Ｙ軸方向に反射ミラー２から離れる方向に、第２連結部ＣＰｂから延出する。平行梁１３ａ〜１３ｄは、Ｙ軸方向に反射ミラー２から離れる方向に、第３連結部ＣＰｃから延出する。本実施形態における支持梁１０ａ、１０ｂが、本発明のミラー支持梁の一例である。本実施形態における延出梁１１ａ、１１ｂが、本発明の延出梁の一例である。本実施形態における連結梁１２ａ〜１２ｄが、本発明の連結梁の一例である。本実施形態における平行梁１３ａ〜１３ｄが、本発明の平行梁の一例である。本実施形態における第１連結部ＣＰａ、第２連結部ＣＰｂ、第３連結部ＣＰｃが、各々、本発明の第１連結部、第２連結部、第３連結部の一例である。

図３を用いて、延出部６ａ〜６ｄの詳細な構造について説明する。図３では、簡略化のため、可動梁３ａのみが示されているが、可動梁３ｂも同様の構造を有する。図３に示すように、延出部６ａ、６ｂは、各々、第１延出部１４ａ、１４ｂと、第２延出部１５ａ、１５ｂとを備える。第１延出部１４ａ、１４ｂは、各々、Ｘ軸方向において、連結部ＣＰ近傍における連結梁１２ａ、１２ｂの両側に延出している。第２延出部１５ａ、１５ｂは、各々、Ｘ軸方向において、連結部ＣＰ近傍における平行梁１３ａ、１３ｂの両側に延出している。第２延出部１５ａ、１５ｂは、各々、第１延出部１４ａ、１４ｂに連結する第１領域１７ａ、１７ｂと、第１領域１７ａ、１７ｂに連結する第２領域１８ａ、１８ｂとを備える。第２領域１８ａ、１８ｂは、図３に示すように、各々、Ｘ軸方向において、第１領域１７ａ、１７ｂから第２梁部９ａ、９ｂに向けて連続的に狭くなる形状をしている。第２領域１８ａ、１８ｂの「連続的に狭くなる形状」とは、第２領域１８ａ、１８ｂが、直角を有する形状をした部分は含まないことを意味する。これは、第２領域１８ａ、１８ｂが、直角を有する形状をした部分を含む場合、この直角の部分に応力が集中し、光スキャナ１が破損する恐れがあるためである。図３には図示していないが、可動梁３ｂも、可動梁３ａと同様に、各々、第１延出部と、第２延出部とを備え、第２延出部は、各々、第１領域と、第２領域とを備える。本実施形態における第１延出部１４ａ、１４ｂが、本発明の第１延出部の一例である。本実施形態における第２延出部１５ａ、１５ｂが、本発明の第２延出部の一例である。本実施形態における第１領域１７ａ、１７ｂが、本発明の第１領域部の一例である。本実施形態における第２領域１８ａ、１８ｂが、本発明の第２領域部の一例である。

延出部６ａと第１梁部８ａと第２梁部９ａとは、図４、図５（ａ）、及び図５（ｂ）に示す形状をしている。図５（ａ）において、Ｌａ＝６５（μｍ）、Ｌｂ＝１００（μｍ）である。Ｌｔは、図５（ａ）に示すように第１梁部８ａのテーパ部分のＸ軸方向の幅である。Ｌｔは、後述のウェットエッチングが施される時間によりバラツキがあり、Ｌｔ＝２９〜３５（μｍ）である。延出部６ｂ〜６ｄと第１梁部８ｂ〜８ｄと第２梁部９ｂ〜９ｄも図５に示した寸法と同一の寸法を有する。図５（ｂ）において、Ｈ１＝９７〜１０３（μｍ）であり、Ｈ２＝４４〜４８（μｍ）である。

[駆動部の構造]
図６を用いて、駆動部４ａ〜４ｄの構造について詳細に説明する。図６では代表して、駆動部４ａのみが示されているが、駆動部４ｂ〜４ｄも駆動部４ａと同一の構成を有する。駆動部４ａは、図６に示すように、薄板状の圧電体１９ａが、上部電極２０ａと下部電極２１ａとに挟まれた積層体である。圧電体１９ａは、電圧印加により変形するチタン酸ジルコン酸鉛（以後、「ＰＺＴ」と記す。）である。駆動部４ａは、図６に示すように、固定部５の凹部５ａと第２梁部９ａの平行梁１３ａとに跨って、凹部５ａと平行梁１３ａとの上に設けられている。下部電極２１ａは、凹部５ａと平行梁１３ａとに接着固定されている。駆動部４ｂ〜４ｄも、駆動部４ａと同様に、各々、圧電体１９ｂ〜１９ｄと、上部電極２０ｂ〜２０ｄと下部電極２１ｂ〜２１ｄとを備える。

上部電極２０ａ〜２０ｄと下部電極２１ａ〜２１ｄとは、各々図示しないリード線により、固定部５に設けられた一対の入力端子に接続されている。そして、入力端子を介して、電圧が駆動部４ａ、４ｃまたは駆動部４ｂ、４ｄに印加され、圧電体１９ａ、１９ｃまたは圧電体１９ｂ、１９ｄが伸縮変形する。圧電体１９ａ〜１９ｄが伸縮変形することにより、平行梁１３ａ〜１３ｄがＺ軸方向の上側、または下側に屈曲する。平行梁１３ａ〜１３ｄが上側に屈曲するか、下側に屈曲するかは、上部電極２０ａ〜２０ｄ、下部電極２１ａ〜２１ｄ間の電圧の大小によって制御される。なお、Ｚ軸方向の上側、下側とは、各々、Ｚ軸の正の領域側、負の領域側であり、厳密にＺ軸方向に平行な方向を指してはいない。

[動作説明]
図７を用いて、光スキャナ１の揺動について説明する。図７は、簡略化のため、反射ミラー２と可動梁３ａ、３ｂのみを示している。図７において、実線により示した光スキャナ１は静止時の光スキャナ１を示す。また、一点鎖線により示した光スキャナ１は揺動時のある揺動角度における光スキャナ１を示す。平行梁１３ａ、及び１３ｃがＺ軸方向の上側に、平行梁１３ｂ及び１３ｄがＺ軸方向の下側に屈曲するよう電圧を印加し、次に、平行梁１３ａ、及び１３ｃがＺ軸方向の下側に、平行梁１３ｂ及び１３ｄがＺ軸方向の上側に屈曲するよう電圧を印加する。このように駆動部４ａ、４ｃまたは駆動部４ｂ、４ｄに印加される電圧の大小を周期的に変化させることで、光スキャナ１は、揺動軸線ＡＸを中心に揺動する。反射面７は、揺動軸線ＡＸを中心に揺動しながら、入射した光束を反射する。このように光束が反射面７により反射されることで、光束が走査される。

以上のように、光スキャナ１の揺動は、駆動部４ａ〜４ｄに対する周期的な電圧印加により引き起こされる平行梁１３ａ〜１３ｄの屈曲に起因するものである。第１梁部８ａ、８ｂと、第２梁部９ａ〜９ｄとが連結する連結部ＣＰは、可動梁３ａ、３ｂのうち、第１梁部８ａ、８ｂと、第２梁部９ａ〜９ｄとの境目に位置し、形状が急激に変化する部分であるため、平行梁１３ａ〜１３ｄが屈曲し、光スキャナ１が揺動することで、第１梁部８ａ、８ｂと、第２梁部９ａ〜９ｄとが連結する連結部ＣＰに応力が集中する。

揺動軸線ＡＸを挟んで対向する一対の平行梁１３ａ、１３ｂと一対の平行梁１３ｃ、１３ｄとの各々の間隔を広くすることで、低い駆動電圧で一定の振れ角を得ることができる。駆動電圧が低くなる理由として、一対の平行梁１３ａ、１３ｂと一対の平行梁１３ｃ、１３ｄとの各々の間隔が広くなることで、反射面７の揺動時に揺動軸線ＡＸを中心とする大きなトルクが平行梁１３ａ〜１３ｄにかかることが考えられる。一方、一対の平行梁１３ａ、１３ｂと一対の平行梁１３ｃ、１３ｄとの各々の間隔を広くすると、大きなトルクがかかる分、第１梁部８ａ、８ｂと、第２梁部９ａ〜９ｄとが連結する連結部ＣＰにかかる応力は増大する。本実施形態における延出部６ａ〜６ｄは、上述のような連結部ＣＰにかかる応力集中を軽減するためのものである。

[解析結果]
図８、及び図９を用いて、連結部ＣＰにかかる応力に対するシミュレーションによる解析結果を説明する。図８は、延出部６ａ〜６ｄのＸ軸方向に対する幅と連結部ＣＰにかかる応力との関係に対する解析結果を示す。図９は、延出部６ａ〜６ｄのＸ軸方向に対する幅と光スキャナ１の共振周波数との関係に対する解析結果を示す。以後、延出部６ａ〜６ｄの「内側」、「外側」、「両側」と表記した場合、各々、Ｘ軸方向において「揺動軸線ＡＸに向かう側」、「揺動軸線ＡＸから離れる側」、「揺動軸線ＡＸに向かう側と揺動軸線ＡＸから離れる側との両側」を示すものとする。ここで、延出部６ａ〜６ｄのＸ軸方向に対する幅とは、延出部６ａ〜６ｄが両側に延出している場合は、図５（ａ）に示したＬｂに対応する。ただし、延出部６ａ〜６ｄが図５（ａ）に示したように両側に延出している場合、例えば、図８、及び図９において、幅が１００（μｍ）であることは、Ｌｂ＝５０（μｍ）であることを意味する。また、延出部が６ａ〜６ｄが内側、または外側、即ち片側に延出している場合は、図１〜図７には示されていないが、例えば、図８、及び図９において、幅が１００（μｍ）であることは、図５（ａ）に示した一対のＬｂのうち、片側がＬｂ＝１００（μｍ）であり、もう一方の側がＬｂ＝０（μｍ）であることを意味する。

図８に示すように延出部６ａ〜６ｄのＸ軸方向に対する幅が広くなればなるほど、連結部ＣＰにかかる応力集中が軽減されていることがわかる。また、延出部６ａ〜６ｄが両側に延出している場合に連結部ＣＰにかかる応力集中が最も軽減されていることがわかる。また、図９に示すように延出部６ａ〜６ｄのＸ軸方向に対する幅が０〜３００（μｍ）の範囲である場合、光スキャナ１の共振周波数は、おおよそ３０ｋＨｚ以上であることがわかる。後述する網膜走査ディスプレイのような画像表示装置に光スキャナ１を適用する場合、光スキャナ１の共振周波数が下がるほど、それだけ１秒あたりの走査線数が減少するため、表示する画像の解像度が低くなる。網膜走査ディスプレイにおいては、光スキャナ１の３０ｋＨｚ以上の共振周波数が必要である。本実施形態に係る光スキャナ１は、図９に示すように、延出部６ａ〜６ｄのＸ軸方向に対する幅が０〜３００（μｍ）の範囲である場合、光スキャナ１の共振周波数は、３０ｋＨｚ以上である。従って、光スキャナ１を網膜走査ディスプレイに適用した場合、表示する画像の解像度の低下を招くことなく、連結部ＣＰにかかる応力集中を軽減することができる。

[構造体の製造方法]
図１０を用いて、本実施形態における可動梁３ａ、３ｂ、固定部５、及び延出部６ａ〜６ｄの製造方法について説明する。なお、可動梁３ａ、３ｂと固定部５と延出部６ａ〜６ｄとは同一のシリコン基板から製造されるため、以後、可動梁３ａ、３ｂと固定部５と延出部６ａ〜６ｄとをまとめて、「構造体」と記す。

まず、図１０に示すように、弾性を有する板状のシリコン基板が被エッチング材として準備される（ステップＳ１、以下Ｓ１と記す）。次に、シリコン基板の両面にフォトレジストが塗布され、シリコン基板の両面にレジスト膜が形成される（Ｓ２）。レジスト膜が形成されると、フォトリソグラフィ技術が用いられ、レジスト膜に対して、所定のパターン光が露光される。所定のパターン光が露光されることにより、レジスト膜のうち不要な部分が除去される。これにより、シリコン基板の両面上に、各々、マスクパターンが形成される（Ｓ３）。マスクパターンが形成されると、シリコン基板とマスクパターンとの積層体が、エッチング溶液を収容しているエッチング槽に浸漬され、ウェットエッチングが施される（Ｓ４）。ウェットエッチングが施されると、シリコン基板とマスクパターンとの積層体が、エッチング槽から取り出され（Ｓ５）、続いて、マスクパターンがシリコン基板の両面から剥離される（Ｓ６）。以上の製造方法により、所定の形状をした構造体が製造される。

本実施形態に係る光スキャナ１の可動梁３ａ、３ｂには、前述の通り、Ｚ軸方向の厚さが小さい部分と、大きい部分が存在する。具体的には、図５（ｂ）において示したように、第１梁部８ａの厚さＨ１＝９７〜１０３（μｍ）であり、第２梁部９ａの厚さＨ２＝４４〜４８（μｍ）であり、Ｈ１＞Ｈ２である。この厚さの違いを図１０に示した製造工程により形成するには、Ｓ２、及びＳ３において、第１梁部８ａを形成する部分に対しては、シリコン基板の両面に、レジスト膜を残し、第２梁部９ａを形成する部分に対しては、シリコン基板の片面にだけ、レジスト膜を残せばよい。このように、レジスト膜が形成されることにより、第１梁部８ａを厚く、第２梁部９ａを薄く、形成することが可能となる。第１梁部８ｂ〜８ｄ、及び第２梁部９ｂ〜９ｄについても、各々、第１梁部８ａ、及び第２梁部９ａと同様の製造工程にて形成される。

[光スキャナ使用例]
本実施形態に係る光スキャナ１の網膜走査ディスプレイ２０１における使用例について、図１１を用いて説明する。網膜走査ディスプレイ２０１とは、ヘッドマウントディスプレイ装置（以後、「ＨＭＤ」と記す。）の一形態であり、装着者の頭部およびその近辺に装着され、画像光を装着者の眼に導き、装着者の網膜上で２次元方向に走査することにより、画像情報に対応する画像が装着者により視認されるように構成されたものである。

網膜走査ディスプレイ２０１は、光束生成部２２０と、水平走査部２６０と、垂直走査部２８０とを備えている。

光束生成部２２０は、外部から供給される画像情報Ｓに基づいて画像光を生成し、水平走査部２６０に供給する。水平走査部２６０は、光束生成部２０により生成された画像光を水平方向に走査し、水平方向に走査された画像光をリレー光学系２６２を介して、垂直走査部２８０に供給する。垂直走査部２８０は、リレー光学系２６２を介して、水平走査部２６０から供給された画像光を垂直方向に走査し、垂直方向に走査された画像光をリレー光学系２９０を介して、装着者の瞳孔Ｅａに供給する。

光束生成部２２０は、信号処理回路２２１と、光源部２３０と、光合成部２４０と、を備えている。

画像データＳが、外部から信号処理回路２２１に供給される。信号処理回路２２１は、供給された画像データＳに基づいて、画像を合成するための要素となる青、赤、緑の各画像信号、Ｂ映像信号、Ｒ映像信号、Ｇ映像信号を生成し、光源部２３０に供給する。信号処理回路２２１は、水平走査部２６０を駆動するための水平同期信号を水平走査部２６０に供給し、垂直走査部２８０を駆動するための垂直同期信号を垂直走査部２８０に供給する。

光源部２３０は、信号処理回路２２１から供給されるＢ映像信号、Ｒ映像信号、Ｇ映像信号をそれぞれ画像光にする画像光出力部として機能する。光源部２３０は、青色の画像光を発生するＢレーザ２３４及びＢレーザ２３４を駆動するＢレーザドライバ２３１と、赤色の画像光を発生するＲレーザ２３５及びＲレーザ２３５を駆動するＲレーザドライバ２３２と、緑色の画像光を発生するＧレーザ２３６及びＧレーザ２３６を駆動するＧレーザドライバ２３３と、を備えている。

光合成部２４０は、光源部２３０から出力された３つの画像光を供給され、３つの画像光を１つの画像光に合成して任意の画像光を生成する。光合成部２４０は、光源部２３０から入射する画像光を平行光にコリメートする。光合成部２４０は、コリメート光学系２４１、２４２、２４３と、このコリメートされた画像光を合成するためのダイクロイックミラー２４４、２４５、２４６と、合成された画像光を伝送ケーブル２５０に導く結合光学系２４７とを備えている。各レーザ２３４、２３５、２３６から出射したレーザ光は、コリメート光学系２４１、２４２、２４３によってそれぞれ平行光化された後に、ダイクロイックミラー２４４、２４５、２４６に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー２４４、２４５、２４６により、各画像光が波長に関して選択的に反射または透過される。

コリメート光学系２５１は、伝送ケーブル２５０を介して出射される画像光を平行光化し、水平走査部２６０に導く。

水平走査部２６０は、コリメート光学系２５１で平行光化された画像光を画像表示のために水平方向に往復走査する。垂直走査部２８０は、水平走査部２６０で水平方向に走査された画像光を垂直方向に往復走査する。リレー光学系２７０は、水平走査部２６０と垂直走査部２８０との間に設けられ、水平走査部２６０により走査された画像光を、垂直走査部２８０に導く。リレー光学系２９０は、水平方向と垂直方向とに走査（２次元的に走査）された画像光を瞳孔Ｅａへ出射する。

水平走査部２６０は、共振型偏向素子２６１と、水平走査制御回路２６２と、を備えている。

本実施形態に係る光スキャナ１は、共振型偏向素子２６１に用いられる。共振型偏向素子２６１は、画像光を水平方向に走査するための反射面を有する。水平走査制御回路２６２は、信号処理回路２２１から供給される水平同期信号に基づいて、共振型偏向素子２６１を共振させる。

リレー光学系２７０は、水平走査部２６０と垂直走査部２８０との間で画像光を中継する。共振型偏向素子２６１によって水平方向に走査された光は、リレー光学系２７０によって垂直走査部２８０内の偏向素子２８１の反射面に収束される。

垂直走査部２８０は、偏向素子２８１と、垂直走査制御回路２８２と、を備えている。

本実施形態に係る光スキャナ１は、偏向素子２８１に用いられる。偏向素子２８１は、リレー光学系２７０により導かれた画像光を垂直方向に走査する。垂直走査制御回路２８２は、信号処理回路２２１から供給される垂直同期信号に基づいて、偏向素子２８１を揺動させる。

共振型偏向素子２６１により水平方向に走査され、偏向素子２８１によって垂直方向に走査された画像光は、２次元的に走査された走査画像光としてリレー光学系２９０へ出射される。

リレー光学系２９０は、垂直走査部２８０と装着者の瞳孔Ｅａの間で画像光を中継する。共振型偏向素子２６１により水平方向に走査され、偏向素子２８１によって垂直方向に走査された画像光は、リレー光学系２９０によって装着者の瞳孔Ｅａに収束される。このようにして、装着者は画像情報に対応する画像を視認することができる。

（変形例）
本実施形態において、構造体は、ウェットエッチングを用いた手法により形成されていたが、これに限らず、例えば、ドライエッチングにより形成されてもよい。

本実施形態において、構造体は、図１０に示したように一度のマスクパターン形成と、一度のウェットエッチングにより製造されていたが、これに限らず、これらの製造工程は複数回行われてもよい。

本実施形態において、構造体を製造する際のマスクパターンは、シリコン基板に直接フォトレジストを塗布し、その後所定のパターン光を露光することで形成されていたが、これに限らず、例えば、シリコン基板を熱し、シリコン基板の両面にシリコン熱酸化膜を形成した後、シリコン熱酸化膜上にレジストを塗布し、その後所定のパターン光を露光することで所定の形状をしたレジスト膜を形成し、フッ酸等を用いて、シリコン熱酸化膜のうちの余分な部分を除去することで、マスクパターンを形成してもよい。

本実施形態において、延出部６ａ〜６ｄは、図１、図２、図３などに示したような形状をしていたが、これに限らず、応力集中を軽減できるような形状であれば、いかなる形状であってもよい。即ち、例えば、図３に示したように、第１領域１７ａは、直角を有する形状の部分を含んでいるが、これに限らず、この部分が面取りされた形状であってもよい。

本実施形態において、光スキャナ１の使用例として、網膜走査ディスプレイ２０１を示したが、これに限らず、電子写真式複合機や、レーザプリンタ、バーコードリーダ等に用いられてもよい。

本実施形態において、駆動部４ａ〜４ｄに、ＰＺＴを用いた技術が適用されていたが、これに限らず、例えば、周知のコイルと磁石とを用いた駆動方式等が適用されてもよい。

１光スキャナ
２反射ミラー
３ａ、３ｂ可動梁
４ａ〜４ｄ駆動部
５固定部
５ａ凹部
６ａ〜６ｄ延出部
７反射面
８ａ、８ｂ第１梁部
９ａ〜９ｄ第２梁部
１０ａ、１０ｂ支持梁
１１ａ、１１ｂ延出梁
１２ａ〜１２ｄ連結梁
１３ａ〜１３ｄ平行梁
１４ａ、１４ｂ第１延出部
１５ａ、１５ｂ第２延出部
１７ａ、１７ｂ第１領域
１８ａ、１８ｂ第２領域
１９ａ圧電体
２０ａ上部電極
２１ａ下部電極

Claims

入射した光束を反射して、走査する光スキャナであって、
揺動軸線の回りに揺動可能な反射面を有するミラー部と、
固定部と、
前記ミラー部に連結する第１梁部と、前記第１梁部、及び前記固定部に連結し、前記反射面に垂直な方向の厚さが前記第１梁部の前記反射面に垂直な方向の厚さよりも小さい第２梁部と、から構成される可動梁と、
前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記第１梁部と、前記第２梁部とが連結する連結部の近傍のすくなくとも一方の側から延出する延出部と、
前記第２梁部と前記固定部とに跨って設けられ、前記可動梁を振動させる駆動部と、を備えることを特徴とする光スキャナ。
前記延出部は、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記第１梁部と、前記第２梁部とが連結する連結部の近傍の両側から延出することを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
前記延出部は、
前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記連結部近傍における前記第１梁部の両側に延出する第１延出部と、
前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記連結部近傍における前記第２梁部の両側に延出する第２延出部と、を備え、
前記第２延出部は、前記第１延出部に連結する第１領域部と、前記第１領域部に連結する第２領域部と、から構成され、
前記第２領域部は、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記第１領域部から前記第２梁部に向けて連続的に狭くなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光スキャナ。
前記第１梁部は、
前記ミラー部に連結するミラー支持梁と、
前記ミラー支持梁に連結する第１連結部を有し、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記第１連結部から前記ミラー支持梁の両側に延出する延出梁と、
前記延出梁の両端の各々に連結する一対の第２連結部を有し、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に平行に前記ミラー部から離れる方向に、前記第２連結部から延出する一対の連結梁と、を備え、
前記第２梁部は、前記一対の連結梁の各々に連結する第３連結部を有し、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に平行に前記ミラー部から離れる方向に、前記第３連結部から延出する一対の平行梁を備え、
前記第１梁部と前記第２梁部とを、前記ミラー部を挟んだ両側に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光スキャナ。