JP2010237520A - 光スキャナ - Google Patents

Abstract

【課題】小さな駆動電圧で、光スキャナの大きな光学振れ角を得ら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と、駆動部４ａ、４ｂと、固定部５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６を備える。可動梁３ａは、第１梁部７ａと、第２梁部８ａ、８ｂとから構成される。第１梁部７ａは、反射ミラー２に連結する。第２梁部８ａ、８ｂは、第１梁部７ａ、及び固定部５に連結する。駆動部４ａ、４ｂは、各々、第２梁部８ａ、８ｂと固定部５とに跨って設けられ、可動梁３ａを振動させる。第２梁部８ａ、８ｂは、各々、反射面６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７ａと第２梁部８ａ、８ｂとが連結する連結部ＣＰの近傍における第１梁部７ａの連結梁１１ａ、１１ｂよりも幅広い。
【選択図】 図４

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）を用いられるものがある。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１１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。

図１２は、従来の光スキャナ１０１について説明するための説明図である。図１２では簡略化のため、振動体１０５の片側のみが示されているが、他方の側も同様の構成を有する。上記のような、ガルバノミラーを用いた光スキャナ１０１において、光スキャナ１０１の大きな光学振れ角を得ようとすると、図１２に示すように圧電体１１０ａ、１１０ｂを従来のものより大きくし、大きな駆動力を光スキャナ１０１に加える必要がある。このとき、圧電体１１０ａ、１１０ｂが、光スキャナ１の揺動時に、一対の二股梁１０８ａ上で不安定に動かないよう、一対の二股梁１０８ａの幅を広くする必要がある。

特開２００３−５７５８６号公報

しかしながら、梁を図１２に示すように一対の二股梁１０８ａを一様に幅広くすると、二股梁１０８ａの剛性が高くなり、大きな駆動電圧を圧電体１１０ａ、１１０ｂにかける必要がある。従って、小さな駆動電圧で圧電体１１０ａ、１１０ｂを駆動させることができないという問題点がある。

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、小さな駆動電圧で、光スキャナの大きな光学振れ角を得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する第２梁部と、から構成される可動梁と、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圧電体と、を備え、前記第２梁部は、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における前記第１梁部よりも幅広い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、前記第２梁部は、前記第１梁部に連結し、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梁部と前記第２梁部とが連結する連結部の近傍における前記第１梁部と同じ幅の同幅部と、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、同幅部の片側から延出する片方延出部と、を備え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し、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４記載の本発明は、請求項２に記載の発明において、前記第２梁部は、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同幅部の両側のうち前記揺動軸線から離れて位置する外側から、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直に前記揺動軸線から離れる方向に延出する外方延出部を備えることを特徴とするものである。

請求項５記載の本発明は、請求項４に記載の発明において、前記外方延出部の、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直に前記揺動軸線から離れる方向の幅は、前記同幅部の幅より大きいことを特徴とするものである。

請求項６記載の本発明は、請求項５に記載の発明において、前記外方延出部の、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直に前記揺動軸線から離れる方向の幅は、前記同幅部の幅より大きく、前記同幅部の幅の１０倍大きい幅より小さいことを特徴とするものである。

請求項７記載の本発明は、請求項２〜６の何れかに記載の発明において、前記圧電体の、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の幅は、前記同幅部の幅より大きく、前記圧電体の、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固定部から前記ミラー部に向かう方向の長さは、前記同幅部の幅より大きいことを特徴とするものである。

請求項８記載の本発明は、請求項２、３、５〜７の何れかに記載の発明において、前記第２梁部は、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直に前記揺動軸線から離れる方向に、前記同幅部の両側のうち前記揺動軸線から離れて位置する外側から延出する外方延出部を備え、前記外方延出部の、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に平行な方向の長さは、前記同幅部の幅より大きく、前記可動梁の、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に平行な方向の長さの半分より小さく、前記圧電体の、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固定部から前記ミラー部に向かう方向の長さは、前記同幅部の幅より大きく、前記可動梁の、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に平行な方向の長さの半分より小さい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、光スキャナの大きな光学振れ角を得るために、幅広な圧電体を光スキャナに設けた際に、可動梁の一部、即ち圧電体が搭載される第２梁部のみ幅広にすることで、駆動電圧を小さく抑えることができる。

請求項２記載の光スキャナによれば、片方延出部は、同幅部の片側にのみ延出している。従って、片方延出部が同幅部の両側に延出している場合に比べ、第２梁部の角部が少ない。従って、光スキャナの揺動中に応力が集中しやすい角部が少なくて済み、光スキャナの破損の可能性を低く抑えることができる。

請求項３記載の光スキャナによれば、光スキャナの大きな光学振れ角を得るために、幅広な圧電体を光スキャナに設けた際に、可動梁の一部、即ち圧電体が搭載される第２梁部のみ幅広にすることで、駆動電圧を小さく抑えることができる。

請求項４記載の光スキャナによれば、第２梁部が、同幅部と同幅部の両側から延出している延出部とから構成される場合、又は同幅部と同幅部の揺動軸線に近い内側から延出している延出部とから構成される場合に比べ、駆動電圧をより小さく抑えることができる。また、第２梁部が、同幅部と同幅部の両側から延出している延出部とから構成される場合、又は同幅部と同幅部の揺動軸線に近い内側から延出している延出部とから構成される場合に比べ、光スキャナの揺動中に、揺動軸線を挟んだ一対の延出する部分が互いに干渉しない。

請求項５記載の光スキャナによれば、外方延出部の、反射面に平行な面上で、且つ揺動軸線に垂直に揺動軸線から離れる方向の幅が同幅部の幅より大きく設定されていることから、従来の光スキャナと比較して、圧電体を駆動するための駆動電圧がほぼ半分以下で済み、駆動電圧を小さく抑えることができる。

請求項６記載の光スキャナによれば、外方延出部の、反射面に平行な面上で、且つ揺動軸線に垂直に揺動軸線から離れる方向の幅が同幅部の幅より大きく設定されていることから、従来の光スキャナと比較して、圧電体を駆動するための駆動電圧がほぼ半分以下で済み、駆動電圧を小さく抑えることができる。外方延出部の、反射面に平行な面上で、且つ揺動軸線に垂直に揺動軸線から離れる方向の幅が同幅部の幅の１０倍大きい幅より大きい場合、駆動電圧は大幅に小さくならず、光スキャナ全体が大型化する問題が生ずる。このため、外方延出部の、反射面に平行な面上で、且つ揺動軸線に垂直に揺動軸線から離れる方向の幅が同幅部の幅の１０倍大きい幅より小さく設定されることで、外方延出部がこの範囲を超える幅でなくとも、一定の小さな駆動電圧で圧電体が駆動されるとともに、光スキャナ全体の小型化が図られる。

請求項７記載の光スキャナによれば、圧電体の、反射面に平行な面上で、且つ揺動軸線に垂直な方向の幅は、同幅部の幅より大きく、更に、圧電体の、反射面に平行な面上で、且つ揺動軸線に平行に固定部からミラー部に向かう方向の長さは、同幅部の幅より大きいことから、小さな駆動電圧で光スキャナの大きな光学振れ角を得ることができる。

請求項８記載の光スキャナによれば、外方延出部の、反射面に平行な面上で、且つ揺動軸線に平行な方向の長さは、同幅部の幅より大きく、可動梁の、反射面に平行な面上で、且つ揺動軸線に平行な方向の長さの半分より小さく、更に、圧電体の、反射面に平行な面上で、且つ揺動軸線に平行に固定部からミラー部に向かう方向の長さは、同幅部の幅より大きく、可動梁の、反射面に平行な面上で、且つ揺動軸線に平行な方向の長さの半分より小さいことから、第１梁部の変形する領域が長くなり、可動梁が変形し易くなるため、小さな駆動電圧で光スキャナの大きな光学振れ角を得つつ、圧電体が、光スキャナの揺動時に第２梁部上で不安定に動くことを防ぐことができる。

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から本実施形態に係る駆動部４ａ〜４ｄを除いて示す斜視図である。 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から本実施形態に係る駆動部４ａ〜４ｄを除いて示す部分平面拡大図である。 上記駆動部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１３ａ、１３ｂが外側に延出している場合の、延出部１３ａ、１３ｂのＸ軸方向における幅Ｗｄと駆動電圧との関係を示すグラフである。 上記延出部１３ａ、１３ｂが外側に延出している場合の、延出部１３ａ、１３ｂのＹ軸方向における長さＬｇと駆動電圧との関係を示すグラフである。 上記延出部１３ａ、１３ｂが外側に延出している場合の光スキャナ１を説明するための説明図である。 上記延出部１３ａ、１３ｂが内側に延出している場合の光スキャナ１を説明するための説明図である。 上記延出部１３ａ、１３ｂが両側に延出している場合の光スキャナ１を説明するための説明図である。 第１梁部７ａのＸ軸方向における幅を第２梁部と同じだけ幅広くした場合の光スキャナ１を説明するための説明図である。 従来の光スキャナ１を説明するための説明図である。 シミュレーションに際し設定した、光スキャナ１の各部の寸法を説明するための説明図である。 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。 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、本発明の圧電体の一例である。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。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６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６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６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６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６が、本発明の反射面の一例である。

図２を用いて、可動梁３ａ、３ｂの構造について説明する。図２は、図１に示した光スキャナ１から駆動部４ａ〜４ｄを除いて示す斜視図である。図２に示すように、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７ａ、７ｂと、第２梁部８ａ〜８ｄとから構成される。第１梁部７ａ及び第２梁部８ａ、８ｂと、第１梁部７ｂ及び第２梁部８ｃ、８ｄ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７ａ、７ｂは、各々、第２梁部８ａ、８ｂ、及び第２梁部８ｃ、８ｄに連結する。第２梁部８ａ〜８ｄは固定部５に連結する。本実施形態における第１梁部７ａ、７ｂ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８ａ〜８ｄ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８ａ〜８ｄと固定部５とに跨って、第２梁部８ａ〜８ｄと固定部５との上に設けられている。

[第１梁部及び第２梁部の構造]
図３を用いて、第１梁部７ａ、７ｂの詳細な構造について説明する。図３に示すように、第１梁部７ａは、支持梁９ａと、延出梁１０ａと、一対の連結梁１１ａ、１１ｂとを備える。同様に、第１梁部７ｂは、支持梁９ｂと、延出梁１０ｂと、一対の連結梁１１ｃ、１１ｄとを備える。延出梁１０ａ、１０ｂは、各々、支持梁９ａ、９ｂに連結する第１連結部ＣＰａを有する。連結梁１１ａ、１１ｂ、及び連結梁１１ｃ、１１ｄは、各々、延出梁１０ａ、１０ｂの両端に連結する第２連結部ＣＰｂを有する。支持梁９ａ、９ｂ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１０ａ、１０ｂは、各々、Ｘ軸方向において、第１連結部ＣＰａから支持梁９ａ、９ｂの両側に延出する。連結梁１１ａ〜１１ｄ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。連結梁１１ａ〜１１ｄは、図３に示すように、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３とから構成される。Ｘ軸方向における、第１領域Ｒ１の幅は、第２領域の幅よりも大きく、第２領域Ｒ２の幅は、第３領域Ｒ３の幅よりも大きい。Ｘ軸方向における、第１領域Ｒ１と第３領域Ｒ３との幅はほぼ一定であり、第２領域Ｒ２の幅は、反射ミラー２から離れるに従い、小さくなる。連結梁１１ａ〜１１ｄの第３領域Ｒ３が、各々、第２梁部８ａ〜８ｄに連結する。本実施形態における支持梁９ａ、９ｂ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１０ａ、１０ｂ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１１ａ〜１１ｄが、本発明の連結梁の一例である。本実施形態における第１連結部ＣＰａ、第２連結部ＣＰｂが、各々、本発明の第１連結部、第２連結部の一例である。

図４を用いて、第２梁部８ａ〜８ｄの詳細な構造について説明する。図４には簡略化のため、第２梁部８ａ、８ｂのみが示されているが、第２梁部８ｃ、８ｄも第２梁部８ａ、８ｂと同一の構成を有する。第２梁部８ａ、８ｂは、各々、第１梁部７ａの連結梁１１ａ、１１ｂの第３領域Ｒ３と連結部ＣＰにおいて連結している。図４に示すように、第２梁部８ａ、８ｂは、同幅部１２ａ、１２ｂと、延出部１３ａ、１３ｂとを備える。同幅部１２ａ、１２ｂは、各々、Ｘ軸方向において、連結梁１１ａ、１１ｂと第２梁部８ａ、８ｂとが連結する連結部ＣＰの近傍における連結梁１１ａ、１１ｂ、即ち連結梁１１ａ、１１ｂの第３領域Ｒ３と同じ幅である。同幅部１２ａ、１２ｂは、図４にて点線と双方向矢印とで表した部分である。延出部１３ａ、１３ｂは、各々、Ｘ軸方向において、同幅部１２ａ、１２ｂの両側のうち揺動軸線ＡＸから離れて位置する外側ＯＳから、Ｘ軸方向に揺動軸線ＡＸから離れる方向に延出している。なお、同幅部１２ａ、１２ｂの両側のうち内側とは、図４に示した内側ＩＳである。第２梁部８ｃ、８ｄも第２梁部８ａ、８ｂと同様に、同幅部と延出部とを備える。本実施形態における同幅部１２ａ、１２ｂが、本発明の同幅部の一例である。本実施形態における延出部１３ａ、１３ｂが、本発明の外方延出部、及び片方延出部の一例である。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。なお、連結部ＣＰの近傍とは、連結部ＣＰを含んで、第１梁部７ａの中で最も変形し易い部分の範囲である。本実施形態において、連結部ＣＰの近傍は、第１梁部７ａの連結梁１１ａ、１１ｂの第３領域Ｒ３である。同幅部１２ａ、１２ｂとは、第１梁部７ａの連結梁１１ａ、１１ｂの第３領域Ｒ３の両側のＹ軸方向における延長線上にある外側ＯＳと内側ＩＳとの間の部分を指す。

[駆動部の構造]
図５を用いて、駆動部４ａ〜４ｄの構造について詳細に説明する。図５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５に示すように、薄板状の圧電体１４ａが、上部電極１５ａと下部電極１６ａとに挟まれた積層体である。圧電体１４ａ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。図５に示すように、第１梁部の連結梁１１ａと第２梁部８ａとは、連結部ＣＰにて連結し、第２梁部８ａと固定部５の凹部５ａとは、連結部ＣＰｃにて連結する。駆動部４ａは、図５に示すように、固定部５の凹部５ａと第２梁部８ａとに跨って、凹部５ａと第２梁部８ａとの上に設けられている。駆動部４ｂ〜４ｄも、駆動部４ａと同様に、各々、図示しない圧電体と、上部電極と下部電極とを備える。

上部電極１５ａを含む４つの上部電極と下部電極１６ａを含む４つの下部電極とは、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〜４ｄに印加され、圧電体１４ａを含む４つの圧電体が伸縮変形する。４つの圧電体が伸縮変形することにより、第２梁部８ａ〜８ｄがＺ軸方向の上側、または下側に屈曲する。第２梁部８ａ〜８ｄが上側に屈曲するか、下側に屈曲するかは、４つの上部電極と、４つの下部電極との間の電圧の正負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６を用いて、光スキャナ１の揺動について説明する。図６は、簡略化のため、反射ミラー２と可動梁３ａ〜３ｄのみを示している。図６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。可動梁３ａ〜３ｄは構造を簡略化し、示している。第２梁部８ａ、及び８ｃがＺ軸方向の上側に、第２梁部８ｂ及び８ｄがＺ軸方向の下側に屈曲するよう電圧を印加し、次に、第２梁部８ａ、及び８ｃがＺ軸方向の下側に、第２梁部８ｂ及び８ｄ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４ｂ〜４ｄに印加される電圧の正負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６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６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４ｂ〜４ｄに対する周期的な電圧印加により引き起こされる第２梁部８ａ〜８ｄの屈曲に起因するものである。

[解析結果]
図７（ａ）、図７（ｂ）、及び表を用いて、光スキャナ１の駆動電圧の変化についてのシミュレーションによる解析結果を説明する。図７（ａ）、図７（ｂ）、及び表に記載されている、駆動電圧や共振周波数等の数値は、全て光スキャナ１の光学振れ角を２５度と設定した際の数値である。以後、延出部１３ａ、１３ｂが「外側」に延出している場合とは、図８（ａ）に示すように、延出部１３ａ、１３ｂが揺動軸線ＡＸから離れる側に同幅部１２ａ、１２ｂから延出している場合であるものとする。また、延出部１３ａ、１３ｂが「内側」に延出している場合とは、図８（ｂ）に示すように、延出部１３ａ、１３ｂがＸ軸方向において揺動軸線ＡＸに向かう側に同幅部１２ａ、１２ｂから延出している場合であるものとする。また、延出部１３ａ、１３ｂが「両側」に延出している場合とは、図８（ｃ）に示すように、延出部１３ａ、１３ｂがＸ軸方向において揺動軸線ＡＸに向かう側と揺動軸線ＡＸから離れる側との両側に同幅部１２ａ、１２ｂから延出している場合であるものとする。なお、延出部１３ａ、１３ｂのＸ軸方向における幅とは、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す、延出部１３ａ、１３ｂがＸ軸方向において同幅部１２ａ、１２ｂから延出している幅Ｗｄであり、延出部１３ａ、１３ｂが両側に延出している場合、延出部１３ａ、１３ｂの両側の幅Ｗｄ１とＷｄ２との和を指すものとする。なお、図８（ｄ）は、第２梁部８ａ、８ｂと同じ幅Ｗｄ１、幅Ｗｄ２で第１梁部７ａの連結梁１１ａ、１１ｂもＸ軸方向の両側に幅広くした場合、即ち、従来の光スキャナ１に近い構造のまま、第１梁部７ａと第２梁部８ａ、８ｂとをＸ軸方向において幅広くした場合の光スキャナ１の構造を示す。図８（ｅ）は、従来の光スキャナの構造を示しており、幅Ｗｄ＝０μｍである。図８（ａ）〜図８（ｅ）には可動梁３ａのみが記されているが、可動梁３ｂも同一の構造を有するものとする。また、図８（ａ）〜図８（ｅ）は、簡略化のため、駆動部４ａ、４ｂを省略して示している。なお、シミュレーションに際して、光スキャナ１のモデルとして、図８（ａ）〜図８（ｅ）に示したモデルを用いたが、このモデルは図１〜図５に示した光スキャナ１と構造上異なる点がある。しかし、おおよその構造は図１〜図５に示した光スキャナ１と等しいため、以後に示す解析結果は、図１〜図５に示した光スキャナ１においても同様のことが言える。

図８（ｆ）を用いて、シミュレーションに際して設定した光スキャナ１の各部の寸法について説明する。図８（ｆ）は、図８（ａ）に示した延出部１３ａ、１３ｂが「外側」に延出している場合の光スキャナ１に駆動部４ａ、４ｂを載せた図であるが、図８（ｂ）〜（ｅ）の光スキャナ１に対しても、以後詳述する幅Ｂｗ，長さＧ１，Ｇ２に対し、同一の寸法が設定されている。連結梁１１ａ、１１ｂのＸ軸方向における幅Ｂｗ＝８５μｍ、Ｙ軸方向における第２梁部８ａ、８ｂの連結部ＣＰから第２梁部８ａ、８ｂ上の圧電体１４ａ、１４ｂの先端ＡＰまでの長さＧ１＝９０μｍ、Ｙ軸方向における圧電体１４ａ、１４ｂの先端ＡＰから上部電極１５ａ、１５ｂ先端までの長さＧ２＝１００μｍである。Ｘ軸方向における圧電体１４ａ、１４ｂの幅は、第２梁部８ａ、８ｂのＸ軸方向における幅、即ち、同幅部１２ａ、１２ｂの幅と一致しており、Ｗｄ＋Ｂｗである。Ｘ軸方向における圧電体１４ａ、１４ｂの幅をＷｄ＋Ｂｗに設定することで、Ｗｄ＞０の場合、Ｘ軸方向における圧電体１４ａ、１４ｂの幅は、同幅部１２ａ、１２ｂの幅Ｂｗより、大きい。また、圧電体１４ａ、１４ｂのＹ軸方向における長さＬｐ＝Ｌｇ−Ｇ１である。下部電極１６ａ、１６ｂは、圧電体１４ａ、１４ｂのＺ軸方向における下側に設置され、図８（ｆ）では図示されていない。なお、本実施形態において、圧電体１４ａ、１４ｂのＸ軸方向における幅、及びＹ軸方向における長さＬｐとは、各々、駆動部４ａ、４ｂのＸ軸方向における幅、及びＹ軸方向における長さと同じ意味を持つものとする。

表１に、延出部１３ａ、１３ｂのＸ軸方向における幅Ｗｄと、駆動電圧、及び共振周波数との関係を示す。表１に示すように、延出部１３ａ、１３ｂが外側に延出している場合に、最も駆動電圧が小さく抑えられることがわかる。また、延出部１３ａ、１３ｂが外側に延出した場合に最も高い共振周波数が得られる。なお、図８（ｄ）に示したように第２梁部と同じ幅Ｗｄで第１梁部も幅広くした場合、または、図８（ｅ）に示したように従来の光スキャナ１の場合、非常に大きな駆動電圧がかかることがわかる。

図７（ａ）、及び表２に、延出部１３ａ、１３ｂが外側に延出している場合の、延出部１３ａ、１３ｂのＸ軸方向における幅Ｗｄと駆動電圧との関係を示す。図７（ａ）、及び表２に示すように、延出部１３ａ、１３ｂのＸ軸方向における幅Ｗｄを大きくすればするほど、駆動電圧を小さく抑えることができることがわかる。駆動電圧は、幅Ｗｄが、Ｘ軸方向における連結梁１１ａ、１１ｂの幅、即ち同幅部１２ａ、１２ｂの幅Ｂｗ＝８５μｍより大きい範囲では、従来の光スキャナ１の場合、即ち幅Ｗｄ＝０μｍの場合と比較して、ほぼ半分以下である。従って、幅Ｗｄは、同幅部１２ａ、１２ｂの幅Ｂｗ＝８５μｍより大きく設定するのが望ましい。なお、幅Ｗｄを、同幅部１２ａ、１２ｂの幅Ｂｗ＝８５μｍより大きく設定するに伴い、圧電体１４ａ、１４ｂのＸ軸方向における幅も同幅部１２ａ、１２ｂの幅Ｂｗ＝８５μｍより大きく設定するのが望ましい。図７（ａ）に示すように、延出部１３ａ〜１３ｄのＸ軸方向における幅Ｗｄを大きくすればするほど、駆動電圧を小さく抑えることができるが、表２に示すように、幅Ｗｄが８００を超える範囲から、急激に共振周波数が小さくなる。共振周波数が小さくなると、光スキャナ１を網膜走査ディスプレイ等の画像表示装置に適用した際に、画像の解像度が低下する。従って、一定の共振周波数を保ち、また、光スキャナ１全体の小型化を図るためにも、幅Ｗｄは、Ｘ軸方向における連結梁１１ａ、１１ｂの幅、即ち同幅部１２ａ、１２ｂの幅Ｂｗ＝８５μｍの１０倍大きい幅、即ち約８５０μｍ以下に設定するのが望ましい。

図７（ｂ）に、延出部１３ａ、１３ｂが外側に延出している場合の、延出部１３ａ、１３ｂのＹ軸方向における長さＬｇと駆動電圧との関係を示す。図７（ｂ）に示すように、延出部１３ａ、１３ｂのＹ軸方向における長さＬｇが、長ければ長いほど、大きな駆動電圧がかかることがわかる。また、駆動部４ａ、４ｂのＹ軸方向における長さを、延出部１３ａ、１３ｂのＹ軸方向における長さＬｇに合わせて長くすると、駆動部４ａ、４ｂのＹ軸方向における長さが一定の場合と比べ、より大きな駆動電圧がかかることがわかる。図７（ｂ）に示すように、延出部１３ａ、１３ｂのＹ軸方向における長さＬｇがおおよそ１１００μｍを超える範囲で、駆動電圧が急激に大きくなる。延出部１３ａ、１３ｂのＹ軸方向における長さＬｇがおおよそ１１００μｍを超える範囲で、駆動電圧が急激に大きくなるのは、延出部１３ａ、１３ｂのＹ軸方向における長さＬｇが長くなることで、第１梁部７ａのうち大きく変形する連結梁１１ａ、１１ｂが短くなり、可動梁３ａが変形しにくくなるため、光スキャナ１の一定の光学振れ角を得るまでに、大きな駆動電圧を要することに起因する。延出部１３ａ、１３ｂのＹ軸方向における長さＬｇが１１００μｍとは、可動梁３ａのＹ軸方向の長さ、約２０６０μｍの半分におおよそ等しい。延出部１３ａ、１３ｂのＹ軸方向における長さＬｇは、最低限、同幅部１２ａ、１２ｂの幅Ｂｗ＝８５μｍより大きいことが望ましい。以上から、延出部１３ａ、１３ｂのＹ軸方向における長さＬｇは、同幅部１２ａ、１２ｂの幅Ｂｗ＝８５μｍより大きく、可動梁３ａのＹ軸方向の長さの半分より小さいことが望ましい。また、これに伴い、圧電体１４ａ、１４ｂのＹ軸方向における長さＬｐは、同幅部１２ａ、１２ｂの幅Ｂｗ＝８５μｍより大きく、可動梁３ａのＹ軸方向の長さの半分より小さいことが望ましい。

[構造体の製造方法]
図９を用いて、本実施形態における構造体の製造方法について説明する。構造体とは、可動梁３ａ、３ｂと固定部５とを指す。

まず、図９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。

[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１０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３０に供給する。信号処理回路２１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９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、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。

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
６ 反射面
７ａ、７ｂ 第１梁部
８ａ〜８ｄ 第２梁部
９ａ、９ｂ 支持梁
１０ａ、１０ｂ 延出梁
１１ａ〜１１ｄ 連結梁
１２ａ〜１２ｄ 同幅部
１３ａ〜１３ｄ 延出部
１４ａ 圧電体
１５ａ 上部電極
１６ａ 下部電極

Claims (8)

1. 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する第２梁部と、から構成される可動梁と、
   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圧電体と、を備え、
   前記第２梁部は、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における前記第１梁部よりも幅広いことを特徴とする光スキャナ。
2. 前記第２梁部は、
   前記第１梁部に連結し、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梁部と前記第２梁部とが連結する連結部の近傍における前記第１梁部と同じ幅の同幅部と、
   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、同幅部の片側から延出する片方延出部と、を備え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し、
   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又は２に記載の光スキャナ。
4. 前記第２梁部は、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直に前記揺動軸線から離れる方向に、前記同幅部の両側のうち前記揺動軸線から離れて位置する外側から延出する外方延出部を備えることを特徴とする請求項２に記載の光スキャナ。
5. 前記外方延出部の、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直に前記揺動軸線から離れる方向の幅は、前記同幅部の幅より大きいことを特徴とする請求項４に記載の光スキャナ。
6. 前記外方延出部の、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直に前記揺動軸線から離れる方向の幅は、前記同幅部の幅より大きく、前記同幅部の幅の１０倍大きい幅より小さいことを特徴とする請求項５に記載の光スキャナ。
7. 前記圧電体の、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の幅は、前記同幅部の幅より大きく、
   前記圧電体の、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固定部から前記ミラー部に向かう方向の長さは、前記同幅部の幅より大きいことを特徴とする請求項２〜６の何れかに記載の光スキャナ。
8. 前記第２梁部は、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直に前記揺動軸線から離れる方向に、前記同幅部の両側のうち前記揺動軸線から離れて位置する外側から延出する外方延出部を備え、
   前記外方延出部の、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に平行な方向の長さは、前記同幅部の幅より大きく、前記可動梁の、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に平行な方向の長さの半分より小さく、
   前記圧電体の、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固定部から前記ミラー部に向かう方向の長さは、前記同幅部の幅より大きく、前記可動梁の、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に平行な方向の長さの半分より小さいことを特徴とする請求項２、３、５〜７の何れかに記載の光スキャナ。