JP2016102812A - 光偏向器、画像表示装置及び物体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ミラー構造部の一軸周りの揺動速度の変動を抑制することができる光偏向器を提供できる。
【解決手段】 光偏向器１００は、反射面を有するミラー構造部と、該ミラー構造部を第２軸（一軸）周りに揺動可能に支持する支持構造部と、を備え、該支持構造部は、ミラー構造部を第２軸方向に挟むように配置され、複数の梁が蛇行するように連続する第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂと、ミラー構造部の一端と第１蛇行部２１０ａの一端とを連結する第１連結部１１１と、ミラー構造部の他端と第２蛇行部２１０ｂの一端とを連結する第２連結部１１２と、第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂの複数の梁に個別に設けられた複数の圧電部材と、を含み、前記第１及び第２連結部は、ミラー構造部を前記第２軸に直交する第１軸方向に延長させるように設けられている光偏向器である。
【選択図】図２

Description

本発明は、光偏向器、画像表示装置及び物体装置に係り、更に詳しくは、光を偏向する光偏向器、該光偏向器を備える画像表示装置及び該画像表示装置を備える物体装置に関する。

従来、反射面を有するミラー構造部と、該ミラー構造部を一軸周りに揺動可能に支持する支持構造部とを備える光学反射素子（光偏向器）が知られている（例えば特許文献１参照）。

この光学反射素子では、支持構造部は、ミラー構造部を上記一軸方向に挟んで配置され、複数の梁が蛇行するように連続する第１及び第２蛇行部と、第１及び第２蛇行部の複数の梁に個別に設けられた複数の圧電部材とを含む。

しかしながら、特許文献１に開示されている光学反射素子では、ミラー構造部の一軸周りの揺動速度の変動を抑制することができなかった。

本発明は、反射面を有するミラー構造部と、前記ミラー構造部を一軸周りに揺動可能に支持する支持構造部と、を備え、前記支持構造部は、前記ミラー構造部を前記一軸方向に挟むように配置され、複数の梁が蛇行するように連続する第１及び第２蛇行部と、前記第１及び第２蛇行部の複数の梁に個別に設けられた複数の圧電部材と、前記ミラー構造部の一端と前記第１蛇行部の一端とを連結する第１連結部と、前記ミラー構造部の他端と前記第２蛇行部の一端とを連結する第２連結部と、を含み、前記第１及び第２連結部は、前記ミラー構造部を前記一軸方向に直交する他軸方向に延長させるように設けられている光偏向器である。

本発明によれば、ミラー構造部の一軸周りの揺動速度の変動を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタの概略的構成を示す図である。 図１の光偏向器の平面図である。 隣り合う２つの梁に個別に設けられた２つの圧電部材に個別に印加される２つの駆動電圧である鋸波ａ、ｂを示す図である。 鋸波ａ、ｂについて説明するための図である。 ミラーの第２軸周りの揺動速度が一定（均一）である場合のミラーの第２軸周りの揺動角度の時間変化を示す図である。 ミラーの第２軸周りの揺動速度に変動（うねり）が生じている場合のミラーの第２軸周りの揺動角度の時間変化を示す図である。 鋸波ａが印加されたチャンネルＡの振動の波形ＷＡと、鋸波ｂが印加されたチャンネルＢの振動の波形ＷＢと、波形ＷＡ、ＷＢを合成したときの第２軸周りのミラーの揺動角度の時間変化を示す図である。 比較例１の光偏向器について説明するための図である。 一実施形態の光偏向器から第２矩形枠部を省略した状態を示す図である。 一実施形態の光偏向器における第１及び第２連結部の位置関係と、第１及び第２蛇行部と第２矩形枠部との接続部の位置関係を説明するための図である。 比較例２の光偏向器について説明するための図である。 変形例１の光偏向器について説明するための図である。 図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれ変形例２及び３の光偏向器について説明するための図である。 ヘッドアップディスプレイの一例を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る画像表示装置としてのプロジェクタ１０の概略構成が示されている。

プロジェクタ１０は、例えば建物の床もしくは設置台に載置された状態、建物の天井から吊り下げられた状態、建物の壁に掛けられた状態等で用いられる。以下では、図１に示されるＺ軸方向を鉛直方向とするＸＹＺ３次元直交座標系を適宜用いて説明する。

プロジェクタ１０は、一例として、光源装置５、光偏向装置１０００、画像処理部４０、これらを収容する筐体（不図示）などを備えている。

光源装置５は、一例として、３つのレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３、３つのコリメートレンズＣＲ１〜ＣＲ３、３つのダイクロイックミラーＤＭ１〜ＤＭ３、ＬＤ制御部５０などを含む。

レーザダイオードＬＤ１は、一例として、赤色レーザであり、赤色光（波長６４０ｎｍ）を＋Ｙ方向に射出するように配置されている。

レーザダイオードＬＤ２は、一例として、青色レーザであり、青色光（波長４５０ｎｍ）を＋Ｙ方向に射出するように、レーザダイオードＬＤ１の＋Ｘ側に配置されている。

レーザダイオードＬＤ３は、一例として、緑色レーザであり、緑色光（波長５２０ｎｍ）を＋Ｙ方向に射出するように、レーザダイオードＬＤ２の＋Ｘ側に配置されている。

各レーザダイオードは、ＬＤ制御部５０によって制御される。

コリメートレンズＣＲ１は、一例として、レーザダイオードＬＤ１の＋Ｙ側に配置されており、レーザダイオードＬＤ１から射出された赤色光を略平行光とする。

コリメートレンズＣＲ２は、一例として、レーザダイオードＬＤ２の＋Ｙ側に配置されており、レーザダイオードＬＤ２から射出された青色光を略平行光とする。

コリメートレンズＣＲ３は、一例として、レーザダイオードＬＤ３の＋Ｙ側に配置されており、レーザダイオードＬＤ３から射出された緑色光を略平行光とする。

３つのダイクロイックミラーＤＭ１〜ＤＭ３は、それぞれ、例えば誘電体多層膜などの薄膜から成り、特定の波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過させる。

ダイクロイックミラーＤＭ１は、一例として、コリメートレンズＣＲ１の＋Ｙ側に、Ｘ軸及びＹ軸に対して例えば４５°傾斜して配置されており、コリメートレンズＣＲ１を介した赤色光を＋Ｘ方向に反射させる。

ダイクロイックミラーＤＭ２は、一例として、ダイクロイックミラーＤＭ１の＋Ｘ側、かつコリメートレンズＣＲ２の＋Ｙ側に、Ｘ軸及びＹ軸に対して例えば４５°傾斜して配置されており、ダイクロイックミラーＤＭ１を介した赤色光を＋Ｘ方向に透過させ、コリメートレンズＣＲ２を介した青色光を＋Ｘ方向に反射させる。

なお、ダイクロイックミラーＤＭ１を介した赤色光及びコリメートレンズＣＲ２を介した青色光は、それぞれダイクロイックミラーＤＭ２の中央付近に入射する。

ダイクロイックミラーＤＭ３は、一例として、ダイクロイックミラーＤＭ２の＋Ｘ側かつコリメートレンズＣＲ３の＋Ｙ側に、Ｘ軸及びＹ軸に対して例えば４５°傾斜して配置されており、ダイクロイックミラーＤＭ２を介した赤色光及び青色光を＋Ｘ方向に透過させ、コリメートレンズＣＲ３を介した緑色光を＋Ｘ方向に反射させる。

なお、ダイクロイックミラーＤＭ２を介した赤色光及び青色光、並びにコリメートレンズＣＲ３を介した緑色光は、それぞれダイクロイックミラーＤＭ３の中央付近に入射する。

ダイクロイックミラーＤＭ３を介した３つの光（赤色光、青色光及び緑色光）は、１つの光に合成される。この場合、３つのレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３の発光強度の強弱のバランスにより、合成された光の色が表現されるようになっている。

結果として、光源装置５は、３つのレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３からの３つのレーザ光が合成されてなるレーザ光（合成光）を射出する。

ここで、プロジェクタ１０の全体動作について簡単に説明する。例えばパソコン（パーソナルコンピュータ）等の上位装置からの画像情報が画像処理部４０に入力され、画像処理部４０で所定の処理（例えば歪み補正処理、画像サイズ変更処理、解像度変換処理等）が施され、ＬＤ制御部５０に送られる。ＬＤ制御部５０は、画像処理部４０からの画像情報に基づいて強度変調した駆動信号（パルス信号）を生成し、駆動電流に変換する。

そして、ＬＤ制御部５０は、光偏向装置１０００からの同期信号に基づいて、各レーザダイオードの発光タイミングを決定し、該発光タイミングで、駆動電流を供給して、該レーザダイオードを駆動する。光偏向装置１０００は、光源装置５からのレーザ光（合成光）を、ＸＺ平面に平行に張設されたスクリーンＳの表面（被走査面）に向けて互いに直交する二軸周り（ここでは、Ｘ軸周り及びＸ軸に直交する軸周り）に独立に偏向する。なお、図１では、便宜上、スクリーンＳをＸＺ平面に対して傾斜させて示している。

この結果、レーザ光により被走査面が互いに直交する二軸方向（ここでは、Ｚ軸方向及びＸ軸方向）に２次元走査され、被走査面上に２次元のフルカラー画像が形成される。以下では、Ｘ軸方向を主走査方向とも称し、Ｚ軸方向を副走査方向とも称する。なお、各レーザダイオードを直接変調する強度変調に代えて、該レーザダイオードから射出されたレーザ光を光変調器で変調（外部変調）しても良い。

次に、光偏向装置１０００について詳細に説明する。光偏向装置１０００は、一例として、光偏向器１００、コントローラ２００などを備えている。

光偏向器１００は、図２に示されるように、反射面を有するミラー１１０及び該ミラー１１０をＸ軸に直交する第１軸（例えばＺ軸）周りに駆動する第１駆動部１５０を含むミラー構造部と、該ミラー構造部をＸ軸に平行な第２軸周りに駆動する第２駆動部２５０とを備える。ミラー１１０の反射面は、光源装置５からのレーザ光の光路上に位置している。ここでは、ミラー１１０の反射面は、円形とされている。反射面の中心は、該反射面に直交する方向から見て、ミラー１１０の重心に一致している。なお、ミラー１１０の反射面は、円形に限らず、例えば楕円形、正Ｎ角形（Ｎは３以上）等の他の形状であっても良い。

光偏向器１００では、一例として、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）プロセスによって、各構成部が一体的に形成されている。簡単に言うと、光偏向器１００は、１枚のシリコン基板に切れ込みを入れて複数の可動部（弾性変形部）を形成し、各可動部に圧電部材を設けることで作成される。ミラー１１０の反射面は、一例として、シリコン基板の一面に形成された例えばアルミニウム、金、銀等の金属薄膜である。

第１駆動部１５０は、一例として、ミラー１１０の第１軸方向の両端に個別に一端が接続され同軸上（第１軸上）に配置された２つのトーションバー１０５ａ、１０５ｂと、トーションバー１０５ａの他端側の部分を挟んで配置され該部分に自由端（先端）が接続された２つのカンチレバー１０６ａ、１０７ａと、トーションバー１０５ｂの他端側の部分を挟んで配置され該部分に自由端（先端）が接続された２つのカンチレバー１０６ｂ、１０７ｂと、４つのカンチレバー１０６ａ、１０７ａ、１０６ｂ、１０７ｂの固定端（基端）が内縁に接続された第１矩形枠部１０８と、２つのカンチレバー１０６ａ、１０７ａに設けられた圧電部材１６ａ、１７ａと、２つのカンチレバー１０６ｂ、１０７ｂに設けられた圧電部材１６ｂ、１７ｂを有している。

ここでは、ミラー１１０の反射面の中心は、第１矩形枠部１０８の中心に略一致している。各トーションバーは同径かつ同長である。各カンチレバーは、トーションバーの軸に直交する方向に延びる同形（ここでは矩形板状）かつ同大である。各圧電部材は、トーションバーの軸に直交する方向に延びる同形（矩形板状）かつ同大である。

第１駆動部１５０では、２つの圧電部材１６ａ、１６ｂに電圧（駆動電圧）が並列に印加されると、該２つの圧電部材１６ａ、１６ｂが変形して、２つのカンチレバー１０６ａ、１０６ｂが撓み、２つのトーションバー１０５ａ、１０５ｂを介してミラー１１０に第１軸周りの駆動力が作用し、ミラー１１０が第１軸周りに揺動する。以下では、２つの圧電部材１６ａ、１６ｂのペアを「第１圧電部材対」と称する。

また、第１駆動部１５０では、２つの圧電部材１７ａ、１７ｂに電圧（駆動電圧）が並列に印加されると、該２つの圧電部材１７ａ、１７ｂが変形して、２つのカンチレバー１０７ａ、１０７ｂが撓み、２つのトーションバー１０５ａ、１０５ｂを介してミラー１１０に第１軸周りの駆動力が作用し、ミラー１１０が第１軸周りに揺動する。以下では、２つの圧電部材１７ａ、１７ｂのペアを「第２圧電部材対」と称する。第１駆動部１５０は、コントローラ２００によって制御される。

そこで、コントローラ２００によって、第１及び第２圧電部材対に両圧電部材対間で位相がずれた（例えば逆位相の）正弦波電圧を並行して（例えば同時に）印加することで、ミラー１１０を、第１軸周りに効率良く振動させることができる。

ここでは、正弦波電圧の周波数が約２０ｋＨｚ（各トーションバーの共振周波数）に設定され、各トーションバーのねじれによる機械的共振を利用して、ミラー１１０を約２０ｋＨｚで振動させることができる。なお、ミラー１１０の振動中心からの最大振れ角は、±１５°程度とされている。

第２駆動部２５０は、一例として、第１矩形枠部１０８の外縁（詳しくは−Ｚ側かつ＋Ｘ側の角部の−Ｚ側の面）に接続された第１連結部１１１と、該第１連結部１１１に一端が接続され、複数（例えば６つ）の梁が蛇行するように連続する第１蛇行部２１０ａと、第１矩形枠部１０８の外縁（詳しくは＋Ｚ側かつ−Ｘ側の角部の＋Ｚ側の面）に接続された第２連結部１１２と、該第２連結部１１２に一端が接続され、複数（例えば６つ）の梁が蛇行するように連続する第２蛇行部２１０ｂと、第１蛇行部２１０ａの６つの梁に個別に設けられた６つの圧電部材と、第２蛇行部２１０ｂの６つの梁に個別に設けられた６つの圧電部材と、第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂそれぞれの他端が内縁に接続された第２矩形枠部１０９と、を有している。

すなわち、ミラー構造部の第１軸方向の一端が第１連結部１１１を介して第１蛇行部２１０ａの一端に接続され、第１蛇行部２１０ａの他端が第２矩形枠部１０９に接続されている。また、ミラー構造部の第１軸方向の他端が第２連結部１１２を介して第２蛇行部２１０ｂの一端に接続され、第２蛇行部２１０ｂの他端が第２矩形枠部１０９に接続されている。

つまり、第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂは、ミラー構造部を第２軸方向に挟むように配置され、ミラー構造部と第１蛇行部２１０ａの一端とが第１連結部１１１により連結されており、ミラー構造部と第２蛇行部２１０ｂの一端とが第２連結部１１２により連結されており、第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂの他端が第２矩形枠部１０９に接続されている。

結果として、ミラー構造部は、第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂと第１及び第２連結部１１１、１１２と第２矩形枠部１０９とを含む支持構造部としての第２駆動部２５０に第２軸周りに揺動可能に支持されている。

第２駆動部２５０では、各蛇行部に設けられた６つの圧電部材のうち最もミラー構造部側の圧電部材から数えて奇数番目（１番目、３番目、５番目）の３つの圧電部材１１に電圧が並列に印加されると、該３つの圧電部材１１及び該３つの圧電部材１１が設けられた３つの梁が第２軸周りの同一方向に撓み、ミラー１１０が第２軸周りに揺動する。

また、第２駆動部２５０では、各蛇行部の６つの圧電部材のうち最もミラー構造部側の圧電部材から数えて偶数番目（２番目、４番目、６番目）の３つの圧電部材１２に電圧が並列に印加されると、該３つの圧電部材１２及び該３つの圧電部材１２が設けられた３つの梁が第２軸周りの同一方向に撓み、ミラー１１０が第２軸周りに揺動する。

以下では、便宜上、各蛇行部に設けられた上記奇数番目の３つの圧電部材１１を併せて圧電部材群Ｐ１と称し、該蛇行部に設けられた上記偶数番目の３つの圧電部材１２を併せて圧電部材群Ｐ２と称する。

そこで、各蛇行部に設けられた２つの圧電部材群Ｐ１、Ｐ２に鋸波電圧及び逆鋸波電圧を並行して（例えば同時に）個別に印加することで（図３参照）、該蛇行部の隣り合う２つの梁を第２軸周りの反対方向に撓ませて各梁の撓み量を累積させることで、ミラー１１０を、第２軸周りに効率良く（低電圧で大きい振れ角で）振動させることができる。

ここで、「鋸波電圧」とは、時間の経過につれ、徐々に高くなり、ピークに達すると、急激に低くなる電圧を意味する（図４上図参照）。「逆鋸波電圧」とは、時間の経過につれ、急激に高くなり、ピークに達すると、徐々に低くなる電圧を意味する（図４下図参照）。以下では、鋸波電圧及び逆鋸波電圧を「鋸波」とも略称する。

結果として、第１及び第２駆動部１５０、２５０を含んで、ミラー１１０を第１軸及び第２軸周りに独立に駆動するミラー駆動手段が構成されている。

コントローラ２００は、ミラー１１０の振れ角（揺動角）を検知する不図示のセンサからの検知結果に基づいて、ミラー１１０の振れ角と各レーザダイオードの発光タイミングとの同期をとるための同期信号を生成し、ＬＤ制御部５０に出力する。また、コントローラ２００は、以下に説明するように、光偏向器１００の第２駆動部２５０を制御する。

すなわち、コントローラ２００は、各蛇行部に設けられた圧電部材群Ｐ１の各圧電部材に鋸波ａを印加するとともに、該蛇行部に設けられた圧電部材群Ｐ２の各圧電部材に鋸波ｂを印加する。ここでは、鋸波ａ、ｂの周波数は、約６０Ｈｚとされている。但し、各蛇行部における機械的共振の共振周波数との関係により、周波数を数Ｈｚ程度シフトさせても良い。

このように、各蛇行部に設けられた２つの圧電部材群Ｐ１、Ｐ２に鋸波ａ、ｂが並行して個別に印加されることにより、各蛇行部の６つの梁が撓み、ミラー１１０が第２軸周りに振動する。このようにして、ミラー１１０の第２軸周りの駆動によるＺ軸方向（副走査方向）の光走査が行われる。

なお、本実施形態では、駆動電圧の波形として鋸波を用いているが、これに限らず、鋸波の頂点を丸くした波形、鋸波の直線領域を曲線とした波形など、光偏向器のデバイス特性に応じて波形を変えることも可能である。

第１及び第２駆動部１５０、２５０の各圧電部材は、一例として、圧電材料としてのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる。圧電部材は、分極方向に電圧が印加されると印加電圧の電位に比例した歪み（伸縮）が生じる、いわゆる逆圧電効果を発揮する。また、圧電部材は、力を加えると、該力に応じた電圧を分極方向に発生させる、いわゆる圧電効果を発揮する。

なお、ここでは、圧電部材がシリコン基板の一面のみに設けられた場合を一例として説明したが、配線のレイアウトや圧電部材の作成上の自由度を向上させるため、シリコン基板の他面にのみ設けても良いし、シリコン基板の一面及び他面の双方に設けても良い。いずれにしても、これらの圧電部材や電極の形成はほぼ半導体プロセスに準じるものであり、大量生産によりコストダウンを図ることができる。

ここで、第１軸周りに振動するミラー１１０に光が入射されると、反射光が第１軸周りにスキャン（偏向走査）される。また、第２軸周りに振動するミラー１１０に光が入射されると、反射光が第２軸周りにスキャン（偏向走査）される。そこで、被走査面に形成される画像の高精細化、面内均一化を図るために、ミラー１１０に入射される光を第１軸周りに直線的にスキャンし、その走査線を第２軸周りにスキャンすること、すなわちラスタスキャンを行うことができる。

具体的には、第１駆動部１５０では各トーションバーの機械的共振を利用してできるだけ少ないエネルギーでミラー１１０を高周波数で振動させ、第２駆動部２５０では非共振によりミラー１１０を低周波数（例えば数十Ｈｚ）で振動させることでラスタスキャンを行うことができる。

しかしながら、この場合、第２駆動部２５０の非共振駆動による各梁の変位量は、第１駆動部１５０の共振駆動による各カンチレバーの変位量よりも小さい。

そこで、上述の如く、第２駆動部２５０の各蛇行部の６つの梁に個別に設けられた６つの圧電部材を並列に動作させることで、該６つの梁の変位量（変形量）を累積させて該蛇行部全体として変位量を大きくしている。

本実施形態では、ラスタスキャンを行うために、各蛇行部に設けられた圧電部材群Ｐ１、Ｐ２に印加する駆動電圧として互いに相似（相似比は１）の鋸波電圧（鋸波ａ）及び逆鋸波電圧（鋸波ｂ）を用いる（図３参照）。

ここで、ミラー１１０の第２軸周りの揺動速度、すなわちミラー１１０の第２軸周りの揺動角度の時間変化は、図５に示されるように直線的（リニア）であることが望ましい。つまり、ミラー１１０の第２軸周りの揺動速度に変動が生じないこと（揺動速度が均一になること）が望ましい。ミラー１１０の第２軸周りの揺動速度に変動が生じると、直線的な光走査が妨げられ、被走査面に形成される画像（表示画像）に輝度ムラ、歪みなどが発生し、画質の低下を招くからである。

しかしながら、光偏向器１００はミラー構造部の重量、各蛇行部の複数の梁の剛性などによる第２軸周りの機械的共振の固有の共振周波数を有するため、ミラー１１０を鋸波を用いて揺動させると、該鋸波の高調波成分が該共振周波数と干渉し、振動成分が乗り、ミラー１１０の第２軸周りの揺動速度に変動（うねり）が生じてしまう（図６参照）。

そこで、本実施形態では、各蛇行部に設けられた２つの圧電部材群Ｐ１、Ｐ２に並行して個別に印加される互いに相似（相似比１）の鋸波ａ、ｂの位相をｐだけずらすこととしている（図３参照）。以下では、圧電部材群Ｐ１と該圧電部材群Ｐ１の複数の圧電部材１１が個別に設けられた複数の梁を併せてチャンネルＡと称し、圧電部材群Ｐ２と該圧電部材群Ｐ２の複数の圧電部材１２が個別に設けられた複数の梁を併せてチャンネルＢと称する。

詳述すると、チャンネルＡ、Ｂを、図３に示される位相差ｐの鋸波ａ、ｂで駆動し、チャンネルＡとチャンネルＢで励起される振動成分を打ち消しあうように動作させる。チャンネルＡ、Ｂに印加される鋸波の波形は、鋸波の１周期Ｔａに対し、時間Ｔａ１で画像表示のための光走査を行い、時間Ｔａ２で戻す動作を行う波形である（図４参照）。

鋸波ａでは、時間Ｔａ１が電圧を上げる時間であり、時間Ｔａ２が電圧を下げる時間である（図４上図参照）。鋸波ｂでは、時間Ｔａ１が電圧を下げる時間であり、時間Ｔａ２が電圧を上げる時間である（図４下図参照）。チャンネルＡへの電圧印加によってミラー構造部は、図７に示される波形ＷＡのように振動する。また、チャンネルＢへの電圧印加によってミラー構造部は、図７に示される波形ＷＢのように振動する。そこで、波形ＷＡと波形ＷＢとが合成された波形ＷＡ＋ＷＢでミラー構造部を揺動させることが可能となる。

このように、チャンネルＡ、Ｂに印加する電圧の位相を異ならせることにより、ミラー１１０の第２軸周りの揺動速度の変動をある程度抑制することができる。

ところで、表示画像の大画面化、高画素化のためには、共振駆動のみならず非共振駆動においてもミラー１１０の振れ角（揺動角）を大きくすることが望まれる。

そこで、本実施形態では、上述の如く非共振駆動において各蛇行部の複数の梁の変形を累積させることで、ミラー１１０の振れ角を大きくしている。

また、表示画像の高画質化のためには、共振駆動のみならず非共振駆動においてもミラー１１０の振れ角感度（入力電圧に対する振れ角の大きさの比率）を向上させることが望まれる。

非共振駆動においてミラー１１０の振れ角感度を向上させるためには、各蛇行部の梁の長さを極力長く（少なくともミラー構造部の第１軸方向の長さよりも長く）することが望ましい。

しかしながら、各蛇行部の梁の長さを長くしても、該蛇行部の隣り合う２つの梁に非対称性があると、上記振動成分を十分に低減できず、ミラー１１０の第２軸周りの揺動速度が変動し、ひいては表示画像の画質の低下を招く。

そこで、本実施形態では、表示画像の高画質化を図るために、各蛇行部の梁の長さをミラー構造部の第１軸方向の長さ（第１矩形枠部１０８の第１軸方向の長さ）よりも長くし、かつ該蛇行部の複数の梁の長さを略同一とし、かつミラー構造部と該蛇行部とを連結部を介して連結している。

各蛇行部の複数の梁の長さを略同一にすることで高画質が得られる理由を、以下に説明する。

非共振駆動によるミラーの揺動では、上述のように蛇行部の隣り合う２つの梁に１周期の立ち上がり時間と立ち下がり時間が互いに入れ替わった鋸波が印加される。この場合、チャンネルＡ、Ｂに印加される鋸波の位相差の調整によりミラーの第２軸周りの揺動速度の変動が低減される。

このように揺動速度の変動が低減されるのは、チャンネルＡに印加される鋸波による振動成分と、チャンネルＢに印加される鋸波による振動成分とが打ち消し合うことによる。

すなわち、チャンネルＡ、Ｂの振動成分が同じであることが揺動速度を均一にする上で非常に重要であり、Ａチャンネルの梁の撓みとＢチャンネルの梁の撓みにアンバランスが生じると、揺動速度の均一性が得られにくくなる。

ここで、図８に示される比較例１のように、一及び他の蛇行部の複数の梁の長さをミラー構造部の第１軸方向の長さよりも長くし、かつ一の蛇行部の一端とミラー構造部の一の角部とを接続し、かつ他の蛇行部の一端とミラー構造部の他の角部（一の角部の対角の角部）とを接続すると、一及び他の蛇行部におけるミラー構造部に最も近い梁の長さが短くなってしまう。

この場合、各蛇行部のチャンネルＡ´、Ｂ´にわずかな駆動力のアンバランスが生じ、かつ一及び他の蛇行部間にも駆動力のアンバランスが生じることになる。このため、チャンネルＡ´、Ｂ´の位相差の調整を行っても、ミラー構造部の揺動速度の変動を抑制できない。

詳述すると、各蛇行部の隣り合う２つの梁に非対称性があると、不必要な振動モードを励起し、画質の劣化を生じさせる。具体的には、蛇行部のチャンネルＡ´、Ｂ´への電圧印加により副走査方向（例えば鉛直方向）に光走査させるときに、駆動力のアンバランスから主走査方向（例えば水平方向）の振動モードを励起し、ミラーを含むミラー構造部が水平方向に振動するという問題が生じる。この場合、副走査方向に真っ直ぐに移動すべき光走査が、主走査方向に揺れながら走査されることになる。

このような駆動力のアンバランスから発生する画質の劣化を防止するためにも、各蛇行部のすべての梁の長さを同一にする必要がある。この際、ミラー構造部と各蛇行部とを連結部を介して連結することで、ミラー構造部全体を大きくする場合に比べてミラー構造部のモーメントを小さくすることができるため、非共振による振れ角感度（入力電圧に対する振れ角の大きさの比率）を上げることができる。この結果、非共振による副走査方向の光走査の振れ角感度を向上するとともに、走査速度均一性を向上することができ、二軸偏向走査による高画質化が可能になる。

そこで、本実施形態では、図２に示されるように、各蛇行部の複数の梁の長さをミラー構造部の第１軸方向の長さ（第１矩形枠部１０８の第１軸方向の長さ）よりも長くし、ミラー構造部の第１軸方向の一端と第１蛇行部２１０ａの一端とを第１連結部１１１を介して連結し、ミラー構造部の第１軸方向の他端と第２蛇行部２１０ｂの一端とを第２連結部１１２を介して連結している。

ここでは、第１連結部１１１は、ミラー構造部の第１軸方向の一端に該一端からミラー１１０の反射面とは反対側に突出するように接続され、第２連結部１１２は、ミラー構造部の第１軸方向の他端に該他端からミラー１１０の反射面とは反対側に突出するように接続されている。

すなわち、第１及び第２連結部１１１、１１２は、ミラー構造部を第１軸方向に延長するように設けられている。そして、第１連結部１１１と第１蛇行部２１０ａの一端との接続箇所は、ミラー構造部の第１軸方向の一側にあり、第２連結部１１２と第２蛇行部２１０ｂの一端との接続箇所は、ミラー構造部の第１軸方向の他側にある。

詳述すると、ミラー構造部の第１軸方向の長さと、第１連結部１１１の第１軸方向の長さと、第２連結部１１２の第１軸方向の長さの和が、各蛇行部の梁の長さ（第１軸方向の長さ）に等しくなっている（図９参照）。

さらに詳述すると、第１及び第２連結部１１１、１１２の第１軸方向の長さが等しく、かつ第１及び第２連結部１１１、１１２の第１軸方向の長さの和が、各蛇行部の梁の長さとミラー構造部の第１軸方向の長さの差に等しくなっている。

この場合、各蛇行部のチャンネルＡ、Ｂのすべての梁の長さを略同一にすることができる（図９参照）。この結果、各蛇行部のチャンネルＡ、Ｂにおける振動成分を打ち消すことができ、第２軸方向に振動成分のない理想的な等速でのミラー１１０の揺動を行うことが可能になる。

さらに、本実施形態では、各蛇行部のチャンネルＡ、Ｂの駆動力の対称性に加えて、蛇行部間の駆動力の対称性を確保するための工夫が凝らされている。

具体的には、第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂの複数（ここでは１２本）の梁の幅（第２軸方向の長さ）、厚さ、材質も、略同一とされている。すなわち、第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂのすべての梁は、実質的に同一である。

また、支持構造部において隣り合う２つの梁を接続する接続部は、すべて実質的に同一である（図１０参照）。この結果、第１蛇行部２１０ａの複数の梁は略等間隔に配置され、かつ第２蛇行部２１０ｂの複数の梁は略等間隔に配置され、かつ第１蛇行部２１０ａの梁の間隔と第２蛇行部２１０ｂの梁の間隔は同一となる。

また、図９に示されるように、チャンネルＡ、Ｂにおいて、各圧電部材は同大・同一とされ、かつ梁に設けられる位置が同一とされている。具体的には、各梁に対して圧電部材が設けられる位置、長さを図９におけるＣ−Ｃ´、Ｄ−Ｄ´のラインとなるように設定している。

また、第１及び第２連結部１１１、１１２は、図１０の円形破線で示されるように、いずれも略Ｌ字状であり、第１連結部１１１は、一端がミラー構造部の第１軸方向の一端に接続され、他端が第１蛇行部の一端に接続され、第２連結部１１２は、一端がミラー構造部の他軸方向の他端に接続され、他端が第２蛇行部の一端に接続されている。

なお、図１０の円形破線内のＬ字体における第１軸方向に延びる一辺部を「連結部」と見做し、該Ｌ字体における第２軸方向に延びる他辺部を蛇行部の一部と見做しても良い。

さらに、第１及び第２連結部１１１、１１２の第２軸方向の長さも等しくなっている。すなわち、第１及び第２連結部１１１、１１２は、実質的に同一である。

ここで、第１矩形枠部１０８の中心（ミラー構造部の中心）と第２矩形枠部１０９の中心（支持構造部の中心）は略一致している（図１０参照）。すなわち、ミラー１１０の反射面の中心は、第２矩形枠部１０９の中心に略一致している。

そして、第１及び第２連結部１１１、１１２は、ミラー構造部の中心、すなわちミラー１１０の反射面の中心に関して点対称な位置関係にある（図１０の符号Ｅ、Ｅ´参照）。

さらに、第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂと、第２矩形枠部１０９との接続部も、ミラー１１０の反射面の中心に関して点対称な位置関係にある（図１０の符号Ｆ、Ｆ´参照）。

以上のように、ミラー構造部と支持構造部とが第１及び第２連結部１１１、１１２を介して連結された光偏向器１００では、第２軸（理想的な揺動軸）周りの揺動に関する対称性が確保され、ミラー構造部が第２軸に対して傾いて揺動されることが防止される。

一方、図１１に示される比較例２のように、ミラー構造部と２つの蛇行部との接続位置、及び２つの蛇行部と外側の枠部との接続位置を、理想的な揺動軸である第２軸に対して同じ側にした場合、第２軸周りに揺動させることは難しく、第２軸に対して傾いた状態で揺動することになる。

以上説明した本実施形態の光偏向器１００は、反射面を有するミラー構造部と、該ミラー構造部を第２軸（一軸）周りに揺動可能に支持する支持構造部と、を備え、該支持構造部は、ミラー構造部を第２軸方向に挟むように配置され、複数の梁が蛇行するように連続する第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂと、ミラー構造部の一端と第１蛇行部２１０ａの一端とを連結する第１連結部１１１と、ミラー構造部の他端と第２蛇行部２１０ｂの一端とを連結する第２連結部１１２と、第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂの複数の梁に個別に設けられた複数の圧電部材と、を含み、第１及び第２連結部１１１、１１２は、ミラー構造部を第２軸に直交する第１軸（他軸）方向に延長するように設けられている。

この場合、各蛇行部の梁の長さの差を小さくできるため、該蛇行部における隣り合う２つの梁の非対称性、及び第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂの非対称性が緩和される。

この結果、ミラー構造部の第２軸周りの揺動速度の変動を抑制することができる。

また、第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂの複数の梁の長さは、同一であるため、ミラー構造部の第２軸周りの揺動速度の変動を確実に抑制することができる。

すなわち、光偏向器１００では、各蛇行部の複数の梁の反りにより発生する駆動力の対称性によりミラー構造部を均一な速度で揺動させることが可能になる。また、各蛇行部の隣り合う２つの梁の対称性、並びに第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂの対称性により不必要な振動モードを励起することがなくなり、ミラー構造部を理想的な揺動軸である第２軸周りにバランス良く揺動させることができる。

また、第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂの複数の梁の長さは、ミラー構造部の第２軸方向に直交する第１軸方向（他軸方向）の長さよりも長いため、ミラー構造部の振れ角感度を向上させることができ、低電圧で大きな振れ角を得ることができる。

また、第１連結部１１１は、ミラー構造部の第１軸方向の一端から反射面とは反対側に突出し、第２連結部１１２は、ミラー構造部の他軸方向の他端から反射面とは反対側に突出しているため、ミラー構造部を第２軸周りにバランス良く揺動させることができる。

また、第１及び第２連結部１１１、１１２の第１軸方向の長さは、同一であり、ミラー構造部の第１軸方向の長さと、第１連結部１１１の第１軸方向の長さと、第２連結部１１２の第１軸方向の長さの和は、第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂの梁の長さに等しいため、ミラー構造部を第２軸周りによりバランス良く揺動させることができる。

また、第１及び第２連結部１１１、１１２は、いずれも略Ｌ字状であり、第１連結部１１１は、一端がミラー構造部の第１軸方向の一端に接続され、他端が第１蛇行部２１０ａの一端に接続され、第２連結部１１２は、一端がミラー構造部の第１軸方向の他端に接続され、他端が第２蛇行部２１０ｂの一端に接続されているため、ミラー構造部を第２軸周りにバランス良く安定して揺動させることができる。

また、第１及び第２連結部１１１、１１２は、反射面の中心に関して点対称な位置関係にあるため、ミラー構造部の第２軸周りの揺動安定性をより向上することができる。

また、支持構造部は、第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂの他端が内縁に接続された第２矩形枠部１０９を更に含み、第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂと第２矩形枠部１０９との接続位置は、反射面の中心に関して点対称な位置関係にあるため、ミラー構造部の第２軸周りの揺動安定性をより一層向上することができる。

また、各蛇行部の複数の梁に個別に設けられた複数の圧電部材は、同形・同大であり、かつ梁に設けられる位置が同一であるため、各蛇行部の隣り合う２つの梁が発生させる駆動力の対称性を確実に確保でき、かつ第１及び第２蛇行部２１０ａ、２１０ｂが発生させる駆動力の対称性を確実に確保できる。

また、プロジェクタ１０は、画像情報に基づいて変調された光を出射する光源装置５と、該光源装置５からの光を偏向する光偏向器１００と、を備えているため、均一で高精細な画像を表示することができる。

また、プロジェクタ１０は、３つのレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３を含み、画像情報に基づいて変調されたレーザ光を射出する光源装置５と、該光源装置５からの光を被走査面に向けて偏向する光偏向装置１０００と、を備えている。この場合、画像情報に基づいて変調された光により被走査面を安定して走査することができ、被走査面に高品質な画像を形成することができる。すなわち、ミラー１１０の第２軸周りの揺動速度の均一性が得られることにより、輝度ムラや歪みの発生が抑えられた高品質な画像を形成することができる。

ところで、上記実施形態の光偏向器１００は、第２軸を中心として、各蛇行部に反りを発生させることで、非共振でミラー１１０を回転駆動している。一方、第２軸とは垂直の第１軸周りには、ミラー１１０に接続されたトーションバーを利用した共振を使って回転駆動させている。

ミラー１１０の第１軸周りの共振駆動は第２軸周りの非共振駆動に対して３００〜５００倍の速度で行われているが、第１軸周りの共振駆動の影響（例えばミラー構造部で発生する振動等）を、第２軸周りに非共振駆動される蛇行部へ極力伝達させないことが望ましい。

そこで、図１２に示される変形例１の光偏向器のように、第１及び第２連結部２１１、２１２におけるミラー構造部との接続位置を、平面視で、ミラー１１０の反射面の中心を通り第２軸に直交する直線上（第１軸上）に位置させても良い（図１２の符号Ｇ、Ｇ´参照）。

これにより、ミラー１１０を第１及び第２軸周りに並行して回転駆動を行う際に、第１軸周りの回転駆動の影響が、第２軸周りの蛇行部を含む回転駆動系（第２駆動部）に伝わることが抑制されるため、第１軸及び第２軸周りの二軸偏向走査時に不必要な振動、励振を引き起こすことなく、安定した、高精度な光走査が可能になる。

なお、上記実施形態では、ＲＧＢの３原色に対応する３つのレーザダイオードからの３つのレーザ光の合成光を光偏向器１００で偏向して被走査面を２次元走査することによりカラー画像を形成するプロジェクタについて説明したが、これに限らず、例えば、１つのレーザダイオードからの１つレーザ光を光偏向器１００で偏向して被走査面を２次元走査することによりモノクロ画像を形成するプロジェクタを提供しても良い。

また、第１及び第２駆動部１５０、２５０を含むミラー駆動手段の構成は、上記実施形態で説明したものに限らず、適宜変更可能である。例えば上記実施形態のミラー駆動手段は、ミラーを互いに直交する二軸（第１軸及び第２軸）周りに独立に駆動しているが、例えばミラーを一軸（第２軸）周りにのみ駆動しても良い。具体的には、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示される変形例２、３のように、非共振駆動による１次元光走査用の光偏向器にも適用可能である。変形例２、３の光偏向器の支持構造部は、上記実施形態及び変形例１と同様の構成を有している。図１３（Ａ）に示される変形例２では、第１及び第２連結部は、上記実施形態とほぼ同様の構成、配置とされ、上記実施形態と同様の効果が得られる。図１３（Ｂ）に示される変形例３では、第１及び第２連結部は、上記変形例１とほぼ同様の構成、配置とされ、上記変形例１と同様の効果が得られる。変形例２、３の光偏向器を２つ組み合わせて、２つのミラーを互いに直交する二軸周りにそれぞれ駆動するようにしても良い。

また、上記実施形態では、画像形成装置としてのプロジェクタ１０に光偏向器１００が配備されているが、これに限らず、例えば図１４に示される変形例４の画像表示装置としてのヘッドアップディスプレイ７に光偏向器１００が配備されても良い。ヘッドアップディスプレイ７は、例えば車両、航空機、船舶等の移動体に搭載される。そこで、ヘッドアップディスプレイ７と該ヘッドアップディスプレイ７が搭載される移動体とを備える移動体装置を提供することができる。

詳述すると、ヘッドアップディスプレイ７は、一例として図１４に示されるように、光偏向器１００で偏向されたレーザ光の光路上に配置されたＸＺ平面に沿って２次元配列された複数のマイクロレンズ６０ａを含むマイクロレンズアレイ６０（スクリーン）と、該マイクロレンズアレイ６０を介したレーザ光の光路上に配置された透過反射部材７０（例えばコンバイナ）と、を備えている。この場合、光偏向装置１０００による第１軸及び第２軸周りのレーザ光の偏向動作に伴い該レーザ光によりマイクロレンズアレイ６０が２次元走査され、マイクロレンズアレイ６０上に中間像（画像）が形成される。そして、中間像を形成した光が透過反射部材７０に入射し、その入射光の一部が反射され、残部が透過する。そこで、観察者は、透過反射部材７０を介して中間像の拡大された虚像を視認することができる。この場合、マイクロレンズアレイ６０により中間像を形成した光が拡散されるため、所謂スペックルノイズの低減が期待できる。

なお、マイクロレンズアレイ６０に代えて、光を透過又は反射させる部材（例えば透過スクリーン、反射スクリーン、拡散板等）を用いても良い。また、これらの部材と透過反射部材７０との間の光路上に例えば凹面鏡、凸面鏡、平面鏡等のミラーを設けても良い。また、透過反射部材７０として、例えば移動体の窓部材（例えばフロントガラス）を用いても良い。

以上説明した変形例４のヘッドアップディスプレイ７でも、上記実施形態と同様の効果が得られる。

また、光偏向器１００を、画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイに配備しても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、プロジェクタ１０、ヘッドアップディスプレイ７を採用しているが、これに限らず、例えば、プリンタ、複写機等を採用しても良い。具体的には、例えば、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示される１次元走査用の光偏向器で偏向されたレーザ光により像担持体としての感光体ドラムの表面を走査して静電潜像を形成し、該静電潜像にトナーを付着させて現像し、得られたトナー画像を媒体に転写し、画像を形成しても良い。

また、上記実施形態及び各変形例における光源装置５の構成は、適宜変更可能である。例えば、光源装置５は、光の３原色に対応する３つのレーザダイオードを有しているが、１つ又は４つ以上のレーザダイオードを有していても良い。この場合、レーザダイオードの数に応じて、コリメートレンズ、ダイクロイックミラーの数（０を含む）を変更しても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、光源として、レーザダイオード（端面発光レーザ）を用いているが、これに限られない。例えば、面発光レーザを用いても良いし、レーザ以外の光源を用いても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、圧電部材に印加される駆動電圧の波形は、鋸波とされているが、これに限らず、要は、周期的な波形（例えば正弦波、矩形波、三角波等）であることが好ましい。

また、上記実施形態における光偏向器１００の各構成部の配置、大きさ、形状、数、材質等は、適宜変更可能である。

例えば、ミラー構造部において、各トーションバーの両側に圧電部材が設けられたカンチレバーが接続されているが、該トーションバーの片側のみに該カンチレバーが接続されていても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、ミラー構造部の第１軸方向の長さは、蛇行部の梁の長さよりも明らかに短く設定されているが、蛇行部の梁の長さよりも僅かに短く（ほぼ同等に）設定されても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、第１及び第２蛇行部の複数の梁の長さは同一とされているが、これに限らず、要は、第１及び第２蛇行部の複数の梁の長さの差が小さければ小さいほど好ましい。第１及び第２連結部１１１、１１２をミラー構造部を第１軸方向に延長するように設けることで、例えば図８、図１１に示される比較例１、２に比べて、各蛇行部の複数の梁の長さの差を小さくすることができる。そこで、例えば、各蛇行部のミラー構造部に最も近い梁を他の梁に比べて若干短くする構成を採用しても良い。

また、支持構造部において、各蛇行部の梁の本数は、適宜変更可能である。但し、隣り合う２つの梁の対称性を考慮すると、各蛇行部の梁の本数は偶数であることが望ましい。

また、ミラー構造部と蛇行部とを連結する連結部の形状、大きさ、配置等も、ミラー構造部の形状、大きさ、蛇行部の梁の長さ等に応じて適宜変更可能である。例えば、上記実施形態及び各変形例では、各連結部は、ミラー構造部の第１軸方向の端から反射面とは反対側に突出しているが、ミラー構造部の第２軸方向の端から反射面とは反対側に突出していても良い。また、連結部は、平面視で（＋Ｙ側から見て）ミラー構造部と一部重なっていても良い。

また、上記変形例４では、画像表示装置として、例えば車両、航空機、船舶等の移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイ７について説明したが、要は、物体（移動体を含む）に搭載される画像表示装置であれば良い。この場合、物体と、該物体に搭載された画像形成装置とを備える物体装置を提供でき、上記実施形態と同様の効果が得られる。画像表示装置は、透過反射部材を構成要素として備えていても良いし、備えていなくても良い。なお、「物体」は、移動体の他、恒常的に設置されるものや運搬可能なものを含む。

以下に、上記実施形態を本発明の一形態として発案するに至った思考プロセスを説明する。

近年、光ビームを偏向、走査する手段として、半導体製造技術を応用したシリコンやガラスを微細加工するマイクロマシニング技術により、基板上に反射面を設けた可動部や弾性梁部を一体形成した小型の光偏向器が開発されている。

このような光偏向器の構成として、薄膜化した圧電材料からなる薄膜圧電体をアクチュエータとして使用したタイプのものがある。この圧電アクチュエータを使用した光偏向器では、薄膜圧電体をカンチレバーの表面に重ねあわせて形成する。この構成においては、圧電体の圧電特性から生じる面内方向の伸縮が、カンチレバーに伝わり、カンチレバーを振動させることができる。

このような光偏向器で、水平走査および垂直走査ができる２次元の光走査が可能な光偏向器を用いると、１次元走査の光偏向器２つを組み合わせた構成より、大幅な小型化、低コスト化が可能になる。２次元走査を行う場合の構成は、水平方向の光走査に関しては、機械的な共振周波数を使用する共振駆動が使われる。それに対し、垂直方向への光走査に関しては、光走査特性を重視して非共振駆動が使われる場合がある。

２次元走査に際して、機械的共振を使った水平方向の駆動に関しては、カンチレバーの一端が枠部に固定されて支持され、カンチレバーを圧電駆動により振動させる。このカンチレバーの振動によって発生するトルクをカンチレバー他端に連結されたトーションバー(弾性梁）に伝え、トーションバーの先端に接続されたミラーを回転駆動させる。このような駆動方法により、小型、低電圧で、大きな光走査角が得られることになる。

一方、表示画像の高精細化、面内均一化を達成するため、垂直方向の光走査には非共振駆動を用いる。一般的に非共振での駆動においては、大きな振れ角が得にくく、大きな電圧が必要となるか素子が大型化してしまう。そのため、非共振駆動において振れ角感度を上げる方法として、圧電部材が設けられる複数の梁が蛇行状に連続する蛇行部によってミラーを含む可動部を支持させることが知られている。

しかしながら、機械的共振による光走査に比べ、非共振での光走査は、ミラーの振れ角を大きくするのが難しい。非共振での光走査の振れ角を大きくするには、印加電圧を大きくして、各梁に設けられた圧電部材のたわみ量を大きくする必要がある。このように印加電圧を大きくすることは、デバイスの駆動回路に負荷をかけ、コストアップにつながる上に、デバイスに高い電圧がかかり続けるため、長期間での動作信頼性の低下を招いてしまうという問題が発生する。

そこで、カンチレバーを使った非共振での光走査方向に対して、低電圧で動作が可能になるように振れ角感度を向上させることが望まれる。

特許文献１（ＷＯ２０１０／１３１４４９号公報）では、以下のような方法により圧電部材を使った光学反射素子において、ミラー構造部の振れ角を拡大しようとしている。

詳述すると、特許文献１では、可動枠を回転駆動させるための蛇行部のターン部の少なくともいずれか一つの外周が、ミラー構造部の端よりも外側にずれている構成となっている。

しかしながら、特許文献１のように、蛇行部のターン部の少なくとも一つの外周が、ミラー構造部の端よりも外側にずらす構成を採用する場合、回転駆動による振れ角感度は得られるが、レーザースキャンによる高精度な画像を形成する上で問題が発生する。例えば蛇行部に印加する電圧パターンが、正弦波のようなシンプルな波形の場合には、画像形成上大きな問題にはならない。

一方、表示画像の高精度化、面内均一化を達成するためには、等速での光走査領域で画像形成するのが望ましい。そのため、非共振駆動である垂直方向の光走査には、駆動信号として鋸波を使用する。

この鋸波を使った光走査では、鋸波の高調波成分が垂直方向動作の共振周波数と干渉するため、振動成分が乗ってしまう。このとき、隣り合う２つの梁に個別に設けられた２つの圧電部材に印加する２つの鋸波の位相差を調整して駆動による振動成分を低減させることができるが、隣り合う２つの梁に非対称性があると、十分に振動成分の低減ができず、高精度で均一な走査速度で光走査を行うことができない。

そこで、発明者らは、非共振駆動での光走査において高精度な光走査速度を確保し、明るさムラ、画像歪みのない高品質な画質を提供することを目的として、上記実施形態を発案するに至った。

５…光源装置（光源部）、７…ヘッドアップディスプレイ（画像表示装置）、１０…プロジェクタ（画像表示装置）、１１、１２…圧電部材、１００…光偏向器、１１０…ミラー（ミラー構造部の一部）、１１１、２１１…第１連結部、１１２、２１２…第２連結部、１５０…第１駆動部（ミラー構造部の一部）、２１０ａ…第１蛇行部、２１０ｂ…第２蛇行部、１０９…第２矩形枠部（枠部）、２５０…第２駆動部（支持構造部）、１０００…光偏向装置。

ＷＯ２０１０／１３１４４９号公報

Claims (11)

1. 反射面を有するミラー構造部と、
   前記ミラー構造部を一軸周りに揺動可能に支持する支持構造部と、を備え、
   前記支持構造部は、
   前記ミラー構造部を前記一軸方向に挟むように配置され、複数の梁が蛇行するように連続する第１及び第２蛇行部と、
   前記第１及び第２蛇行部の複数の梁に個別に設けられた複数の圧電部材と、
   前記ミラー構造部の一端と前記第１蛇行部の一端とを連結する第１連結部と、
   前記ミラー構造部の他端と前記第２蛇行部の一端とを連結する第２連結部と、を含み、
   前記第１及び第２連結部は、前記ミラー構造部を前記一軸方向に直交する他軸方向に延長させるように設けられている光偏向器。
2. 前記第１及び第２蛇行部の複数の梁の長さは、同一であることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
3. 前記第１及び第２蛇行部の複数の梁の長さは、前記ミラー構造部の前記他軸方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向器。
4. 前記第１連結部は、前記ミラー構造部の前記他軸方向の一端から前記反射面とは反対側に突出し、
   前記第２連結部は、前記ミラー構造部の前記他軸方向の他端から前記反射面とは反対側に突出していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光偏向器。
5. 前記第１及び第２連結部の前記他軸方向の長さは、同一であり、
   前記ミラー構造部の前記他軸方向の長さと、前記第１連結部の前記他軸方向の長さと、前記第２連結部の前記他軸方向の長さの和は、前記梁の長さに等しいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光偏向器。
6. 前記第１及び第２連結部は、前記反射面の中心を通り前記他軸方向に平行な直線上に位置していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光偏向器。
7. 前記第１及び第２連結部は、前記反射面の中心に関して点対称な位置関係にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光偏向器。
8. 前記支持構造部は、前記第１及び第２蛇行部の他端が内縁に接続された枠部を更に含み、
   前記第１及び第２蛇行部と前記枠部との接続位置は、前記反射面の中心に関して点対称な位置関係にあることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光偏向器。
9. 前記複数の圧電部材は、同形・同大であり、かつ前記梁に設けられる位置が同一であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光偏向器。
10. 画像情報に基づいて変調された光を出射する光源部と、
    前記光源部からの光を偏向する請求項１〜９のいずれか一項に記載の光偏向器と、を備える画像表示装置。
11. 請求項１０に記載の画像表示装置と、
    前記画像表示装置が搭載された物体と、を備える物体装置。

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