JP2021001952A - 光偏向装置、レーザレーダ装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】支持部に開放部を設けた構成において、共振周波数の変動を抑制することを課題とする。【解決手段】反射面を有する反射部と、前記反射部に接続された可動部と、前記可動部を変形させることにより前記反射部を揺動させる駆動部と、一部に開放部が形成された支持部と、前記可動部と前記支持部との間に接続された折り返し構造を有するばね部と、を備えることを特徴とする光偏向装置。前記ばね部は、前記可動部よりも、前記反射部の揺動軸方向への剛性が低く、かつ前記反射面に垂直な方向への剛性が高いことが好ましい。【選択図】図１５

Description

本発明は、光偏向装置、レーザレーダ装置、及び画像形成装置に関する。

マイクロマシニング技術の発達に伴い、シリコンやガラスを微細加工して製造されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems)）デバイスの開発が進んでいる。ＭＥＭＳデバイスのひとつとして、小型の光偏向装置が知られている。例えば、光偏向装置は、反射面を有する反射部と、反射部に連結された可動部と、可動部を弾性変形させることにより反射部を揺動させる駆動部と、これらの周囲を囲んで可動部を支持する支持部とを有する。

このような光偏向装置には、駆動部による駆動力を高め、反射部の振れ角（偏向角）を大きくするために、支持部に開放部を設けることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、支持部に開放部を設けた場合には、光偏向装置のパッケージ化や回路基板への実装時に生じる温度変化により開放部の大きさに変動が生じることがある。このように開放部の大きさが変動すると、可動部に歪みが発生し、その結果として反射部の揺動に係る共振周波数が変動することが懸念される。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、支持部に開放部を設けた構成において、共振周波数の変動を抑制することを課題とする。

開示の技術の一態様に係る光偏向装置は、反射面を有する反射部と、前記反射部に接続された可動部と、前記可動部を変形させることにより前記反射部を揺動させる駆動部と、一部に開放部が形成された支持部と、前記可動部と前記支持部との間に接続された折り返し構造を有するばね部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、支持部に開放部を設けた構成において、共振周波数の変動を抑制することができる。

光走査システムの一例の概略図である。 光走査システムの一例のハードウェア構成図である。 制御装置の一例の機能ブロック図である。 光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。 ヘッドアップディスプレイ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の一例の概略図である。 光書込装置を搭載した画像形成装置の一例の概略図である。 光書込装置の一例の概略図である。 レーザレーダ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。 レーザレーダ装置の一例の概略図である。 レーザヘッドランプの一例の概略図である。 ヘッドマウントディスプレイの一例の外観の斜視図である。 ヘッドマウントディスプレイの構成を部分的に例示する図である。 パッケージングされた可動装置の一例の概略図である。 第１実施形態に係る可動装置の平面図である。 図１５の揺動軸Ｅに沿った断面図である。 第２実施形態に係る可動装置の平面図である。 第３実施形態に係る可動装置の平面図である。 第３実施形態の第１変形例に係る可動装置の平面図である。 第３実施形態の第２変形例の変形例に係る可動装置の平面図である。 第４実施形態に係る可動装置の平面図である。 第５実施形態に係る可動装置の平面図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

［光走査システム］
まず、本実施形態の可動装置を適用した光走査システムについて、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。図１には、光走査システムの一例の概略図が示されている。図１に示すように、光走査システム１０は、制御装置１１の制御に従って光源装置１２から照射された光を可動装置１３の有する反射面１４により偏向して被走査面１５を光走査するシステムである。

光走査システム１０は、制御装置１１、光源装置１２、反射面１４を有する可動装置１３により構成される。

制御装置１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）およびＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等を備えた電子回路ユニットである。可動装置１３は、例えば反射面１４を有し、反射面１４が可動するＭＥＭＳ（Micro Electromechanical Systems）デバイスである。可動装置１３は、光偏向装置の一例である。

光源装置１２は、例えばレーザを照射するレーザ装置である。なお、被走査面１５は、例えばスクリーンである。

制御装置１１は、取得した光走査情報に基づいて光源装置１２および可動装置１３の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置１２および可動装置１３に駆動信号を出力する。光源装置１２は、入力された駆動信号に基づいて光源の照射を行う。可動装置１３は、入力された駆動信号に基づいて反射面１４を１軸方向または２軸方向の少なくともいずれかに回転振動させる。

これにより、例えば、光走査情報の一例である画像情報に基づいた制御装置１１の制御によって、可動装置１３の反射面１４を所定の範囲で２軸方向に往復回転振動させ、その結果、反射面１４に入射する光源装置１２からの照射光をある１軸周りに偏向して光走査することにより、被走査面１５に任意の画像を投影することができる。なお、本実施形態の可動装置の詳細および制御装置による制御の詳細については後述する。

次に、光走査システム１０の一例のハードウェア構成について図２を用いて説明する。図２は、光走査システム１０の一例のハードウェア構成図である。図２に示すように、光走査システム１０は、制御装置１１、光源装置１２および可動装置１３を備え、それぞれが電気的に接続されている。このうち、制御装置１１は、ＣＰＵ２０、ＲＡＭ２１（Random Access Memory）、ＲＯＭ２２（Read Only Memory）、ＦＰＧＡ２３、外部Ｉ／Ｆ２４、光源装置ドライバ２５、可動装置ドライバ２６を備えている。

ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２２等の記憶装置からプログラムやデータをＲＡＭ２１上に読み出し、処理を実行して、制御装置１１の全体の制御や機能を実現する演算装置である。

ＲＡＭ２１は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の記憶装置である。

ＲＯＭ２２は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性の記憶装置であり、ＣＰＵ２０が光走査システム１０の各機能を制御するために実行する処理用プログラムやデータを記憶している。

ＦＰＧＡ２３は、ＣＰＵ２０の処理に従って、光源装置ドライバ２５および可動装置ドライバ２６に適した制御信号を出力する回路である。

外部Ｉ／Ｆ２４は、例えば外部装置やネットワーク等とのインタフェースである。外部装置には、例えば、ＰＣ（Personal Computer）等の上位装置、ＵＳＢメモリ、ＳＤカード、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等の記憶装置が含まれる。また、ネットワークは、例えば自動車のＣＡＮ（Controller Area Network）やＬＡＮ（Local Area Network）、インターネット等である。外部Ｉ／Ｆ２４は、外部装置との接続または通信を可能にする構成であればよく、外部装置ごとに外部Ｉ／Ｆ２４が用意されてもよい。

光源装置ドライバ２５は、入力された制御信号に従って光源装置１２に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。

可動装置ドライバ２６は、入力された制御信号に従って可動装置１３に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。

制御装置１１において、ＣＰＵ２０は、外部Ｉ／Ｆ２４を介して外部装置やネットワークから光走査情報を取得する。なお、ＣＰＵ２０が光走査情報を取得することができる構成であればよく、制御装置１１内のＲＯＭ２２やＦＰＧＡ２３に光走査情報を格納する構成としてもよいし、制御装置１１内に新たにＳＳＤ等の記憶装置を設けて、その記憶装置に光走査情報を格納する構成としてもよい。

ここで、光走査情報とは、被走査面１５にどのように光走査させるかを示した情報であり、例えば、光走査により画像を表示する場合は、光走査情報は画像データである。また、例えば、光走査により光書込みを行う場合は、光走査情報は書込み順や書込み箇所を示した書込みデータである。他にも、例えば、光走査により物体認識を行う場合は、光走査情報は物体認識用の光を照射するタイミングと照射範囲を示す照射データである。

制御装置１１は、ＣＰＵ２０の命令および図２に示したハードウェア構成によって、次に説明する機能構成を実現することができる。

次に、光走査システム１０の制御装置１１の機能構成について図３を用いて説明する。図３は、光走査システムの制御装置１１の一例の機能ブロック図である。

図３に示すように、制御装置１１は、機能として制御部３０と駆動信号出力部３１とを有する。

制御部３０は、例えばＣＰＵ２０、ＦＰＧＡ２３等により実現され、外部装置から光走査情報を取得し、光走査情報を制御信号に変換して駆動信号出力部３１に出力する。例えば、制御部３０は、外部装置等から画像データを光走査情報として取得し、所定の処理により画像データから制御信号を生成して駆動信号出力部３１に出力する。駆動信号出力部３１は、光源装置ドライバ２５、可動装置ドライバ２６等により実現され、入力された制御信号に基づいて光源装置１２または可動装置１３に駆動信号を出力する。

駆動信号は、光源装置１２または可動装置１３の駆動を制御するための信号である。例えば、光源装置１２においては、光源の照射タイミングおよび照射強度を制御する駆動電圧である。また、例えば、可動装置１３においては、可動装置１３の有する反射面１４を可動させるタイミングおよび可動範囲を制御する駆動電圧である。

次に、光走査システム１０が被走査面１５を光走査する処理について図４を用いて説明する。図４は、光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。

ステップＳ１１において、制御部３０は、外部装置等から光走査情報を取得する。ステップＳ１２において、制御部３０は、取得した光走査情報から制御信号を生成し、制御信号を駆動信号出力部３１に出力する。ステップＳ１３において、駆動信号出力部３１は、入力された制御信号に基づいて駆動信号を光源装置１２および可動装置１３に出力する。ステップＳ１４において、光源装置１２は、入力された駆動信号に基づいて光照射を行う。また、可動装置１３は、入力された駆動信号に基づいて反射面１４の回転振動を行う。光源装置１２および可動装置１３の駆動により、任意の方向に光が偏向され、光走査される。

なお、上記光走査システム１０では、１つの制御装置１１が光源装置１２および可動装置１３を制御する装置および機能を有しているが、光源装置用の制御装置および可動装置用の制御装置と、別体に設けてもよい。

また、上記光走査システム１０では、１つの制御装置１１に光源装置１２および可動装置１３の制御部３０の機能および駆動信号出力部３１の機能を設けているが、これらの機能は別体として存在していてもよく、例えば制御部３０を有した制御装置１１とは別に駆動信号出力部３１を有した駆動信号出力装置を設ける構成としてもよい。なお、上記光走査システム１０のうち、反射面１４を有した可動装置１３と制御装置１１により、光偏向を行う光偏向システムを構成してもよい。

［画像投影装置］
次に、本実施形態の可動装置を適用した画像投影装置について、図５および図６を用いて詳細に説明する。

図５は、画像投影装置の一例であるヘッドアップディスプレイ装置５００を搭載した自動車４００の実施形態に係る概略図である。また、図６はヘッドアップディスプレイ装置５００の一例の概略図である。

画像投影装置は、光走査により画像を投影する装置であり、例えばヘッドアップディスプレイ装置である。

図５に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置５００は、例えば、自動車４００のウインドシールド（フロントガラス４０１等）の付近に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置５００から発せられる投射光Ｌがフロントガラス４０１で反射され、ユーザーである観察者（運転者４０２）に向かう。これにより、運転者４０２は、ヘッドアップディスプレイ装置５００によって投影された画像等を虚像として視認することができる。なお、ウインドシールドの内壁面にコンバイナを設置し、コンバイナによって反射する投射光によってユーザーに虚像を視認させる構成にしてもよい。

図６に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置５００は、赤色、緑色、青色のレーザ光源５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂからレーザ光が出射される。出射されたレーザ光は、各レーザ光源に対して設けられるコリメータレンズ５０２、５０３、５０４と、２つのダイクロイックミラー５０５、５０６と、光量調整部５０７と、から構成される入射光学系を経た後、反射面１４を有する可動装置１３にて偏向される。そして、偏向されたレーザ光は、自由曲面ミラー５０９と、中間スクリーン５１０と、投射ミラー５１１とから構成される投射光学系を経て、スクリーンに投影される。なお、上記ヘッドアップディスプレイ装置５００では、レーザ光源５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂ、コリメータレンズ５０２、５０３、５０４、ダイクロイックミラー５０５、５０６は、光源ユニット５３０として光学ハウジングによってユニット化されている。

上記ヘッドアップディスプレイ装置５００は、中間スクリーン５１０に表示される中間像を自動車４００のフロントガラス４０１に投射することで、その中間像を運転者４０２に虚像として視認させる。

レーザ光源５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂから発せられる各色レーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ５０２、５０３、５０４で略平行光とされ、２つのダイクロイックミラー５０５、５０６により合成される。合成されたレーザ光は、光量調整部５０７で光量が調整された後、反射面１４を有する可動装置１３によって二次元走査される。可動装置１３で二次元走査された投射光Ｌは、自由曲面ミラー５０９で反射されて歪みを補正された後、中間スクリーン５１０に集光され、中間像を表示する。中間スクリーン５１０は、マイクロレンズが二次元配置されたマイクロレンズアレイで構成されており、中間スクリーン５１０に入射してくる投射光Ｌをマイクロレンズ単位で拡大する。

可動装置１３は、反射面１４を２軸方向に往復可動させ、反射面１４に入射する投射光Ｌを二次元走査する。この可動装置１３の駆動制御は、レーザ光源５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂの発光タイミングに同期して行われる。

以上、画像投影装置の一例としてのヘッドアップディスプレイ装置５００の説明をしたが、画像投影装置は、反射面１４を有した可動装置１３により光走査を行うことで画像を投影する装置であればよい。例えば、机等に置かれ、表示スクリーン上に画像を投影するプロジェクタや、観測者の頭部等に装着される装着部材に搭載され、装着部材が有する反射透過スクリーンに投影、または眼球をスクリーンとして画像を投影するヘッドマウントディスプレイ装置等にも、同様に適用することができる。

また、画像投影装置は、車両や装着部材だけでなく、例えば、航空機、船舶、移動式ロボット等の移動体、あるいは、その場から移動せずにマニピュレータ等の駆動対象を操作する作業ロボット等の非移動体に搭載されてもよい。

［光書込装置］
次に、本実施形態の可動装置を適用した光書込装置について図７および図８を用いて詳細に説明する。

図７は、光書込装置６００を組み込んだ画像形成装置の一例である。また、図８は、光書込装置の一例の概略図である。

図７に示すように、上記光書込装置６００は、レーザ光によるプリンタ機能を有するレーザプリンタ６５０等に代表される画像形成装置の構成部材として使用される。画像形成装置において光書込装置６００は、１本または複数本のレーザビームで被走査面１５である感光体ドラムを光走査することにより、感光体ドラムに光書込を行う。

図８に示すように、光書込装置６００において、レーザ素子等の光源装置１２からのレーザ光は、コリメータレンズ等の結像光学系６０１を経た後、反射面１４を有する可動装置１３により１軸方向または２軸方向に偏向される。そして、可動装置１３で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ６０２ａと第二レンズ６０２ｂ、反射ミラー部６０２ｃからなる走査光学系６０２を経て、被走査面１５（例えば感光体ドラムや感光紙）に照射し、光書込みを行う。走査光学系６０２は、被走査面１５にスポット状に光ビームを結像する。また、光源装置１２および反射面１４を有する可動装置１３は、制御装置１１の制御に基づき駆動する。

このように上記光書込装置６００は、レーザ光によるプリンタ機能を有する画像形成装置の構成部材として使用することができる。また、走査光学系を異ならせて１軸方向だけでなく２軸方向に光走査可能にすることで、レーザ光をサーマルメディアに偏向して光走査し、加熱することで印字するレーザラベル装置等の画像形成装置の構成部材として使用することができる。

上記光書込装置に適用される反射面１４を有した可動装置１３は、ポリゴンミラー等を用いた回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、光書込装置の省電力化に有利である。また、可動装置１３の振動時における風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、光書込装置の静粛性の改善に有利である。光書込装置は回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また可動装置１３の発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、よって画像形成装置の小型化に有利である。

［物体認識装置］
次に、上記本実施形態の可動装置を適用した物体認識装置について、図９および図１０を用いて詳細に説明する。

図９は、物体認識装置の一例であるレーザレーダ装置を搭載した自動車の概略図である。また、図１０はレーザレーダ装置の一例の概略図である。

物体認識装置は、対象方向の物体を認識する装置であり、例えばレーザレーダ装置である。

図９に示すように、レーザレーダ装置７００は、例えば自動車７０１に搭載され、対象方向を光走査して、対象方向に存在する被対象物７０２からの反射光を受光することで、被対象物７０２を認識する。

図１０に示すように、光源装置１２から出射されたレーザ光は、発散光を略平行光とする光学系であるコリメータレンズ７０３と、平面ミラー７０４とから構成される入射光学系を経て、反射面１４を有する可動装置１３で１軸もしくは２軸方向に走査される。そして、投光光学系である投光レンズ７０５等を経て装置前方の被対象物７０２に照射される。光源装置１２および可動装置１３は、制御装置１１により駆動を制御される。被対象物７０２で反射された反射光は、光検出器７０９により光検出される。すなわち、反射光は入射光検出受光光学系である集光レンズ７０６等を経て撮像素子７０７により受光され、撮像素子７０７は検出信号を信号処理装置７０８に出力する。信号処理装置７０８は、入力された検出信号に２値化やノイズ処理等の所定の処理を行い、結果を測距回路７１０に出力する。

測距回路７１０は、光源装置１２がレーザ光を発光したタイミングと、光検出器７０９でレーザ光を受光したタイミングとの時間差、または受光した撮像素子７０７の画素ごとの位相差によって、被対象物７０２の有無を認識し、さらに被対象物７０２との距離情報を算出する。

反射面１４を有する可動装置１３は多面鏡に比べて破損しづらく、小型であるため、耐久性の高い小型のレーダ装置を提供することができる。このようなレーサレーダ装置は、例えば車両、航空機、船舶、ロボット等に取り付けられ、所定範囲を光走査して障害物の有無や障害物までの距離を認識することができる。

上記物体認識装置では、一例としてのレーザレーダ装置７００の説明をしたが、物体認識装置は、反射面１４を有した可動装置１３を制御装置１１で制御することにより光走査を行い、光検出器により反射光を受光することで被対象物７０２を認識する装置であればよく、上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、手や顔を光走査して得た距離情報から形状等の物体情報を算出し、記録と参照することで対象物を認識する生体認証や、対象範囲への光走査により侵入物を認識するセキュリティセンサ、光走査により得た距離情報から形状等の物体情報を算出して認識し、３次元データとして出力する３次元スキャナの構成部材等にも同様に適用することができる。

［レーザヘッドランプ］
次に、上記本実施形態の可動装置を自動車のヘッドライトに適用したレーザヘッドランプ５０について、図１１を用いて説明する。図１１は、レーザヘッドランプ５０の構成の一例を説明する概略図である。

レーザヘッドランプ５０は、制御装置１１と、光源装置１２ｂと、反射面１４を有する可動装置１３と、ミラー５１と、透明板５２とを有する。

光源装置１２ｂは、青色のレーザ光を発する光源である。光源装置１２ｂから発せられた光は、可動装置１３に入射し、反射面１４にて反射される。可動装置１３は、制御装置１１からの信号に基づき、反射面をＸＹ方向に可動し、光源装置１２ｂからの青色のレーザ光をＸＹ方向に二次元走査する。

可動装置１３による走査光は、ミラー５１で反射され、透明板５２に入射する。透明板５２は、表面又は裏面を黄色の蛍光体により被覆されている。ミラー５１からの青色のレーザ光は、透明板５２における黄色の蛍光体の被覆を通過する際に、ヘッドライトの色として法定される範囲の白色に変化する。これにより自動車の前方は、透明板５２からの白色光で照明される。

可動装置１３による走査光は、透明板５２の蛍光体を通過する際に所定の散乱をする。これにより自動車前方の照明対象における眩しさは緩和される。

可動装置１３を自動車のヘッドライトに適用する場合、光源装置１２ｂ及び蛍光体の色は、それぞれ青及び黄色に限定されない。例えば、光源装置１２ｂを近紫外線とし、透明板５２を、光の三原色の青色、緑色及び赤色の各蛍光体を均一に混ぜたもので被覆してもよい。この場合でも、透明板５２を通過する光を白色に変換でき、自動車の前方を白色光で照明することができる。

［ヘッドマウントディスプレイ］
次に、上記本実施形態の可動装置を適用したヘッドマウントディスプレイ６０について、図１２〜１３を用いて説明する。ここでヘッドマウントディスプレイ６０は、人間の頭部に装着可能な頭部装着型ディスプレイで、例えば、眼鏡に類する形状とすることができる。ヘッドマウントディスプレイを、以降ではＨＭＤと省略して示す。

図１２は、ＨＭＤ６０の外観を例示する斜視図である。図１２において、ＨＭＤ６０は、左右に１組ずつ略対称に設けられたフロント６０ａ、及びテンプル６０ｂにより構成されている。フロント６０ａは、例えば、導光板６１により構成することができ、光学系や制御装置等は、テンプル６０ｂに内蔵することができる。

図１３は、ＨＭＤ６０の構成を部分的に例示する図である。なお、図１３では、左眼用の構成を例示しているが、ＨＭＤ６０は右眼用としても同様の構成を有している。

ＨＭＤ６０は、制御装置１１と、光源ユニット５３０と、光量調整部５０７と、反射面１４を有する可動装置１３と、導光板６１と、ハーフミラー６２とを有している。

光源ユニット５３０は、上述したように、レーザ光源５０１Ｒ、５０１Ｇ、及び５０１Ｂと、コリメータレンズ５０２、５０３、及び５０４と、ダイクロイックミラー５０５、及び５０６とを、光学ハウジングによってユニット化したものである。光源ユニット５３０において、レーザ光源５０１Ｒ、５０１Ｇ、及び５０１Ｂからの三色のレーザ光は、ダイクロイックミラー５０５及び５０６で合成される。光源ユニット５３０からは、合成された平行光が発せられる。

光源ユニット５３０からの光は、光量調整部５０７により光量調整された後、可動装置１３に入射する。可動装置１３は、制御装置１１からの信号に基づき、反射面１４をＸＹ方向に可動し、光源ユニット５３０からの光を二次元走査する。この可動装置１３の駆動制御は、レーザ光源５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂの発光タイミングに同期して行われ、走査光によりカラー画像が形成される。

可動装置１３による走査光は、導光板６１に入射する。導光板６１は、走査光を内壁面で反射させながらハーフミラー６２に導光する。導光板６１は、走査光の波長に対して透過性を有する樹脂等により形成されている。

ハーフミラー６２は、導光板６１からの光をＨＭＤ６０の背面側に反射し、ＨＭＤ６０の装着者６３の眼の方向に出射する。ハーフミラー６２は、例えば、自由曲面形状を有している。走査光による画像は、ハーフミラー６２での反射により、装着者６３の網膜に結像する。或いは、ハーフミラー６２での反射と眼球における水晶体のレンズ効果とにより、装着者６３の網膜に結像する。またハーフミラー６２での反射により、画像は空間歪が補正される。装着者６３は、ＸＹ方向に走査される光で形成される画像を、観察することができる。

６２はハーフミラーであるため、装着者６３には、外界からの光による像と走査光による画像が重畳して観察される。ハーフミラー６２に代えてミラーを設けることで、外界からの光をなくし、走査光による画像のみを観察できる構成としてもよい。

［パッケージング］
次に、本実施形態の可動装置のパッケージングについて図１４を用いて説明する。

図１４は、パッケージングされた可動装置の一例の概略図である。

図１４に示すように、可動装置１３は、パッケージ部材８０１の内側に配置される取付部材８０２に取り付けられ、パッケージ部材の一部を透過部材８０３で覆われて、密閉されることでパッケージングされる。さらに、パッケージ内は窒素等の不活性ガスが密封されている。これにより、可動装置１３の酸化による劣化が抑制され、さらに温度等の環境の変化に対する耐久性が向上する。

以上説明した光走査システム、ヘッドアップディスプレイ、光書込装置、物体認識装置、レーザヘッドランプ、ヘッドマウントディスプレイに使用される、本実施形態の可動装置の詳細について、図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係る可動装置（光偏向装置）の構成を、図１５を用いて詳細に説明する。図１５は、１軸方向に光偏向可能な両持ちタイプの可動装置の平面図である。

以下、反射部の揺動軸Ｅ方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。

図１５に示すように、可動装置１３は、反射部１２０と、可動部１３０ａ、１３０ｂと、駆動部１４０ａ、１４０ｂと、支持部１５０ａ、１５０ｂと、ばね部１６０ａ、１６０ｂとを有する。本実施形態では、反射部１２０は矩形状であって、反射部１２０には、入射した光を反射する矩形形状の反射面１４が形成されている。反射部１２０は、矩形状に限定されず、矩形状以外の形状であってもよい。

可動部１３０ａ、１３０ｂは、反射部１２０に接続されている。可動部１３０ｂ、１３０ｂは、反射部１２０を介して対向する位置に配置され、反射部１２０を揺動可能に支持している。

駆動部１４０ａ、１４０ｂは、可動部１３０ａ、１３０ｂを弾性変形させることにより、反射部１２０を、Ｘ方向に平行な揺動軸Ｅ周りに揺動（回転振動）させる。駆動部１４０ａ、１４０ｂは、それぞれ可動部１３０ａ、１３０ｂ上に形成されている。

支持部１５０ａ、１５０ｂは、枠状部材の一部に開放部１６、１７を設けることにより、開放部１６、１７を挟んで分離した構成となっている。開放部１６、１７は、反射部１２０に対して揺動軸Ｅに直交する方向（±Ｙ方向）に位置しており、反射部１２０が揺動した場合に、反射面１４により反射される反射光を通過させる光通過部として機能する。

また、本実施形態では、開放部１６、１７は、揺動軸Ｅに沿った方向の幅が、揺動軸Ｅから離れるにつれて、テーパ状に広くなる形状に形成されている。開放部１６，１７をテーパ状に広くなる形状とすることで、広がり角を持つ反射光を遮断することなく通過させることができる。

支持部１５０ａは、ばね部１６０ａを介して可動部１３０ａに接続されている。支持部１５０ｂは、ばね部１６０ｂを介して可動部１３０ｂに接続されている。

図示は省略するが、可動部１３０ａ、１３０ｂの以外の駆動部１４０ａ、１４０ｂ以外の領域、及び支持部１５０ａ、１５０ｂ上には、支持部１５０ａ、１５０ｂ上に設けられた電極端子に印加される駆動電圧を駆動部１４０ａ、１４０ｂに伝達するための配線が形成されている。

可動部１３０ａは、平行に配置された４つの可動梁１３１ａ〜１３４ａにより構成されている。可動梁１３１ａ〜１３４ａは、それぞれがＹ方向を長手方向とする矩形状部材であり、折り返し構造（ミアンダ構造）となるように、隣接する端部同士が連結されている。可動部１３０ａの反射部１２０側に位置する可動梁１３１ａが反射部１２０に接続されている。可動部１３０ａのばね部１６０ａ側に位置する可動梁１３４ａがばね部１６０ａに接続されている。

可動部１３０ｂは、４つの可動梁１３１ｂ〜１３４ｂにより構成されている。可動梁１３１ｂ〜１３４ｂは、それぞれがＹ方向を長手方向とする矩形状部材であり、折り返し構造（ミアンダ構造）となるように、隣接する端部同士が連結されている。可動部１３０ｂの反射部１２０側に位置する可動梁１３１ｂが反射部１２０に接続されている。可動部１３０ｂのばね部１６０ｂ側に位置する可動梁１３４ｂがばね部１６０ｂに接続されている。

駆動部１４０ａは、４つの圧電素子１４１ａ〜１４４ａを有する。圧電素子１４１ａ〜１４４ａは、それぞれＹ方向を長手方向とする矩形状であって、可動梁１３１ａ〜１３４ａ上に形成されている。

駆動部１４０ｂは、４つの圧電素子１４１ｂ〜１４４ｂを有する。圧電素子１４１ｂ〜１４４ｂは、それぞれＹ方向を長手方向とする矩形状であって、可動梁１３１ｂ〜１３４ｂ上に形成されている。

ばね部１６０ａは、Ｙ方向を長手方向とし、かつＸ方向を折り返し幅方向とする折り返し構造（ミアンダ構造）を有する蛇行ばねである。ばね部１６０ａは、一端が可動部１３０ａに接続されており、他端が支持部１５０ａに接続されている。本実施形態では、ばね部１６０ａの長手方向が、可動梁１３１ａ〜１３４ａの長手方向と同一方向である。

ばね部１６０ｂは、Ｙ方向を長手方向とし、かつＸ方向を折り返し幅方向とする折り返し構造（ミアンダ構造）を有する蛇行ばねである。ばね部１６０ｂは、一端が可動部１３０ｂに接続されており、他端が支持部１５０ｂに接続されている。本実施形態では、ばね部１６０ｂの長手方向が、可動梁１３１ｂ〜１３４ｂの長手方向と同一方向である。

ばね部１６０ａは、可動部１３０ａよりも、反射部１２０の揺動方向への剛性が低く、反射面１４に垂直な方向（Ｚ方向）への剛性が高い。同様に、ばね部１６０ｂは、可動部１３０ｂよりも、揺動軸Ｅ方向への剛性が低く、反射面１４に垂直な方向（Ｚ方向）への剛性が高い。

図１６は、図１５の揺動軸Ｅに沿った断面図である。可動装置１３は、例えば、１枚のＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板にエッチング処理等を施すことにより加工し、加工された基板上に反射面１４や駆動部１４０ａ、１４０ｂを形成することにより製造される。

ＳＯＩ基板は、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなるシリコン支持層３０１と、シリコン支持層３０１上に形成された酸化シリコン層３０２と、酸化シリコン層３０２上に形成された単結晶シリコンからなるシリコン活性層３０３とにより構成されている。酸化シリコン層３０２は、ＢＯＸ（Buried Oxide）層とも称される。

シリコン活性層３０３は、Ｘ方向またはＹ方向に対してＺ方向への厚みが小さい。このため、ＳＯＩ基板からシリコン支持層３０１及び酸化シリコン層３０２をエッチング除去し、シリコン活性層３０３のみで構成された部材は、Ｚ方向に剛性が低くなっている。

支持部１５０ａ、１５０ｂは、シリコン支持層３０１、酸化シリコン層３０２、シリコン活性層３０３等から構成されており、高剛性である。

反射部１２０は、シリコン活性層３０３により形成されている。反射部１２０の表面には、アルミニウム、金、銀、誘導体多層膜等を含む薄膜を成膜することにより反射面１４が形成されている。反射部１２０の反射面１４とは反対側の面には、補強用のリブ１２１が形成されている。リブ１２１は、シリコン支持層３０１及び酸化シリコン層３０２を、エッチング処理によりパターニングすることにより形成されたものである。リブ１２１は、反射面１４の歪みを抑制する作用を有する。

可動部１３０ａ、１３０ｂは、シリコン活性層３０３をエッチング処理でパターニングすることにより形成される。可動部１３０ａ、１３０ｂは、シリコン活性層３０３のみで構成されているので、剛性が低く、弾性を有する。

圧電素子１４１ａ〜１４４ａ、１４１ｂ〜１４４ｂは、それぞれ下部電極、圧電部、及び上部電極を積層することにより形成されている。上部電極および下部電極は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等からなる。圧電部は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる。圧電部は、分極方向に正または負の電圧が印加されると印加電圧の電位に比例した変形（例えば、伸縮）が生じ、いわゆる逆圧電効果を発揮する。

可動部１３０ａ、１３０ｂは、圧電素子１４１ａ〜１４４ａ、１４１ｂ〜１４４ｂが変形することにより弾性変形する。

ばね部１６０ａ、１６０ｂは、シリコン支持層３０１、酸化シリコン層３０２、及びシリコン活性層３０３をエッチング処理でパターニングすることにより形成される。ばね部１６０ａ、１６０ｂは、Ｘ方向への幅が狭く、かつＹ方向に延伸した折り返し構造であるので、揺動軸Ｅ方向（Ｘ方向）に関しては低剛性である。また、ばね部１６０ａ、１６０ｂは、シリコン支持層３０１、酸化シリコン層３０２、及びシリコン活性層３０３の３層で構成されているので、Ｚ方向に関しては高剛性である。

以上のように構成された可動装置１３は、電極端子から駆動部１４０ａ、１４０ｂに駆動電圧を印加することにより動作する。駆動電圧は、例えば、正弦波波形であり、周波数は、例えば６００Ｈｚである。

具体的には、圧電素子１４１ａ〜１４４ａ、１４１ｂ〜１４４ｂのうち、圧電素子１４１ａ、１４３ａ、１４２ｂ、１４４ｂを第１圧電素子群、圧電素子１４２ａ、１４４ａ、１４１ｂ、１４３ｂを第２圧電素子群とし、第１圧電素子群と第２圧電素子群とに電圧レベルが反転した駆動電圧が印加される。これにより、駆動部１４０ａ、１４０ｂは、自身が伸縮することで、可動梁１３１ａ、１３３ａ、１３２ｂ、１３４ｂと、可動梁１３２ａ、１３４ａ、１３１ｂ、１３３ｂとを周期的に互いに逆方向に変形させる。この結果、反射部１２０が揺動軸Ｅの周りに揺動する。

可動装置１３は、支持部１５０ａ、１５０ｂが開放部１６、１７により分離されているため、反射部１２０の振れ角が大きい場合に、反射部１２０による反射光が開放部１６、１７を通過する。その結果、支持部によって反射光が遮られることが防止される。

一方、支持部１５０ａ、１５０ｂが開放部１６、１７により分離されていることにより、可動装置１３のパッケージ工程や、回路基板への実装工程、温度変化により支持部１５０ａ、１５０ｂの間隔（開放部１６、１７の大きさ）に変動が生じることがある。このように支持部１５０ａ、１５０ｂの間隔に変動が生じると、可動部１３０ａ、１３０ｂに歪みが発生し、可動部１３０ａ、１３０ｂのばね定数を変化させる恐れがある。可動部１３０ａ、１３０ｂのばね定数が変化すると、光偏向装置としての可動装置１３の主要特性である共振周波数を設計値から大きくシフトさせてしまう。

これに対して、本実施形態では、可動部１３０ａ、１３０ｂは、ばね部１６０ａ、１６０ｂを介して支持部１５０ａ、１５０ｂに接続されているので、支持部１５０ａ、１５０ｂの間隔が変化しても、ばね部１６０ａ、１６０ｂが可動部１３０ａ、１３０ｂよりも先に変形する。この結果、可動部１３０ａ、１３０ｂの歪みが抑制され、共振周波数のシフトが抑制される。

また、仮に、ばね部１６０ａ、１６０ｂの厚みが、可動部１３０ａ、１３０ｂの厚みと同程度以下である場合には、反射部１２０の揺動時にばね部１６０ａ、１６０ｂが撓んでしまい、可動部１３０ａ、１３０ｂの構造で定まる共振周波数および振動モードが変化することが考えられる。これに対して、本実施形態では、ばね部１６０ａ、１６０ｂは、厚みが可動部１３０ａ、１３０ｂの厚みよりも厚く、高剛性であるので、反射部１２０の揺動時にばね部１６０ａ、１６０ｂが撓むことが抑制され、共振周波数および振動モードの変化が抑制される。

なお、上記実施形態では、圧電素子によって駆動力を得る圧電方式の光偏向装置を示しているが、光偏向装置はどのような駆動方式であってもよい。

以下に、その他の実施形態に係る可動装置（光偏向装置）について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する。

［第２実施形態］
図１７は、第２実施形態に係る可動装置の平面図である。図１７に示すように、本実施形態に係る可動装置１３ａは、ばね部１６１ａ、１６１ｂの構成が第１実施形態と異なる。

支持部１５１ａ、１５１ｂは、第１実施形態と同様に、枠状部材の一部に開放部１６、１７を設けることにより、開放部１６、１７を挟んで分離した構成となっている。

ばね部１６１ａ、１６１ｂは、第１実施形態と同様に、折り返し構造（ミアンダ構造）を有する蛇行ばねである。第１実施形態とは異なり、ばね部１６１ａ、１６１ｂは、長手方向が可動梁１３１ｂ〜１３４ｂの長手方向と同一方向ではない。ばね部１６１ａ、１６１ｂの長手方向と、可動梁１３１ｂ〜１３４ｂの長手方向（Ｙ方向）とのなす角θは、０°＜θ＜９０°の範囲内である。本実施形態では、θ＝４５°としている。

ばね部１６１ａは、一端が可動部１３０ａに接続されており、他端が支持部１５１ａに接続されている。ばね部１６１ｂは、一端が可動部１３０ｂに接続されており、他端が支持部１５１ｂに接続されている。本実施形態では、ばね部１６１ａ、１６１ｂは、ＸＹ平面において、反射部１２０の中心を基準として、１８０°の略回転対称となる位置に配置されている。ばね部をこのような配置とすることにより、それぞれの方向に対するばね定数が揺動軸Ｅに対して対称となり、振動モードを安定させることができる。

第１実施形態と同様に、ばね部１６１ａ、１６１ｂは、可動部１３０ａ、１３０ｂよりも、揺動軸Ｅ方向への剛性が低い。また、ばね部１６１ａ、１６１ｂは、厚みが可動部１３０ａ、１３０ｂの厚みよりも厚く、高剛性である。

本実施形態に係る可動装置１３ａの他の構成は、第１実施形態の可動装置１３の構成と同様である。

以上のように、ばね部１６１ａ、１６１ｂの長手方向と、可動梁１３１ｂ〜１３４ｂの長手方向とのなす角θを、０°＜θ＜９０°の範囲内としているので、可動装置１３ａのパッケージ化や回路基板への実装時に生じる温度変化により生じる支持部１５１ａ、１５１ｂの位置ずれが、揺動軸Ｅ方向（Ｘ方向）と揺動軸Ｅに直交する方向（Ｙ方向）との２方向に発生した場合においても、可動部１３０ａ、１３０ｂの歪みが抑制され、共振周波数のずれが抑制される。

［第３実施形態］
図１８は、第３実施形態に係る可動装置の平面図である。図１８に示すように、本実施形態に係る可動装置１３ｂは、反射部１２０ａと、可動部１７０ａ、１７０ｂと、駆動部１８０ａ、１８０ｂと、支持部１５２ａ、１５２ｂと、ばね部１６２ａ、１６３ａ、１６２ｂ、１６３ｂとを有する。

支持部１５２ａ、１５２ｂは、第１実施形態と同様に、枠状部材の一部に開放部１６、１７を設けることにより、開放部１６、１７を挟んで分離した構成となっている。

本実施形態では、反射部１２０ａは円形であって、反射部１２０ａには円形の反射面１４が形成されている。

可動部１７０ａは、トーションバー１７１ａと、可動梁１７２ａとを有する。可動梁１７２ａは、Ｙ方向を長手方向とする矩形状部材である。トーションバー１７１ａは、揺動軸Ｅ方向に延びた棒状部材であり、一端が反射部１２０ａに接続され、他端が可動梁１７２ａの長手方向に関する中央部に接続されている。

可動部１７０ｂは、トーションバー１７１ｂと、可動梁１７２ｂとを有する。可動梁１７２ｂは、Ｙ方向を長手方向とする矩形状部材である。トーションバー１７１ｂは、揺動軸Ｅ方向に延びた棒状部材であり、一端が反射部１２０ａに接続され、他端が可動梁１７２ｂの長手方向に関する中央部に接続されている。

トーションバー１７１ａ、１７１ｂは、反射部１２０ａを介して対向する位置に配置され、反射部１２０ａを揺動可能に支持している。

駆動部１８０ａは、２つの圧電素子１８１ａ、１８２ａを有する。圧電素子１８１ａ、１８２ａは、それぞれＹ方向を長手方向とする矩形状であって、可動梁１７２ａ上に、揺動軸Ｅに対して線対称となる位置に配置されている。

駆動部１８０ｂは、２つの圧電素子１８１ｂ、１８２ｂを有する。圧電素子１８１ｂ、１８２ｂは、それぞれＹ方向を長手方向とする矩形状であって、可動梁１７２ｂ上に、揺動軸Ｅに対して線対称となる位置に配置されている。

ばね部１６２ａ、１６３ａ、１６２ｂ、１６３ｂは、それぞれ第１実施形態と同様に、Ｙ方向を長手方向とし、かつＸ方向を折り返し幅方向とする折り返し構造（ミアンダ構造）を有する蛇行ばねである。

ばね部１６２ａ、１６３ａは、それぞれ一端が可動梁１７２ａに接続されており、他端が支持部１５２ａに接続されている。ばね部１６２ａ、１６３ａは、揺動軸Ｅに対して線対称となる位置に配置されている。ばね部をこのような配置とすることにより、それぞれの方向に対するばね定数が揺動軸Ｅに対して対称となり、振動モードを安定させることができる。ばね部１６２ａは、可動梁１７２ａの＋Ｙ方向側の端部に接続されており、圧電素子１８１ａの近傍に配置されている。ばね部１６３ａは、可動梁１７２ａの−Ｙ方向側の端部に接続されており、圧電素子１８２ａの近傍に配置されている。

ばね部１６２ｂ、１６３ｂは、それぞれ一端が可動梁１７２ｂに接続されており、他端が支持部１５２ｂに接続されている。ばね部１６２ｂ、１６３ｂは、揺動軸Ｅに対して線対称となる位置に配置されている。ばね部１６２ｂは、可動梁１７２ｂの−Ｙ方向側の端部に接続されており、圧電素子１８１ｂの近傍に配置されている。ばね部１６３ｂは、可動梁１７２ｂの＋Ｙ方向側の端部に接続されており、圧電素子１８２ｂの近傍に配置されている。

第１実施形態と同様に、可動部１７０ａ、１７０ｂは、シリコン活性層３０３のみで構成されているので、剛性が低く、弾性を有する。

ばね部１６２ａ、１６３ａ、１６２ｂ、１６３ｂは、シリコン支持層３０１、酸化シリコン層３０２、及びシリコン活性層３０３をエッチング処理でパターニングすることにより形成される。ばね部１６２ａ、１６３ａ、１６２ｂ、１６３ｂは、揺動軸Ｅ方向への剛性が低く、反射面１４に垂直な方向（Ｚ方向）への剛性が高い。

以上のように構成された可動装置１３ｂは、電極端子から駆動部１８０ａ、１８０ｂに駆動電圧を印加することにより動作する。駆動電圧は、例えば、正弦波状の波形である。

具体的には、圧電素子１８１ａ、１８２ａ、１８１ｂ、１８２ｂのうち、圧電素子１８１ａ、１８２ｂを第１圧電素子群、圧電素子１８２ａ、１８１ｂを第２圧電素子群とし、第１圧電素子群と第２圧電素子群とに電圧レベルが反転した駆動電圧が印加される。これにより、駆動部１８０ａ、１８０ｂは、自身が伸縮することで、トーションバー１７１ａ、１７１ｂを周期的に互いに同じ方向に変形させる。この結果、反射部１２０が揺動軸Ｅの周りに揺動する。

本実施形態では、可動部１７０ａ、１７０ｂは、ばね部１６２ａ、１６３ａ、１６２ｂ、１６３ｂを介して支持部１５２ａ、１５２ｂに接続されているので、支持部１５２ａ、１５２ｂの間隔が変化することによる可動部１７０ａ、１７０ｂの歪みが抑制され、共振周波数のシフトが抑制される。また、ばね部１６２ａ、１６３ａ、１６２ｂ、１６３ｂは、厚みが可動部１７０ａ、１７０ｂの厚みよりも厚く、高剛性であるので、反射部１２０ａの揺動時にばね部１６２ａ、１６３ａ、１６２ｂ、１６３ｂが撓むことが抑制され、共振周波数および振動モードの変化が抑制される。

また、ばね部１６２ａ、１６３ａ、１６２ｂ、１６３ｂは、揺動軸Ｅに対して線対称となる位置に配置されているので、反射部１２０ａの振動モードが安定する。

［第３実施形態の変形例］
第３実施形態に係る可動装置１３ｂでは、１つの圧電素子に対して１つのばね部が設けられているが、ばね部の数はこれに限定されず適宜変更可能である。

図１９は、第３実施形態の第１変形例に係る可動装置１３ｃの平面図である。図１９に示すように、本変形例に係る可動装置１３ｃは、ばね部１６２ａ、１６３ａ、１６２ｂ、１６３ｂに加えて、ばね部１６４ａ、１６５ａ、１６４ｂ、１６５ｂを有する。

支持部１５３ａ、１５３ｂは、第１実施形態と同様に、枠状部材の一部に開放部１６、１７を設けることにより、開放部１６、１７を挟んで分離した構成となっている。

ばね部１６４ａは、一端が可動梁１７２ａに接続され、他端が支持部１５３ａに接続されている。ばね部１６４ａは、可動梁１７２ａを介してＸ方向にばね部１６２ａと対称となる位置に配置されている。ばね部１６５ａは、一端が可動梁１７２ａに接続され、他端が支持部１５３ａに接続されている。ばね部１６５ａは、可動梁１７２ａを介してＸ方向にばね部１６３ａと対称となる位置に配置されている。

ばね部１６４ｂは、一端が可動梁１７２ｂに接続され、他端が支持部１５３ｂに接続されている。ばね部１６４ｂは、可動梁１７２ｂを介してＸ方向にばね部１６２ｂと対称となる位置に配置されている。ばね部１６５ｂは、一端が可動梁１７２ｂに接続され、他端が支持部１５３ｂに接続されている。ばね部１６５ｂは、可動梁１７２ｂを介してＸ方向にばね部１６３ｂと対称となる位置に配置されている。

ばね部１６２ａ、１６３ａ、１６２ｂ、１６３ｂ、１６４ａ、１６５ａ、１６４ｂ、１６５ｂは、揺動軸Ｅに対して線対称となる位置に配置されている。

本変形例に係る可動装置１３ｃの他の構成は、第３実施形態の可動装置１３ｂの構成と同様である。

図２０は、第３実施形態の第２変形例に係る可動装置１３ｄの平面図である。図２０に示すように、本変形例に係る可動装置１３ｄは、ばね部１６２ａ、１６３ａ、１６２ｂ、１６３ｂに加えて、ばね部１６６ａ、１６７ａ、１６６ｂ、１６７ｂを有する。

支持部１５４ａ、１５４ｂは、第１実施形態と同様に、枠状部材の一部に開放部１６、１７を設けることにより、開放部１６、１７を挟んで分離した構成となっている。

ばね部１６６ａ、１６７ａ、１６６ｂ、１６７ｂは、支持部１５４ａ、１５４ｂとの接続部分の形状が異なること以外、上記第１変形例のばね部１６４ａ、１６５ａ、１６４ｂ、１６５ｂと同様の構成である。

本変形例に係る可動装置１３ｄの他の構成は、第３実施形態の可動装置１３ｂの構成と同様である。

［第４実施形態］
図２１は、第４実施形態に係る可動装置の平面図である。図２１に示すように、本実施形態に係る可動装置１３ｅは、ばね部１６７ａ、１６８ａ、１６７ｂ、１６８ｂの構成が第３実施形態と異なる。

支持部１５５ａ、１５５ｂは、第１実施形態と同様に、枠状部材の一部に開放部１６、１７を設けることにより、開放部１６、１７を挟んで分離した構成となっている。

ばね部１６７ａ、１６８ａ、１６７ｂ、１６８ｂは、第３実施形態と同様に、折り返し構造（ミアンダ構造）を有する蛇行ばねである。第３実施形態とは異なり、ばね部１６７ａ、１６８ａ、１６７ｂ、１６８ｂは、長手方向が可動梁１７２ａ、１７２ｂの長手方向と同一方向ではない。ばね部１６７ａ、１６８ａ、１６７ｂ、１６８ｂの長手方向と、可動梁１７２ａ、１７２ｂの長手方向（Ｙ方向）とのなす角θは、０°＜θ＜９０°の範囲内である。本実施形態では、θ＝４５°としている。

ばね部１６７ａ、１６８ａは、揺動軸Ｅに対して線対称となる位置に配置されている。ばね部１６７ｂ、１６８ｂは、揺動軸Ｅに対して線対称となる位置に配置されている。ばね部をこのような配置とすることにより、それぞれの方向に対するばね定数が揺動軸Ｅに対して対称となり、振動モードを安定させることができる。

ばね部１６７ａ、１６８ａは、一端が可動梁１７２ａに接続されており、他端が支持部１５５ａに接続されている。ばね部１６７ｂ、１６８ｂは、一端が可動梁１７２ｂに接続されており、他端が支持部１５５ｂに接続されている。

本実施形態に係る可動装置１３ｅの他の構成は、第３実施形態の可動装置１３ｂの構成と同様である。

本実施形態では、ばね部１６７ａ、１６８ａ、１６７ｂ、１６８ｂの長手方向と、可動梁１７２ａ、１７２ｂの長手方向とのなす角θを、０°＜θ＜９０°の範囲内としているので、可動装置１３ｅのパッケージ化や回路基板への実装時に生じる温度変化により生じる支持部１５５ａ、１５５ｂの位置ずれが、揺動軸Ｅ方向（Ｘ方向）と揺動軸Ｅに直交する方向（Ｙ方向）との２方向に発生した場合においても、可動部１７０ａ、１７０ｂの歪みが抑制され、共振周波数のずれが抑制される。

［第５実施形態］
上記第１〜第４実施形態に係る可動装置では、反射部に対して揺動軸に直交する方向（±Ｙ方向）に開放部を形成することにより支持部を分離している。これは、反射部による反射光が支持部で遮蔽されることを防止することを目的としている。

これに対して、第５実施形態に係る可動装置では、反射部に対して揺動軸方向に開放部を形成することにより支持部を分離する。これは、駆動部による駆動力を高め、可動部の振れ角（偏向角）を大きくすることを目的としている。

図２２は、第５実施形態に係る可動装置の平面図である。図２２に示すように、本実施形態に係る可動装置１３ｆでは、支持部１５６ａ、１５６ｂは、反射部１２０ａに対して揺動軸Ｅ方向に開放部が形成されることにより、Ｙ方向に分離された構成となっている。支持部１５６ａ、１５６ｂは、Ｘ方向を長手方向とする矩形状部材である。

反射部１２０ａ及び可動部１７０ａ、１７０ｂは、第３実施形態とほぼ同一の構成である。本実施形態では、トーションバー１７１ａ、１７１ｂに、揺動軸Ｅに沿って開放部としてのスリット２００ａ、２００ｂがそれぞれ形成されている。可動梁１７２ａ、１７２ｂは、それぞれスリット２００ａ、２００ｂによってＹ方向に分離されている。

可動装置１３ｆは、４つのばね部１９１ａ、１９２ａ、１９１ｂ、１９２ｂを有している。ばね部１９１ａは、一端が可動梁１７２ａの＋Ｙ方向側の端部に接続され、他端が支持部１５６ａの−Ｘ方向側の端部に接続されている。ばね部１９２ａは、一端が可動梁１７２ａの−Ｙ方向側の端部に接続され、他端が支持部１５６ｂの−Ｘ方向側の端部に接続されている。ばね部１９１ｂは、一端が可動梁１７２ｂの＋Ｙ方向側の端部に接続され、他端が支持部１５６ａの＋Ｘ方向側の端部に接続されている。ばね部１９２ｂは、一端が可動梁１７２ｂの−Ｙ方向側の端部に接続され、他端が支持部１５６ｂの＋Ｘ方向側の端部に接続されている。

ばね部１９１ａ、１９２ａ、１９１ｂ、１９２ｂは、第１実施形態と同様に、折り返し構造（ミアンダ構造）を有する蛇行ばねである。ばね部１９１ａ、１９２ａ、１９１ｂ、１９２ｂは、揺動軸Ｅ方向への剛性が低く、反射面１４に垂直な方向（Ｚ方向）への剛性が高い。

本実施形態では、ばね部１９１ａ、１９２ａ、１９１ｂ、１９２ｂの長手方向はＸ方向に平行であり、可動梁１７２ａ，１７２ｂの長手方向（Ｙ方向）に直交している。なお、ばね部１９１ａ、１９２ａ、１９１ｂ、１９２ｂの長手方向と、可動梁１７２ａ，１７２ｂの長手方向とのなす角θは、０°＜θ＜９０°の範囲内であればよい。

本実施形態に係る可動装置１３ｆの他の構成は、第３実施形態の可動装置１３ｂの構成と同様である。

本実施形態においても、可動部１７０ａ、１７０ｂは、ばね部１９１ａ、１９２ａ、１９１ｂ、１９２ｂを介して支持部１５６ａ、１５６ｂに接続されているので、支持部１５６ａ、１５６ｂの間隔が変化することによる可動部１７０ａ、１７０ｂの歪みが抑制され、共振周波数のシフトが抑制される。また、ばね部１９１ａ、１９２ａ、１９１ｂ、１９２ｂは、厚みが可動部１７０ａ、１７０ｂの厚みよりも厚く、高剛性であるので、反射部１２０ａの揺動時にばね部１９１ａ、１９２ａ、１９１ｂ、１９２ｂが撓むことが抑制され、共振周波数および振動モードの変化が抑制される。

また、ばね部１９１ａ、１９２ａ、１９１ｂ、１９２ｂは、揺動軸Ｅに対して線対称となる位置に配置されているので、反射部１２０ａの振動モードが安定する。

なお、上記第１〜第５実施形態では、１軸方向に光偏向可能な可動装置（光偏向装置）を例に挙げて説明したが、本発明は、２軸方向に光偏向可能な可動装置にも適用可能である。

また、上記第１〜第５実施形態では、支持部の一部に２つの開放部を形成することにより支持部を分離しているが、支持部の一か所のみが開放され、支持部が分離されていなくてもよい。

以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 光走査システム
１３，１３ａ〜１３ｆ 可動装置（光偏向装置）
１４ 反射面
１６，１７ 開放部
１２０，１２０ａ 反射部
１２１ リブ
１３０ａ，１３０ｂ 可動部
１３１ａ〜１３４ａ，１３１ｂ〜１３４ｂ 可動梁
１４０ａ、１４０ｂ 駆動部
１４１ａ〜１４４ａ，１４１ｂ〜１４４ｂ 圧電素子
１５０ａ〜１５６ａ，１５０ｂ〜１５６ｂ 支持部
１６０ａ〜１６８ａ，１６０ｂ〜１６８ｂ ばね部
１７０ａ，１７０ｂ 可動部
１７１ａ，１７１ｂ トーションバー
１７２ａ，１７２ｂ 可動梁
１８０ａ，１８０ｂ 駆動部
１８１ａ，１８２ａ，１８１ｂ，１８２ｂ 圧電素子
１９１ａ，１９２ａ，１９１ｂ，１９２ｂ ばね部
２００ａ，２００ｂ スリット
３０１ シリコン支持層
３０２ 酸化シリコン層
３０３ シリコン活性層

特許第３５５２６０１号

Claims (13)

1. 反射面を有する反射部と、
   前記反射部に接続された可動部と、
   前記可動部を変形させることにより前記反射部を揺動させる駆動部と、
   一部に開放部が形成された支持部と、
   前記可動部と前記支持部との間に接続された折り返し構造を有するばね部と、
   を備えることを特徴とする光偏向装置。
2. 前記ばね部は、前記可動部よりも、前記反射部の揺動軸方向への剛性が低く、かつ前記反射面に垂直な方向への剛性が高いことを特徴とする請求項１に記載の光偏向装置。
3. 前記開放部は、前記反射部に対して揺動軸方向に直交する方向に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光偏向装置。
4. 前記開放部は、前記反射部に対して揺動軸方向に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光偏向装置。
5. 前記可動部は、平行に配置された複数の可動梁が接続された折り返し構造を有し、
   前記駆動部は、前記各可動梁上に形成された圧電素子であることを特徴とする請求項３または４に記載の光偏向装置。
6. 前記ばね部の長手方向は、前記各可動梁の長手方向と同一方向であることを特徴とする請求項５に記載の光偏向装置。
7. 前記ばね部の長手方向と前記各可動梁の長手方向とのなす角は、０°より大きく９０°より小さいことを特徴とする請求項５に記載の光偏向装置。
8. 前記可動部は、前記反射部に接続されたトーションバーと、前記トーションバーが接続された可動梁とを有し、
   前記駆動部は、前記各可動梁上に形成された圧電素子であることを特徴とする請求項３または４に記載の光偏向装置。
9. 前記ばね部の長手方向は、前記可動梁の長手方向と同一方向であることを特徴とする請求項８に記載の光偏向装置。
10. 前記ばね部の長手方向と前記可動梁の長手方向とのなす角は、０°より大きく９０°より小さいことを特徴とする請求項８に記載の光偏向装置。
11. 前記ばね部が複数設けられ、
    複数の前記ばね部は、前記反射部の揺動軸に対して線対称となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１ないし１０いずれか１項に記載の光偏向装置。
12. 請求項１ないし１１いずれか１項に記載の光偏向装置を有することを特徴とするレーザレーダ装置。
13. 請求項１ないし１１いずれか１項に記載の光偏向装置を有することを特徴とする画像形成装置。

Images