JP4972777B2 - マイクロスキャナおよびそれを備える光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロスキャナおよびそれを備える光学機器に関するものである。

通常、画像投影装置には、液晶板に表示された画像を、光源と投光レンズとを用いて投影する液晶プロジェクタ等が知られている。また、近年、小型投影装置用として、光スキャナ（マイクロスキャナ）を用いて、レーザー光を走査、投影する技術が提案されている。一例としては、図１２に示すような光スキャナＬＳ’が挙げられる。この光スキャナＬＳ’は、ミラー部ＭＲ’、圧電素子ＰＥ’によって変形する変形部ＤＰ’、およびミラー部ＭＲ’と変形部ＤＰ’とをつなぐ主軸部ＭＡ’を含んでいる。

そして、この光スキャナＬＳ’は、変形部ＤＰ’の撓み変形に応じて、ミラー部ＭＲ’を、主軸部ＭＡ’の軸方向（主軸方向）を基準に正逆回転させる（Ｐ’方向へ回転またはＲ’方向へ回転させる）。このようなミラー部ＭＲ’の偏向動作で撓み変形する変形部ＤＰ’を示した図が、図１３Ａおよび図１３Ｂになる。これらの図は図１２を主軸方向に沿うようにして見た場合での側面図であり、図１３Ａが正回転の場合を示し、図１３Ｂが逆回転の場合を示す。

なお、説明上、主軸方向をＸ’方向（Ｘ’軸と称してもよい）、このＸ’方向に対して直交する変形部ＤＰ’の延び方向をＹ’方向、Ｘ’方向およびＹ’方向に対する直交方向をＺ’方向とする。また、図１２での紙面上側をＹ’方向のプラス｛Ｙ’（＋）｝、この＋方向に対する逆方向をＹ’方向のマイナス｛Ｙ’（−）｝とするとともに、図１２での紙面表側をＺ’方向のプラス｛Ｚ’（＋）｝、この＋方向に対する逆方向をＺ’方向のマイナス｛Ｚ’（−）｝とする。

また、以降では、２つ有る変形部ＤＰ’（第１変形部ＤＰ１’・第２変形部ＤＰ２’）の一方のみについて説明するが、この一方の第１変形部ＤＰ１’がミラー部ＭＲ’を正回転または逆回転させようとしている場合、残りの第２変形部ＤＰ２’も同じようにミラー部ＭＲ’を正回転または逆回転させている。

なお、各圧電素子ＰＥ’に電圧が印加されることで、変形部ＤＰ’が伸びたり撓んだりした結果として、ミラー部ＭＲ’は回転する。すなわち、ミラー部ＭＲ’が正回転する場合、図１３Ａに示すように、Ｙ’（＋）側の圧電素子ＰＥ’の圧電体ＰＢ’が伸びることで、Ｙ’（＋）側の第１変形部ＤＰ１’における主軸部ＭＡ’側はＺ（−）に垂れ下がる。一方、Ｙ’（−）側の圧電素子ＰＥ’の圧電体ＰＢ’が縮むことで、Ｙ’（−）側の第１変形部ＤＰ１’における主軸部ＭＡ’側はＺ（＋）に跳ね上がる。すると、波打つように第１変形部ＤＰ１’が撓み、その撓みに追従して主軸部ＭＡ’も正回転して傾く。

また、ミラー部ＭＲ’が逆回転する場合、図１３Ｂに示すように、Ｙ’（＋）側の圧電素子ＰＥ’の圧電体ＰＢが縮むことで、Ｙ’（＋）側の第１変形部ＤＰ１’における主軸部ＭＡ’側はＺ（＋）に跳ね上がる。一方、Ｙ’（−）側の圧電素子ＰＥ’の圧電体ＰＢが伸びることで、Ｙ’（−）側の第１変形部ＤＰ１’における主軸部ＭＡ’側はＺ（−）に垂れ下がる。すると、変形部ＤＰ’は、図１３Ａとは逆向きに波打って撓み、その撓みに追従して主軸部ＭＡ’も逆回転して傾く。

このような構成では、あまり大きな偏向角が得られない。また、非共振では、さらに偏向角が得られない。つまり、かかる光スキャナＬＳ’では、偏向角θ’を増大させることは難しい。また、圧電素子ＰＥ’に比較的大きな電圧を印加させて偏向角θ’を増大させる方策もあるが、圧電素子ＰＥ’には許容範囲内の電界強度が存在する。そして、この許容範囲を超えると減極という現象を起こしてしまい、圧電素子ＰＥ’の変位変換効率が低下しやすい。そのため、かかる方策は望ましいとはいえない。

また、このような方策を施すことなく、偏向角θ’を増大させることのできる光スキャナＬＳ’が、特許文献１（図１４）にて開示されている。この光スキャナＬＳ’は、ミラー等に成り得る基板（可動部）ＢＳ’、かかる基板ＢＳ’を回動させる場合の軸１０１、および、軸１０１と基板ＢＳ’とをつなげる蛇行状のマイクロアクチュエータ１０２を含んでいる。なお、蛇行状のマイクロアクチュエータ１０２は、並列する直線部１０３と、この直線部１０３を一連状につなげる折り返し部１０４とを含んでいる。

そして、この光スキャナＬＳ’では、電圧供給により、マイクロアクチュエータ１０２において隣り合う直線部同士１０３・１０３が相反する方向に屈曲する。すると、各直線部１０３の変位量が加算されることになり、軸１０１（詳説すると回動軸線１０５）を基準にした基板ＢＳ’の回転量が比較的大きくなる。そのため、このような光スキャナＬＳ’は、低い電圧であっても、基板ＢＳ’を比較的大きく回動させられる。
特開２００３−１８１８００号公報

しかしながら、この光スキャナＬＳ’のマイクロアクチュエータ１０２は蛇行状になっている。そのため、各直線部１０３の変位量が所望量になっていないと、本来なら回動軸線１０５上に位置すべき基板ＢＳ’がずれ得る。つまり、直線状の回動軸線１０５が生じなくなる（回動軸線１０５がぶれる）。そして、このような事態が生じると、基板ＢＳ’が所望の角度で回動せず、光学特性の悪化が発生する。さらに、蛇行状で全長の長いアクチュエータの場合、剛性が比較的弱く、基板ＢＳ’が空気抵抗の影響を受けやすいということにもなる。

また、マイクロアクチュエータ１０２の動作源としては圧電素子等が使用される場合、圧電素子の製造誤差、圧電素子とマイクロアクチュエータ１０２内の基板との貼り付け誤差、マイクロアクチュエータ１０２内の基板の製造誤差、圧電素子の特性のバラツキ等の誤差が存在する。そして、このような誤差は、直線部１０３の変位に変動を与えやすい。そのため、各直線部１０３の変位量が所望量になることは極めて難しいという事実もある。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、ミラー等に成り得る部材を正確に回動させるマイクロスキャナ、およびそれを搭載する光学機器を提供することにある。

本発明は、変形可能な変形部と、かかる変形部の変形に要する力を供給する作用部と、変形部から延び出るとともに、その変形部の変形に応じて回動する主軸部と、かかる主軸部によって支えられ、その主軸部の回動に追従して回動する可動部と、を含むマイクロスキャナである。

そして、かかるマイクロスキャナでは、変形部は、主軸部の軸方向に沿って並ぶ複数の梁片を有するとともに、梁片同士をつなげる連結片を有しており、さらに、作用部が、各梁片において、複数でかつ乖離して位置している。

なお、作用部は、主軸部の軸方向を境にして乖離していると望ましい。

また、各梁片において乖離して位置する作用部は、各梁片において相反する力を供給していると望ましい。そして、供給される力は、主軸部の軸方向を境にして、各梁片全体を相反する形状（例えばＳ字状）に変形させる力であると望ましい。

また、変形部は、少なくとも２つの梁片での隣り合う端同士を、連結片を介してつなげることで環状になっていると望ましい。

また、変形部は、環状になってつながった梁片を複数個並列させ、隣り合う環状の梁片同士を、主軸部の軸上で連結させていると望ましい。

なお、以上のようなマイクロスキャナを搭載した光学機器も本発明といえる。

本発明によれば、乖離した作用部によって加えられる種々の力によって、梁片の変形の自由度が増す。さらに、このように梁片の変形の自由度が増すため、隣り合う梁片同士の両端が連結片を介してつながっているので、両端あるいは中心部で角度を伝達できる。その上、隣り合う梁片同士が両端で連結片を介して接続していると、例えば一方の梁片の過剰な変形が、他方の梁片によって制限される。そのため、梁片（ひいては変形部）につながる主軸部が正確に回動し、その回動に追従して可動部も正確に回動できる。また、マイクロスキャナ全体の剛性も増大する。

［実施の形態１］
実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、理解を容易にすべく、平面図および側面図であってもハッチングを付している。また、便宜上、部材符号およびハッチングを省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、図面上での黒丸は紙面に対し垂直方向を意味する。

図１および図２は、光スキャナ（マイクロスキャナ）ＬＳの平面図および部分斜視図である。光スキャナＬＳは、図１に示すように、外枠部ＦＭ、ミラー部（可動部）ＭＲ、主軸部ＭＡ、変形部ＤＰ、および、圧電素子（作用部）ＰＥ、を含んでいる。なお、これらの部材は、基体ＢＳとなる変形可能なシリコン基板等をエッチングすることにより形成される。

外枠部（大外枠部）ＦＭは、エッチングによって残った基体ＢＳの一部であり、光スキャナＬＳの外周となる枠状の部材である。

ミラー部ＭＲは、光源等からの光を反射させる部材である。かかるミラー部ＭＲは、図１に示すような平面視で矩形状の基体ＢＳに、開孔Ｈ（第１開孔Ｈ１・第２開孔Ｈ２）を並べて形成することで生じる島状部分（第１開孔Ｈ１と第２開孔Ｈ２との間に位置する残部）に、金やアルミニウム等の反射膜を成膜または貼り付けることで形成される。

なお、第１開孔Ｈ１と第２開孔Ｈ２とが並ぶ方向をＹ方向と称し、第１開孔Ｈ１側のＹ方向をＹ方向のプラス｛Ｙ（＋）｝、この＋方向に対する逆方向をＹ方向のマイナス｛Ｙ（−）｝とする。さらに、ミラー部ＭＲの中心からＹ方向に伸びる方向（後述の副軸部ＳＡに重畳してＹ方向に伸びる方向）をＹ軸と称する。また、基体ＢＳの面内において、Ｙ方向に垂直な方向をＸ方向と称し、主軸部ＭＡに重畳してＸ方向に伸びる方向をＸ軸（主軸方向）と称する。

主軸部ＭＡ（第１主軸部ＭＡ１・第２主軸部ＭＡ２）は、ミラー部ＭＲの外縁において対向する一端と他端とから外側に延びるとともに、変形部ＤＰを介して外枠部ＦＭにつながることで、ミラー部ＭＲを挟持して支える部材である（変形部ＤＰから延び出ている部材である）。

詳説すると、第１主軸部ＭＡ１および第２主軸部ＭＡ２は、各々２つの部分（主軸部分ＭＡ１ａ・Ｍａ１ｂ、ＭＡ２ａ・ＭＡ２ｂ）を含んでいる。１つの部分は、ミラー部ＭＲに接する第１開孔Ｈ１・第２開孔Ｈ２の隅からの進出部分Ｈ１ａ・Ｈ２ａで基体ＢＳの一部分を軸状（棒状）に残すことにより形成される部分（主軸部分Ｍａ１ａ・Ｍａ２ａ）である。

もう１つの部分は、外枠部ＦＭに接する第１開孔Ｈ１・第２開孔Ｈ２の隅からＸ方向に沿って外側に一定距離進出した後にＹ方向に沿って内側に進出しているＬ字スリット部分ＳＴＬ・ＳＴＬ（特にＬ字状の長手スリットの先端）で基体ＢＳの一部分を軸状に残すことにより形成される部分（主軸部分ＭＡ１ｂ・ＭＡ２ｂ）である。

なお、これら両部分（すなわち第１主軸部ＭＡ１・第２主軸部ＭＡ２）は、Ｘ方向に延びている。そこで、第１主軸部ＭＡ１側のＸ方向をＸ方向のプラス｛Ｘ（＋）｝、この＋方向に対する逆方向を（すなわち第２主軸部ＭＡ２側のＸ方向を）Ｘ方向のマイナス｛Ｘ（−）｝とする。

変形部ＤＰ（第１変形部ＤＰ１・第２変形部ＤＰ２）は、主軸部ＭＡを保持すること（主軸部ＭＡにつながること）によってミラー部ＭＲも保持する部材である。かかる変形部ＤＰは、主軸部ＭＡを境に対向するＬ字スリット部分ＳＴＬ・ＳＴＬで囲まれた基体ＢＳの残部で形成される。詳説すると、主軸部ＭＡを境にＬ字スリット部分ＳＴＬ・ＳＴＬの長手先端が対向し、かつ短手も対向することによって生じる基体ＢＳの残部で形成される。

また、変形部ＤＰには、内部にＹ方向に延びるスリットＳＴＳ・ＳＴＳが設けられている。そのため、変形部ＤＰは、スリットＳＴＳを境に分かれＸ方向に沿って並列する梁片ＴＭ（ＴＭ１〜ＴＭ４）と、対向する梁片同士ＴＭ１・ＴＭ２（ＴＭ３・ＴＭ４）の端同士をつなげる連結片ＣＮ（ＣＮ１・ＣＮ２、ＣＮ３・ＣＮ４）と、を有することになる。

つまり、変形部ＤＰは、梁片同士ＴＭ１・ＴＭ２（ＴＭ３・ＴＭ４）で向かい合う端同士を、連結片ＣＮ１・ＣＮ２（ＣＮ３・ＣＮ４）を介してつなげることで環状になっている。なお、かかるような梁片ＴＭ（ひいては変形部ＤＰ）は、Ｙ方向に延びた線状になるので、その線方向に沿って撓みやすくなっている。

圧電素子ＰＥ（ＰＥ１〜ＰＥ８）は、電圧を力に変換する素子であり、分極処理された圧電体ＰＢ（ＰＢ１〜ＰＢ８）と、この圧電体ＰＢを挟持する電極ＥＡ・ＥＢ（ＥＡ１〜ＥＡ８・ＥＢ１〜ＥＢ８）とを含んでいる（後述の図３参照）。そして、この圧電素子ＰＥが変形部ＤＰ（詳説すると梁片ＴＭ）の面上に貼り付けられることで、ユニモルフ部（アクチュエータ）ＹＭが形成される。つまり、圧電素子ＰＥにおける一方の電極（第１電極）ＥＡと、梁片ＴＭの一面とが貼り合うことで、ユニモルフ部ＹＭ（ＹＭ１〜ＹＭ８）が形成される。

特に、圧電素子ＰＥは、梁片ＴＭ上で乖離して設けられる。詳説すると、圧電素子ＰＥは、主軸部ＭＡの軸方向（主軸方向）を境に乖離して位置する。そして、圧電素子ＰＥにおける圧電体ＰＢの伸縮変形に応じて、梁片ＴＭ（ひいては変形部ＤＰ）も変形する。光スキャナＬＳでは、この変形部ＤＰの変形を利用して、ミラー部ＭＲが主軸部ＭＡ（主軸方向）を基準に正逆回転方向に傾く（回動可能となる）。

ここで、ミラー部ＭＲの正逆回転（偏向動作）について、図３Ａ〜図３Ｅおよび図４を用いながら説明する。図３Ａは変形していない梁片ＴＭを示す側面図であり、図３Ｂおよび図３Ｄは変形した梁片ＴＭを示す側面図であり、図３Ｃおよび図３Ｅは変形した梁片ＴＭと回動するミラー部ＭＲを示す側面図である。なお、図３Ａ〜図３Ｅは、Ｘ軸に沿うようにして見た場合での側面図である。

また、図１および図２の光スキャナＬＳは、主軸部ＭＡ（主軸方向）を基準にミラー部ＭＲを回動させる。そこで、主軸方向周りの一方向｛Ｘ（＋）からＸ（−）に向いて時計回りの回転｝を正回転、正回転に対して逆方向の回転（反時計回りの回転）を逆回転とし、図３Ｂおよび図３Ｃに正回転する場合での梁片ＴＭ１を示し、図３Ｄおよび図３Ｅに逆回転する場合での梁片ＴＭ２およびミラー部ＭＲを示す（正回転方向をＰ、逆回転方向をＲで図示）。なお、図４は正回転するミラー部ＭＲを示す斜視図である。

また、Ｘ方向およびＹ方向に対して垂直な方向をＺ方向として図示し、便宜上、光を受光するミラー部ＭＲの側をＺ方向のプラス｛Ｚ（＋）｝、この＋方向に対する逆方向をＺ方向のマイナス｛Ｚ（−）｝とする）。さらに、Ｘ軸とＹ軸との交点からＺ方向に伸びる方向をＺ軸と称する。

なお、以降では、２つ有る変形部ＤＰのうち一方の第１変形部ＤＰ１の梁片ＴＭ１・ＴＭ２について説明するが、この一方の第１変形部ＤＰ１がミラー部ＭＲを正回転または逆回転させようとしている場合、残りの第２変形部ＤＰ２の梁片ＴＭ３・ＴＭ４も同じようにミラー部ＭＲが正回転または逆回転する。

詳説すると、Ｙ軸に対して対称関係にある梁片ＴＭ３と梁片ＴＭ１とが互いに同様の変形をし、さらに、Ｙ軸に対して対称関係にある梁片ＴＭ４と梁片ＴＭ２とが互いに同様の変形をすることで、ミラー部ＭＲを正回転または逆回転させている。

図３Ａに示すように、圧電素子ＰＥ（ＰＥ１・ＰＥ２）には、第１電極ＥＡ１・ＥＡ２と、この第１電極ＥＡ１・ＥＡ２に圧電体ＰＢ１・ＰＢ２を介して対向する第２電極ＥＢ１・ＥＢ２とが含まれる。そして、この第１電極ＥＡ１と第２電極ＥＢ１との間に（第１電極ＥＡ２・第２電極ＥＢ２との間に）、分極反応を起こさせない範囲で±の電圧（交流電圧）が印加されることで圧電体ＰＢ１・ＰＢ２が伸縮し、その伸縮に応じてユニモルフ部ＹＭ１・ＹＭ２が撓む（なお、図２のように、ユニモルフ部ＹＭが撓まない状態を基準状態とする）。

具体的には、ミラー部ＭＲが正回転する場合、図３Ｂに示すように、圧電体ＰＢ１を縮ませる電圧が印加されるとともに、圧電体ＰＢ２を伸ばす電圧（圧電体ＰＢ１に印加される電圧とは逆位相の電圧）が印加される（つまり、梁片ＴＭ１において乖離して位置する圧電素子ＰＥ１・ＰＥ２は、相反する力を供給している）。

このような電圧が印加されることで、梁片ＴＭ１上に貼り付けられた圧電素子ＰＥ１が縮むと、その圧電素子ＰＥ１の密着している梁片ＴＭ１の部分全体が、Ｚ（＋）に跳ね上がるように撓む。一方、梁片ＴＭ１上に貼り付けられた圧電素子ＰＥ２が伸びると、その圧電素子ＰＥ２の密着している梁片ＴＭ１の部分全体が、Ｚ（−）に垂れ下がるように撓む。

ただし、梁片ＴＭ１は主軸部分ＭＡ１ｂにつながって固定されているので、梁片ＴＭ１の撓みに対し、その主軸部分ＭＡ１ｂにつながっている梁片ＴＭ１の近傍は変位しない。一方、固定されていない（自由端になっている）梁片ＴＭ１両端、すなわち、連結片ＣＮ１・ＣＮ２は、梁片ＴＭ１の撓みに対して、変位しやすくなる。

そのため、圧電素子ＰＥ１の密着している梁片ＴＭ１の部分全体（梁片ＴＭ１のＹ（−）側）が跳ね上がろうとする撓みによって、その部分の一端に位置する連結片ＣＮ１もＺ（＋）に跳ね上がる。一方、圧電素子ＰＥ２の密着している梁片ＴＭ１の部分全体（梁片ＴＭ１のＹ（＋）側）が垂れ下がろうとする撓みによって、その部分の一端に位置する連結片ＣＮ２もＺ（−）に垂れ下がる。

すなわち、圧電素子ＰＥ１・ＰＥ２により供給される力によって、主軸方向を境にし、梁片ＴＭ１全体が相反する形状（Ｓ字状と称す）に撓む。そして、このような連結片ＣＮ１・ＣＮ２同士の相反する方向への変位が生じると、梁片ＴＭ１は主軸部分ＭＡ１ｂを基準に正回転することになる。

なお、かかる回転角、すなわちユニモルフ部ＹＭの影響を受けることなく基準状態にある梁片ＴＭ１と、回動する梁片ＴＭ１との間に生じる角度をθとする。

続いて、梁片ＴＭ１の正回転に追従して、この梁片ＴＭ１に連結片ＣＮ１・ＣＮ２を介してつながっている梁片ＴＭ２も正回転する（例えば、梁片ＴＭ１同様に回転角θで正回転するように設定されている）。さらに、梁片ＴＭ１のＳ字状の撓みに起因する力は、連結片ＣＮ１・ＣＮ２を介して梁片ＴＭ２に伝達される。

その上、図３Ｃに示すように、Ｘ方向に沿って圧電体ＰＢ１に並列する圧電体ＰＢ３には伸ばす電圧が印加されるとともに、Ｘ方向に沿って圧電体ＰＢ２に並列する圧電体ＰＢ４には縮ませる電圧が印加される。

このような電圧が印加されることで、梁片ＴＭ２上に貼り付けられた圧電素子ＰＥ３が伸びると、主軸部分ＭＡ１ａに隣接する梁片ＴＭ２のＹ（−）側の部分（梁部分ＴＭ２ｎ）が、連結片ＣＮ１を中心にしてＺ（＋）に盛り上がるように撓む。一方、梁片ＴＭ２上に貼り付けられた圧電体ＰＢ４が縮むと、主軸部分ＭＡ１ａに隣接する梁片ＴＭ２のＹ（＋）側の部分（梁部分ＴＭ２ｐ）が、連結片ＣＮ２を中心にしてＺ（−）に落ち込むように撓む。

ただし、梁片ＴＭ２は連結片ＣＮ１・ＣＮ２につながっている。そのため、梁片ＴＭ２の両端である連結片ＣＮ１・ＣＮ２を基準にして、梁片ＴＭ２が変位しようとする。

そのため、梁部分ＴＭ２ｎの盛り上がろうとする撓みによって、その梁部分ＴＭ２ｎの主軸部分ＭＡ１ａ側｛主軸部分ＭＡ１ａのＹ（−）側｝がＺ（＋）に跳ね上がる。一方、梁部分ＴＭ２ｐの落ち込もうとする撓みによって、その梁部分ＴＭ２ｐの主軸部分ＭＡ１ａ側｛主軸部分ＭＡ１ａのＹ（＋）側｝がＺ（−）に垂れ下がる。

そして、このような主軸部分ＭＡ１ａを挟持する部分での相反する方向への変位が生じると、かかる主軸部分ＭＡ１ａは自身を基準に正回転することになる。その結果、主軸部分ＭＡ１ａにつながるミラー部ＭＲが正回転する。

なお、梁片ＴＭ２に対するミラー部ＭＲの回転角もθになるように設定されている。しかし、梁片ＴＭ２は、基準状態の梁片ＴＭ１に対して既にθの角度で正回転している。すると、ミラー部ＭＲの正回転は、基準状態からの梁片ＴＭ１の正回転と、梁片ＴＭ２を基準にしたミラー部ＭＲ自身の正回転とを累積させた回転と考えることができ、基準状態の梁片ＴＭ１から２×θの角度でミラー部ＭＲが正回転することになる。

次に、ミラー部ＭＲが逆回転する場合について説明する。ミラー部ＭＲが逆回転する場合、図３Ｄに示すように、圧電体ＰＢ１を伸ばす電圧が印加されるとともに、圧電体ＰＢ２を縮ませる電圧が印加される。

このような電圧が印加されることで、梁片ＴＭ１上に貼り付けられた圧電素子ＰＥ１が伸びると、その圧電素子ＰＥ１の密着している梁片ＴＭ１の部分全体が、Ｚ（−）に垂れ下がるように撓む。一方、梁片ＴＭ１上に貼り付けられた圧電素子ＰＥ２が縮むと、その圧電素子ＰＥ２の密着している梁片ＴＭ１の部分全体が、Ｚ（＋）に跳ね上がるように撓む。

［追加］
そして、主軸部分ＭＡ１ｂにつながっていない箇所である梁片ＴＭ１両端（連結片ＣＮ１・ＣＮ２）が変位しやすいので、梁片ＴＭ１のＹ（−）側が垂れ下がろうとする撓みによって、連結片ＣＮ１もＺ（−）に垂れ下がる。一方、梁片ＴＭ１のＹ（＋）側の跳ね上がろうとする撓みによって、連結片ＣＮ２もＺ（＋）に跳ね上がる｛正回転での梁片ＴＭ１とは逆向きのＳ字状（逆Ｓ字状）に撓む｝。そして、このような連結片ＣＮ１・ＣＮ２同士の相反する方向への変位が生じると、梁片ＴＭ１は主軸部分ＭＡ１ｂを基準に逆回転することになる。

また、梁片ＴＭ１の逆回転に追従して、この梁片ＴＭ１に連結片ＣＮ１・ＣＮ２を介してつながっている梁片ＴＭ２も逆回転し、さらに、梁片ＴＭ１の逆Ｓ字状の撓みに起因する力は、連結片ＣＮ１・ＣＮ２を介して梁片ＴＭ２に伝達される。その上、図３Ｅに示すように、圧電体ＰＢ３には縮ませる電圧が印加されるとともに、圧電体ＰＢ４には伸ばす電圧が印加される。

このような電圧が印加されることで、梁片ＴＭ２上に貼り付けられた圧電素子ＰＥ３が縮むと、梁部分ＴＭ２ｎが、連結片ＣＮ１を中心にしてＺ（−）に落ち込むように撓む。一方、梁片ＴＭ２上に貼り付けられた圧電体ＰＢ４が縮むと、梁部分ＴＭ２ｐが、連結片ＣＮ２を中心にしてＺ（＋）に盛り上がるように撓む。

そのため、梁部分ＴＭ２ｎの落ち込もうとする撓みによって、主軸部分ＭＡ１ａのＹ（−）側がＺ（−）に垂れ下がる一方、梁部分ＴＭ２ｐの盛り上がろうとする撓みによって、主軸部分ＭＡ１ａのＹ（＋）側がＺ（＋）に跳ね上がる。そして、このような主軸部分ＭＡ１ａを挟持する部分での相反する方向への変位が生じると、かかる主軸部分ＭＡ１ａは自身を基準に逆回転することになる。その結果、主軸部分ＭＡ１ａにつながるミラー部ＭＲが逆回転する。

なお、ミラー部ＭＲの逆回転は、正回転同様に、基準状態からの梁片ＴＭ１の逆回転と、梁片ＴＭ２を基準にしたミラー部ＭＲ自身の逆回転とを累積させた回転といえ、基準状態の梁片ＴＭ１から２×θの角度でミラー部ＭＲが逆回転することになる。

つまり、以上のような正回転および逆回転の場合、ミラー部ＭＲは、外側に位置する梁片ＴＭ１・ＴＭ３の撓みに起因する力と内側に位置する梁片ＴＭ２・ＴＭ４の撓みに起因する力とを累積させた力に応じて回動する。すなわち、各梁片ＴＭ（ＴＭ１〜ＴＭ４）の撓みに起因する力は小さかったとしても、全ての梁片ＴＭの撓みに起因する力を受けて、ミラー部ＭＲは回動する。そのため、容易にミラー部ＭＲの回転角（偏向角）は増大することになる。これにより、共振時はもちろん、非共振時も偏向角は増大することになる。

その上、隣り合う梁片同士ＴＭ１・ＴＭ２（ＴＭ３・ＴＭ４）は連結片ＣＮ１・ＣＮ２（ＣＮ３・ＣＮ４）を介してつながっている。そのため、例えば梁片ＴＭ２が所望の変位よりも大きく変位しようとしても、連結片ＣＮ１・ＣＮ２を介して梁片ＴＭ１につながっていることから、変位が制限される。つまり、隣り合う梁片同士ＴＭの一方（例えば、梁片ＴＭ２）が所望の変位量と異なっていたとしても、他方の梁片ＴＭ（例えば、梁片ＴＭ１）につながっていることから、所望の変位量から大きくずれにくい。

そして、このように梁片ＴＭが所望量変位すれば、ひいては変形部ＤＰが所望に変位することになる。そのため、ミラー部ＭＲは、比較的大きな回転角を有するように回動しつつも、回動軸をＸ軸からのずれや傾きが最小限になる（要は回動軸がぶれない）。さらに、光スキャナＬＳ全体が高い剛性を有することにもなる。

［実施の形態２］
実施の形態２について説明する。なお、実施の形態１で用いた部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付記し、その説明を省略する。

実施の形態１では、Ｘ軸回りを回動する光スキャナ（１次元光スキャナ）ＬＳを例に挙げて説明した。しかし、これに限定されることなく、Ｘ軸回りおよびＹ軸回りにミラー部ＭＲが回動する光スキャナ（２次元光スキャナ）ＬＳであってもよい。そこで、このような光スキャナＬＳを図５〜図８を用いて説明する。

図５は光スキャナＬＳの平面図であり、図６は光スキャナＬＳの部分斜視図である。これらの図５および図６に示すように、２次元光スキャナＬＳと図１および図２の１次元光スキャナＬＳとでは、ミラー部ＭＲが異なり、変形部ＤＰ等は同じである。そこで、ミラー部ＭＲを主として説明する。なお、ミラー部ＭＲに含まれる部材は、実施の形態１同様に、基体ＢＳとなる変形可能なシリコン基板等をエッチングすることにより形成される。

ミラー部ＭＲは、可動枠１１、ミラー片１２、副軸部ＳＡ（第１副軸部ＳＡ１・第２副軸部ＳＡ２）および架橋部１５（第１架橋部１５Ａ・第２架橋部１５Ｂ）を含んでいる。

可動枠１１は、ミラー部ＭＲの外枠となるものであり、ミラー片１２、副軸部ＳＡ、および架橋部１５を囲む部材である。なお、可動枠１１は、主軸部ＭＡ（主軸部分ＭＡ１ａ・ＭＡ２ａ）によって支えられる。そのため、この可動枠１１は、実施の形態１同様に、変形部ＤＰの変形を利用して主軸部ＭＡ（Ｘ軸）回りに正逆回転可能となっている。

ミラー片１２は、可動枠１１において向かい合う湾曲スリット部分ＳＴＢ・ＳＴＢにて囲まれる島状部分に、アルミニウム等の金属を反射膜として貼り付けることで形成される。つまり、ミラー片１２は、光を反射させる片材である。なお、このミラー片１２が回動することをミラー部ＭＲの回動と称してもよい。

副軸部ＳＡは、ミラー片１２の外縁において対向する一端と他端とから外側に延びることで、そのミラー片１２を挟持しつつ回動可能に支える部材である。かかる副軸部ＳＡは、ミラー片１２に接する湾曲スリット部分ＳＴＢ・ＳＴＢにおける隅から直線でＹ方向に進出する部分（第１スリット部分ＳＴ１）で、基体ＢＳの一部分を棒状にさせることで形成される。

架橋部１５は、Ｙ方向に延びる第１スリット部分ＳＴ１で、ミラー片１２から最も乖離している一端からＸ方向に沿いかつミラー部ＭＲの外側に向かって進出する第２スリット部分ＳＴ２と、この第２スリット部分ＳＴ２に対してＹ方向に並列しかつＸ方向に延びた直線状の第３スリット部分ＳＴ３との間に位置する基体ＢＳの残部によって形成されている。

さらに、この架橋部１５Ａ・１５ｂは、自身の両端に圧電素子ＰＥ（ＰＥ９〜ＰＥ１２）を含む。この圧電素子ＰＥ９〜１２の構造は、圧電素子ＰＥ１〜８と同様の構造であり、±の電圧の印加に応じて架橋部１５を撓ませる。

ここで、以上の光スキャナＬＳにおけるミラー部ＭＲの回動動作について、図７、図８Ａ〜図８Ｃ、および図９を用いて説明する。ただし、２次元光スキャナＬＳであっても、Ｘ軸回りの回動動作は、実施の形態１にて説明した１次元光スキャナＬＳと同様であるので、かかる実施の形態１で説明した作用効果が奏ずる（図７参照。なお、図７はＸ軸回りにミラー部ＭＲが正回転する場合を示す）。したがって、２次元光スキャナＬＳでの主軸部ＭＡのＸ軸回りの回動動作については説明を省略する。

２次元光スキャナＬＳでのミラー部ＭＲのＹ軸回りの回動動作は、ミラー片１２が副軸回りに正逆回転することである。そして、このような回転は図８Ａ〜図８Ｃおよび図９を用いて説明できる。図８Ａは変形していない架橋部１５Ａを示す側面図であり、図８Ｂおよび図８Ｃは変形した架橋部１５を示す側面図である。なお、図８Ａ〜図８Ｃは、Ｙ軸方向に沿うようにして見た場合での側面図であり、図９はＹ軸回りに正回転するミラー片１２を示す部分斜視図である。

なお、以降では、２つ有る架橋部１５Ａ・１５ｂのうち一方の第１架橋部１５Ａについて説明するが、この一方の第１架橋部１５がミラー片１２を正回転または逆回転させようとしている場合、残りの第２架橋部１５Ｂも同じようにミラー片１２を正回転または逆回転させている。詳説すると、Ｘ軸に対して対称関係にある架橋部１５Ａと架橋部１５Ｂとが互いに同様の変形をすることで、ミラー片１２が正回転または逆回転している。

図８Ａに示すように、第１架橋部１５Ａには、梁片ＴＭ同様に、第１電極ＥＡ９・ＥＡ１０と、この第１電極ＥＡ９・ＥＡ１０に圧電体ＰＢ９・ＰＢ１０を介して対向する第２電極ＥＢ９・ＥＢ１０とが含まれる。そして、この第１電極ＥＡ９および第２電極ＥＢ９（第１電極ＥＡ１０・第２電極ＥＡ１０）との間に、±の電圧が印加されることで圧電体ＰＢ９・ＰＢ１０が伸縮し、その伸縮に応じてユニモルフ部ＹＭ９・ＹＭ１０が撓む（なお、図６のように、ユニモルフ部ＹＭ９〜１２が撓まない状態を基準状態とする）。

具体的には、ミラー片１２が正回転する場合、図８Ｂに示すように、圧電体ＰＢ９を縮ませる電圧が印加されるとともに、圧電体ＰＢ１０を伸ばす電圧が印加される。このような電圧が印加されることで、第１架橋部１５Ａ上に貼り付けられた圧電素子ＰＥ９が縮むと、その第１架橋部１５Ａの部分｛第１架橋部１５ＡのＸ（＋）側の部分（架橋部分１５Ａｐ）｝が、Ｚ（＋）に盛り上がるように撓む。一方、第１架橋部１５Ａ上に貼り付けられた圧電素子ＰＥ１０が伸びることで、その第１架橋部１５Ａの部分｛第１架橋部１５ＡのＸ（−）側の部分（架橋部分１５Ａｎ）｝が、Ｚ（−）に落ち込むように撓む。

ただし、第１架橋部１５Ａの両端が可動枠１１につながっているので、その可動枠１１につながっている第１架橋部１５Ａの近傍は撓みにくくなっている。すると、第１架橋部１５Ａの撓みによって、可動枠１１につながっていない箇所、すなわち第１副軸部ＳＡ１近傍の架橋部１５が変位しやすくなる。

そのため、架橋部分１５Ａｐの盛り上がろうとする撓みによって、その架橋部分１５Ａｐの第１副軸部ＳＡ１側が｛第１副軸部ＳＡ１のＸ（＋）側｝がＺ（＋）に跳ね上がる。一方、架橋部分１５Ａｎの落ち込もうとする撓みによって、その架橋部分１５Ａｎの副軸部ＳＡ１側が｛第１副軸部ＳＡ１のＸ（−）側｝がＺ（−）に垂れ下がる。

そして、このような第１副軸部ＳＡ１を挟持する部分での相反する方向への変位が生じると、かかる第１副軸部ＳＡ１は自身を基準に正回転することになる。その結果、副軸部ＳＡ１につながるミラー片１２が正回転する。

一方、ミラー片１２が逆回転する場合、図８Ｃに示すように、圧電体ＰＢ９を伸ばす電圧が印加されるとともに、圧電体ＰＢ１０を縮ませる電圧が印加される。このような電圧が印加されると、圧電体ＰＢ９が伸びることで架橋部分１５Ａｐが、Ｚ（−）に落ち込むように撓む。一方、圧電体ＰＢ１０が縮むことで架橋部分１５Ａｎが、Ｚ（＋）に盛り上がるように撓む。ただし、可動枠１１につながっている架橋部１５の近傍は撓みにくくなっているので、第１副軸部ＳＡ１近傍の架橋部１５が変位しやすくなる。

そのため、架橋部分１５Ａｐの落ち込もうとする撓みによって、第１副軸部ＳＡ１のＸ（＋）側がＺ（−）に垂れ下がる一方、架橋部分１５Ａｎの盛り上がろうとする撓みによって、第１副軸部ＳＡ１のＸ（−）側がＺ（＋）に跳ね上がる。そして、このような第１副軸部ＳＡ１を挟持する部分での相反する方向への変位が生じると、かかる第１副軸部ＳＡ１は自身を基準に逆回転することになる。その結果、副軸部ＳＡにつながるミラー片１２が逆回転する。

以上のようなＹ軸回りのミラー片１２の回動は、ミラー片１２から突き出た第１副軸部ＳＡ１および第２副軸部ＳＡ２を挟持する２つの架橋部１５Ａおよび架橋部１５Ｂの撓みによって生じる。特に、ミラー片１２は、可動枠１１に安定して設けられている架橋部１５Ａおよび架橋部１５Ｂの撓みのみに依存して回動するため、回動軸をＹ軸からずらしたり傾けたりしない（要は回動軸がぶれない）。したがって、以上の２次元光スキャナＬＳは、Ｘ軸およびＹ軸の両軸回りでぶれることなく、ミラー部ＭＲを正確に回動させられる。

［その他の実施の形態］
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

例えば、図１０のように、ミラー部ＭＲのＸ（＋）側およびＸ（−）側の両方に、Ｘ軸に沿って変形部ＤＰを複数個並列させた光スキャナＬＳであってもよい。すなわち、連結片ＣＮを介してつながることで環状になった梁片ＴＭを含む変形部ＤＰが複数個並列し、隣り合う変形部ＤＰ同士が、主軸部ＭＡを介してつながっていると望ましい。

また、図１１のように、ミラー片１２をＹ軸回りに回動させるための変動部ｄｐを備える光スキャナＬＳであってもよい。つまり、ミラー部ＭＲが、変形可能な変形部ｄｐと、その変形部ｄｐの変形に要する力を供給する圧電素子ｐｅと、変形部ｄｐから延び出るとともに、その変形部ｄｐの変形に応じて回動する副軸部ＳＡと、副軸部ＳＡによって支えられ、その副軸部ＳＡの回動に追従して回動するミラー片（可動片）１２と、を含んでいてもよい。

特に、かかるような２次元光スキャナＬＳでは、変形部ｄｐは、副軸部ＳＡの軸方向に沿って並ぶ複数の梁片ｔｍを有するとともに、梁片同士ｔｍ・ｔｍをつなげる連結片ｃｎを有しており、さらに、圧電素子ｐｅは、複数でかつ乖離して、各梁片ｔｍに位置しているよい。

また、圧電素子ｐｅは、副軸部のＳＡの軸方向を境にして乖離しているとよい。詳説すると、各梁片ｔｍにおいて乖離して位置する圧電素子ｐｅは、相反する力を供給しているとよい。なお、供給される力は、副軸部ＳＡの軸方向を境にして、各梁片ｔｍ全体を相反する形状に変形させる力である。

また、変形部ｄｐは、梁片同士ｔｍ・ｔｍで向かい合う端同士を、連結片ｃｎを介してつなげることで環状になっているとよい。また、環状にした変形部ｄｐが複数含まれるようになっていてもよい。

ところで、変形部を変形させる部材（作用部）は、圧電素子に限定されるものではない。例えば、電磁コイルと永久磁石とから成る電磁ユニットが作用部であってもよい。なお、このような電磁ユニットは、変形部の表面に電磁コイルを位置させるとともに、変形部の裏側に（変形部の裏面から乖離して）永久磁石を位置させ、電磁コイルと永久磁石とによって生じる電磁力で、変形部を撓ませる。

また、２個の電極から成る静電ユニットが駆動部であってもよい。なお、このような静電ユニットは、変形部の裏面に一方の電極を位置させるとともに、変形部の裏面から乖離して（変形部の裏側に）他方の電極を位置させ、両電極によって生じる静電力で、変形部を撓ませる。

また、説明してきた光スキャナＬＳを搭載する光学機器は、種々想定される。例えば、プロジェクター（画像投影装置）、コピー機やプリンタ等の画像形成装置が一例として挙げられる。また、光スキャナ以外のマイクロスキャナとしては、ミラー部ＭＲに代えてレンズ（屈曲光学系）が搭載されたものや、光源（発光素子）が搭載されたものが挙げられる。

最後に、上記で開示された技術を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれることはいうまでもない。

は、１次元光スキャナの平面図である。 は、１次元光スキャナの斜視図である。 では、（Ａ）は変形していない梁片を示す側面図であり、（Ｂ）はミラー部をＸ軸回りに正回転させるために変形した梁片を示す側面図であり、（Ｃ）はＸ軸回りに正回転するミラー部と変形した梁片とを示す側面図であり、（Ｄ）はミラー部をＸ軸回りに逆回転させるために変形した梁片を示す側面図であり、（Ｅ）はＸ軸回りに逆回転するミラー部と変形した梁片とを示す側面図である。 は、Ｘ軸回りにミラー部を正回転させている１次元光スキャナの平面図である。 は、２次元光スキャナの平面図である。 は、２次元光スキャナの部分斜視図である。 は、Ｘ軸回りに正回転する２次元光スキャナの部分斜視図である。 では、（Ａ）は変形していない架橋部を示す側面図であり、（Ｂ）はＹ軸回りにミラー片を正回転させるために変形した架橋部を示す側面図であり、（Ｃ）はＹ軸回りにミラー片を逆回転させるために変形した架橋部を示す側面図である。 は、Ｙ軸回りに正回転する２次元の光スキャナの部分斜視図である。 は、図１の他の一例を示す１次元光スキャナの平面図である。 は、図５の他の一例を示す２次元光スキャナの平面図である。 は、従来の１次元光スキャナの平面図である。 では、（Ａ）はＸ’軸回りにミラー部を正回転させている１次元光スキャナの平面図であり、（Ｂ）はＸ’軸回りにミラー部を逆回転させている１次元光スキャナの平面図である。 では、（Ａ）はマイクロアクチュエータを搭載する従来の１次元光スキャナを示す斜視図であり、（Ｂ）はマイクロアクチュエータ動作時の従来の１次元光スキャナを示す斜視図である。

符号の説明

ＭＲ ミラー部（可動部）
ＭＡ 主軸部
ＭＡ１ 第１主軸部
ＭＡ２ 第２主軸部
ＭＡ１ａ 第１主軸部の主軸部分
ＭＡ１ｂ 第１主軸部の主軸部分
ＭＡ２ａ 第２主軸部の主軸部分
ＭＡ２ｂ 第２主軸部の主軸部分
ＤＰ 変形部
ＤＰ１ 第１変形部
ＤＰ２ 第２変形部
ＴＭ 梁片
ＣＮ 連結片
ＰＥ 圧電素子（作用部）
１１ 可動枠
１２ ミラー片
ＳＡ 副軸部
ＳＡ１ 第１副軸部
ＳＡ２ 第２副軸部
１５ 架橋部
１５Ａ 第１架橋部
１５Ｂ 第２架橋部
ｄｐ 変形部
ｔｍ 梁片
ｃｎ 連結片
ｐｅ 圧電素子（作用部）
ＬＳ 光スキャナ

Claims (6)

1. 変形可能な変形部と、
   上記変形部の変形に要する力を供給する作用部と、
   上記変形部から延び出るとともに、その変形部の変形に応じて回動する主軸部と、
   上記主軸部によって支えられ、その主軸部の回動に追従して回動する可動部と、
   を含むマイクロスキャナにあって、
   上記変形部は、上記主軸部と垂直な方向に延び、上記主軸部の軸方向に沿って並ぶ複数の梁片と、該梁片同士をつなげる連結片とで環状に形成され、上記環状の変形部を少なくとも上記可動部の片側に有しており、
   上記作用部は、各梁片において、複数でかつ乖離して位置しているマイクロスキャナ。
2. 上記作用部は、上記主軸部の軸方向を境にして乖離している請求項１に記載のマイクロスキャナ。
3. 上記の各梁片において乖離して位置する上記作用部は、上記各梁片において相反する力を供給している請求項１または２に記載のマイクロスキャナ。
4. 上記の力は、上記主軸部の軸方向を境にして、上記の各梁片全体を相反する形状に変形させる力である請求項３に記載のマイクロスキャナ。
5. 上記環状の変形部を上記可動部の片側に複数個並列させ、隣り合う環状の変形部同士を、上記主軸部の軸上で連結させている請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロスキャナ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロスキャナを搭載した光学機器。

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