JP5850245B2 - 光スキャナ - Google Patents

Description

本発明は、レーザ等の光を走査する光スキャナに関する。

従来、揺動するミラーによりレーザ光などの光を走査する光スキャナが知られている。光スキャナの例として、捩れ梁部で揺動可能に支持されたミラー部が、圧電素子などの駆動部によって揺動されるものが挙げられる。例えば、特許文献１には、導電性材料であるステンレスにより形成される構造体を有する光スキャナの例が開示される。特許文献１の光スキャナでは、圧電素子からなる一対の駆動部が、構造体上の位置であってミラー部を挟んだ両側に各々設けられる。構造体は、台座上に設置される。

特開２０１１−２７８８１号公報

光スキャナでは、ミラー部を揺動するために、ミラー部を含む構造体に対して振動が印加される。この振動によって、捩れ梁部は捩れ振動する。しかし、捩れ梁部だけでなく、構造体自体も振動する。構造体自体の振動は、構造体と台座及び駆動部との接触により、光スキャナの駆動時に異音が発生するという問題を生じる。仮に光スキャナの駆動周波数が、人間の可聴域の音の周波数の範囲内であった場合、この異音が聞こえるため、使用者が不快に感じる可能性がある。また、本来ミラー部を揺動するための駆動力が異音の発生に使われるため、駆動効率の低下、具体例としては、ミラー部の所望の振幅を得るために必要な駆動電圧が上昇する。そのため、ミラー部が揺動される際に、構造体の振動は抑制されるのが望ましい。

本発明は、ミラー部が揺動される際に、構造体の振動を抑制することが可能な光スキャナを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一側面は、入射した光を反射する反射面を有し、第１軸線を中心として揺動可能に構成されるミラー部と、前記ミラー部の両端から、前記第１軸線に平行に延出する一対の捩れ梁部と、前記一対の捩れ梁部の端部に連結され、前記ミラー部から離間する方向に延出する本体部と、を有する平板状の構造体と、前記構造体の一部が固定される台座と、前記本体部に設けられ、駆動電圧が印加されることで前記構造体を加振し、前記ミラー部分を前記第１軸線回りに揺動させることが可能な駆動部とを備え、前記本体部は、前記一対の捩れ梁部の延長線上において、前記台座に対して固定される一対の第１被固定部分と、前記一対の第１被固定部分から、前記第１軸線に直交し且つ前記ミラー部の中心を通る第２軸線の方向に離間し、前記台座に対して固定される一対の第２被固定部分と、前記第２軸線の方向における前記本体部の端部において、前記台座に対して固定される第３被固定部分とを含み、前記第２軸線の方向において、前記第３被固定部分と前記駆動部との間には、前記第１軸線の方向に伸長する一対の貫通孔が形成され、前記本体部は、前記第１軸線の方向において前記一対の貫通孔の間に設けられ、前記第２軸線に対して線対称に前記第３被固定部分に対して接続される延出部分を含み、前記駆動部は、前記延出部分に対して前記第１軸線の方向において重複する位置に配置される、ことを特徴とする光スキャナである。

本体部が、第１被固定部分と、第２被固定部分と、第３被固定部分とにおいて、台座に対して固定される。これらの固定部分は、台座に対して固定されるため、ミラー部が揺動される場合であってもほとんど振動しない。第３被固定部分には、一対の貫通孔の間に設けられる延出部分が接続される。換言すれば、延出部分は、本体部の駆動部が設けられる位置と、第３被固定部分とを橋渡しする。延出部分によって、本体部の駆動部が設けられる位置と第３被固定部分とが橋渡しされるため、ミラー部が揺動される際に、構造体の本体部における変位が抑制される。その結果、ミラー部が揺動される際に、構造体の本体部における振動量を抑制することが可能となる。また、延出部分は、第２軸線に対して線対称な形状を有する。そのため、ミラー部が揺動される際に、延出部は、構造体に対して第１軸線方向に対して非対称な拘束を与えない。従って、延出部が設けられても、ミラー部の揺動方向は変化しない。

また、前記延出部分は、前記第２軸線上に配置されてもよい。
また、前記本体部は、前記第１軸線の方向において、前記第１被固定部分及び前記第２被固定部分と前記駆動部との間には、前記第２軸線の方向に伸長する第２貫通孔が形成され、前記第２軸線の方向における前記第２貫通孔の一端に隣接して設けられ、前記第１被固定部分に対して接続される第１橋渡し部分と、前記第２軸線の方向における前記第２貫通孔の他端に隣接して設けられ、前記第２被固定部分に対して接続される第２橋渡し部分と、を含み、前記延出部分は、前記第２軸線の方向において、前記第２橋渡し部分より、
前記本体部の端部に近い位置に形成されており、前記本体部は、前記一対の捩れ梁部の端部に連結され、前記第１軸線に交差する方向の両側に延出してもよい。

例えば、本体部がミラー部から離間する方向として第２軸線の方向の一方に延出する場合、即ち片持ち型の光スキャナの場合、第２軸線と一致することが可能な延出部分の数は、一本である。そして、本体部が第２軸線の方向の両方に延出する場合、即ち両持ち型の光スキャナの場合、第１軸線の方向において、第２軸線と一致することが可能な延出部分の数は、本体部の片方側にそれぞれ１つずつ、計２つである。従って、本体部の片方側に複数の延出部分が設けられる場合と比較して、最小限の数で本体部の駆動部が設けられる位置と第３被固定部分とが橋渡しされる。最小限の数で橋渡しが行われるため、構造が簡易となる。

また、前記延出部分は、前記第２軸線の方向において、前記第１軸線から前記延出部分までの長さの１／３以上の長さを有してもよい。

本発明者の研究によって、延出部分の第２軸線の方向における長さを調整することで、所望の振幅を得るために必要な駆動電圧が変化することが明らかになった。具体的には、第２軸線の方向において、延出部分の長さが、第１軸線から延出部分までの長さの１／３以上の場合、延出部分が設けられない光スキャナと比較して、駆動電圧の低減が可能となる。

また、前記延出部分は、前記第２軸線の方向において、前記第１軸線から前記延出部分までの長さの１／２以下の長さを有してもよい。

本発明者の研究によって、延出部分の第２軸線の方向における長さを調整することで、構造体の振動量が変化することが明らかになった。この振動量は、延出部分の第２軸線の方向における長さが長すぎても増大し、短すぎても増大する。換言すれば、延出部分の第２軸線の方向における長さには、構造体の振動量の極小化が可能な範囲が存在する。具体的には、第２軸線の方向において、延出部分の長さが、第１軸線から延出部分までの長さの、１／３以上且つ１／２以下である場合、振動量が極小となる。

また、前記延出部分は、前記延出部分の前記第２軸線の方向における長さをｂ、前記延出部分の前記第１軸線の方向における長さをｃと表記した場合、ｂ／ｃ ^0.4 の値が２以上４以下となる形状に構成されてもよい。

これによれば、後記する図５に示されるように、延出部分が設けられない場合と比較して、構造体の本体部における振動量が、約半分以下に低減される。さらに、所望の振幅を得るために必要な駆動電圧も、延出部分が設けられない場合よりも小さくなる。

また、前記延出部分は、ｂ／ｃ ^0.4 の値が３となる形状に構成されてもよい。

これによれば、後記する図５に示されるように、構造体の本体部における振動量が最小となる光スキャナが得られる。

本発明によれば、ミラー部が揺動される際に、構造体の本体部における振動を抑制することが可能な光スキャナが得られる。

実施形態に係る光スキャナ１００の斜視図。 （Ａ）実施形態に係る光スキャナ１００の平面図、（Ｂ）光スキャナ１００のＡ−Ａ断面図。 延出部分１１６の形状を変化させた場合の、本体部１１３の最大振動量の変化を説明する図。 延出部分１１６の形状を変化させた場合の、駆動電圧の変化を説明する図。 （Ａ）延出部分１１６の長さｂを長さｃに基づいて規格化した場合の、本体部１１３の最大振動量の変化を説明する図、（Ｂ）延出部分１１６の長さを長さｃに基づいて規格化した場合の、駆動電圧の変化を説明する図。 比較例に係る光スキャナ２００の斜視図。 比較例に係る光スキャナ２００の平面図。 追加橋渡し２１７の位置を変化させた場合の、本体部２１３の最大振動量の変化を説明する図。 追加橋渡し２１７の位置を変化させた場合の、駆動電圧の変化を説明する図。 変形例に係る光スキャナ３００の平面図。 変形例に係る光スキャナ４００の平面図。

＜実施形態＞
以下、本発明の一側面を反映した実施形態について、図面を参照して説明する。なお、参照する図面は、本発明が採用しうる技術的特徴を説明するために用いられるものであり、記載されている構成は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。例えば、以下に説明する各構成において、所定の構成を省略し、または他の構成などに置換してもよい。また、他の構成を含むようにしてもよい。

［光スキャナ１００の構成］
図１及び図２に示されるように、光スキャナ１００は、構造体１１０と、構造体１１０が固定される台座１２０とを有する。揺動部１１１及びミラー部材１３０は、駆動部１４０によって、第１軸線ｌａを中心軸として揺動する。この揺動によって、ミラー部材１３０に入射した光は走査される。

構造体１１０は、前後方向に平行な一対の短辺と、左右方向に平行な一対の長辺とから構成される、平面視矩形の板状構造である。なお、前後方向は第１軸線ｌａに平行である。構造体１１０は、揺動部１１１、一対の捩れ梁部１１２、及び本体部１１３を有する。本体部１１３の一方の面（例えば、上面）には、駆動部１４０が設けられる。本実施形態では、駆動部１４０は、第１軸線ｌａに対して線対称となるように、一対設けられる。構造体１１０は、ステンレスやチタンなどの金属材料によって構成される。但し、構造体１１０は、シリコンなどの半導体材料によって形成されてもよい。なお、構造体１１０は、図１において、前後左右面に平行である。また、構造体１１０の前後方向、左右方向、上下方向のサイズは、例えば、それぞれ２０ｍｍ、３０ｍｍ、０．１ｍｍ程度である。

一対の捩れ梁部１１２の一端は、揺動部１１１の前後方向の端部に連結される。一対の捩れ梁部１１２は、揺動部１１１との連結位置から、第１軸線ｌａに平行に、前後方向に延出する。第１軸線ｌａは、捩れ梁部１１２の中心を通る。即ち、揺動部１１１は、捩れ梁部１１２によって、第１軸線ｌａ回りに揺動可能に弾性的に支持される。つまり、捩れ梁部１１２は、揺動部１１１を第１軸線ｌａ回りに揺動可能に支持するトーションバーとしての役割を持っている。

本体部１１３は、一対の捩れ梁部１１２の他端に連結される。本体部１１３は、捩れ梁部１１２との連結位置から、揺動部１１１から離間し且つ第１軸線ｌａに交差する方向に
延出する。本実施形態では、本体部１１３は、捩れ梁部１１２との連結部分から、左右方向の両側へと延出する。

本体部１１３には、４つの貫通孔Ｘ、２つの貫通孔Ｙ、及び４つの貫通孔Ｚが形成される。貫通孔Ｘは、前後方向において一対の捩れ梁部１１２の他端よりもミラー部材１３０から離間した位置に設けられる。具体的には、貫通孔Ｘは、本体部１１３の前後方向の両端に、第１軸線ｌａに対して線対称に配置される。貫通孔Ｘは矩形に構成され、その長手方向は左右方向に平行である。貫通孔Ｘは、第１軸線ｌａに直交し且つ揺動部１１１の中心を通過する第２軸線ｌｂに対しても、線対称に配置される。貫通孔Ｙは、本体部１１３の中心に形成される。貫通孔Ｙの長手方向は、前後方向に沿う。貫通孔Ｙによって、揺動部１１１及び捩れ梁部１１２が本体部１１３に対して規定される。貫通孔Ｙは、第１軸線ｌａに対して線対称に配置される。貫通孔Ｚは、本体部１１３の左右方向の端部と、駆動部１１４との間に、第２軸線ｌｂに対して線対称に配置される。貫通孔Ｚは、第１軸線ｌａの方向、即ち前後方向に伸長する。貫通孔Ｚは、第１軸線ｌａに対しても線対称に配置される。

本体部１１３は、２つの中心橋渡し部分１１４と、４つの端部橋渡し部分１１５と、２つの延出部分１１６とを有する。中心橋渡し部分１１４は、第１軸線ｌａを含み、前後方向に伸長する。即ち、中心橋渡し部分１１４は、一対の捩れ梁部１１２と同一直線状に形成される。中心橋渡し部分１１４は、左右方向において、貫通孔Ｘの間に位置する。端部橋渡し部分１１５は、本体部１１３の前後方向の端部に、第１軸線ｌａに対して線対称に設けられる。端部橋渡し部分１１５は、左右方向において、貫通孔Ｘと貫通孔Ｚとの間に設けられる。延出部分１１６は、前後方向において、貫通孔Ｚの間に設けられる。延出部分１１６は、左右方向において、第１軸線ｌａに対して線対称に配置される。延出部分１１６は、前後方向において、第２軸線ｌｂに対して線対称に配置される。延出部分１１６は、前後方向において第２軸線ｌｂに対して線対称に配置されているため、構造体１１３に対して前後方向に対して非対称な拘束を与えない。従って、延出部分１１６が設けられても、揺動部１１１の揺動方向は変化しない。また、本実施形態において、延出部分１１６は、前後方向において、第２軸線ｌｂと一致する。換言すれば、第２軸線ｌｂは、延出部分１１６に含まれる。なお、延出部分１１６と第２軸線ｌｂとが、上下方向に離間されていてもよい。本体部１１３は左右方向の両方に延出するので、第２軸線ｌｂと一致することが可能な延出部分１１６の数は、本体部１１３の片方側にそれぞれ１つずつ、計２つである。従って、本体部１１３の片方側に複数の延出部分１１６が設けられる場合と比較して、最小限の数で本体部１１３の駆動部１４０が設けられる位置と第３被固定部分１１６ａとが橋渡しされる。最小限の数で橋渡しが行われるため、構造が簡易となる。

本体部１１３の上面には、駆動部１４０が設けられる。駆動部１４０は、本体部１１３の前後方向における中間位置であって、左右方向において第１軸線ｌａに対して線対称となるように、一対設けられる。但し、これ以外の位置に駆動部１４０が設けられても差し支えない。例えば、本体部１１３の上下両面に駆動部１４０が設けられてもよい。駆動部１４０は、例えば、厚さ３０μｍ〜１００μｍの平板状に成形されたチタン酸ジルコン酸鉛などの圧電材料の両面に対して、電極層として金や白金等を０．２μｍ〜０．６μｍ積層することで形成される。駆動部１４０と本体部１１３とは、導電性接着剤で接着される。そして、駆動部１４０の上面に、ワイヤボンディングなどで金などの金属細線（非図示）が接続される。

揺動部１１１の上面には、レーザ等の光を反射するミラー部材１３０が固定される。換言すれば、揺動部１１１とミラー部材１３０とによって、ミラー部が構成される。平面視矩形のミラー部材１３０は、例えば、サファイヤやダイヤモンドなどの可視光に対して透過性を有する誘電体によって、揺動部１１１と別体に構成される。ミラー部材１３０の上
面又は下面には、レーザ等の光を反射するために、スパッタリングや蒸着などの方法でアルミニウムや銀などの金属薄膜が成膜される。揺動部１１１とミラー部材１３０との固定は、例えばエポキシ系、フェノール系、シリコン系などの熱硬化性接着剤によって行われる。揺動部１１１及びミラー部材１３０は、第１軸線ｌａに対して線対称に設けられる。なお、別体のミラー部材１３０を用いずに、研磨や反射膜の成膜などの鏡面加工が揺動部１１１の上面に対して施されてもよい。この場合、揺動部１１１の上面に反射面が設けられ、揺動部１１１自身がミラー部として機能する。

台座１２０は、矩形に形成された板状部材である。台座１２０の長辺は、左右方向に平行である。台座１２０の短辺は、前後方向に平行である。台座１２０の中央には、長手方向が左右方向に沿う矩形の貫通孔が設けられる。本体部１１３の前後左右方向の端部は、台座１２０と上下方向において重なる。台座１２０の上下方向の厚みは、構造体１１０の上下方向の厚みに比べて十分に大きく、例えば２ｍｍ程度である。そのため、構造体１１０が揺動しても、台座１２０は殆ど変形しない。台座１２０は、例えば、ステンレス等の金属材料によって構成される。

構造体１１０と台座１２０とは、両者の上下方向において重なる部分で固定される。本実施形態では、本体部１１３の前後左右方向の端部に存在する第１被固定部分１１４ａと、第２被固定部分１１５ａと、第３被固定部分１１６ａとにおいて、少なくとも構造体１１０と台座１２０とが固定される。この固定は、例えば、エポキシ系、アクリル系、シリコン系等の合成樹脂材料に金属フィラーなどの導電材を含有する導電性接着剤によって行われる。あるいは、この固定は、レーザなどを用いた溶接によって行われる。構造体１１０と台座１２０とが金属材料で構成されるため、台座１２０を介して駆動部１４０の下面に電気的に接続することが可能となる。

第１被固定部分１１４ａは、一対の捩れ梁部１１２の延長線上に存在する。具体的には、第１被固定部分１１４ａは、第１軸線ｌａ上であって、中心橋渡し部分１１４よりもミラー部材１３０から離間した本体部１１３の領域である。第１被固定部分１１４ａは、第２軸線ｌｂに対して線対称に一対設けられる。

第２被固定部分１１５ａは、一対の第１被固定部分１１４ａから、左右方向に離間した位置に存在する。具体的には、一対の第２被固定部分１１５ａは、前後方向において、端部橋渡し部分１１５の延長線上、且つ端部橋渡し部分１１５よりも第２軸線ｌｂから離間した位置に存在する。第２被固定部分１１５ａは、第２軸線ｌｂに対して線対称に一対設けられる。一対の第２被固定部分１１５ａは、さらに、第１軸線ｌａに対して線対称に、一対設けられる。即ち、第２被固定部分１１５ａは、４つ設けられる。

第３被固定部分１１６ａは、左右方向における本体部１１３の端部に存在する。具体的には、第３被固定部分１１６ａは、左右方向において、延出部分１１６の延長線上、且つ延出部分１１６よりも第１軸線ｌａから離間した位置に存在する。第３被固定部分１１６ａは、第１軸線ｌａに対して線対称に、一対設けられる。なお、構造体１１０と台座１２０とは、前記した第１被固定部分１１４ａ、第２被固定部分１１５ａ、及び第３被固定部分１１６ａ以外の領域であって、本体部１１３と台座１２０との上下方向における重複部分においてさらに固定されても差し支えない。

［光スキャナ１００の駆動］
構造体１１０及び台座１２０は金属材料で形成されるので、台座１２０と、駆動部１４０の上面に接続された金属細線との間に電圧を印加することで、駆動部１４０に対して電圧が印加される。駆動部１４０に対して電圧が印加されることで、駆動部１４０は変形する。駆動部１４０の変形によって、本体部１１３は加振される。右側に設けられる駆動部
１４０と左側に設けられる駆動部１４０とには、逆位相となるように駆動信号が周期的にそれぞれ印加される。この駆動信号の周波数が、光スキャナ１００の共振駆動に必要な周波数に相当する場合、駆動部１４０の変形に伴い、本体部１１３に板波が励起される。この板波が、本体部１１３及び捩れ梁部１１２を介して揺動部１１１に伝達されることで、揺動部１１１は、所定の共振周波数において第１軸線ｌａ回りに揺動する。ここで、構造体１１０は、第１被固定部分１１４ａ、第２被固定部分１１５ａ、及び第３被固定部分１１６ａにおいて、台座１２０に固定される。本体部１１３は、台座１２０によって宙に浮いた状態となっている。そのため、光スキャナ１００の駆動時に、本体部１１３は上下方向に変位する。捩れ梁部１１２は、本体部１１３の振動の節となる位置に設けられるので、本体部１１３が上下方向に変位しても、捩れ梁部１１２は、上下方向への変位が抑制される。なお、駆動信号の周波数は、光スキャナ１００の共振周波数に厳密に一致しなくても差し支えない。光スキャナ１００のＱ値や周波数特性の線形性に応じて、駆動信号の周波数は、光スキャナ１００の共振周波数から適宜オフセットされても差し支えない。

［光スキャナ１００の作成］
光スキャナ１００の作成工程を説明する。ここでは、構造体１１０が金属で構成される場合を例に取り、説明を行う。先ず、構造体１１０を構成する金属板（例えば、ステンレスやチタンなど）が、構造体１１０の外形と等しい大きさに分割される。そして、分割された金属板に対して所定の除去加工を行うことで、貫通孔Ｘ、貫通孔Ｙ、及び貫通孔Ｚが形成される。貫通孔Ｘ、貫通孔Ｙ、及び貫通孔Ｚの形成により、構造体１１０の外形が形成される。所定の除去加工には、例えば、エッチング、プレス加工、放電加工、レーザ加工などが含まれる。一例として、ウェットエッチングが行われる場合、分割された金属板の、貫通孔Ｘ、貫通孔Ｙ、及び貫通孔Ｚを除いた位置に、マスキングのためのレジスト膜が形成される。その後、ウェットエッチングによって構造体１１０の外形が形成された後に、レジスト膜が除去される。なお、構造体１１０の外形に比して十分大きな金属板に複数の構造体１１０の外形が形成された後に、個々の構造体に分割される多数個取りが実行されても差し支えない。

次に、予め圧電材料の両面に電極層を備えた駆動部１４０が、構造体１１０に実装される。この実装は、例えば、エポキシ系、アクリル系、シリコン系等の合成樹脂材料に金属フィラーなどの導電材を含有する導電性接着剤を用いて行われる。具体的には、構造体１１０の本体部１１３に塗布された導電性接着剤の上に、駆動部１４０が設置される。駆動部１４０の設置後、１００〜２００℃の雰囲気に保たれた加熱炉内に構造体１１０が３０〜６０分間装入されることによって、導電性接着剤が硬化する。以上で、駆動部１４０の実装が完了する。

次に、台座１２０が作成される。台座１２０の外形は、構造体１１０の場合と同様に、台座１２０の構成材料に対して、エッチングやプレスなどの除去加工を施すことで得られる。

次に、台座１２０と構造体１１０とが、第１被固定部分１１４ａ、第２被固定部分１１５ａ、及び第３被固定部分１１６ａにおいて固定される。この固定は、前記したように、レーザ溶接や導電性の熱硬化接着剤を用いて行われる。従って、構造体１１０と台座１２０とは、電気的に接続された状態となる。

最後に、駆動部１４０と台座１２０とに対して、信号線が接続される。この信号線は、非図示の交流電源に接続される。光スキャナ１００の駆動時には、この信号線を介して駆動部１４０と台座１２０との間に駆動信号が供給される。以上で、光スキャナ１００の作成工程が終了する。

［延出部分１１６による効果］
図３を用いて、延出部分１１６による、本体部１１３の最大振動量の低減を説明する。図３の縦軸に示される最大振動量は、駆動時において本体部１１３の上下方向における変位量が最大となる位置における振動量である。変位量が最大となる位置は、例えば、本体部１１３の駆動部１４０が設けられる位置である。また、最大振動量は、駆動時のミラー部材１３０の上下方向における最大振動量で除算することで、百分率にて示される。本実施形態では、長さａを固定し、長さｂを変化させることで、本体部１１３の最大振動量の変化が調べられる。長さａは、図２（Ａ）に示されるように、左右方向における第１軸線ｌａから延出部分１１６までの本体部１１３の長さである。長さｂは、図２（Ａ）に示されるように、左右方向における延出部分１１６の長さである。図３の横軸は、長さｂを長さａで除した値にて示される。なお、本実施形態では、延出部分１１６の前後方向における長さｃ（図２（Ａ）参照）も変化させ、本体部１１３の最大振動量の変化が調べられる。長さｃは、同様に長さａにて除算される。ｃ／ａ＝０．１１８のデータは、中抜き四角と実線とで示される。ｃ／ａ＝０．２３５のデータは、中抜き三角と点線とで示される。ｃ／ａ＝０．３５３のデータは、十字と一点鎖線とで示される。なお、図３には、比較のために、長さｃが「０」、即ち延出部分１１６が存在しない場合のデータも、中抜き丸で示される。また、図３に示される値は、光スキャナ１００の形状や材質などのパラメータに基づき、延出部分１１６の形状を変化させることで行われたシミュレーションによって得られた値である。

図３に示されるように、延出部分１１６が設けられることによって、延出部分１１６が存在しない場合よりも、延出部分１１６の形状に関わらず最大振動量が低減される。厳密に言えば、ｃ／ａの値によって、最大振動量が最小となるｂ／ａの値は若干異なる。しかし、概して言えば、最大振動量は、ｂ／ａの値が０．３以下の場合、ｂ／ａの値が大きくなるに従い低下する。最大振動量は、ｂ／ａの値がおよそ０．３〜０．５の場合、換言すれば、長さｂが長さａのおよそ１／３〜１／２の場合、最小となる。そして、最大振動量は、ｂ／ａの値が０．５以上の場合、ｂ／ａの値が大きくなるに従い増加する。即ち、ｂ／ａの値をおよそ０．３〜０．５と設定することによって、最大振動量を最小にできる。

図４を用いて、延出部分１１６による、駆動電圧の低減を説明する。図４の横軸は、図３と同様に、ｂ／ａの値を示す。図４の縦軸は、あるｂ／ａの値において、所望の揺動部１１１の振幅を得るために必要な駆動電圧の値を示す。なお、この駆動電圧の値は、延出部分１１６が存在しない場合の光スキャナ１００において、所望の振幅を得るために必要な駆動電圧の値で除算した駆動電圧比にて示される。所望の振幅を得るために必要な駆動電圧が小さいほど、光スキャナ１００の消費電力が少ないといえる。なお、図４においても、図３と同様に、長さｃ（図２（Ａ）参照）も変化させ、駆動電圧比が調べられる。ｃ／ａ＝０．１１８のデータは、中抜き四角と実線とで示される。ｃ／ａ＝０．２３５のデータは、中抜き三角と点線とで示される。ｃ／ａ＝０．３５３のデータは、十字と一点鎖線とで示される。なお、図４には、比較のために、長さｃが「０」、即ち延出部分１１６が存在しない場合のデータも、中抜き丸で示される。また、図４に示される値は、光スキャナ１００の形状や材質などのパラメータに基づき、延出部分１１６の形状を変化させることで行われたシミュレーションによって得られた値である。

図４において、駆動電圧比は、ｂ／ａの値が大きくなるに従い減少する。厳密に言えば、ｃ／ａの値によって、同じｂ／ａの値に対して駆動電圧比は若干異なる。しかし、概して言えば、ｂ／ａの値の増大に応じた駆動電圧比の単調増加傾向は、ｃ／ａの値に関わらず確認された。また、ｂ／ａの値がおよそ０．３以上の場合、換言すれば、長さｂが長さａのおよそ１／３以上の場合、駆動電圧比が１より小さくなる。即ち、長さｂを長さａのおよそ１／３以上に設定することで、延出部分１１６が設けられない場合と比較して、駆動電圧を低減することが可能となる。

図３及び図４に示されるように、ｃ／ａの値は、ｂ／ａの値と本体部１１３の最大振動量及び駆動電圧比との間における傾向には影響しない。例えば、図３において、最大振動量は、ｃ／ａの値に関わらず、ｂ／ａの値の増加に伴い、一旦減少した後に増加に転ずる。また、図４において、駆動電圧比は、ｃ／ａの値に関わらず、ｂ／ａの値の増加に伴い減少する。しかし、図３及び図４において、ｃ／ａの値が異なる場合、同じｂ／ａの値であっても、最大振動量及び駆動電圧比の値は異なる。ここでは、図５を用いて、ｃ／ａの値が最大振動量及び駆動電圧比に与える影響を説明する。

図５（Ａ）の縦軸は、図３と同様に、本体部１１３の最大振動量を示す。図５（Ｂ）の横軸は、長さｂを、長さｃの０．４乗で除算した値を示す。図５（Ａ）には、ｃ／ａ＝０．１１８、ｃ／ａ＝０．２３５、及びｃ／ａ＝０．３５３の場合のデータが、図３と同じシンボルを用いて示される。図５（Ｂ）の縦軸は、図４と同様に、駆動電圧比を示す。図５（Ｂ）の横軸は、図５（Ａ）と同様に、長さｂを、長さｃの０．４乗で除算した値を示す。図５（Ａ）には、ｃ／ａ＝０．１１８、ｃ／ａ＝０．２３５、及びｃ／ａ＝０．３５３の場合のデータが、図４と同じシンボルを用いて示される。

長さｂを長さｃの０．４乗で除算した値に対して、最大振動量及び駆動電圧比の振る舞いは、ｃ／ａの値に関わらずほぼ同一となる。具体的には、図５（Ａ）に示されるように、長さｂを長さｃの０．４乗で除算した場合、ｃ／ａの値が異なっても、ｂ／ｃ ^0.4 の値と最大振動量との関係は一致する。そして、ｂ／ｃ ^0.4 の値が２以上４以下の場合、最大振動量が、延出部分１１６が設けられない場合と比較して、約半分以下に低減される。そして、ｂ／ｃ ^0.4 の値が約３の場合に、最大振動量が最小になる。また、図５（Ｂ）に示されるように、ｃ／ａの値が異なっても、ｂ／ｃ ^0.4 の値と駆動電圧比との関係は一致する。ｂ／ｃ ^0.4 の値が２以上であれば、駆動電圧比は、１よりも小さくなる。長さｃの乗数である「０．４」の値の物理的意味の解釈は、まだ明らかではない。しかし、結果として、（１）ｂ／ｃ ^0.4 の値に対して、最大振動量及び駆動電圧比の振る舞いがｃ／ａの値に関わらずほぼ同一となること、（２）ｂ／ｃ ^0.4 の値が２以上４以下の場合、最大振動量が、延出部分１１６が設けられない場合と比較して、約半分以下に低減されること、（３）ｂ／ｃ ^0.4 の値が「３」の場合、最大振動量が最小になること、という、新たな知見が得られた。

＜比較例＞
［光スキャナ２００の構成］
比較例として、延出部分が設けられない光スキャナ２００の例を示す。光スキャナ２００は、光スキャナ１００と比較して、構造体２１０の形状において相違する。光スキャナ２００において、光スキャナ１００と同一の構成に対しては、同一の番号を付与することで説明が省略される。

図６及び図７に示されるように、光スキャナ２００は、構造体２１０と、台座１２０とを有する。構造体２１０の本体部２１３が、構造体１１０の本体部１１３と異なる。具体的には、本体部２１３は、本体部１１３（図１及び図２）と比較して、（１）追加橋渡し部分２１７を有する、（２）延出部分が存在しない、点において相違する。追加橋渡し部分２１７は、左右方向において第１軸線ｌａから離間する。追加橋渡し部分２１７は、貫通孔Ｘを前後方向に橋渡しする。追加橋渡し部分２１７は、第１軸線ｌａに対して線対称となるように、中心橋渡し部分１１４の左右両側に一対設けられる。また、一対の追加橋渡し部分２１７は、第２軸線ｌｂに対しても線対称に一対設けられる。即ち、構造体２１０には、４つの追加橋渡し部分２１７が含まれる。なお、前後方向において、第２軸線ｌｂから離間する方向の追加橋渡し部分２１７の延長線上には、台座１２０に対して固定される第４被固定部２１７ａが設けられる。

［追加橋渡し部分２１７による効果］
追加橋渡し部分２１７の配置される位置が、光スキャナ２００の最大振動量及び駆動電圧に与える影響を、図８及び図９を用いて説明する。なお、図７に示されるように、左右方向における追加橋渡し部分２１７の中心第１軸線ｌａとの距離は、距離ｄと表記される。

図８の横軸は、距離ｄを、第１軸線ｌａから貫通孔Ｚまでの距離ａ（図７参照）で除算した値を示す。図８の縦軸は、図３と同様に、本体部２１３の最大振動量を示す。なお、参考のため、光スキャナ２００の構成において、追加橋渡し部分２１７が設けられない場合のデータも、図８には示される。図８より明らかに、追加橋渡し部分２１７が設けられない場合と比較して、追加橋渡し部分２１７が設けられることで、最大振動量は低減される。

図９の横軸は、図８と同様に、距離ｄを距離ａで除算した値を示す。図９の縦軸は、図４と同様に、駆動電圧比を示す。図９から明らかに、追加橋渡し部分２１７が設けられない場合と比較して、追加橋渡し部分２１７が設けられることで、駆動電圧比は増加する。また、追加橋渡し部分２１７の形状に関わらず、駆動電圧比は常に１以上となる。より具体的には、追加橋渡し部分２１７が設けられない場合と比較して、光スキャナ２００における所望の振幅を得るための駆動電圧は、最小でもおよそ１．５倍、最大で３．５倍程度に上昇する。

比較例である光スキャナ２００において、追加橋渡し部分２１７が設けられることで、最大振動量の低減が確認された。しかし、駆動電圧を低く抑えるという観点からは、光スキャナ１００が、光スキャナ２００よりも好ましい。

本発明は、今までに述べた実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形・変更が可能である。以下にその一例を述べる。

前記した実施形態では、延出部分１１６は、第２軸線ｌｂを含んで設けられる。しかし、延出部分は、第２軸線ｌｂに対して線対称に配置されればよい。従って、延出部分１１６の形状は、前記した実施形態に限定されない。図１０を用いて、延出部分１１６の他の形態の例を説明する。

図１０に示す光スキャナ３００は、延出部分３１６と第３被固定部分３１６ａとの形状において、光スキャナ１００と相違する。光スキャナ３００において、光スキャナ１００と同一の構成に対しては、同一の番号を付与することで説明が省略される。

延出部分３１６は、前後方向において、第２軸線ｌｂに対して線対称に配置される。延出部分３１６は、第２軸線ｌｂから前後方向に離間して、一対設けられる。そして、一対の延出部分３１６は、左右方向において第１軸線ｌａに対して線対称となるように、一対設けられる。従って、延出部分３１６は、４つ設けられる。被固定部分３１６ａは、左右方向における延出部分３１６の延長線上であって、延出部分３１６よりも揺動部１１１から離間した位置に設けられる。この被固定部分３１６ａにおいて、構造体３１０と台座１２０とが固定される。

光スキャナ３００のような形状であっても、延出部分３１６が設けられているため、本体部３１３における振動を抑制するという効果が得られる。即ち、光スキャナ３００の本発明の範囲に含まれる。また、延出部分３１６は、前後方向において第２軸線ｌｂに対して線対称に配置されているため、構造体３１３に対して前後方向に対して非対称な拘束を
与えない。そのため、延出部分３１６が設けられても、揺動部１１１の揺動方向は変化しない。

前記した実施形態では、本体部１１３は、捩れ梁部１１２との連結部分から、左右方向の両側へと延出する。換言すれば、捩れ梁部１１２は、本体部１１３によって左右方向において両持支持されている。しかし、本体部の形状は、前記した実施形態に限定されない。図１１を用いて、本体部の形状の他の例を説明する。

図１１に示す光スキャナ４００は、本体部４１３の形状において、光スキャナ１００と相違する。光スキャナ４００において、光スキャナ１００と同一の構成に対しては、同一の番号を付与することで説明が省略される。本体部４１３は、捩れ梁部１１２との連結部分から、右方向へのみ延出する。換言すれば、捩れ梁部１１２は、本体部４１３によって左右方向において片持支持される。光スキャナ４００において、駆動部１４０、貫通孔Ｚ、延出部分１１６及び第３被固定部分１１６ａは、第２軸線ｌｂに対しては線対称であるものの、第１軸線ｌａに対しては非対称となる。このような形態の光スキャナ４００も、本発明の範囲に含まれる。

前記した実施形態において、台座１２０は、矩形に形成された板状部材であった。しかし、台座はこの形状に限定されない。第１被固定部分１１４ａと、第２被固定部分１１５ａと、第３被固定部分１１６ａとにおいて、構造体１１０と台座１２０とが固定可能な形状であれば、台座１２０はどのような形状であってもよい。

前記した実施形態において、光スキャナは、共振周波数にて駆動される。しかし、本発明は、共振駆動されない光スキャナに対しても適用可能である。なぜならば、共振駆動されない光スキャナであっても、駆動のために構造体に対して振動が印加されるので、構造体の振動という問題は同様に発生するためである。

前記した実施形態では、駆動部１４０として圧電材料が利用される。しかし、磁石とコイルパターンとの組み合わせによる電磁駆動方式や、極板間に働く静電気力による静電駆動方式など、他の駆動方式を採用した光スキャナであっても、本発明の範囲に含まれる。

１００，２００，３００，４００ 光スキャナ
１１０，２１０，３１０，４１０ 構造体
１１１ 揺動部
１１２ 捩れ梁部
１１３，２１３，３１３，４１３ 本体部
１１４ 中心橋渡し部分
１１４ａ 第１被固定部分
１１５ 端部橋渡し部分
１１５ａ 第２被固定部分
１１６，３１６ 延出部分
１１６ａ，３１６ａ 第３被固定部分
１２０ 台座
１３０ ミラー部材
１４０ 駆動部
２１７ 追加橋渡し部分
２１７ａ 第４被固定部

Claims (7)

1. 入射した光を反射する反射面を有し、第１軸線を中心として揺動可能に構成されるミラー部と、
   前記ミラー部の両端から、前記第１軸線に平行に延出する一対の捩れ梁部と、
   前記一対の捩れ梁部の端部に連結され、前記第１軸線に交差する方向に延出する本体部と、
   を有する平板状の構造体と、
   前記構造体の一部が固定される台座と、
   前記本体部に設けられ、駆動電圧が印加されることで前記構造体を加振し、前記ミラー部分を前記第１軸線回りに揺動させることが可能な駆動部とを備え、
   前記本体部は、
   前記一対の捩れ梁部の延長線上において、前記台座に対して固定される一対の第１被固定部分と、
   前記一対の第１被固定部分から、前記第１軸線に直交し且つ前記ミラー部の中心を通る第２軸線の方向に離間し、前記台座に対して固定される一対の第２被固定部分と、
   前記第２軸線の方向における前記本体部の端部において、前記台座に対して固定される第３被固定部分とを含み、
   前記第２軸線の方向において、前記第３被固定部分と前記駆動部との間には、前記第１軸線の方向に伸長する一対の第１貫通孔が形成され、
   前記本体部は、前記第１軸線の方向において前記一対の第１貫通孔の間に設けられ、前記第２軸線に対して線対称に前記第３被固定部分に対して接続される延出部分を含み、
   前記駆動部は、前記延出部分に対して前記第１軸線の方向において重複する位置に配置される
   ことを特徴とする光スキャナ。
2. 前記延出部分は、前記第２軸線上に配置されている
   請求項１に記載の光スキャナ。
3. 前記本体部は、
   前記第１軸線の方向において、前記第１被固定部分及び前記第２被固定部分と前記駆動部との間には、前記第２軸線の方向に伸長する第２貫通孔が形成され、
   前記第２軸線の方向における前記第２貫通孔の一端に隣接して設けられ、前記第１被固定部分に対して接続される第１橋渡し部分と、前記第２軸線の方向における前記第２貫通
   孔の他端に隣接して設けられ、前記第２被固定部分に対して接続される第２橋渡し部分と、を含み、
   前記延出部分は、前記第２軸線の方向において、前記第２橋渡し部分より、前記本体部の端部に近い位置に形成されており、
   前記本体部は、前記一対の捩れ梁部の端部に連結され、前記第１軸線に交差する方向の両側に延出する、
   請求項２に記載の光スキャナ。
4. 前記延出部分は、前記第２軸線の方向において、前記第１軸線から前記延出部分までの長さの１／３以上の長さを有する、
   請求項３に記載の光スキャナ。
5. 前記延出部分は、前記第２軸線の方向において、前記第１軸線から前記延出部分までの長さの１／２以下の長さを有する、
   請求項４に記載の光スキャナ。
6. 前記延出部分は、
   前記延出部分の前記第２軸線の方向における長さをｂ、前記延出部分の前記第１軸線の方向における長さをｃと表記した場合、ｂ／ｃ ^0.4 の値が２以上４以下となる形状に構成される、
   請求項３〜５の何れか１項に記載の光スキャナ。
7. 前記延出部分は、ｂ／ｃ ^0.4 の値が３となる形状に構成される、
   請求項６に記載の光スキャナ。

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