JP6052341B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置に関し、特に、ミラー支持部を軸方向両側から捻れ梁により支持し、該捻れ梁の捻れにより前記ミラー支持部を軸周りに揺動させて駆動する光走査装置に関する。

従来から、入射光を反射させる可動板と、該可動板を回動可能に軸支するトーション梁と、該トーション梁にねじり方向の駆動力を作用させる駆動部とを具備し、少なくとも、可動板とトーション梁の接続部分付近にリブを形成した光走査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる特許文献１に記載の光走査装置においては、可動板の重量を増やすことなく、反射面の動的歪みを抑制することを目的としている。

特開２０１０−１２８１１６号公報

ところで、近年、光走査装置の高解像度化が求められる傾向がある。高解像度化のためには、共振周波数を上げる必要があり、そのために捻れ梁（トーション梁）の剛性を上げる必要がある。

ここで、剛性向上のため、捻れ梁の幅を広くすると、捻れの中心軸からの距離に応じて捻れ梁の変形状態が異なり、変位の非線形性が生じてしまうという問題を生じる。

引用文献１においては、このような非線形性振動の問題は一切考慮されていないので、共振周波数を上げた場合には、変位の非線形性の問題を生じてしまうという問題があった。また、引用文献１に記載の構成では、剛性向上によるミラー変形防止の効果は得られるが、振動による応力は遮断できず、共振周波数を上げた場合には、ミラーの変形を防ぐことができないという問題があった。

そこで、本発明は、高い共振周波数で駆動を行った場合であっても、非線形線振動の発生を低減しつつ、発生する応力を低減させ、ミラーの変形を防ぐことができる光走査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一実施態様は、ミラー（１０）と、前記ミラー（１０）を支持する可動枠（６０）と、前記可動枠（６０）の外側に設けられた固定枠（９０）と、前記ミラー（１０）を第１の軸の周りに揺動させる第１の駆動梁（５０）と、前記ミラー（１０）を第２の軸の周りに揺動させる第２の駆動梁（７０）と、を有し、前記ミラー（１０）と前記可動枠（６０）との間が前記第１の駆動梁（５０）で接続され、前記可動枠（６０）と前記固定枠（９０）との間が前記第２の駆動梁（７０）で接続され、前記第２の駆動梁（７０）が相対的に低周波となる非共振振動により駆動される光走査装置であって、前記第２の駆動梁（７０）は、前記第２の軸の方向と交差する方向に延びる複数の梁を備え、前記複数の梁において隣接する梁同士が端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有しており、前記第２の駆動梁（７０）に、曲線部と矩形単位との境界部において、複数の梁の幅方向に直線形状に突出して形成される高周波重畳防止用のリブ（７２）を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、非線形振動の発生を低減させつつ、ミラーの変形を防止することができる。

本発明の実施形態１に係る光走査装置の一例の構成を示した斜視図である。図１（Ａ）は、実施形態１に係る光走査装置の一例の構成を示した上面斜視図であり、図１（Ｂ）は、実施形態１に係る光走査装置の一例の構成を示した下面斜視図である。 図１（Ａ）のＡ部及びＢ部を拡大した図である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）のＡ部を拡大した図である。図２（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ部を拡大した図である。 本実施形態に係る光走査装置のスリット構造について説明するための比較例を示した図である。図３（Ａ）は、比較例に係る光走査装置の可動枠６０内の構成を示した図である。図３（Ｂ）は、比較例に係る光走査装置の捻れ梁１３０を拡大して示した斜視図である。図３（Ｃ）は、比較例に係る光走査装置の捻れ梁１３０の断面図である。 線形共振振動と非線形共振振動の周波数／変位特性を示した図である。図４（Ａ）は、線形共振振動の周波数／変位特性の一例を示した図である。図４（Ｂ）は、非線形共振振動の周波数／変位特性の一例を示した図である。図４（Ｃ）は、非線形共振振動が強く出た場合の周波数／変位特性の例を示した図である。 実施形態１に係る光走査装置の捻れ梁３０について説明するための図である。図５（Ａ）は、実施形態１に係る光走査装置の可動枠６０の内側の構成を示した図である。図５（Ｂ）は、実施形態１に係る光走査装置の捻れ梁３０の拡大図である。図５（Ｃ）は、実施形態１に係る光走査装置の捻れ梁３０の断面構成の一例を示した図である。 実施例１に係る光走査装置の実施結果を示した図である。図６（Ａ）は、スリット３１を有しない比較例に係る光走査装置の実施結果を示した図である。図６（Ｂ）は、スリット３１が形成された実施例１に係る光走査装置の実施結果を示した図である。 実施例１及び比較例に係る光走査装置の変位／周波数特性を示した図である。図７（Ａ）は、実施例１に係る光走査装置の変位／周波数特性を示した図である。図７（Ｂ）は、スリット３１により分割される捻れ梁３０Ｌ、３０Ｒの角型比を変化させた場合の変位／周波数特性である。図７（Ｃ）は、比較例に係る光走査装置の変位／周波数特性を示した図である。 実施形態１に係る光走査装置において、捻れ梁３０にスリット３１を設けた場合の考慮点についての説明図である。図８（Ａ）は、捻れ梁３０に短いスリット１３１を設けた場合の表面側の拡大図である。図８（Ｂ）は、捻れ梁３０に短いスリット１３１を設けた場合の裏面側の拡大図である。図８（Ｃ）は、捻れ梁３０に短いスリット１３１を設けた場合の裏面側の応力分布図である。 実施形態１に係る光走査装置のミラー支持部２０と捻れ梁３０の連結部の構成の一例を示した図である。図９（Ａ）は、実施形態１に係る光走査装置のミラー支持部２０と捻れ梁３０の連結部の表面側の構成図である。図９（Ｂ）は、実施形態１に係る光走査装置のミラー支持部２０と捻れ梁３０との連結部の裏面側の構成図である。 実施形態１に係る光走査装置において、捻れ梁３０のスリット３１の端部３１Ｅにおける応力分布を示した図である。 ミラー変形防止構造の無い構成の光走査装置におけるミラーの変形分布と応力分布の一例を示した図である。図１１（Ａ）は、ミラー変形防止構造が無い構成の光走査装置のミラー１０の変形分布の一例を示した図である。図１１（Ｂ）は、ミラー変形防止構造が無い構成の光走査装置のミラー１０の応力分布の一例を示した図である。 実施形態１に係る光走査装置のミラー変形防止構造の説明図である。 実施形態１に係る光走査装置のミラー支持部２０の裏面のリブ構造を示した図である。図１３（Ａ）は、実施形態１に係る光走査装置のミラー支持部２０のリブ構造を示した斜視図である。図１３（Ｂ）は、実施形態１に係る光走査装置のミラー支持部２０のリブ構造を示した平面図である。 実施形態１に係る光走査装置のミラー変形量及び応力分布の一例を示した図である。図１４（Ａ）は、実施形態１に係る光走査装置のミラー変形量を示した図である。図１４（Ｂ）は、実施形態１に係る光走査装置の応力分布を、連結リブ２２の突出部を含めて示した図である。図１４（Ｃ）は、ミラー１０の面内の応力分布を示した図である。 本発明の実施例２に係る光走査装置の構成及び実施結果を示す図である。図１５（Ａ）は、実施例２に係る光走査装置の捻れ梁３０の断面構成図である。図１５（Ｂ）は、実施例２に係る光走査装置の裏面の平面構成図である。図１５（Ｃ）は、連結リブ２２の突出量Ｘと、最大傾角時のミラー平面度λ及び非線形係数βとの関係図である。 実施形態１に係る光走査装置において、裏面にリブを有しない可動枠１６０を用いた場合に発生するクロストークの説明図である。図１６（Ａ）は、裏面にリブを有しない可動枠１６０を用いた光走査装置の表面側の構成を示した斜視図である。図１６（Ｂ）は、裏面にリブを有しない可動枠１６０を用いた光走査装置の裏面側の構成図である。図１６（Ｃ）は、裏面にリブを有しない可動枠１６０を用いた光走査装置の水平駆動状態を示した図である。 裏面にリブを設けた可動枠６０を用いた場合でも発生するクロストークの説明図である。図１７（Ａ）は、裏面にリブを設けた可動枠６０を用いた光走査装置の表面側の構成を示した斜視図である。図１７（Ｂ）は、裏面にリブを設けた可動枠６０を用いた光走査装置の裏面側の構成を示した斜視図である。図１７（Ｃ）は、裏面にリブを設けた可動枠６０を用いた光走査装置の水平駆動状態を示した図である。 実施形態１に係る光走査装置の水平駆動時の垂直駆動梁へのクロストーク防止構造の説明図である。図１８（Ａ）は、実施形態１に係る光走査装置の表面側の構成を示す斜視図である。図１８（Ｂ）は、実施形態１に係る光走査装置の裏面側の斜視図である。図１８（Ｃ）は、実施形態１に係る光走査装置のクロストーク防止構造の拡大図である。 クロストーク防止リブ８１〜８３を有する実施形態１に係る光走査装置の水平駆動時の応力分布図である。 実施形態１に係る光走査装置に類似しているが、周波数変動防止構造を有していない光走査装置の駆動による周波数変動の説明図である。図２０（Ａ）は、周波数変動防止構造を有していない光走査装置の平面構成図である。図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）に示した周波数変動防止構造を有していない光走査装置の可動枠６０及び共振駆動梁１５０の断面構成図である。図２０（Ｃ）は、共振駆動梁１５０の駆動状態を示した図である。図２０（Ｄ）は、共振駆動梁１５０の積算駆動時間と共振周波数変化率の関係図である。 周波数変動防止構造を有しない光走査装置の水平駆動時の応力分布図である。図２１（Ａ）は、周波数変動防止構造を有しない光走査装置の水平駆動時の表面側の応力分布図である。図２１（Ｂ）は、周波数変動防止構造を有しない光走査装置の水平駆動時の裏面側の応力分布図である。図２１（Ｃ）は、周波数変動防止構造を有しない光走査装置の水平駆動時の裏面側の応力分布の駆動梁の起点部分の拡大図である。 実施形態１に係る光走査装置の第１の周波数変動防止構造の説明図である。図２２（Ａ）は、周波数変動防止構造を有する本実施形態に係る光走査装置の平面構成図である。図２２（Ｂ）は、図２２（Ａ）に示した根元部分５２の拡大図である。 第１の周波数変動防止構造を有する実施形態１に係る光走査装置の水平駆動時の応力分布図である。図２３（Ａ）は、第１の駆動梁５０の表面側の応力分布図である。図２３（Ｂ）は、第１の駆動梁５０の裏面側の応力分布図である。図２３（Ｃ）は、図２３（Ｂ）に示した第１の駆動梁５０の根元部分の拡大図である。 実施形態１に係る光走査装置の共振駆動による積算駆動時間と共振周波数変化率を示した図である。 第１及び第２の周波数変動防止構造を有する実施形態１に係る光走査装置の説明図である。図２５（Ａ）は、第１及び第２の周波数変動防止構造を有する実施形態１に係る光走査装置の表面側の平面構成図である。図２５（Ｂ）は、第１及び第２の周波数変動防止構造を有する実施形態１に係る光走査装置の裏面側の平面構成図である。図２５（Ｃ）は、実施形態１に係る光走査装置の可動枠６０の内側を拡大した平面図である。図２５（Ｄ）は、第１の駆動梁５０の側辺部の応力分布を示した拡大図である。 各態様の光走査装置の応力分布を比較して示した図である。図２６（Ａ）は、周波数変動防止構造を設けない光走査装置の応力分布図である。図２６（Ｂ）は、第１の周波数変動防止構造のみを設けた光走査装置の応力分布図である。図２６（Ｃ）は、第１及び第２の周波数変動防止構造を設けた実施形態１に係る光走査装置の応力分布図である。 図２６で示した各周波数変動防止構造について、第１の駆動梁５０の根元における応力測定結果を示した図である。 本発明の実施形態２に係る光走査装置の一例を示した図である。 本発明の実施形態３に係る光走査装置の一例を示した図である。 本発明の実施形態４に係る光走査装置の一例を示した図である。 本発明の実施形態５に係る光走査装置の一例を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

〔実施形態１〕
［全体構成］
図１は、本発明の実施形態１に係る光走査装置の一例の構成を示した斜視図である。図１（Ａ）は、実施形態１に係る光走査装置の一例の構成を示した上面斜視図であり、図１（Ｂ）は、実施形態１に係る光走査装置の一例の構成を示した下面斜視図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）において、本実施形態に係る光走査装置は、ミラー１０と、ミラー支持部２０と、捻れ梁３０と、連結梁４０と、第１の駆動梁５０と、可動枠６０と、第２の駆動梁７０と、連結部８０と、固定枠９０とを備える。捻れ梁３０には、スリット３１が設けられている。また、図１（Ａ）に示すように、第１の駆動梁５０は、駆動源５１を備え、第２の駆動梁７０は、駆動源７１を備える。更に、図１（Ｂ）に示すように、ミラー支持部２０の裏面にはリブ２１が設けられ、第２の駆動梁７０の裏面には、高調波重畳防止用リブ７２が設けられている。

図１（Ａ）、（Ｂ）において、ミラー支持部２０の表面にミラー１０が支持され、ミラー支持部２０は、両側にある捻れ梁３０の端部に連結されている。捻れ梁３０は、揺動軸を構成し、軸方向に延在してミラー支持部２０を軸方向両側から支持している。捻れ梁３０が捻れることにより、ミラー支持部２０に支持されたミラー１０が揺動し、ミラー１０に照射された光の反射光を走査させる動作を行う。捻れ梁３０は、連結梁４０に連結支持され、第１の駆動梁５０に連結されている。第１の駆動梁５０、連結梁４０、捻れ梁３０、ミラー支持部２０及びミラー１０は、可動枠６０に取り囲まれている。第１の駆動梁５０は、可動枠６０に片側が支持され、内周側に延びて連結梁４０と連結している。第１の駆動梁５０は、捻れ梁３０とは直交する方向に、ミラー１０及びミラー支持部２０を挟むように、対をなして２つ設けられている。第１の駆動梁５０の表面には、圧電素子の薄膜が駆動源５１として形成されている。圧電素子は、印加する電圧の極性に応じて伸長したり縮小したりするので、左側の第１の駆動梁５０と右側の第１の駆動梁５０とで異なる位相の電圧を交互に印加することにより、ミラー１０の左側と右側で第１の駆動梁５０が上下反対側に交互に振動し、捻れ梁３０を揺動軸又は回転軸として、ミラー１０を軸周りに揺動させることができる。このミラー１０が捻れ梁３０の周りに揺動する方向を、以後、水平方向と呼ぶことにする。例えば、第１の駆動梁５０による水平駆動には、共振振動が用いられ、高速にミラー１０を揺動駆動してよい。また、可動枠６０の外部には、第２の駆動梁７０の一端が連結されている。第２の駆動梁７０は、第１の駆動梁５０と平行に延在する梁が、隣接する梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。そして、第２の駆動梁７０の他端は、固定枠９０の内側に連結されている。第２の駆動梁７０も、可動枠６０を左右両側から挟むように、対をなして２つ設けられている。また、第２の駆動梁７０の表面には、曲線部を含まない矩形単位毎に、圧電素子の薄膜が駆動源７１として形成されている。矩形単位毎に隣接している駆動源７１同士で、異なる極性の電圧を印加することにより、隣接する矩形梁を上下反対方向に反らせ、各矩形梁の上下動の蓄積を可動枠６０に伝達することができる。そして、水平方向と直交する方向、つまり垂直方向にミラー１０を揺動させることができる。例えば、第２の駆動梁７０による駆動力は、非共振振動により発生させてもよい。

本実施形態に係る光走査装置は、上述のような構成を有し、このような構成を実現できれば、種々の材料及び加工方法により実現されてよい。例えば、本実施形態に係る光走査装置は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Machine Systems）技術により、半導体を用いて実現されてもよい。例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いることにより、厚さの薄い梁部分は表面側のシリコン基板のみを残して加工し、厚さの厚い枠やリブの部分は裏面のシリコン基板も残して加工することにより、容易に光走査装置の構造体を作製することができる。

本実施形態に係る光走査装置は、マイクロプロジェクタに搭載可能な圧電２軸駆動型アクチュエータとして構成することができ、小型で高性能、かつ安価に製造することができる。なお、小型とは、例えば、高さ７ｍｍ以下、高性能とは５０ｃｍの距離でＡ３サイズ画面に解像度ＸＧＡ（eXtended Graphic Array、１０２４×７６８ピクセルの解像度）又は７２０ｐで高速描画が行えることを意味する。本実施形態に係る光走査装置は、例えば、６０Ｈｚの鋸波で、機械角±９ｄｅｇで垂直方向に揺動する非共振駆動型アクチュエータ機構と、水平方向に共振周波数２５ｋＨｚで機械角±１２ｄｅｇ揺動する共振駆動型アクチュエータを搭載した、小型で高性能な２軸駆動型マイクロミラーアクチュエータとして構成してもよい。

図２は、図１（Ａ）のＡ部及びＢ部を拡大した図である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）のＡ部を拡大した図であり、図２（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ部を拡大した図である。

図２（Ａ）において、連結梁４０に４個のミラー水平角度センサ１００が設けられている。ミラー水平角度センサ１００は、ミラー１０の水平方向の傾き角度を検出するセンサである。連結梁４０は、第１の駆動梁５０による水平方向のミラー１０の傾き角度を反映しているので、ミラー水平角度センサ１００を連結梁４０に設けることにより、水平方向のミラー１０の傾斜角度を検出することができる。ミラー水平角度センサ１００は、例えば、圧電素子の薄膜を有し、角度に応じて圧電素子の薄膜に励起された電圧を検出し、水平方向の角度を検出するように構成されてもよい。

図２（Ｂ）において、ミラー垂直角度センサ１０１が第２の駆動梁７０に設けられている。垂直方向の駆動は、第２の駆動梁７０の動きに反映されるので、例えば、ミラー垂直角度センサ１０１を第２の駆動梁７０に設けるようにしてもよい。ミラー垂直角度センサ１０１も、例えば上述のように、圧電素子を用いて構成してよい。

次に、実施形態１に係る光走査装置の構成の詳細について、構成部分毎に順次説明する。なお、実施形態１に係る光走査装置において、測定結果等の実施例がある場合には、構成部分毎に実施例として採り上げて説明するものとする。

［スリット構造］
図３は、本実施形態に係る光走査装置のスリット構造について説明するための比較例を示した図である。図３において、本実施形態とは異なり、スリット３１が形成されていない捻れ梁１３０を有する比較例に係る光走査装置が示されている。なお、図３において、本実施形態に係る光走査装置と同様の構成要素については、図１及び図２と同様の参照符号を付し、本実施形態に係る光走査装置と異なる構成要素には異なる参照符号を付すものとする。

図３（Ａ）は、比較例に係る光走査装置の可動枠６０内の構成を示した図である。図３（Ａ）に示すように、可動枠６０の内側において、捻れ梁１３０にスリット３１が形成されていない点のみが本実施形態に係る光走査装置と異なっている。

図３（Ｂ）は、比較例に係る光走査装置の捻れ梁１３０を拡大して示した斜視図である。図３（Ｂ）に示すように、捻れ梁１３０は、厚さに比して横幅の大きい薄板上の形状であることが示されている。近年求められている高解像度化のためには、単位時間当たりに多くのピクセル分を走査する必要があるので、走査のための揺動駆動の高速化が求められる。高速化を実現するためには、ミラー１０を駆動する共振周波数を上げる必要があるが、そのためには、捻れ梁１３０の剛性を上げる必要がある。そうすると、ＭＥＭＳ技術により半導体プロセスで光走査装置を構成する場合には、梁等の薄い部分の厚さは、第２の駆動梁７０の揺動感度と１次共振周波数ｆ_０に関わる剛性により決定され、総て一定に構成されるので、剛性を上げるためには捻れ梁１３０の横幅を長くする必要が出てくるからである。

図３（Ｃ）は、比較例に係る光走査装置の捻れ梁１３０の断面図である。図３（Ｃ）に示すように、捻れ梁１３０の断面は、厚さに比して横幅が大きい長方形の形状である。これは、上述のように、捻れ梁１３０の梁幅を広くし、剛性を向上させたためである。そうすると、捻れ梁１３０が捻れたときに、捻れ梁の中心位置Ｃｔと、端部Ｅｇと、中間部Ｍｄとでは、位置により異なる変形をする。ミラー角度が大きく捻れた場合、位置Ｃｔ、Ｍｄ、Ｅｇによる変形状態差が、変位の非線形性として現れることになる。

図４は、線形共振振動と非線形共振振動の周波数／変位特性を示した図である。図４（Ａ）は、線形共振振動の周波数／変位特性の一例を示した図である。図４（Ａ）に示すように、線形共振振動においては、共振周波数ｆ_ａを中心として、左右対照の振動を示す。

図４（Ｂ）は、非線形共振振動の周波数／変位特性の一例を示した図である。図４（Ｂ）に示すように、左右のバランスが崩れ、共振周波数の山が右又は左に傾いた状態となる。図４（Ｂ）においては、共振周波数の山が右に傾いた状態となっている。

図４（Ｃ）は、非線形共振振動が強く出た場合の周波数／変位特性の例を示した図である。図４（Ｃ）に示すように、非線形共振振動が強く出た場合の最大の問題点は、駆動周波数ｆを一定として駆動電圧をＶ１〜Ｖ３に増減させても、駆動周波数ｆにおける変位は増減しないことである。つまり、ピークが傾いてしまっているので、駆動電圧を増減させても傾いた方向に変位は増減し、周波数ｆの点においては変位が何ら増減しないという現象が発生してしまう。これでは、レーザ光の投影サイズを、印加電圧の調整により自由に変更することができなくなってしまう。

図３に戻る。図３（Ｄ）は、正方形の断面を有する梁を示した図である。図３（Ｄ）において、幅がＷ、厚さがＴで示されている。非線形性を防ぐ最も有効な手段は、梁の断面形状を、図３（Ｃ）に示した長方形から図３（Ｄ）に示した正方形にすることである。

しかしながら、駆動周波数を一定に保ちつつ、断面形状を正方形にするためには、図３（Ｃ）の長方形の形状から、厚さＴを増加させる必要がある。しかし、単に厚さＴを増加させると、垂直非共振駆動機構である第２の駆動梁７０の厚さも増加してしまい、所望の垂直駆動電圧感度が得られなくなってしまう。

そこで、本実施形態に係る光走査装置においては、捻れ梁３０にスリット３１を設け、スリット３１の両側の捻れ梁３０の断面は各々正方形としつつ、全体としては捻れ梁３０の幅を広げて、剛性を保つ構成としている。

図５は、実施形態１に係る光走査装置の捻れ梁３０について説明するための図である。図５（Ａ）は、実施形態１に係る光走査装置の可動枠６０の内側の構成を示した図である。図５（Ａ）において、本実施形態に係る光走査装置の捻れ梁３０は、スリット３１を有している。

図５（Ｂ）は、実施形態１に係る光走査装置の捻れ梁３０の拡大図である。図５（Ｂ）に示されるように、本実施形態に係る光走査装置の捻れ梁３０は、軸方向に平行なスリット３１を有している。図５（Ｂ）においては、捻れ梁３０の中央に１本だけスリット３１が設けられているので、スリット３１は、揺動軸と一致した位置に設けられている。また、スリット３１は、捻れ梁３０の内側端及び外側端までには到達しておらず、捻れ梁３０を分割する構成とはなっていない。

図５（Ｃ）は、実施形態１に係る光走査装置の捻れ梁３０の断面構成の一例を示した図である。図５（Ｃ）に示されるように、捻れ梁３０の中央にスリット３１を形成したことにより、スリット３１を含む断面においては、捻れ梁３０は、左側の捻れ梁３０Ｌと右側の捻れ梁３０Ｒに分割される。分割された左側の捻れ梁３０Ｌ及び右側の捻れ梁３０Ｒは、ともに正方形に近い断面形状となる。よって、左側の捻れ梁３０Ｌの回転中心３０ＬＣ及び右側の捻れ梁３０Ｒの回転中心３０ＲＣは、ともに各々の捻れ梁３０Ｌ、３０Ｒの中心となり、変位による差が生じなくなり、非線形振動を低減させることができる。また、捻れ梁３０全体としては、仮想回転中心３１Ｃを中心に揺動しており、ミラー１０に所望の水平方向の揺動を行わせることができる。

このように、本実施形態に係る光走査装置によれば、捻れ梁３０に軸方向と平行なスリット３１を設け、スリット３１の存在する断面において分割された各捻れ梁３０Ｌ、３０Ｒを正方形に近い形状とすることにより、非線形振動の発生を抑制することができる。

（実施例１）
図６は、本発明の実施例１に係る光走査装置の実施結果を示した図である。図６（Ａ）は、スリット３１を有しない比較例に係る光走査装置の実施結果を示した図であり、図６（Ｂ）は、スリット３１が形成された実施例１に係る光走査装置の実施結果を示した図である。

図６（Ａ）は、比較例に係る光走査装置の構造で、線形的に変位した場合と非線形的に変位した場合のモーメントを示している。線形と非線形のモーメントが乖離していると非線形性が強く、一致していると非線形性が無いことを示す。図６（Ａ）においては、線形と非線形のモーメントが重なっておらず、スリット３１が設けられていない捻れ梁１３０を有する比較例に係る光走査装置は、非線形性が強い特性を示している。

一方、図６（Ｂ）は、実施形態１と同様の構成を有する実施例１に係る光走査装置の構造で、線形的に変位した場合と非線形的に変位した場合のモーメントを示している。図６（Ｂ）において、線形と非線形のモーメントは重なっており、非線形性が無いことが示されている。

図７は、実施例１及び比較例に係る光走査装置の変位／周波数特性を示した図である。図７（Ａ）は、実施例１に係る光走査装置の変位／周波数特性を示した図であり、図７（Ｂ）は、スリット３１により分割される捻れ梁３０Ｌ、３０Ｒの角型比を変化させた場合の変位／周波数特性であり、図７（Ｃ）は、比較例に係る光走査装置の変位／周波数特性を示した図である。

図７（Ａ）に示すように、実施例１に係る光走査装置においては、非線形性がほぼ無くなり、駆動電圧の増減により、周波数ｆで変位を増減できる特性となっている。これにより、駆動電圧の増減により、光の照射面積を増減させることが可能となる。

なお、図７（Ｂ）に示すように、スリット３１を設けていても、スリット３１の右側の捻れ梁３０Ｒ及び左側の捻れ梁３０Ｌについて、角型比を変化させ、発生応力を緩和すると、非線形性が現れてくる。しかしながら、非線形性は弱くなり、周波数ｆで一定のときに、駆動電圧の増減により、変位を増減させることが可能となっている。

よって、図７（Ａ）、（Ｂ）から、捻れ梁３０にスリット３１を設けることにより、周波数ｆを一定とし、駆動電圧を増減させた場合に、変位を増減させることが可能であることが分かる。

一方、図７（Ｃ）に示すように、比較例に係る光走査装置のように、非線形性が強い場合には、周波数ｆを一定として駆動電圧を増減させても、周波数ｆにおける変位は変化せず、走査領域の大きさを変えることができないことが分かる。

このように、実施例１に係る光走査装置によれば、捻れ梁３０の中央部分に、軸方向と略平行にスリット３１を設けることにより、非線形性を低減させることが可能となる。この場合、スリット３１は、回転軸又は揺動軸と一致することになる。

なお、捻れ梁３０にスリット３１を、回転軸に対称に複数本設けることも可能である。しかしながら、回転軸対称にスリット３１の数を２本、３本と増加させると、非線形性は更に弱まるが、軸梁としての剛性も弱まる。剛性を強化するために、ミラー支持部２０の裏面にリブ２１を多く設けると、今度は、ミラー重心は回転軸よりも厚さ下方向に移動し、振り子運動を発生させてしまう。よって、スリット３１の数を増加させる場合には、剛性とのバランスを考慮しつつスリット３１の数を増加することが必要である。なお、スリット３１が１本だけの場合も、振り子運動自体は発生するが、捻れ梁３０の捻れ剛性が十分に高いため、ミラー傾角が機械角±１２ｄｅｇで揺動したときでも、振り子変位梁は微量であり、問題とはならない。

［応力分散による変位拡大構造］
図８は、実施形態１に係る光走査装置において、非線形振動対策として、捻れ梁３０にスリット３１を設けた場合に考慮すべき点について説明するための図である。図８（Ａ）は、捻れ梁３０に短いスリット１３１を設けた場合の表面側の拡大図であり、図８（Ｂ）は、捻れ梁３０に短いスリット１３１を設けた場合の裏面側の拡大図であり、図８（Ｃ）は、捻れ梁３０に短いスリット１３１を設けた場合の裏面側の応力分布を示した図である。

図８（Ａ）、（Ｂ）には、捻れ梁３０に設けたスリット１３１の端部が、ミラー支持部２０の裏面に設けられたリブ１２１の端面と接している場合が示されている。かかる場合には、図８（Ｃ）に示すように、スリット３１の端部に応力が集中して破損し易くなり、大きくミラー１０を傾けることができないという問題を生じる。このような現象は、スリット１３１の端部がリブ１２１の端面に到達しない場合にも発生する。

図９は、実施形態１に係る光走査装置のミラー支持部２０と捻れ梁３０との連結部の構成の一例を示した図である。図８で説明したスリット３１の端部への応力集中の発生を防止するために、実施形態１に係る光走査装置においては、図９に示す構成を採用する。

図９（Ａ）は、実施形態１に係る光走査装置のミラー支持部２０と捻れ梁３０との連結部の表面側の構成を示した図であり、図９（Ｂ）は、実施形態１に係る光走査装置のミラー支持部２０と捻れ梁３０との連結部の裏面側の構成の一例を示した図である。

図９（Ａ）において、捻れ梁３０に設けられたスリット３１の端部３１Ｅは、ミラー支持部２０の裏面のリブ２１の外側端よりも内側に食い込んでおり、スリット３１からリブ２１の一部が露出した構成となっている。このように、スリット３１の端部３１Ｅを、リブ２１の外側端よりも内側に到達させることにより、スリット３１の端部３１Ｅをリブ２１が補強するような構造となり、スリット３１の端部３１Ｅで発生した応力をリブ２１で吸収し、緩和することができる。

なお、図９（Ａ）において、ミラー１０と捻れ梁３０との間に、黒色レジスト３２の薄膜が形成されている。黒色レジスト３２は、ミラー１０を超える範囲で光が照射されたときに、ミラー１０よりも外側の捻れ梁３０との間から光が反射されるのを防ぐために形成されている。黒色レジスト３２は、例えば、塗布により形成されてよい。

図９（Ｂ）に示すように、ミラー支持部２０と捻れ梁３０との連結部に存在する連結リブ２２の内側まで、スリット３１が到達した構造となっていることが分かる。

図１０は、実施形態１に係る光走査装置において、捻れ梁３０のスリット３１の端部３１Ｅにおける応力分布を示した図である。図１０において、スリット３１の端部３１Ｅに発生した応力は、端部３１Ｅに集中するのではなく、捻れ梁３０中に分散していることが示されている。図８（Ｃ）と比較すると、その差が明確となる。

このように、捻れ梁３０に設けたスリット３１のミラー支持部２０側の端部を、リブ２１の外側端面よりも内側に到達させ、ミラー１０側に食い込んだ構成とすることにより、スリット端部３１Ｅに発生した応力をスリット端部３１Ｅ以外に分散することができ、大きな変位でミラー１０を傾けることが可能となる。

［ミラー変形防止構造］
図１１は、ミラー変形防止構造の無い構成の光走査装置におけるミラーの変形分布と応力分布の一例を示した図である。図１１（Ａ）は、ミラー変形防止構造が無い構成の光走査装置のミラー１０の変形分布の一例を示した図であり、図１１（Ｂ）は、ミラー変形防止構造が無い構成の光走査装置のミラー１０の応力分布の一例を示した図である。

図１１（Ａ）において、ミラー１０の中心を通る上下が揺動軸となっている。図１１（Ａ）に示すように、揺動軸に直交する直径上の中心から最も遠い部分、及びその間の揺動軸に対称な部分の変形が大きくなっている。

図１１（Ｂ）において、ミラー１０の中心を通る上下が揺動軸となっている点は、図１１（Ａ）と同様である。図１１（Ｂ）から、ミラー１０に発生する応力が大きい部分は、捻れ梁３０との連結部であることが分かる。

図１２は、実施形態１に係る光走査装置のミラー変形防止構造を説明するための図である。図１２において、ミラー１０の変形の大きい部分がＡ〜Ｆで示されている。実施形態１に係る光走査装置においては、このような、ミラー１０の変形が大きい部分を結ぶリブ２１をミラー支持部２０の裏面に設け、更に捻れ梁３０とミラー支持部２０との境界の連結部にリブ２１を設けることにより、最小のリブ数で最大のミラー変形防止効果を得る。

図１３は、実施形態１に係る光走査装置のミラー支持部２０の裏面のリブ構造を示した図である。図１３（Ａ）は、実施形態１に係る光走査装置のミラー支持部２０のリブ構造を示した斜視図であり、図１３（Ｂ）は、実施形態１に係る光走査装置のミラー支持部２０のリブ構造を示した平面図である。

図１３（Ａ）、（Ｂ）において、図１２に示した応力の大きいＡ〜Ｆ点を結ぶように、リブ２１が設けられている。具体的には、図１２のＡとＢ、ＣとＤを各々円弧状に結ぶ円弧状リブ２３と、円弧状リブ２３の両端を結んで円弧状リブ２３を強化する弦状リブ２４と、ＥとＦを揺動軸に直交する方向に結ぶ横断リブ２６、ＡとＣ、ＢとＤを揺動軸に平行な方向で結ぶ縦断リブ２５とを備える。かかるリブ２３〜２６により、ミラー１０の変形を直接的に抑制することができる。

しかしながら、図１１（Ｂ）に示したように、捻れ梁３０の応力はミラー支持部２０との連結部からミラー１０に至り、ミラー１０を変形させる作用を及ぼすと考えられるので、応力の対策も必要である。そこで、本実施形態に係る光走査装置においては、捻れ梁３０とミラー支持部２０との連結部にも連結リブ２２を設けている。更に、図１３（Ｂ）に示すように、連結リブをミラー１０の端部よりも捻れ梁３０側に突出させ、捻れ梁３０からの応力の伝達を効果的に阻止している。かかる連結リブ２２の突出部は、回転軸（又は揺動軸）付近にあるので、慣性は増加せず、高速駆動に有利な構造となっている。

図１４は、実施形態１に係る光走査装置のミラー変形量及び応力分布の一例を示した図である。図１４（Ａ）は、実施形態１に係る光走査装置のミラー変形量の一例を示した図である。図１４（Ａ）に示すように、ミラー変形防止構造としてミラー支持部２０の裏面にリブ２１を設けた場合には、ミラー１０の変形量が殆ど皆無となっており、十分に平坦となっていることが分かる。

図１４（Ｂ）は、実施形態１に係る光走査装置の応力分布を、連結リブ２２の突出部を含めて示した図である。図１４（Ｂ）に示すように、ミラー１０の端部よりも捻れ梁３０側にリブ２１（連結リブ２２）を突出させることで、突出部に応力が集中して捻れ梁３０の応力緩衝部となっていることが分かる。

図１４（Ｃ）は、ミラー１０の面内の応力分布を示した図である。図１４（Ｃ）に示すように、ミラー１０の面内では、応力は殆ど発生しなくなっている。これは、図１４（Ｂ）で示したように、捻れ梁３０からの応力が連結リブ２２の突出部で吸収され、ミラー１０まで伝達しないような構成となっているからである。

（実施例２）
図１５は、本発明の実施例２に係る光走査装置の構成及び実施結果を示す図である。図１５（Ａ）は、実施例２に係る光走査装置の捻れ梁３０の断面構成を示した図である。図１５（Ａ）に示すように、捻れ梁３０の中央には、スリット３１が設けられ、スリット３１の両側に正方形に近い断面形状の捻れ梁３０Ｌ、３０Ｒが形成されている。左側の捻れ梁３０Ｌ及び右側の捻れ梁３０Ｒは、等しい断面構成を有しており、幅をＷ、厚さをＴで表すものとする。

図１５（Ｂ）は、実施例２に係る光走査装置の裏面の平面構成を示した図である。図１５（Ｂ）に示すように、実施例２に係る光走査装置は、図１３において説明した実施形態１に係る光走査装置と同様の構成を有し、ミラー１０の外周よりも捻れ梁３０側に突出した連結リブ２２を有しており、連結リブ２２のミラー１０からの突出量をＸ［ｍｍ］で表すものとする。

図１５（Ｃ）は、連結リブ２２の突出量Ｘと、最大傾角時のミラー平面度λ及び非線形係数βとの関係を示した図である。図１５において、Ｗは捻れ梁片側幅、Ｔは捻れ梁厚さ、Ｗ／Ｔは捻れ梁片側の角型比、Ｘはリブ突出量、λは最大傾角時のミラー平面度、βは非線形係数を表すものとする。また、実線で示された特性はミラー平面度λを示し、破線で示された特性は非線形係数βを示している。

図１５（Ｃ）の破線で示された特性において、捻れ梁の角型比Ｗ／Ｔが小さく１に近付き（正方形に近付き）、突出量Ｘ［ｍｍ］が小さくなる程、非線形係数βは小さくなる。しかしながら、非線形線係数βの値は、リブ突出量Ｘが変化しても、比較的変化は小さい。

一方、図１５（Ｃ）の実線で示された特性において、ミラー平面度λは、Ｗ／Ｔ＝１．８、Ｘ＝０．１［ｍｍ］付近で極小値となる。Ｘ＝０．１［ｍｍ］では、非線形係数βは必ずしも最適値ではないが、上述のように、非線形係数βの変化はそれ程大きくないことと、リブ２１を突出させる構成は、ミラー変形防止を目的としていることに鑑み、Ｗ／Ｔ＝１．８、Ｘ＝０．１［ｍｍ］を最適値とする。

図１５（Ｄ）は、捻れ梁３０の角型比Ｗ／Ｔと、最大傾角時ミラー平面度λ、最大傾角時軸梁最大応力σ及び非線形係数βとの関係を示した図である。図１５（Ｄ）においては、図１５（Ｃ）の結果から、突出量ＸをＸ＝０．１［ｍｍ］に固定している。そして、捻れ梁３０の片側３０Ｒ、３０Ｌの角型比Ｗ／Ｔを変化させ、最大傾角時ミラー平面度λ、最大傾角時軸梁最大応力σ及び非線形係数βの変化を測定した。

図１５（Ｄ）に示されるように、非線形係数βは、Ｗ／Ｔが小さくなり、１に近付く程（正方形に近付く程）小さくなった。これは、捻れ梁３０の片側３０Ｒ、３０Ｌを正方形に近付けるのは、本来的に非線形対策として行っているので、当然の結果とも言える。

一方、最大傾角時のミラー平面度λは、Ｗ／Ｔ＝１．７６で極小値をとる。また、最大傾角時軸梁最大応力σは、Ｗ／Ｔが大きくなる程小さくなるが、最大応力σが、捻れ梁３０の許容応力以下であれば問題はない。図１５（Ｄ）に示された最大傾角時軸梁最大応力σは、総て問題の無い値となっている。

図１５（Ｃ）より、リブ突出量Ｘの最適範囲は、０．０５≦Ｘ≦０．１５［ｍｍ］となり、Ｘ＝０．１［ｍｍ］が最適値となる。

また、図１５（Ｄ）に示される最大傾角時軸梁最大応力σ及び非線形係数βの特性から、Ｗ／Ｔの最適範囲は、１．７≦Ｗ／Ｔ≦１．９となり、Ｗ／Ｔ＝１．７６が最適値となる。

このように、リブ突出量Ｘ及び捻れ梁３０の片側３０Ｒ、３０ＬのＷ／Ｔを調整することにより、捻れ梁３０に加わる最大応力σを問題無い大きさにしつつ、ミラー平面度λ及び非線形係数βを低減させることができる。

［水平駆動時の垂直駆動梁へのクロストーク防止構造］
図１６は、実施形態１に係る光走査装置において、裏面にリブを有しない可動枠１６０を用いた場合に発生するクロストークを説明するための図である。図１６（Ａ）は、裏面にリブを有しない可動枠１６０を用いた光走査装置の表面側の構成を示した斜視図であり、図１６（Ｂ）は、裏面にリブを有しない可動枠１６０を用いた光走査装置の裏面側の構成を示した図であり、図１６（Ｃ）は、裏面にリブを有しない可動枠１６０を用いた光走査装置の水平駆動状態を示した図である。

図１６（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、裏面にリブを有しない可動枠１６０で光走査装置を構成した場合には、可動枠１６０も他の梁と同じ厚さの梁として構成される。

図１６（Ｃ）に示されるように、裏面にリブを有しない可動枠１６０で光走査装置を構成した場合には、捻れ梁３０の水平駆動により、垂直駆動梁である第２の駆動梁７０は大きく変形してしまう。つまり、水平駆動時に垂直駆動に影響を与える、いわゆるクロストークが発生してしまう。

図１７は、裏面にリブを設けた可動枠６０を用いた場合でも発生するクロストークを説明するための図である。図１７（Ａ）は、裏面にリブを設けた可動枠６０を用いた光走査装置の表面側の構成を示した斜視図であり、図１７（Ｂ）は、裏面にリブを設けた可動枠６０を用いた光走査装置の裏面側の構成を示した斜視図であり、図１７（Ｃ）は、裏面にリブを設けた可動枠６０を用いた光走査装置の水平駆動状態を示した図である。

図１７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、裏面にリブを設けた可動枠６０を用いることにより、可動枠６０は厚みを有し、剛性の高い枠として構成される。

しかしながら、図１７（Ｃ）に示すように、第１の駆動梁５０を用いて水平駆動させると、垂直駆動梁である第２の駆動梁７０に変形がやはり生じてしまう。

図１８は、実施形態１に係る光走査装置の水平駆動時の垂直駆動梁へのクロストーク防止構造について説明するための図である。図１８（Ａ）は、実施形態１に係る光走査装置の表面側の構成を示した斜視図であり、図１８（Ｂ）は、実施形態１に係る光走査装置の裏面側の斜視図であり、図１８（Ｃ）は、実施形態１に係る光走査装置のクロストーク防止構造の拡大図である。

図１８（Ａ）に示されるように、光走査装置の表面側には特にクロストーク防止構造は設けられていない。

一方、図１８（Ｂ）に示されるように、実施形態１に係る光駆動装置の裏面側には、リブを有する可動枠６０が設けられるとともに、第２の駆動梁７０と可動枠６０との連結部８０に、複数のクロストーク防止リブ８１〜８３が設けられている。なお、図１８（Ｂ）において、第２の駆動梁７０には、可動枠６０との連結部８０以外にもリブ７２が設けられているが、これは、垂直方向に駆動した場合の高調波重畳防止用リブ７２であり、クロストーク防止用のリブとは異なる。なお、高調波重畳防止用リブ７２は、例えば、第２の駆動梁７０が６０Ｈｚで駆動している場合に、１２０Ｈｚ、２４０Ｈｚ、３６０Ｈｚ等の６０Ｈｚの倍数の周波数の高調波が重畳する場合があるので、そのような高調波の重畳を防止する目的で設けられている。

図１８（Ｃ）に示されるように、可動枠６０と第２の駆動梁７０との連結部８０は、水平駆動の軸方向及び当該軸方向に直交する方向に延在する複数のクロストーク防止リブ８１〜８３を有する。クロストーク防止リブ８１は、捻れ梁３０及び第２の駆動梁７０と平行に、可動枠６０から連続して延びているリブである。また、クロストーク防止リブ８２は、高調波重畳防止用リブ７２と対称に、第２の駆動梁７０の幅方向に延在して設けられている。クロストーク防止リブ８３は、クロストーク防止リブ８２と平行に、可動枠６０から連続して延びて設けられている。また、クロストーク防止リブ８１、８３で、可動枠６０の外側に、三角形の窪み８４が形成された構成となっている。

このように、垂直駆動梁である第２の駆動梁７０の端部と可動枠６０との間にクロストーク防止リブ８１〜８３を設けることにより、水平駆動時の振動が、第２の駆動梁７０に伝達するのを防止することができる。特に、クロストーク防止リブ８１とクロストーク防止リブ８３で三角形８４を形成することにより、三角形８４の部分で水平駆動により発生する応力を吸収し、垂直駆動梁である第２の駆動梁７０への影響を低減させることができる。

図１９は、クロストーク防止リブ８１〜８３を有する実施形態１に係る光走査装置の水平駆動時の応力分布を示した図である。図１９に示すように、水平駆動しているミラー１０には応力が働いているが、垂直駆動梁である第２の駆動梁７０には、応力が発生していない。このように、垂直駆動梁端と可動枠６０との間にクロストーク防止リブ８１〜８３を設けることにより、水平共振駆動時の揺動振動の垂直駆動梁への伝搬を遮断することができる。

［周波数変動防止構造］
図２０は、実施形態１に係る光走査装置に形状が類似しているが、周波数変動防止構造を有していない光走査装置の駆動による周波数変動を説明するための図である。図２０（Ａ）は、周波数変動防止構造を有していない光走査装置の平面構成を示した図である。図２０（Ａ）において、周波数変動防止構造を有していない光走査装置は、可動枠６０の内壁面から、水平方向の共振駆動梁１５０が延びた形状を有している。共振駆動梁１５０は、可動枠６０の内壁面から、長さＬで垂直に延びている。

図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）に示した周波数変動防止構造を有していない光走査装置の可動枠６０及び共振駆動梁１５０の断面構成を示した図である。図２０（Ｂ）に示すように、可動枠６０は、厚いシリコン基板を含むＳＯＩ基板全体で構成され、共振駆動梁１５０は、酸化膜６１を介して薄いシリコン基板で構成される。また、共振駆動梁１５０は、表面に圧電素子の薄膜からなる駆動源１５１を備えている。このように、可動枠６０のように、リブを有する部分は、裏面の厚いシリコン基板、酸化膜、表面の薄いシリコン基板が積層されたＳＯＩ基板全体で構成される。また、共振駆動梁１５０のように、梁を構成する部分は、表面の薄いシリコン基板のみで構成される。この点は、実施形態１に係る光走査装置も同様である。

図２０（Ｃ）は、共振駆動梁１５０を駆動させた状態を示した図である。駆動源１５１が伸縮を駆動電圧の極性に応じて繰り返し、共振駆動梁１５０が上下に振動する。このとき、共振駆動梁１５０と可動枠６０に挟まれている酸化膜６１は、上下駆動の起点になり、また酸化膜６１は弾性の少ないガラスのような部材であるので、脆性が高く、壊れやすい。よって、共振駆動梁１５０の上下駆動によりクラック６２が発生し、破損することがある。

図２０（Ｄ）は、共振駆動梁１５０の積算駆動時間と共振周波数変化率との関係の一例を示した図である。図２０（Ｄ）に示すように、共振駆動梁１５０の連続駆動を行うと、ある時間Ｔｃで酸化膜６１の起点にクラック６２が入り、見掛け上の共振駆動梁１５０の長さＬが（Ｌ＋α）に増大し、周波数が低い方にシフトして変動しまう。

図２１は、周波数変動防止構造を有しない光走査装置の水平駆動時の応力分布を示した図である。図２１（Ａ）は、周波数変動防止構造を有しない光走査装置の水平駆動時の表面側の応力分布を示した図であり、図２１（Ｂ）は、周波数変動防止構造を有しない光走査装置の水平駆動時の裏面側の応力分布を示した図であり、図２１（Ｃ）は、周波数変動防止構造を有しない光走査装置の水平駆動時の裏面側の応力分布の駆動梁の起点部分の拡大図である。

図２１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、共振駆動梁１５０は、可動枠６０から垂直に延びた状態で接合している。また、図２１（Ｃ）に示すように、可動枠６０の共振駆動梁１５０の起点となる根元部分６３に、応力が発生し易い状態となっていることが分かる。

図２２は、実施形態１に係る光走査装置の第１の周波数変動防止構造を説明するための図である。図２２（Ａ）は、周波数変動防止構造を有する本実施形態に係る光走査装置の平面構成を示した図である。図２２（Ａ）において、第１の駆動梁５０の可動枠６０と接合する根元部分５２が、可動枠６０の内周壁面に垂直に連結されずに、可動枠６０の手前で丸め構造を有する湾曲形状部５３が形成され、湾曲形状部５３を介して可動枠６０に連結された構成となっている。つまり、第１の駆動梁５０の平面形状は、可動枠６０と連結梁４０とを結ぶ側辺の可動枠６０寄りで可動枠６０に達しない位置に、内側に凹んだ湾曲形状部５３を有した形状となっている。

図２２（Ｂ）は、図２２（Ａ）に示した根元部分５２の拡大図である。図２２（Ｂ）において、可動枠６０と第１の駆動梁５０との境界部である起点６４から、距離Ｄだけ離れた箇所に、内側に凹んだ湾曲形状部５３が形成されている。湾曲形状部５３は、応力を分散させて緩和させる効果があるので、これを可動枠６０の起点６４よりも内側に形成することにより、起点６４に集中する応力を湾曲形状部５３に分散させることができる。これにより、可動枠６０の酸化膜６１の部分を保護し、連続駆動が行われても壊れにくくすることができる。

図２３は、第１の周波数変動防止構造を有する実施形態１に係る光走査装置の水平駆動時の応力分布を示した図である。図２３（Ａ）は、実施形態１に係る光走査装置の水平駆動時の第１の駆動梁５０の表面側の応力分布を示した図であり、図２３（Ｂ）は、実施形態１に係る光走査装置の水平駆動時の第１の駆動梁５０の裏面側の応力分布を示した図である。図２３（Ａ）、（Ｂ）において、第１の駆動梁５０の根元部分５２に、湾曲形状部５３が形成されている。

図２３（Ｃ）は、図２３（Ｂ）に示した第１の駆動梁５０の根元部分５２を拡大した図である。図２３（Ｃ）において、起点６４よりも内側で、連結梁４０よりも可動枠寄りの位置に、湾曲形状部５３が形成されている。応力分布は、湾曲形状部５３よりも内側寄りに発生しており、起点６４の部分には到達していないことが示されている。ここで、起点６４と湾曲形状部５３の最も起点６４寄りの位置との距離Ｄは、小さ過ぎると上下駆動の起点６４から発生応力を隔離することができず、大き過ぎるとミラー１０の揺動感度が低下し、仕様を満たせなくなるおそれがある。よって、距離Ｄを適切な値に設定する必要があり、例えば、０．１［ｍｍ］に設定してもよい。

図２４は、実施形態１に係る光走査装置の共振駆動による積算駆動時間と、共振周波数変化率を示した図である。図２４で示されるように、図２０（Ｄ）の例とは異なり、積算駆動時間が長くなっても、共振周波数変化率は一定で、共振周波数が一定に保たれることが示されている。

このように、実施形態１に係る光走査装置によれば、共振駆動を行う第１の駆動梁５０の平面形状を、可動枠６０と連結梁４０とを結ぶ側辺において、可動枠６０寄りで可動枠６０に達しない位置に、内側に凹んだ湾曲形状部５３を形成することにより、可動枠６０と第１の駆動梁５０との境界の起点６４への応力の集中を防ぎ、可動枠６０の酸化膜６１の破損を防いで駆動周波数を一定に保つことができる。

図２５は、第１の周波数変動防止構造に加えて、第２の周波数変動防止構造を更に有する実施形態１に係る光走査装置を説明するための図である。図２５（Ａ）は、第１及び第２の周波数変動防止構造を有する実施形態１に係る光走査装置の表面側の平面構成図であり、図２５（Ｂ）は、第１及び第２の周波数変動防止構造を有する実施形態１に係る光走査装置の裏面側の平面構成図である。図２５（Ａ）、（Ｂ）において、第１の駆動梁５０の側辺が、湾曲形状部５３のみでなく、ミラー１０側に切り込まれた括れ部５４を有する点で、図２２及び図２４に示した形状と異なっている、このように、湾曲形状部５３だけでなく、内側に削れた括れ部５４を設けることにより、更に第１の駆動梁５０の応力を更に内側に移動させて分散させることができる。

図２５（Ｃ）は、実施形態１に係る光走査装置の可動枠６０の内側を拡大した平面図であり、図２５（Ｄ）は、第１の駆動梁５０の側辺部の応力分布を示した拡大図である。図２５（Ｃ）に示されるように、第１の駆動梁５０は、湾曲形状部５３と、括れ部５４が連続して第１の駆動梁５０の側辺部を構成している。また、図２５（Ｄ）に示されるように、ミラー１０近くの連結梁４０寄りに括れ部５４を設けたことにより、括れ部５４の方に応力がシフトしており、可動枠６０側の根元には応力が非常に低減されていることが分かる。つまり、括れ部５４を可動枠６０の起点６４から離間させて形成することにより、起点６４への応力を括れ部５４へと大きく移動させ、起点６４の応力を極めて小さくすることができる。

図２６は、各態様の光走査装置の応力分布を比較して示した図である。図２６（Ａ）は、周波数変動防止構造を設けない光走査装置の応力分布を示した図であり、図２６（Ｂ）は、第１の周波数変動防止構造のみを設けた光走査装置の応力分布を示した図であり、図２６（Ｃ）は、第１及び第２の周波数変動防止構造を設けた実施形態１に係る光走査装置の応力分布を示した図である。

図２６（Ａ）においては、応力が共振駆動梁１５０の根元の起点６４に加わってしまっており、起点６４は破損のおそれがある応力分布を示している。

一方、図２６（Ｂ）においては、湾曲形状部５３を起点６４よりも内側に設けたことにより、湾曲形状部５３より内側に応力が発生し、起点６４に応力が到達することを防ぐことができている。

更に、図２６（Ｃ）においては、括れ部５４をミラー１０側、つまり連結梁４０側に設けたことにより、応力を括れ部５４に移動させ、湾曲形状部５３よりも外側には殆ど応力を発生させていない。

図２７は、図２６で示した各周波数変動防止構造について、第１の駆動梁５０の根元における応力測定結果を示した図である。図２７に示すように、周波数変動防止構造を有しない（Ａ）の梁形状に比較して、第１の周波数変動防止構造を設けたことにより、（Ｂ）の梁形状は大幅に根元の応力を低下させている。また、第２の周波数変動防止構造を更に設けることにより、（Ｃ）の梁形状は、（Ｂ）の梁形状よりも更に根元の発生応力を低減させている。

このように、湾曲形状部５３及び括れ部５４の周波数防止構造を第１の駆動梁５０に設けることにより、可動枠６０の起点６４の酸化膜６１の破損を防ぎ、長時間の連続駆動を行った場合にも、周波数を一定に保って駆動することができる。

〔実施形態２〕
図２８は、本発明の実施形態２に係る光走査装置の一例を示した図である。実施形態２に係る光走査装置においては、ミラー支持部２０の裏面に設けられたリブ２１Ａの構造のみが実施形態１に係る光走査装置と異なっている。よって、その他の構成要素については、今までの説明と同一の参照符号を用いるとともに、その説明を省略する。

実施形態２に係る光走査装置のリブ２１Ａは、連結リブ２２Ａ、円弧状リブ２３Ａ、弦状リブ２４Ａ、縦断リブ２５Ａ及び横断リブ２６Ａについては、実施形態１に係る光走査装置と同様の構成を有している。実施形態２に係る光走査装置は、縦断リブ２５Ａを延長させた貫通リブ２７Ａが弦状リブ２４Ａと交差し、更に円弧状リブ２３Ａの内壁まで到達している点で、実施形態１に係る光走査装置と異なっている。

実施形態２に係る光走査装置によれば、弦状リブ２４Ａを貫き、円弧状リブ２３Ａに到達する貫通リブ２７Ａを更に設けたことにより、ミラー１０の変形を更に抑制させることができる。

〔実施形態３〕
図２９は、本発明の実施形態３に係る光走査装置の一例を示した図である。実施形態３に係る光走査装置のリブ２１Ｂにおいては、縦断リブ２５Ｂ及び貫通リブ２７Ｂが、ＡとＤ、ＢとＣを各々結び、Ｘ状にクロスしている形状を有する点で、実施形態２に係る光走査装置と異なっている。他の連結リブ２２Ｂ、円弧状リブ２３Ｂ、弦状リブ２４Ｂ、横断リブ２６Ｂについては、実施形態２に係る光走査装置の対応リブと同様の構成を有しているので、その説明を省略する。

実施形態３に係る光走査装置によれば、斜めの応力にも強いミラー変形防止構造とすることができる。

〔実施形態４〕
図３０は、本発明の実施形態４に係る光走査装置の一例を示した図である。実施形態４に係る光走査装置のリブ２１Ｃにおいては、連結リブ２２Ｃ、円弧状リブ２３Ｃ及び弦状リブ２４Ｃが、１つの大きな塊となって形成されている点で、実施形態１及び２とは異なっている。このように、連結リブ２２Ｃを、円弧状リブ２３Ｃ及び現状リブ２４Ｃと一体的に構成してもよい。より強固にミラー支持部２０を補強するので、ミラー変形を防止する効果を確実に高めることができる。なお、縦断リブ２５Ｃ及び横断リブ２６Ｃの構成については、実施形態１及び２と同様であるので、その説明を省略する。

〔実施形態５〕
図３１は、本発明の実施形態５に係る光走査装置の一例を示した図である。実施形態５に係る光走査装置のリブ２１Ｄにおいては、連結リブ２２Ｄ、円弧状リブ２３Ｄ及び弦状リブ２４Ｄが、１つの大きな塊となって形成されている点で、実施形態３と異なっている。この場合においても、より強固にミラー支持部２０を補強するので、ミラー変形を防止する効果を確実に高めることができる。なお、縦断リブ２５Ｄ及び横断リブ２６Ｄの構成については、実施形態３と同様であるので、その説明を省略する。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

本発明は、光を走査させて映像を投影するプロジェクタ等の画像投影装置に利用することができる。

１０ ミラー
２０ ミラー支持部
２１、２１Ａ〜２１Ｄ リブ
２２、２２Ａ〜２２Ｄ 連結リブ
２３、２３Ａ〜２３Ｄ 円弧状リブ
２４、２４Ａ〜２４Ｄ 弦状リブ
２５、２５Ａ〜２５Ｄ 縦断リブ
２６、２６Ａ〜２６Ｄ 横断リブ
２７Ａ、２７Ｂ 貫通リブ
３０ 捻れ梁
３１ スリット
３２ 黒色レジスト
４０ 連結梁
５０ 第１の駆動梁
５１、７１ 駆動源
５２、６３ 根元部分
５３ 湾曲形状部
５４ 括れ部
６０ 可動枠
６１ 酸化膜
６２ クラック
６４ 起点
７０ 第２の駆動梁
７２ 高調波重畳防止用リブ
８０ 連結部
８１、８２、８３ クレストーク防止リブ
９０ 固定枠
１００ ミラー水平角度センサ
１０１ ミラー垂直角度センサ

Claims (7)

1. ミラーと、
   前記ミラーを支持する可動枠と、
   前記可動枠の外側に設けられた固定枠と、
   前記ミラーを第１の軸の周りに揺動させる第１の駆動梁と、
   前記ミラーを第２の軸の周りに揺動させる第２の駆動梁と、を有し、
   前記ミラーと前記可動枠との間が前記第１の駆動梁で接続され、
   前記可動枠と前記固定枠との間が前記第２の駆動梁で接続され、
   前記第２の駆動梁が相対的に低周波となる非共振振動により駆動される光走査装置であって、
   前記第２の駆動梁は、前記第２の軸の方向と交差する方向に延びる複数の梁を備え、前記複数の梁において隣接する梁同士が端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有しており、
   前記第２の駆動梁に、曲線部と矩形単位との境界部において、複数の梁の幅方向に直線形状に突出して形成される高周波重畳防止用のリブを設けたことを特徴とする光走査装置。
2. 前記リブは、前記第１の軸と直交する方向に延びている請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記リブは、前記複数の梁を横切る直線状に形成されている請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記第２の駆動梁の表面には、曲線部を含まない矩形単位毎に、駆動源が形成され、
   前記リブは、前記第２の駆動梁の裏面において、前記曲線部と前記矩形単位との境界部に配置されている請求項１乃至３の何れか一項に記載の光走査装置。
5. 前記第２の駆動梁は、前記矩形単位毎に隣接している前記駆動源同士で、異なる極性の電圧を印加することにより駆動される請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記第２の駆動梁は、前記可動枠を左右両側から挟むように対をなして２つ設けられている請求項１乃至５の何れか一項に記載の光走査装置。
7. 前記リブは、前記第２の駆動梁の駆動周波数に前記駆動周波数の倍数である高調波が重畳することを防止する請求項１乃至６の何れか一項に記載の光走査装置。