JP7468173B2 - 光偏向器、光走査システム、画像投影装置、画像形成装置、レーザレーダ - Google Patents

Description

本発明は、光偏向器、光走査システム、画像投影装置、画像形成装置、レーザレーダに関する。

近年、半導体製造技術を応用した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光偏向器としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスの開発が進んでいる。

光偏向器の一例としては、ミラー部を挟んで両側に一対の圧電アクチュエータ部が配置され、ミラー部の端部に連結部を介して圧電アクチュエータ部が接続されたミラー駆動装置が挙げられる。このミラー駆動装置では、ミラー部と圧電アクチュエータ部とを、折り返し構造の連結部により連結しており、この連結部には検出用の検出電極が乗せられている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、近年では、光偏向器に小型化と共に大振幅が要求されている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、小型で大振幅の光偏向器を提供することを目的とする。

本光偏向器は、固定部と、反射面を有する可動部と、前記可動部を支持する一対の弾性支持部と、前記弾性支持部と前記固定部とを接続する一対の接続部と、前記接続部を変形させることにより前記可動部を揺動軸の周りに揺動させる駆動部と、を有し、前記接続部は前記固定部に対して片持ち支持され、前記接続部は、前記弾性支持部の中心軸に垂直な方向を長手方向とする複数の駆動梁と、隣り合う前記駆動梁同士を連結する連結部と、を有し、前記複数の駆動梁は、前記揺動軸と、前記固定部と前記接続部の接続位置を通る前記揺動軸と平行な直線と、に挟まれる範囲内に配置される。

開示の技術によれば、小型で大振幅の光偏向器を提供できる。

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。 光走査システムの駆動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実施形態に係る概略図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の一例の概略図である。 光書込装置を組み込んだ画像形成装置の一例である。 光書込装置の一例の概略図である。 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。 レーザレーダ装置の一例の概略図である。 パッケージングされた光偏向器の一例の概略図である。 第１実施形態に係る光偏向器を例示する平面図である。 第１実施形態に係る光偏向器を例示する斜視図である。 第１実施形態に係るミラー部が可動する様子を側面方向から見た模式図である。 比較例に係るミラー部が可動する様子を側面方向から見た模式図である。 共振周波数について説明する図である。 第２実施形態に係る光偏向器を例示する平面図である。 第２実施形態の変形例に係る光偏向器を例示する斜視図である。 第３実施形態に係る光偏向器を例示する平面図である。 第３実施形態に係る光偏向器を例示する斜視図である。 ミラー駆動周波数付近の周波数応答特性の一例を示す図である。 第４実施形態に係る光偏向器を例示する平面図である。 第５実施形態に係る光偏向器を例示する平面図である。 第５実施形態に係る光偏向器を例示する斜視図である。 第５実施形態の変形例１に係る光偏向器を例示する平面図である。 第５実施形態の変形例２に係る光偏向器を例示する平面図である。 第５実施形態に係る支持層の効果を示すシミュレーション結果の一例である。 第６実施形態に係る光偏向器を例示する平面図（表面側）である。 第６実施形態に係る光偏向器を例示する平面図（裏面側）である。 第７実施形態に係る光偏向器を例示する平面図（表面側）である。 第７実施形態に係る光偏向器を例示する平面図（裏面側）である。 第７実施形態に係る支持層の効果を示すシミュレーション結果の一例である。

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、図１～図４を参照して、本発明の実施形態に係る駆動装置を適用した光走査システムについて詳細に説明する。

図１に、光走査システムの一例の概略図を示す。

図１に示すように、光走査システム１０は、駆動装置１１の制御に従って光源装置１２から照射された光を光偏向器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、駆動装置１１，光源装置１２、反射面１４を有する光偏向器１３により構成される。

駆動装置１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等を備えた電子回路ユニットである。光偏向器１３は、例えば反射面１４を有し、反射面１４が可動であるＭＥＭＳ（Micro Electromechanical Systems）デバイスである。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。

駆動装置１１は、取得した光走査情報に基づいて光源装置１２及び光偏向器１３の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置１２及び光偏向器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の照射を行う。

光偏向器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動作させる。

これにより、光走査システム１０は、例えば、光走査情報の一例である画像情報に基づいた駆動装置１１の制御によって、光偏向器１３の反射面１４を２軸方向に往復動作させ、反射面１４に入射する光源装置１２からの照射光を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、光偏向器の詳細及び本実施形態の駆動装置による制御の詳細については後述する。

次に、図２を参照して、光走査システム１０の一例のハードウェア構成について説明する。

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、駆動装置１１、光源装置１２及び光偏向器１３を備え、それぞれが電気的に接続されている。
［駆動装置］
このうち、駆動装置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、光偏向器ドライバ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、駆動装置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及び光偏向器ドライバ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。

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

駆動装置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、駆動装置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、駆動装置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。

本実施形態に係る駆動装置１１は、ＣＰＵ２０の命令及び図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。
［駆動装置の機能構成］
次に、図３を参照して、光走査システム１０の駆動装置１１の機能構成について説明する。図３は、光走査システムの駆動装置の一例の機能ブロック図である。

図３に示すように、駆動装置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、制御手段を構成し、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、印加手段を構成し、光源装置ドライバ２５、光偏向器ドライバ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または光偏向器１３に駆動信号を出力する。駆動信号出力部３１（印加手段）は、例えば、駆動信号を出力する対象ごとに設けられてもよい。

駆動信号は、光源装置１２または光偏向器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、光源から照射される光の照射タイミング及び照射強度を制御する駆動電圧である。また、例えば、光偏向器１３においては、光偏向器１３の有する反射面１４を動作させるタイミング及び動作範囲を制御する駆動電圧である。なお、駆動装置は、光源装置１２や受光装置等の外部装置から光源から照射される光の照射タイミングや受光タイミングを取得し、これらを光偏向器１３の駆動に同期するようにしてもよい。
［光走査処理］
次に、図４を参照して、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及び光偏向器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、光偏向器１３は、入力された駆動信号に基づいて反射面１４の動作を行う。光源装置１２及び光偏向器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つの駆動装置１１が光源装置１２及び光偏向器１３を制御する装置及び機能を有しているが、光源装置用の駆動装置及び光偏向器用の駆動装置と、別体に設けてもよい。

また、上記光走査システム１０では、一つの駆動装置１１に光源装置１２及び光偏向器１３の制御部３０の機能及び駆動信号出力部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を有した駆動装置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を有した光偏向器１３と駆動装置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、図５及び図６を参照して、本実施形態の駆動装置を適用した画像投影装置につ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を有する光偏向器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を有する光偏向器１３によって二次元走査される。光偏向器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。

光偏向器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。この光偏向器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を有した光偏向器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などの非移動体に搭載されてもよい。
［光書込装置］
次に、図７及び図８を参照して、本実施形態の駆動装置１１を適用した光書込装置につ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、レーザ素子などの光源装置１２からのレーザ光は、コリメータレンズなどの結像光学系６０１を経た後、反射面１４を有する光偏向器１３により１軸方向または２軸方向に偏向される。

そして、光偏向器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及び反射面１４を有する光偏向器１３は、駆動装置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を有した光偏向器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、光偏向器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、また光偏向器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、図９及び図１０を参照して、上記本実施形態の駆動装置を適用した物体認識装置につ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を有する光偏向器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及び光偏向器１３は、駆動装置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回路７０８に出力する。信号処理回路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を有する光偏向器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。

このようなレーザレーダ装置は、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を有した光偏向器１３を駆動装置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などにも同様に適用することができる。
［パッケージング］
次に、図１１を参照して、本実施形態の駆動装置により制御される光偏向器のパッケージングについて説明する。

図１１は、パッケージングされた光偏向器の一例の概略図である。

図１１に示すように、光偏向器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、光偏向器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。

次に、以上に説明した光偏向システム、光走査システム、画像投影装置、光書込装置、物体認識装置に使用される光偏向器の詳細及び本実施形態の駆動装置による制御の詳細について説明する。なお、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場合がある。

実施形態の用語における回動、揺動、可動は光偏向を行うために、ミラー部１１０を動作させることを示す用語であることから同義であるとする。更に、矢印により示した方向のうち、Ｘ方向は軸Ａと平行な方向、Ｙ方向は軸Ｂと平行な方向、Ｚ方向はＸＹ平面と直交する方向とする。なお、Ｚ方向は「積層方向」の一例である。

また、本願において、［垂直」、「平行」、「直交」等は、厳密に［垂直」、「平行」、「直交」等である場合に限定する趣旨ではなく、作用上支障のない範囲でおおよそ［垂直」、「平行」、「直交」等である場合も含む。具体的には、［垂直」及び「直交」は両線のなす角度が９０±１０°の範囲を含み、「平行」は両線のなす角が０±１０°である場合も含むものとする。

〈第１実施形態〉
図１２は、第１実施形態に係る光偏向器を例示する平面図であり、光偏向器を表面側（反射面側）から視た図である。図１３は、第１実施形態に係る光偏向器を例示する斜視図であり、光偏向器を裏面側から視た図である。

図１２及び図１３に示す光偏向器１００は、反射面を有する可動部を回動させて、反射面へ入射する光を１軸方向（Ｘ軸に平行な軸Ａの周り）に偏向する片持ちタイプの光偏向器である。

光偏向器１００は、軸Ａの周りのミラー部１１０の回動を可能にする構造を備えている。すなわち、光偏向器１００は、ミラー部１１０が１軸方向に回動することにより、入射する光を１軸方向に走査しながら偏向可能である。以下、光偏向器１００の構造について詳説する。

光偏向器１００は、入射した光を反射する反射面１１２を有するミラー部１１０と、トーション梁１２０ａ及び１２０ｂと、接続部１３０ａ及び１３０ｂと、駆動部１４０ａ及び１４０ｂと、固定部１５０と、電極接続部１６０とを有している。

光偏向器１００は、例えば、１枚のＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板をエッチング処理等により成形し、成形した基板上に反射面１１２や駆動部１４０ａ及び１４０ｂを形成することで、各構成部が一体的に形成されている。なお、上記の各構成部の形成は、ＳＯＩ基板の成形後に行ってもよいし、ＳＯＩ基板の成形中に行ってもよい。

ＳＯＩ基板は、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる第１のシリコン層の上に酸化シリコン層が設けられ、酸化シリコン層の上に更に単結晶シリコンからなる第２のシリコン層が設けられた基板である。以降、第１のシリコン層をシリコン支持層、第２のシリコン層をシリコン活性層とする。

シリコン活性層は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に対してＺ軸方向への厚みが小さいため、シリコン活性層のみで構成された部材は、弾性を有する弾性部としての機能を備える。シリコン活性層の厚みは、例えば、２０～６０μｍ程度である。なお、ＳＯＩ基板は、必ず平面状である必要はなく、曲率等を有していてもよい。

なお、以降の説明は、光偏向器１００がＳＯＩ基板から形成されている場合の例であるが、エッチング処理等により一体的に成形でき、部分的に弾性を持たせることができる基板であれば、光偏向器１００の形成に用いられる部材はＳＯＩ基板に限られない。このような基板としては、例えば、Ｓｉ基板をウエハー接合した基板や厚膜形成したポリシリコンを利用した基板、金属ガラスやサファイヤといったＳｉ以外を材料とした基板等が挙げられる。

ミラー部１１０は、軸Ａの周りに回動可能な可動部であり、例えば、ミラー部基体１１１と、ミラー部基体１１１の＋Ｚ側の面上に形成された反射面１１２とを有する。ミラー部１１０及びミラー部基体１１１の形状は特に限定されないが、例えば円形状や楕円形状等が挙げられる。ミラー部基体１１１は、例えば、シリコン活性層から構成される。反射面１１２は、例えば、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜で構成される。

また、ミラー部１１０は、ミラー部基体１１１の－Ｚ側の面にミラー部補強用のリブが形成されていてもよい。リブは、例えば、シリコン支持層及び酸化シリコン層から構成され、可動によって生じる反射面１１２の歪みを抑制する。

ミラー部１１０の中心（重心）は、例えば、トーション梁１２０ａ及び１２０ｂの中心軸である軸Ａに対して、接続部１３０ａ及び１３０ｂと固定部１５０との接続箇所に近接する方向にオフセットされていてもよい。オフセットされている構成とすることで、可動部の振幅を大きくすることができる。

トーション梁１２０ａ及び１２０ｂは、ミラー部基体１１１に一端が接続し、軸Ａ方向にそれぞれ延びてミラー部１１０を軸Ａの周りに可動可能に支持する一対の弾性支持部である。トーション梁１２０ａ及び１２０ｂは、例えば、シリコン活性層から構成される。

接続部１３０ａ及び１３０ｂは、トーション梁１２０ａ及び１２０ｂと固定部１５０とを接続する一対の接続部であり、固定部１５０に対して片持ち支持されている。接続部１３０ａと接続部１３０ｂは、例えば、反射面１１２の中心を通るＹ軸に平行な軸に対して線対称となるように、ミラー部１１０を挟んで配置されている。

接続部１３０ａ及び１３０ｂは、トーション梁１２０ａ及び１２０ｂの中心軸である軸Ａに対して片側に配置されており、接続部１３０ａ及び１３０ｂでミラー部１１０とトーション梁１２０ａ及び１２０ｂを固定部１５０に対して片持ち支持した構成である。

接続部１３０ａは、軸Ａに垂直な方向（Ｙ軸に平行な方向）を長手方向とする短冊状の駆動梁１３１ａ、１３１ｂ、及び１３１ｃと、駆動梁同士を折り返し構造となるよう連結する連結部とを有している。駆動梁１３１ａ、１３１ｂ、及び１３１ｃは、連結部を介して折り返すように連結された折り返し構造である。

具体的には、駆動梁１３１ａのＹ＋側端部はトーション梁１２０ａのミラー部基体１１１側とは反対側の端部に接続されている。又、駆動梁１３１ａのＹ－側端部は、連結部１３３ａを介して駆動梁１３１ｂのＹ－側端部に接続されている。駆動梁１３１ｂのＹ＋側端部は、連結部１３３ｂを介して駆動梁１３１ｃのＹ＋側端部に接続されている。駆動梁１３１ｃのＹ－側端部は固定部１５０の内周部に接続されている。駆動梁１３１ｃと固定部１５０との接続箇所は、固定端１３５ａである。

同様に、接続部１３０ｂは、軸Ａに垂直な方向（Ｙ軸に平行な方向）を長手方向とする短冊状の駆動梁１３２ａ、１３２ｂ、及び１３２ｃと、駆動梁同士を折り返し構造となるよう連結する連結部とを有している。駆動梁１３２ａ、１３２ｂ、及び１３２ｃは、連結部を介して折り返すように連結された折り返し構造である。

具体的には、駆動梁１３２ａのＹ＋側端部はトーション梁１２０ｂのミラー部基体１１１側とは反対側の端部に接続されている。又、駆動梁１３２ａのＹ－側端部は、連結部１３４ａを介して駆動梁１３２ｂのＹ－側端部に接続されている。駆動梁１３２ｂのＹ＋側端部は、連結部１３４ｂを介して駆動梁１３２ｃのＹ＋側端部に接続されている。駆動梁１３２ｃのＹ－側端部は固定部１５０の内周部に接続されている。駆動梁１３２ｃと固定部１５０との接続箇所は、固定端１３５ｂである。

駆動部１４０ａは接続部１３０ａの表面側（反射面１１２が形成されている側）に形成され、ユニモルフ構造をなしている。駆動部１４０ｂは接続部１３０ｂの表面側に形成され、ユニモルフ構造をなしている。駆動部１４０ａ及び１４０ｂは、接続部１３０ａ及び１３０ｂを変形させることによりミラー部１１０を揺動させる。

駆動部１４０ａは、軸Ａに垂直な方向（Ｙ軸に平行な方向）を長手方向とする短冊状の駆動素子１４１ａ、１４１ｂ、及び１４１ｃを有している。駆動素子１４１ａは駆動梁１３１ａの表面側に形成され、駆動素子１４１ｂは駆動梁１３１ｂの表面側に形成され、駆動素子１４１ｃは駆動梁１３１ｃの表面側に形成されている。つまり、折り返し構造である接続部１３０ａの各々の折り返し部には駆動素子が設けられている。

同様に、駆動部１４０ｂは、軸Ａに垂直な方向（Ｙ軸に平行な方向）を長手方向とする短冊状の駆動素子１４２ａ、１４２ｂ、及び１４２ｃを有している。駆動素子１４２ａは駆動梁１３２ａの表面側に形成され、駆動素子１４２ｂは駆動梁１３２ｂの表面側に形成され、駆動素子１４２ｃは駆動梁１３２ｃの表面側に形成されている。つまり、折り返し構造である接続部１３０ｂの各々の折り返し部には駆動素子が設けられている。

駆動素子１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４２ａ、１４２ｂ、及び１４２ｃは圧電素子であり、例えば、弾性部であるシリコン活性層の＋Ｚ側の面上に順次形成された下部電極、圧電部、及び上部電極を有している。上部電極及び下部電極は、例えば、金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等から形成できる。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）から形成できる。

固定部１５０側からそれぞれ奇数番目の駆動梁と偶数番目の駆動梁をセットで交互に逆相で駆動することで、ミラー部１１０を軸Ａの周りに揺動させることができる。

固定部１５０は、例えば、ミラー部１１０を囲うように形成された矩形形状の支持体である。固定部１５０は、例えば、シリコン支持層、酸化シリコン層、及びシリコン活性層から構成される。なお、固定部１５０は、ミラー部１１０を完全に囲うように形成される必要はなく、例えば、図１２における上下方向に開放部を設けることも可能である。

電極接続部１６０は、例えば、固定部１５０の＋Ｚ側の面上に形成されている。電極接続部１６０は、例えば、駆動素子１４１ａ～１４１ｃ、及び１４２ａ～１４２ｃの各上部電極及び各下部電極と、アルミニウム（Ａｌ）等の電極配線を介して、電気的に接続されている。電極接続部１６０は、例えば、光偏向器１００の外部に配置される制御装置等と電気的に接続される。なお、上部電極及び／または下部電極は、それぞれが電極接続部１６０と直接接続されていてもよいし、電極同士を接続する等により間接的に接続されていてもよい。

例えば、固定部１５０側から偶数番目に配置された駆動素子の各上部電極及び各下部電極は電極接続部１６０に含まれる第１電極に接続され、固定部１５０側から奇数番目に配置された駆動素子の各上部電極及び各下部電極は電極接続部１６０に含まれる第２電極（第１電極とは異なる電極）に接続される。この場合、電極接続部１６０に含まれる第１電極と第２電極に交互に電圧が印加されると、ミラー部１１０が揺動する。

なお、本実施形態では、駆動部１４０ａは接続部１３０ａの表面側に形成され、駆動部１４０ｂは接続部１３０ｂの表面側に形成されている。しかし、駆動部は接続部の裏面側（－Ｚ側の面）に設けても良いし、接続部の表面側及び裏面側の双方に設けても良い。

また、ミラー部１１０を軸Ａの周りに回転振動可能であれば、各構成部の形状は実施形態の形状に限定されない。例えば、トーション梁１２０ａ及び１２０ｂや接続部１３０ａ及び１３０ｂが曲率を有した形状を有していてもよい。

更に、駆動部１４０ａ及び１４０ｂの上部電極の＋Ｚ側の面上、固定部１５０の＋Ｚ側の面上の少なくとも何れかに酸化シリコン層等からなる絶縁層が形成されていてもよい。

このとき、絶縁層の上に電極配線を設け、また、上部電極または下部電極と電極配線とが接続される接続スポットのみ、開口部として部分的に絶縁層を除去または絶縁層を形成しないことにより、駆動部１４０ａ及び１４０ｂ並びに電極配線の設計自由度を向上し、更に電極同士の接触による短絡を抑制できる。また、酸化シリコン層は、反射防止材としての機能を備えてもよい。

次に、光偏向器１００のミラー部１１０の動作について詳細について説明する。図１４は、第１実施形態に係るミラー部が可動する様子を側面方向から見た模式図である。

光偏向器１００では、トーション梁１２０ａ及び１２０ｂと駆動梁１３１ａ～１３１ｃ及び１３２ａ～１３２ｃの長手方向が直交して配置されている。そのため、駆動梁１３１ａ～１３１ｃ及び１３２ａ～１３２ｃの曲げで発生する回転力を効率よくトーション梁１２０ａ及び１２０ｂの捻り方向の変形に伝えることができる。また、接続部１３０ａ及び１３０ｂはトーション梁１２０ａ及び１２０ｂとミラー部１１０を片持ちした構造であるため、接続部１３０ａ及び１３０ｂの先端は自由端になっており、大きな振幅で振動することができる。

また、ミラー部１１０の中心（重心）は、トーション梁１２０ａ及び１２０ｂの中心軸である軸Ａに対して、接続部１３０ａ及び１３０ｂと固定部１５０との接続箇所に近接する方向にオフセットされている。このようにすることで、駆動梁１３１ａ～１３１ｃ及び１３２ａ～１３２ｃの振動によってモーメントを発生させ、ミラー部１１０を大きく揺動させることが可能である。

光偏向器１００において、駆動梁を折り返し構造として共振モードを利用して駆動することで、図１４に示すように、駆動梁の折り返し構造で変形量を累積することができる。例えば、図１４において、駆動梁１３１ａの先端の変形量は、駆動梁１３１ｂの先端の変形量よりも大きくなっている。

このように、駆動梁の折り返し構造で変形量を累積することで、トーション梁１２０ａ及び１２０ｂのねじり共振モードを励起することができる。その結果、トーション梁１２０ａ及び１２０ｂの振幅が増大し、ミラー部１１０に大きなモーメントＭを与えることができる。

なお、図１４において、矢印ｄは駆動素子１４１ａ及び１４１ｂの歪む方向、ΔＳは軸Ａに対するミラー部１１０の中心のオフセット量、ｗは駆動梁の先端の振れ方向、ｚは駆動梁の先端の変形量、θはミラー部１１０の回転角度である。

図１５は、比較例に係るミラー部が可動する様子を側面方向から見た模式図である。比較例に係る光偏向器は、駆動梁の折り返し構造を採用していなく、ミラー部１１０ｘの両側に一対の駆動梁１３１ｘ及び駆動部１４１ｘが形成されている。

比較例に係る光偏向器は、駆動梁の折り返し構造を有しないため、図１４の場合のように駆動梁の折り返し構造で変形量が累積する効果を得られない。そのため、小さなモーメントＭしか発生せず、駆動梁１３１ｘの先端の変形量ｚ、及びミラー部１１０ｘの回転角度θは図１４の場合よりも小さな値となる。

このように、第１実施形態に係る光偏向器１００では、駆動梁の折り返し構造で変形量を累積してトーション梁１２０ａ及び１２０ｂのねじり共振モードを励起し、トーション梁１２０ａ及び１２０ｂの振幅を増大させるため、従来よりも大振幅の光偏向器１００を実現できる。また、接続部１３０ａ及び１３０ｂを折り返し構造とすることで、接続部１３０ａ及び１３０ｂをコンパクトに形成できるため、光偏向器１００を小型化できる。つまり、小型で大振幅の光偏向器１００を実現できる。

また、接続部１３０ａ及び１３０ｂを折り返し構造とすることで、駆動梁の振幅を大きくしてもミラー部１１０の振幅を増大した際の応力を緩和できる。

図１６は、共振周波数について説明する図である。図１６において、ｆｃ１は接続部の一次の曲げ変形モードの共振周波数を、ｆｃ２はトーション梁のねじり変形のモードによるミラーの共振周波数を示している。共振周波数ｆｃ１は、共振周波数ｆｃ２の近傍であることが好ましい。言い換えれば、共振周波数ｆｃ１は、共振周波数ｆｃ２に対して、トーション梁のねじり変形のモードによるミラー部の共振を励起可能な周波数範囲内に設定されていることが好ましい。このような設定により、接続部の一次の曲げ変形モードの共振でミラー部の共振（トーション梁によるねじりモード）を増幅する効果があるため、ミラー部のより大きな振幅が得られる。ここで、近傍とは、共振周波数ｆｃ１と共振周波数ｆｃ２が互いの振動モードが影響し合って連成振動を生じる範囲をいう。このような範囲内であれば、共振周波数ｆｃ１は、トーション梁のねじり変形のモードによるミラー部の共振を励起可能である。

〈第２実施形態〉
第２実施形態では、駆動チャンネルを１つにする例を示す。なお、第２実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図１７は、第２実施形態に係る光偏向器を例示する平面図であり、光偏向器を表面側（反射面側）から視た図である。なお、第２実施形態に係る光偏向器を裏面側から視た図は、図１３と同様である。

図１７に示す光偏向器１００Ａは、駆動部１４０ａ及び１４０ｂが駆動部１４０ｃ及び１４０ｄに置換された点が、光偏向器１００（図１２及び図１３参照）と相違する。

駆動部１４０ｃは、駆動素子１４１ａ及び１４１ｃを有しており、駆動素子１４１ｂを有していない。すなわち、固定部１５０側から１番目に位置する駆動梁１３１ａには駆動素子１４１ａが形成され、固定部１５０側から３番目に位置する駆動梁１３１ｃには駆動素子１４１ｃが形成されている。しかし、固定部１５０側から２番目に位置する駆動梁１３１ｂには駆動素子が形成されていない。

同様に、駆動部１４０ｄは、駆動素子１４２ａ及び１４２ｃを有しており、駆動素子１４２ｂを有していない。すなわち、固定部１５０側から１番目に位置する駆動梁１３２ａには駆動素子１４２ａが形成され、固定部１５０側から３番目に位置する駆動梁１３２ｃには駆動素子１４２ｃが形成されている。しかし、固定部１５０側から２番目に位置する駆動梁１３２ｂには駆動素子が形成されていない。

光偏向器１００Ａでは、各々の駆動素子に電圧を印加しても各々の駆動梁は片側のみにしか反り変形することができないが、共振動作のためミラー部１１０を両側に振動させることができる。

このように、共振動作の場合、片側のみの変形を利用してもミラー部１１０を両側に動作させることが可能である。そのため、折り返し構造の固定部１５０側から奇数番目に配置された駆動梁のみに駆動素子が設け、片側のみの変形を利用してミラー部１１０を搖動させてもよい。この場合、駆動素子には１チャンネルのみの電圧を印加すればよいので、駆動ドライバは１チャンネル分のみを準備すればよく、光偏向器１００Ａの駆動ドライバの低コスト化が可能となる。固定部１５０側から偶数番目に配置された駆動梁のみに駆動素子を形成する場合も、上記と同様の効果が得られる。

なお、接続部の曲げモードの共振周波数は、２番目の駆動梁を変形させない方が高くなりやすい。そこで、ミラー部１１０の共振周波数の目標値しだいではあるが、ミラー部１１０の共振周波数を高くしたい場合には、例えば、図１８に示すように、２番目の駆動梁の部分には補強部（リブ）となる駆動梁支持層１５０ａ及び１５０ｂとしてシリコン支持層を形成したままとしてもよい。駆動梁支持層１５０ａ及び１５０ｂの各々の幅は、例えば、各々が設けられる駆動梁の幅と略同一とすることができる。また、この場合、２本目の駆動梁は変形に寄与しないため、幅を細くしてもよい。

このように、駆動素子が設けられていない駆動梁の部分に、補強部となる駆動梁支持層が設けられてもよい。なお、固定部１５０側から偶数番目に配置された駆動梁のみに駆動素子を形成する場合は、固定部１５０側から奇数番目に配置された駆動梁の部分に、補強部となる駆動梁支持層を設ければよい。

〈第３実施形態〉
第３実施形態では、駆動梁の本数を偶数本にする例を示す。なお、第３実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図１９は、第３実施形態に係る光偏向器を例示する平面図であり、光偏向器を表面側（反射面側）から視た図である。図２０は、第３実施形態に係る光偏向器を例示する斜視図であり、光偏向器を裏面側から視た図である。

図１９及び図２０に示す光偏向器１００Ｂは、接続部１３０ａ及び１３０ｂが接続部１３０ｃ及び１３０ｄに置換され、駆動部１４０ａ及び１４０ｂが駆動部１４０ｅ及び１４０ｆに置換された点が、光偏向器１００（図１２及び図１３参照）と相違する。

接続部１３０ｃは、駆動梁１３１ａ及び１３１ｂを有しており、駆動梁１３１ｃを有していない。光偏向器１００の駆動梁１３１ｃの位置（図１２参照）には、固定部１５０の内周部からトーション梁１２０ａ方向に延伸する、軸Ａに垂直な方向を長手方向とする延伸部１５０ｃが形成されている。また、延伸部１５０ｃのトーション梁１２０ａ側の端部からトーション梁１２０ａと平行に延伸する、軸Ａに平行な方向を長手方向とする延伸部１５０ｄが形成されている。延伸部１５０ｃ及び１５０ｄは、例えば、シリコン支持層、酸化シリコン層、及びシリコン活性層から構成される。延伸部１５０ｃ及び１５０ｄは、固定部１５０と一体に形成されている。

駆動梁１３１ａ及び１３１ｂは、連結部を介して折り返すように連結された折り返し構造である。具体的には、駆動梁１３１ａのＹ＋側端部はトーション梁１２０ａのミラー部基体１１１側とは反対側の端部に接続されている。又、駆動梁１３１ａのＹ－側端部は、連結部１３３ａを介して駆動梁１３１ｂのＹ－側端部に接続されている。駆動梁１３１ｂのＹ＋側端部は、延伸部１５０ｄを介して延伸部１５０ｃのＹ＋側端部に接続されている。延伸部１５０ｃのＹ－側端部は固定部１５０の内周部に接続されている。

同様に、接続部１３０ｄは、駆動梁１３２ａ及び１３２ｂを有しており、駆動梁１３２ｃを有していない。光偏向器１００の駆動梁１３２ｃの位置（図１２参照）には、固定部１５０の内周部からトーション梁１２０ｂ方向に延伸する、軸Ａに垂直な方向を長手方向とする延伸部１５０ｅが形成されている。また、延伸部１５０ｅのトーション梁１２０ｂ側の端部からトーション梁１２０ｂと平行に延伸する、軸Ａに平行な方向を長手方向とする延伸部１５０ｆが形成されている。延伸部１５０ｅ及び１５０ｆは、例えば、シリコン支持層、酸化シリコン層、及びシリコン活性層から構成される。延伸部１５０ｅ及び１５０ｆは、固定部１５０と一体に形成されている。

駆動梁１３２ａ及び１３２ｂは、連結部を介して折り返すように連結された折り返し構造である。具体的には、駆動梁１３２ａのＹ＋側端部はトーション梁１２０ｂのミラー部基体１１１側とは反対側の端部に接続されている。又、駆動梁１３２ａのＹ－側端部は、連結部１３４ａを介して駆動梁１３２ｂのＹ－側端部に接続されている。駆動梁１３２ｂのＹ＋側端部は、延伸部１５０ｆを介して延伸部１５０ｅのＹ＋側端部に接続されている。延伸部１５０ｅのＹ－側端部は固定部１５０の内周部に接続されている。

駆動部１４０ｅは、駆動素子１４１ａ及び１４１ｂを有しており、駆動素子１４１ｃを有していない。すなわち、固定部１５０側から１番目に位置する駆動梁１３１ａには駆動素子１４１ａが形成され、固定部１５０側から２番目に位置する駆動梁１３１ｂには駆動素子１４１ｂが形成されている。

同様に、駆動部１４０ｆは、駆動素子１４２ａ及び１４２ｂを有しており、駆動素子１４２ｃを有していない。すなわち、固定部１５０側から１番目に位置する駆動梁１３２ａには駆動素子１４２ａが形成され、固定部１５０側から２番目に位置する駆動梁１３２ｂには駆動素子１４２ｂが形成されている。

固定部１５０側からそれぞれ奇数番目の駆動梁と偶数番目の駆動梁をセットで交互に逆相で駆動することで、ミラー部１１０を揺動させることができる。

光偏向器１００と同様に、接続部の一次の曲げモードの共振周波数を、トーション梁のねじり変形によるミラーの共振周波数の近傍に設定することで、接続部の一次の曲げモードの共振でミラー部の共振（トーション梁によるねじりモード）を増幅する効果があるため、ミラー部のより大きな振幅が得られる。

このように、接続部の駆動梁の本数を偶数本とすることで接続部の固定端１３５ｃ及び１３５ｄが固定部１５０の中央付近に位置することになるため、ミラー部１１０の駆動の反力による固定部１５０の振動が抑制できる。なお、固定端１３５ｃは延伸部１５０ｄと駆動梁１３１ｂとの接続箇所であり、固定端１３５ｄは延伸部１５０ｆと駆動梁１３２ｂとの接続箇所である。

図２１は、ミラー駆動周波数付近の周波数応答特性の一例を示す図であり、駆動梁１枚の構成（比較例）に対して、光偏向器１００Ｂは大きな振幅角が得られていることがわかる。

〈第４実施形態〉
第４実施形態では、第１実施形態に係る光偏向器を利用した２軸の光偏向器の例を示す。なお、第４実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。なお、本実施形態では、軸Ａを回動の中心とした光走査を主走査とし、軸Ｂを回動の中心とした光走査を副走査とする。

図２２は、第４実施形態に係る光偏向器を例示する平面図である。図２２に示す光偏向器２００は、反射面を有する可動部を回動させて、反射面へ入射する光を２軸方向（軸Ａ及び軸Ｂの周り）に偏向する光偏向器である。

光偏向器２００は、主走査方向に相当する軸Ａの周りのミラー部１１０の回動と、副走査方向に相当する軸Ｂの周りのミラー部１１０の回動とを可能にする構造を備えている。すなわち、光偏向器２００は、ミラー部１１０が２軸方向に回動することにより、入射する光を２軸方向に走査しながら偏向可能である。光偏向器２００では、光偏向器１００を主走査方向（高速軸）に利用している。以下、光偏向器２００の構造について詳説する。

光偏向器２００は、光偏向器１００と、固定部１５０と固定部２５０とを接続する一対の接続部２３０ａ及び２３０ｂと、接続部２３０ａ及び２３０ｂを変形させる駆動部２４０ａ及び２４０ｂと、固定部１５０の外周側に設けられた固定部２５０と、電極接続部２６０とを有する。

駆動部１４０ａ及び１４０ｂは、接続部１３０ａ及び１３０ｂを変形させることにより可動部を接続部１３０ａ及び１３０ｂの曲げ方向と直交する軸Ａ周りに搖動させる。また、駆動部２４０ａ及び２４０ｂは、接続部２３０ａ及び２３０ｂを変形させることにより可動部を軸Ａと直交する軸Ｂ回りに搖動させる。

光偏向器２００は、例えば、１枚のＳＯＩ基板をエッチング処理等により成形し、成形した基板上に反射面１１２や駆動部１４０ａ及び１４０ｂ、駆動部２４０ａ及び２４０ｂ、電極接続部２６０等を形成することで、各構成部が一体的に形成されている。なお、上記の各構成部の形成は、ＳＯＩ基板の成形後に行ってもよいし、ＳＯＩ基板の成形中に行ってもよい。

なお、ＳＯＩ基板は、必ず平面状である必要はなく、曲率等を有していてもよい。また、エッチング処理等により一体的に成形でき、部分的に弾性を持たせることができる基板であれば光偏向器２００の形成に用いられる部材はＳＯＩ基板に限られない。

接続部２３０ａは、軸Ｂに垂直な方向（Ｘ軸に平行な方向）を長手方向とする短冊状の駆動梁２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ、２３１ｄ、２３１ｅ、２３１ｆ、２３１ｇ、及び２３１ｈを有している。２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ、２３１ｄ、２３１ｅ、２３１ｆ、２３１ｇ、及び２３１ｈは、連結部を介して折り返すように連結された折り返し構造である。駆動梁２３１ａの一端は光偏向器１００の固定部１５０の外周部に接続され、駆動梁２３１ｈの一端は固定部２５０の内周部に接続されている。

同様に、接続部２３０ｂは、軸Ｂに垂直な方向（Ｘ軸に平行な方向）を長手方向とする短冊状の駆動梁２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ、２３２ｅ、２３２ｆ、２３２ｇ、及び２３２ｈを有している。２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ、２３２ｅ、２３２ｆ、２３２ｇ、及び２３２ｈは、連結部を介して折り返すように連結された折り返し構造である。駆動梁２３２ａの一端は光偏向器１００の固定部１５０の外周部に接続され、駆動梁２３２ｈの一端は固定部２５０の内周部に接続されている。

このとき、接続部２３０ａと光偏向器１００の固定部１５０との接続箇所と、接続部２３０ｂと光偏向器１００の固定部１５０との接続箇所は、例えば、反射面１１２の中心に対して点対称となる位置とすることができる。また、接続部２３０ａと固定部２５０との接続箇所と、接続部２３０ｂと固定部２５０との接続箇所は、例えば、反射面１１２の中心に対して点対称となる位置とすることができる。

駆動部２４０ａは接続部２３０ａの表面側（反射面１１２が形成されている側）に形成され、ユニモルフ構造をなしている。駆動部２４０ｂは接続部２３０ｂの表面側に形成され、ユニモルフ構造をなしている。

駆動部２４０ａは、軸Ｂに垂直な方向（Ｘ軸に平行な方向）を長手方向とする短冊状の駆動素子２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ、２４１ｅ、２４１ｆ、２４１ｇ、及び２４１ｈを有している。駆動素子２４１ａ～２４１ｈは、それぞれ駆動梁２３１ａ～２３１ｈの表面側に形成されている。

同様に、駆動部２４０ｂは、軸Ｂに垂直な方向（Ｘ軸に平行な方向）を長手方向とする短冊状の駆動素子２４２ａ、２４２ｂ、２４２ｃ、２４２ｄ、２４２ｅ、２４２ｆ、２４２ｇ、及び２４２ｈを有している。駆動素子２４２ａ～２４２ｈは、それぞれ駆動梁２３２ａ～２３２ｈの表面側に形成されている。

駆動素子２４１ａ～２４１ｈ、及び駆動素子２４２ａ～２４２ｈは圧電素子であり、例えば、弾性部であるシリコン活性層の＋Ｚ側の面上に順次形成された下部電極、圧電部、及び上部電極を有している。上部電極及び下部電極は、例えば、金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等から形成できる。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）から形成できる。

駆動梁１３１ａ～１３１ｃ及び１３２ａ～１３２ｃにおいて、固定部１５０側からそれぞれ奇数番目の駆動梁と偶数番目の駆動梁をセットで交互に逆相で駆動することで、ミラー部１１０を軸Ａの周りに揺動させることができる。また、駆動梁２３１ａ～２３１ｈ及び２３２ａ～２３２ｈにおいて、固定部２５０側からそれぞれ奇数番目の駆動梁と偶数番目の駆動梁をセットで交互に逆相で駆動することで、ミラー部１１０を軸Ｂの周りに揺動させることができる。すなわち、ミラー部１１０を搖動させることで、反射面１１２へ入射する光を２軸方向（軸Ａ及び軸Ｂの周り）に偏向することができる。

固定部２５０は、例えば、光偏向器１００の固定部１５０を囲うように形成された矩形形状の支持体である。固定部２５０は、例えば、シリコン支持層、酸化シリコン層、及びシリコン活性層から構成される。なお、固定部２５０は、光偏向器１００の固定部１５０を完全に囲うように形成される必要はなく、例えば、図２２における上下方向に開放部を設けることも可能である。

電極接続部２６０は、例えば、固定部２５０の＋Ｚ側の面上に形成されている。電極接続部２６０は、例えば、駆動素子１４１ａ～１４１ｃ、１４２ａ～１４２ｃ、２４１ａ～２４１ｈ、及び２４２ａ～２４２ｈの各上部電極及び各下部電極と、アルミニウム（Ａｌ）等の電極配線を介して、電気的に接続されている。電極接続部２６０は、例えば、光偏向器２００の外部に配置される制御装置等と電気的に接続される。なお、上部電極及び／または下部電極は、それぞれが電極接続部２６０と直接接続されていてもよいし、電極同士を接続する等により間接的に接続されていてもよい。

なお、本実施形態では、駆動部２４０ａは接続部２３０ａの表面側に形成され、駆動部２４０ｂは接続部２３０ｂの表面側に形成されている。しかし、駆動部は接続部の裏面側（－Ｚ側の面）に設けても良いし、接続部の表面側及び裏面側の双方に設けても良い。

また、ミラー部１１０を軸Ａの周り及び軸Ｂの周りに駆動可能であれば、各構成部の形状は実施形態の形状に限定されない。例えば、トーション梁１２０ａ及び１２０ｂや接続部１３０ａ及び１３０ｂが曲率を有した形状を有していてもよい。

更に、駆動部２４０ａ及び２４０ｂの上部電極の＋Ｚ側の面上、固定部２５０の＋Ｚ側の面上の少なくとも何れかに酸化シリコン層等からなる絶縁層が形成されていてもよい。

このとき、絶縁層の上に電極配線を設け、また、上部電極または下部電極と電極配線とが接続される接続スポットのみ、開口部として部分的に絶縁層を除去または絶縁層を形成しないことにより、駆動部２４０ａ及び２４０ｂ並びに電極配線の設計自由度を向上し、更に電極同士の接触による短絡を抑制できる。また、酸化シリコン層は、反射防止材としての機能を備えてもよい。

このように、第１実施形態に係る光偏向器１００を利用した２軸の光偏向器２００を実現できる。光偏向器１００では接続部１３０ａ及び１３０ｂをコンパクトに形成できるため、２軸構成において可動部である光偏向器１００が軽量化され、副走査方向（低速軸）の共振周波数を高くできる。また、そのため、駆動部２４０ａ及び２４０ｂへの印加電圧を低減できる。

なお、光偏向器１００に代えて、光偏向器１００Ａまたは１００Ｂを用いてもよい。特に、光偏向器２００において、光偏向器１００Ｂを主走査方向（高速軸）に利用する場合、接続部の固定端１３５ｃ及び１３５ｄが固定部１５０の中央付近に位置することになるため、ミラー部１１０の駆動の反力による固定部１５０の振動が抑制できる。

すなわち、固定端１３５ｃ及び１３５ｄをトーション梁１２０ａ及び１２０ｂと垂直な方向においてミラー部１１０の回転中心軸に近接させることで、固定部１５０への駆動の反力によるモーメントの発生を抑制し、駆動動作時の反力による固定部への不要振動を低減できる。そのため、より安定して大振幅を得ることができる。

光偏向器２００において、２次元的に光ビームを走査する際の走査方法としては、例えばラスタ走査方式を用いることができる。すなわち、軸Ａを中心とした方向には、例えば、光偏向器１００が有する共振モードの励振周波数に合わせた高速（数ｋＨｚ～数十ｋＨｚ）の正弦波信号によってミラー部１１０を走査する。一方、軸Ｂを中心とした方向には、例えば、より低速（数十Ｈｚ）の鋸波状波形の駆動信号によってミラー部１１０を走査する。例えば光ビーム走査を利用した画像描画装置では、画像情報に対応して光ビームをミラー部１１０の走査角に合わせて点滅させることで、画像を描画できる。

〈第５実施形態〉
第２実施形態で補強部について説明したが、第５実施形態では補強部のバリエーションの例を示す。なお、第５実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図２３は、第５実施形態に係る光偏向器を例示する平面図であり、光偏向器を裏面側から視た図である。図２４は、第５実施形態に係る光偏向器を例示する斜視図であり、光偏向器を裏面側から視た図である。なお、第５実施形態に係る光偏向器を表面側から視た図は図１２と同様である。すなわち、接続部１３０ａの表面側には駆動素子１４１ａ、１４１ｂ、及び１４１ｃを有する駆動部１４０ａが形成され、接続部１３０ｂの表面側には駆動素子１４２ａ、１４２ｂ、及び１４２ｃを有する駆動部１４０ｂが形成されている。

図２３及び図２４に示す光偏向器１００Ｃでは、接続部１３０ａにおいて駆動梁１３１ａと１３１ｂとを連結する連結部１３３ａ、及び駆動梁１３１ｂと１３１ｃとを連結する連結部１３３ｂの裏面側に、それぞれ補強部（リブ）となる連結部支持層１５１ａ及び１５１ｂが設けられている。又、接続部１３０ｂにおいて駆動梁１３２ａと１３２ｂとを連結する連結部１３４ａ、及び駆動梁１３２ｂと１３２ｃとを連結する連結部１３４ｂの裏面側に、それぞれ補強部となる連結部支持層１５２ａ及び１５２ｂが設けられている。

連結部支持層１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、及び１５２ｂは、軸Ａに平行な方向（Ｘ軸に平行な方向）を長手方向とする細長状に形成され、隣接する駆動梁の連結部の裏面からＺ－方向に突起している。連結部支持層１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、及び１５２ｂは、例えば、シリコン支持層から形成される。

接続部１３０ａ及び１３０ｂは、単純に曲げ変形をすることが望ましいが、実際には折り返して隣接する駆動梁からの力を受けて、接続部１３０ａ及び１３０ｂにねじれ変形が生じる。駆動素子１４１ａ～１４１ｃ及び１４２ａ～１４２ｃへの印加電圧を増やしてミラー部１１０の振幅を大きくすると、ねじれ変形が大きくなって接続部１３０ａ及び１３０ｂが破壊するおそれがある。

そこで、光偏向器１００Ｃでは、接続部１３０ａ及び１３０ｂの裏面側に連結部支持層１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、及び１５２ｂを設け、接続部１３０ａ及び１３０ｂのねじれ変形を抑制している。これにより、駆動素子１４１ａ～１４１ｃ及び１４２ａ～１４２ｃへの印加電圧を増やしてもミアンダ構造の接続部１３０ａ及び１３０ｂが破壊されるおそれが低減する。その結果、破壊限界角の増大と、それに伴うミラー部１１０の振幅の増大を実現できる。

図１７に示す光偏向器１００Ａのような、駆動素子１４１ａ及び１４１ｃを有して駆動素子１４１ｂを有しない駆動部１４０ｃ、駆動素子１４２ａ及び１４２ｃを有して駆動素子１４２ｂを有しない駆動部１４０ｄを備えた構造の場合も同様である。

すなわち、図１７に示す光偏向器１００Ａの構造の場合も、図２３及び図２４に示した連結部支持層１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、及び１５２ｂを設けることで、接続部１３０ａ及び１３０ｂのねじれ変形を抑制できる。これにより、駆動素子１４１ａ及び１４１ｃ並びに１４２ａ及び１４２ｃへの印加電圧を増やしてもミアンダ構造の接続部１３０ａ及び１３０ｂが破壊されるおそれが低減する。その結果、破壊限界角の増大と、それに伴うミラー部１１０の振幅の増大を実現できる。

なお、図２５に示す光偏向器１００Ｄのように、連結部支持層１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、及び１５２ｂに加え、軸Ａに垂直な方向（Ｙ軸に平行な方向）を長手方向とする細長状に形成された駆動梁支持層１５１ｃ及び１５２ｃを設けてもよい。駆動梁支持層１５１ｃは駆動梁１３１ｂの裏面からＺ－方向に突起して、駆動梁支持層１５２ｃは駆動梁１３２ｂの裏面からＺ－方向に突起している。駆動梁支持層１５１ｃ及び１５２ｃは、例えば、シリコン支持層から形成される。駆動梁支持層１５１ｃ及び１５２ｃの各々の幅は、例えば、各々が設けられる駆動梁の幅よりも狭い。

図２５に示す光偏向器１００Ｄのように、連結部の裏面に設けた連結部支持層と繋がらない形で、駆動梁の裏面に駆動梁支持層を設ける構成としてもよい。このような構成とすることで、連結部の裏面の連結部支持層、駆動梁の裏面の駆動梁支持層のうち、どちらか一方を設けた場合よりも、ミアンダ構造の接続部１３０ａ及び１３０ｂのねじれ変形を抑制し、接続部１３０ａ及び１３０ｂでの破壊を防止できる。その結果、破壊限界角の増大と、それに伴うミラー部１１０の振幅の増大を実現できる。又、図２３の支持層構造の場合よりも接続部１３０ａ及び１３０ｂの剛性が上がるため、共振周波数を高くすることが可能である。

図２６に示す光偏向器１００Ｅのように、図２５に示す連結部支持層１５１ａ及び１５２ｂと駆動梁支持層１５１ｃを繋げて１本の連続した支持層１５１ｄとし、図２５に示す連結部支持層１５２ａ及び１５２ｂと駆動梁支持層１５２ｃを繋げて１本の連続した支持層１５２ｄとしてもよい。このような構成とすることで、図２５に示す光偏向器１００Ｄのように連結部の裏面に設けた連結部支持層と繋がらない形で駆動梁の裏面に駆動梁支持層を設ける構成とした場合よりも、ミアンダ構造の接続部１３０ａ及び１３０ｂのねじれ変形を更に抑制し、接続部１３０ａ及び１３０ｂでの破壊を更に防止できる。その結果、破壊限界角の更なる増大と、それに伴うミラー部１１０の振幅の更なる増大を実現できる。又、図２６の支持層構造では、図２５の支持層構造よりも接続部１３０ａ及び１３０ｂのねじれ変形を更に抑制できるため、共振周波数を更に高くすることが可能である。

図２７は、支持層の効果を示すシミュレーション結果の一例である。図２７（ａ）～（ｃ）は、図１３のように接続部及び駆動梁の裏面側に支持層を設けていない場合の主要３モードのシミュレーション結果である。これに対し、図２７（ｄ）～（ｆ）は、図２６に示す支持層１５１ｄ及び１５２ｄを設けた場合の主要３モードのシミュレーション結果である。

なお、図２７（ａ）及び（ｄ）のモード１は接続部の曲げが主体のモード、図２７（ｂ）及び（ｅ）のモード２はトーション梁のねじれが主体のモード、図２７（ｃ）及び（ｆ）のモード３は接続部の曲げがミラー部の両側で逆位相となるモードである。

光偏向器の動作として利用するのは、トーション梁のねじれであるモード２のミラー共振であり、例えば、モード２のミラー共振が高いほど走査性能が高い光偏向器を実現できる。モード３は、ミラー共振と直交する方向に振動を発生するため、レーザ光の軌跡がリサージュ波形を生じるためリサージュ共振と呼ばれている。モード３のリサージュ共振が高いほど、接続部の剛性が高く、接続部のねじれ変形がし難いと考えることができる。

図２７（ａ）～（ｆ）のモードの横に記載されている数値は、それぞれのモードでの共振周波数である。図２７（ａ）～（ｃ）と図２７（ｄ）～（ｆ）とを比較すると、モード１～３の何れにおいても、接続部及び駆動梁の裏面側に支持層を有する図２６の構造の方が共振周波数が増加していることがわかる。なお、図２７では、ミラー部の裏面側にも支持層が形成されているが、ミラー部の裏面側に支持層が形成されていない場合も効果は同様であり、接続部及び駆動梁の裏面側に支持層を有する図２６の構造の方が共振周波数が増加する。

〈第６実施形態〉
第６実施形態では、接続部が所定の対称線に対して線対称に配置される例を示す。なお、第６実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図２８は、第６実施形態に係る光偏向器を例示する平面図であり、光偏向器を表面側（反射面側）から視た図である。図２９は、第６実施形態に係る光偏向器を例示する平面図であり、光偏向器を裏面側から視た図である。

図２８及び図２９に示す光偏向器１００Ｆは、接続部１３０ａ及び１３０ｂが接続部１３０ｇ及び１３０ｈに置換され、駆動部１４０ａ及び１４０ｂが駆動部１４０ｇ及び１４０ｈに置換された点が、光偏向器１００（図１２及び図１３参照）と相違する。

接続部１３０ｇは、軸Ａに垂直な方向（Ｙ軸に平行な方向）を長手方向とする短冊状の駆動梁１３１ａ～１３１ｅと、駆動梁同士を折り返し構造となるよう連結する連結部とを有している。つまり、駆動梁１３１ａ～１３１ｅは、連結部を介して折り返すように連結された折り返し構造である。

具体的には、駆動梁１３１ａのＹ－側端部は固定部１５０の内周部に接続されており、駆動梁１３１ａのＹ＋側端部は駆動梁１３１ｂのＹ＋側端部と接続されている。駆動梁１３１ｂのＹ－側端部は、駆動梁１３１ｃ及び１３１ｄのＹ－側端部と接続されている。駆動梁１３１ｄのＹ＋側端部は、駆動梁１３１ｅのＹ＋側端部と接続されている。駆動梁１３１ｅのＹ－側端部は固定部１５０の内周部に接続されている。そして、トーション梁１２０ａのミラー部基体１１１側とは反対側の端部は、５つの駆動梁の中心に位置する駆動梁１３１ｃのＹ＋側端部と接続されている。

同様に、接続部１３０ｈは、軸Ａに垂直な方向（Ｙ軸に平行な方向）を長手方向とする短冊状の駆動梁１３２ａ～１３２ｅと、駆動梁同士を折り返し構造となるよう連結する連結部とを有している。つまり、駆動梁１３２ａ～１３２ｅは、連結部を介して折り返すように連結された折り返し構造である。

具体的には、駆動梁１３２ａのＹ－側端部は固定部１５０の内周部に接続されており、駆動梁１３２ａのＹ＋側端部は駆動梁１３２ｂのＹ＋側端部と接続されている。駆動梁１３２ｂのＹ－側端部は、駆動梁１３２ｃ及び１３２ｄのＹ－側端部と接続されている。駆動梁１３２ｄのＹ＋側端部は、駆動梁１３２ｅのＹ＋側端部と接続されている。駆動梁１３２ｅのＹ－側端部は固定部１５０の内周部に接続されている。そして、トーション梁１２０ｂのミラー部基体１１１側とは反対側の端部は、５つの駆動梁の中心に位置する駆動梁１３２ｃのＹ＋側端部と接続されている。

駆動部１４０ｇは接続部１３０ｇの表面側に形成され、ユニモルフ構造をなしている。駆動部１４０ｈは接続部１３０ｈの表面側に形成され、ユニモルフ構造をなしている。駆動部１４０ｇ及び１４０ｈは、接続部１３０ｇ及び１３０ｈを変形させることによりミラー部１１０を揺動させる。

駆動部１４０ｇは、軸Ａに垂直な方向（Ｙ軸に平行な方向）を長手方向とする短冊状の駆動素子１４１ａ～１４１ｅを有している。駆動素子１４１ａは駆動梁１３１ａの表面側に形成され、駆動素子１４１ｂは駆動梁１３１ｂの表面側に形成され、駆動素子１４１ｃは駆動梁１３１ｃの表面側に形成されている。又、駆動素子１４１ｄは駆動梁１３１ｄの表面側に形成され、駆動素子１４１ｅは駆動梁１３１ｅの表面側に形成されている。つまり、折り返し構造である接続部１３０ｇの各々の折り返し部には駆動素子が設けられている。駆動素子１４１ａ～１４１ｅは圧電素子である。

同様に、駆動部１４０ｈは、軸Ａに垂直な方向（Ｙ軸に平行な方向）を長手方向とする短冊状の駆動素子１４２ａ～１４２ｅを有している。駆動素子１４２ａは駆動梁１３２ａの表面側に形成され、駆動素子１４２ｂは駆動梁１３２ｂの表面側に形成され、駆動素子１４２ｃは駆動梁１３２ｃの表面側に形成されている。又、駆動素子１４２ｄは駆動梁１３２ｄの表面側に形成され、駆動素子１４２ｅは駆動梁１３２ｅの表面側に形成されている。つまり、折り返し構造である接続部１３０ｈの各々の折り返し部には駆動素子が設けられている。駆動素子１４２ａ～１４２ｅは圧電素子である。

図２８において、対称線Ｓ１は、駆動梁１３１ｃの中心を通りＹ軸に平行な直線であり、駆動梁１３１ｃを長手方向に略二分する。又、対称線Ｓ２は、駆動梁１３２ｃの中心を通りＹ軸に平行な直線であり、駆動梁１３２ｃを長手方向に略二分する。光偏向器１００Ｆでは、駆動梁１３１ａ及び１３１ｂの形状と駆動梁１３１ｄ及び１３１ｅの形状は、駆動梁１３１ｃの長手方向と略平行な方向に対して線対称である。つまり、接続部１３０ｇは対称線Ｓ１に対して線対称に配置され、対称線Ｓ１は駆動梁１３１ｃとトーション梁１２０ａとの接続部を通る。又、駆動梁１３２ａ及び１３２ｂの形状と駆動梁１３２ｄ及び１３２ｅの形状は、駆動梁１３２ｃの長手方向と略平行な方向に対して線対称である。つまり、接続部１３０ｈは対称線Ｓ２に対して線対称に配置され、対称線Ｓ２は駆動梁１３２ｃとトーション梁１２０ｂとの接続箇所を通る。

各駆動素子に電圧を印加した際、駆動梁がミラー部を保持するトーションバーを駆動すると、駆動梁は曲げ変形をするとともに、ミアンダ構造の接続部１３０ｇ及び１３０ｈにねじれ変形が生じてしまう。上記のように駆動梁とトーションバーとの接続箇所の両側に対称に駆動梁を配置することで、ねじれ変形が抑制され、ミアンダ構造の接続部１３０ｇ及び１３０ｈの破壊を防止できる。

又、上記のように駆動梁とトーションバーとの接続箇所の両側に対称に駆動梁を配置することで、ミアンダ構造の接続部１３０ｇ及び１３０ｈの剛性が増加するため、ミラー部１１０の共振周波数を高くすることが容易になる。更に、駆動素子を有する駆動梁の個数が多くなることで駆動力が増し、ミラー部１１０の駆動感度を向上できる。

〈第７実施形態〉
第７実施形態では、駆動チャンネルを１つにする例を示す。なお、第７実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図３０は、第７実施形態に係る光偏向器を例示する平面図であり、光偏向器を表面側から視た図である。図３１は、第７実施形態に係る光偏向器を例示する平面図であり、光偏向器を裏面側から視た図である。

図３０及び図３１に示す光偏向器１００Ｇは、駆動部１４０ａ及び１４０ｂが駆動部１４０ｉ及び１４０ｊに置換された点が、光偏向器１００Ｆ（図２８及び図２９参照）と相違する。

駆動部１４０ｉは、駆動素子１４１ａ、１４１ｃ、及び１４１ｅを有しており、駆動素子１４１ｂ及び１４１ｄを有していない。すなわち、固定部１５０側から１番目に位置する駆動梁１３１ａには駆動素子１４１ａが形成され、固定部１５０側から３番目に位置する駆動梁１３１ｃには駆動素子１４１ｃが形成され、固定部１５０側から５番目に位置する駆動梁１３１ｅには駆動素子１４１ｅが形成されている。しかし、固定部１５０側から２番目に位置する駆動梁１３１ｂ及び４番目に位置する駆動梁１３１ｄには駆動素子が形成されていない。

同様に、駆動部１４０ｊは、駆動素子１４２ａ、１４２ｃ、及び１４２ｅを有しており、駆動素子１４２ｂ及び１４２ｄを有していない。すなわち、固定部１５０側から１番目に位置する駆動梁１３２ａには駆動素子１４２ａが形成され、固定部１５０側から３番目に位置する駆動梁１３２ｃには駆動素子１４２ｃが形成され、固定部１５０側から５番目に位置する駆動梁１３２ｅには駆動素子１４２ｅが形成されている。しかし、固定部１５０側から２番目に位置する駆動梁１３２ｂ及び４番目に位置する駆動梁１３２ｄには駆動素子が形成されていない。

光偏向器１００Ｇでは、各々の駆動素子に電圧を印加しても各々の駆動梁は片側のみにしか反り変形することができないが、共振動作のためミラー部１１０を両側に振動させることができる。

このように、共振動作の場合、片側のみの変形を利用してもミラー部１１０を両側に動作させることが可能である。そのため、折り返し構造の固定部１５０側から奇数番目に配置された駆動梁のみに駆動素子が設け、片側のみの変形を利用してミラー部１１０を搖動させてもよい。この場合、駆動素子には１チャンネルのみの電圧を印加すればよいので、駆動ドライバは１チャンネル分のみを準備すればよく、光偏向器１００Ｇの駆動ドライバの低コスト化が可能となる。固定部１５０側から偶数番目に配置された駆動梁のみに駆動素子を形成する場合も、上記と同様の効果が得られる。

なお、接続部の曲げモードの共振周波数は、２番目及び４番目の駆動梁を変形させない方が高くなりやすい。そこで、図３１に示すように、光偏向器１００Ｇでは、駆動部１４０ｉの２番目及び４番目の駆動梁の裏面側の駆動梁支持層と、隣接する駆動梁同士を接続する連結部の裏面側の連結部支持層とを繋げて１本の連続した支持層１５１ｅを形成している。又、駆動部１４０ｊの２番目及び４番目の駆動梁の裏面側の駆動梁支持層と、隣接する駆動梁同士を接続する連結部の裏面側の連結部支持層とを繋げて１本の連続した支持層１５２ｅを形成している。支持層１５１ｅ及び１５２ｅは、例えば、シリコン支持層から形成される。

駆動梁の裏面と連結部の裏面に１本の連続した支持層１５１ｅ及び１５２ｅを設けることで、ミアンダ構造の接続部１３０ｇ及び１３０ｈのねじれ変形を抑制し、接続部１３０ｇ及び１３０ｈでの破壊を防止できる。その結果、破壊限界角の更なる増大と、それに伴うミラー部１１０の振幅の更なる増大を実現できる。又、ミラー部１１０の共振周波数を高くすることが可能である。なお、２本目及び４本目の駆動梁は変形に寄与しないため、駆動に寄与する他の駆動梁よりも幅を細くしておくと、小型化に有利である。

図３２は、支持層の効果を示すシミュレーション結果の一例である。図３２（ａ）～（ｃ）は、図３１に示す支持層１５１ｅ及び１５２ｅを設けた場合の主要３モードのシミュレーション結果である。

図３２（ａ）～（ｃ）のモードの横に記載されている数値は、それぞれのモードでの共振周波数である。図３２（ａ）～（ｃ）と図２７（ｄ）～（ｆ）とを比較すると、モード１～３の何れにおいても、図３１の構造の方が、図２６の構造よりも共振周波数が増加していることがわかる。なお、図３１では、ミラー部の裏面側にも支持層が形成されているが、ミラー部の裏面側に支持層が形成されていない場合も効果は同様であり、図３１の構造の方が図２６の構造よりも共振周波数が増加する。

なお、固定部１５０側から偶数番目に配置された駆動梁のみに駆動素子を形成する場合は、固定部１５０側から奇数番目に配置された駆動梁の部分に、駆動梁支持層を設ければよい。

以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記の各実施形態において、可動部を搖動させる駆動手段に圧電素子を用いた圧電駆動方式を用いる例を示したが、これには限定されず、例えば静電力を利用して駆動する静電駆動方式や、電磁力を利用して駆動する電磁駆動方式を用いてもよい。又、第４実施形態において、主走査方向に可動部を搖動させる駆動手段、副走査方向に可動部を搖動させる駆動手段として何れも同じ駆動方式を採用しているが、これらは互いに異なる駆動方式を採用してもよい。

１０ 光走査システム
１１ 駆動装置
１２ 光源装置
１３ 光偏向器
１４ 反射面
１５ 被走査面
２５ 光源装置ドライバ
２６ 光偏向器ドライバ
３０ 制御部
３１ 駆動信号出力部
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、２００ 光偏向器
１１０ ミラー部
１１１ ミラー部基体
１１２ 反射面
１２０ａ、１２０ｂ トーション梁
１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｇ、１３０ｈ、２３０ａ、２３０ｂ 接続部
１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ、１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ、１３２ｅ、２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ、２３１ｄ、２３１ｆ、２３１ｇ、２３１ｈ、２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ、２３２ｅ、２３２ｆ、２３２ｇ、２３２ｈ 駆動梁
１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ 連結部
１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ、１３５ｄ 固定端
１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｅ、１４０ｆ、２４０ａ、２４０ｂ 駆動部
１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ 駆動素子
１５０、２５０ 固定部
１５０ａ、１５０ｂ、１５１ｃ、１５２ｃ、 駆動梁支持層
１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅ、１５０ｆ 延伸部
１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、１５２ｂ 連結部支持層
１５１ｄ、１５１ｅ、１５２ｄ、１５２ｅ、 支持層
１６０、２６０ 電極接続部
２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ、２４１ｅ、２４１ｆ、２４１ｇ、２４１ｈ、２４２ａ、２４２ｂ、２４２ｃ、２４２ｄ、２４２ｅ、２４２ｆ、２４２ｇ、２４２ｈ 駆動素子
４００ 自動車
４０１ フロントガラス
４０２ 運転者
５００ ヘッドアップディスプレイ装置
５０１Ｂ、５０１Ｇ、５０１Ｒ レーザ光源
５０２、５０３、５０４ コリメータレンズ
５０５、５０６ ダイクロイックミラー
５０７ 光量調整部
５０９ 自由曲面ミラー
５１０ 中間スクリーン
５１１ 投射ミラー
５３０ 光源ユニット
６００ 光書込装置
６０１ 結像光学系
６０２ 走査光学系
６０２ａ 第一レンズ
６０２ｂ 第二レンズ
６０２ｃ 反射ミラー部
６５０ レーザプリンタ
７００ レーザレーダ装置
７０１ 自動車
７０２ 被対象物
７０３ コリメータレンズ
７０４ 平面ミラー
７０５ 投光レンズ
７０６ 集光レンズ
７０７ 撮像素子
７０８ 信号処理回路
７０９ 光検出器
７１０ 測距回路
８０１ パッケージ部材
８０２ 取付部材
８０３ 透過部材

特開２０１４－０６６８７６号公報

Claims (19)

1. 固定部と、
   反射面を有する可動部と、
   前記可動部を支持する一対の弾性支持部と、
   前記弾性支持部と前記固定部とを接続する一対の接続部と、
   前記接続部を変形させることにより前記可動部を揺動軸の周りに揺動させる駆動部と、を有し、
   前記接続部は前記固定部に対して片持ち支持され、
   前記接続部は、前記弾性支持部の中心軸に垂直な方向を長手方向とする複数の駆動梁と、
   隣り合う前記駆動梁同士を連結する連結部と、を有し、
   前記複数の駆動梁は、前記揺動軸と、前記固定部と前記接続部の接続位置を通る前記揺動軸と平行な直線と、に挟まれる範囲内に配置されることを特徴とする光偏向器。
2. 前記連結部は、前記駆動梁同士を折り返し構造となるよう連結することを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
3. 前記連結部には、連結部支持層が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光偏向器。
4. 前記複数の駆動梁のうち、前記固定部側から奇数番目に配置された駆動梁のみ、または前記固定部側から偶数番目に配置された駆動梁のみに、駆動素子が設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の光偏向器。
5. 前記駆動素子が設けられていない駆動梁には、駆動梁支持層が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の光偏向器。
6. 前記駆動梁支持層の幅が前記駆動梁の幅と略同一であることを特徴とする請求項５に記載の光偏向器。
7. 前記駆動梁支持層の幅が前記駆動梁の幅よりも狭いことを特徴とする請求項５に記載の光偏向器。
8. 前記連結部には、連結部支持層が設けられ、
   前記連結部支持層と、前記駆動梁支持層とは繋がっていることを特徴とする請求項５乃至７の何れか一項に記載の光偏向器。
9. 前記連結部には、連結部支持層が設けられ、
   前記連結部支持層と、前記駆動梁支持層とは繋がっていないことを特徴とする請求項５乃至７の何れか一項に記載の光偏向器。
10. 前記接続部は、
    前記弾性支持部と接続される第１の駆動梁と、
    一端が前記第１の駆動梁と接続され、他端が前記固定部と接続される第２の駆動梁と、
    一端が前記第１の駆動梁と接続され、他端が前記固定部と接続される第３の駆動梁と、を有し、
    前記第２の駆動梁の形状と前記第３の駆動梁の形状は、前記第１の駆動梁の長手方向と略平行な方向に対して線対称であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の光偏向器。
11. 前記接続部の一次の曲げ変形モードの共振周波数は、前記弾性支持部のねじり変形のモードによる前記可動部の共振を励起可能な周波数範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の光偏向器。
12. 前記接続部は、前記駆動部を複数備え、
    複数の前記駆動部のそれぞれには駆動素子が設けられ、
    前記固定部側から偶数番目に配置された前記駆動素子と、前記固定部側から奇数番目に配置された前記駆動素子は、互いに逆相で駆動することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光偏向器。
13. 前記固定部側から偶数番目に配置された前記駆動素子と、前記固定部側から奇数番目に配置された前記駆動素子に交互に電圧が印加されると、前記可動部が揺動することを特徴とする請求項１２に記載の光偏向器。
14. 前記固定部の外周側に設けられた第２固定部と、
    前記固定部と前記第２固定部とを接続する一対の第２接続部と、
    前記第２接続部を変形させる第２駆動部と、を有し、
    前記駆動部は、前記接続部を変形させることにより前記可動部を前記弾性支持部の中心軸周りに搖動させ、
    前記第２駆動部は、前記第２接続部を変形させることにより前記可動部を前記弾性支持部の中心軸と直交する軸回りに搖動させることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の光偏向器。
15. 前記弾性支持部の中心軸と平行な方向において、前記弾性支持部と前記接続部の接続位置は、前記固定部と前記接続部の接続位置よりも前記可動部から離れている
    ことを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の光偏向器。
16. 請求項１乃至１５の何れか一項に記載の光偏向器を有することを特徴とする光走査システム。
17. 請求項１乃至１５の何れか一項に記載の光偏向器を有することを特徴とする画像投影装置。
18. 請求項１６に記載の光走査システムを有することを特徴とする画像形成装置。
19. 請求項１乃至１５の何れか一項に記載の光偏向器を有することを特徴とするレーザレーダ。

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