(57)【要約】  本発明の光走査装置１は、主可動部１０と、主可動部１０の両端に互いに対向して配置され、主可動部１０を揺動可能に支持するねじれ変形可能な一対の主ねじり梁部２１，２２と、主可動部１０を揺動駆動する主駆動部３０と、を有し、主可動部１０が、光を反射する反射面１１ａを備えたミラー部１１と、ミラー部１１を挟んで互いに対向して配置され、それぞれが主可動部１０の揺動軸Ｘ−Ｘに沿って延びる一対の永久磁石１２，１３と、を有し、主駆動部３０が、主可動部１０の揺動軸Ｘ−Ｘに沿って永久磁石１２，１３を囲むように配置されたヨーク部３１，３２，３３と、ヨーク部３１，３２，３３に巻き付けられ、通電によってヨーク部３１，３２，３３を励磁して、永久磁石１２，１３に作用する磁場を発生させるコイル３４と、を有している。
2012070610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主可動部と、該主可動部の両端に互いに対向して配置され、該主可動部を揺動可能に支持するねじれ変形可能な一対の主ねじり梁部と、前記主可動部を揺動駆動する主駆動部と、を有する光走査装置であって、
前記主可動部が、
光を反射する反射面を備えたミラー部と、
前記ミラー部を挟んで互いに対向して配置され、それぞれが前記主可動部の揺動軸に沿って延びる一対の永久磁石と、
を有し、
前記主駆動部が、
前記主可動部の揺動軸に沿って前記永久磁石を囲むように配置されたヨーク部と、
前記ヨーク部に巻き付けられ、通電によって前記ヨーク部を励磁して、前記永久磁石に作用する磁場を発生させるコイルと、
を有する、光走査装置。
【請求項２】
前記永久磁石は、前記主可動部の揺動軸に対して実質的に回転対称に配置されているとともに、磁化方向が前記主可動部の揺動軸と実質的に直交するように配置されている、請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記ヨーク部が、前記主可動部の揺動軸を含む平面に対して実質的に対称に配置されている、請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記永久磁石は、磁化方向が前記平面と実質的に直交するように配置され、
前記ヨーク部が、前記永久磁石を挟んで互いに対向する２つの端部と、前記永久磁石の磁化方向と実質的に直交する方向で該永久磁石に対向する１つの端部と、を有し、
前記コイルが、通電によって前記２つの端部と前記１つの端部とに異なる磁極を形成するように、前記ヨーク部に巻き付けられている、請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記永久磁石は、磁化方向が前記平面と実質的に平行になるように配置され、
前記ヨーク部が、前記永久磁石を挟んで互いに対向する２つの端部を有し、
前記コイルが、通電によって前記２つの端部にそれぞれ異なる磁極を形成するように、前記ヨーク部に巻き付けられている、請求項３に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記ミラー部が、前記一対の主ねじり梁部を構成する材料の密度より小さい密度の材料で構成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記ミラー部が、前記主可動部の揺動軸に対して実質的に回転対称に配置されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記ミラー部は、前記反射面の周縁部がフランジ状に形成されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項９】
前記主可動部が、
前記ミラー部の両端に互いに対向して配置され、該ミラー部を揺動可能に支持するねじれ変形可能な一対の副ねじり梁部であって、該各副ねじり梁部が、前記主可動部の揺動軸と実質的に直交する方向に延びる、一対の副ねじり梁部と、
前記ミラー部を揺動駆動する副駆動部と、
を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記副駆動部が圧電材料を有する、請求項９に記載の光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミラーを揺動させることで光を走査する光走査装置は、デジタル複写機、レーザプリンタ、バーコードリーダ、スキャナ、プロジェクタなどで広く用いられている。この光走査装置として、近年の微細加工技術の発展に伴って、Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＭＳ）技術を応用した光走査装置が注目を集めている。【０００３】
ＭＥＭＳ技術による光走査装置では、半導体プロセスによるミラー機構の一体成形が可能であり、そのため、装置の小型化を実現できることが有利である。しかしながら、逆にミラーサイズ（チップサイズ）が大きくなると、コスト面で問題が生じる。つまり、１枚当たりのウエハは高価であり、そこから実際に取れるチップ数や歩留まりを考慮すると、１ｃｍ角以上のＭＥＭＳチップを低コストで製作することが困難となる。そのため、十分なミラーサイズが必要となる高解像度のプロジェクタでの使用にはあまり適していない。【０００４】
その一方で、ＭＥＭＳ技術による光走査装置には、次のような利点もある。すなわち、このような光走査装置では、両端を弾性材料からなる梁部で支持されたミラーが、その梁部を揺動軸として、静電力や電磁力などの駆動力によって揺動することで、光走査が行われている。そのため、モータによってポリゴンミラーやガルバノミラーを回転させるタイプの光走査装置とは異なり、モータなどの機械的な駆動機構が必要ない。その結果、構造が簡単になり、組立性も良好となる点で、低コスト化に寄与することができる。また、上述の光走査装置と比べて、ミラーの振れ角も比較的大きくすることができる。このことは、大画面表示可能なプロジェクタを実現する上で重要となる。【０００５】
そこで、ミラーサイズの大きな光走査装置に対して、ＭＥＭＳ技術による光走査装置の上述の利点を利用して、プロジェクタなどの画像表示装置において大画面表示および高解像度を実現することが求められている。【０００６】
ところで、ＭＥＭＳ技術による光走査装置では、多くの場合、ミラーの振れ角を大きくするために、構造体の共振周波数でミラーを駆動させる共振ミラーが用いられている。ミラーの共振周波数ｆｒは、
ｆｒ＝（２π）−１（ｋ／Ｉｍ）１／２      （１）
で与えられる。ここで、ｋはミラーを支持するねじり梁部のねじりばね定数、Ｉｍはミラーの慣性モーメントである。【０００７】
また、ミラーに加わる駆動力をＴとすると、ミラーの振れ角θは、
θ＝ＱＴ／ｋ      （２）
で与えられる。ここで、Ｑは系の品質係数であり、空気中および真空中での典型的な値は、それぞれ約１００および約１０００である。【０００８】
共振ミラーでは、多くの場合、共振周波数ｆｒとして数１０ｋＨｚ程度の高速な振動が要求され、それに応じて、ねじり梁部としては、ねじりばね定数ｋの大きなもの、すなわち固いねじり梁部が用いられる（式（１）参照）。その場合、式（２）によって与えられる共振ミラーの振れ角θは、ミラーの品質係数Ｑがねじりばね定数ｋによってキャンセルされるため、結果的に、駆動力Ｔに依存することになる。したがって、ミラーの振れ角θを大きくするためには、大きな駆動力が必要となる。【０００９】
一方、ある種の光走査装置では、ミラーが非共振駆動（ＤＣ駆動）で動作するように構成されている。この非共振ミラーの場合、ミラーの振れ角θは、
θ＝Ｔ／ｋ      （３）
で与えられる。ここで、Ｔおよびｋはそれぞれ同様に、ミラーに加わる駆動力およびねじりばね定数である。【００１０】
式（３）によれば、駆動力Ｔを増大させるか、ねじりばね定数ｋを小さくすることで、ある程度の振れ角θを確保することが可能となる。しかしながら、ねじりばね定数ｋを小さくすると、式（１）によって共振周波数ｆｒが低下することになる。その場合、共振周波数が非共振モードでの駆動周波数（通常６０Ｈｚ）と接近するため、ミラーの駆動波形に共振波形が重畳されてしまう。これを避けるためには、共振周波数ｆｒを約１ｋＨｚ以上に設定しておく必要があり、結果として、ねじりばね定数ｋをあまり小さくすることができない。したがって、非共振ミラーにおいても、ミラーの振れ角θを大きくするには、駆動力を大きく増大させることが必要となる。【００１１】
このように、共振型であるか非共振型であるかにかかわらず、光走査装置においてミラーの大きな振れ角を実現するには、大きな駆動力を確保することが重要となる。この点において、永久磁石とコイルによって駆動力を発生する磁気力型駆動装置を用いることが有利である。磁気力型駆動装置は、永久磁石とコイルの配置によって、以下の２つに分類される。【００１２】
（１）可動コイル（ＭＣ）型
例えば、特許文献１および２には、可動部にコイルが搭載されたＭＣ型の駆動装置が記載されている。可動部の周囲に複数の永久磁石が配置され、コイルに電流を流した時にコイルに働くローレンツ力を利用して、可動部が駆動されるようになっている。【００１３】
（２）可動磁石（ＭＭ）型
ＭＭ型の駆動装置としては、板状の可動部の板面に少なくとも１つの永久磁石が搭載されている構成が多く用いられている。この可動部の近傍にコイルが配置され、コイルに電流を流した時に発生する、永久磁石とコイルとの磁気的相互作用を利用して、可動部が駆動されるようになっている。【００１４】
このような駆動装置では、従来から、駆動力を効率良く発生させるための種々の提案がなされている。【００１５】
例えば、特許文献３には、可動板（可動部）の永久磁石が搭載された面と対向する位置に、可動板の偏向角に応じて傾斜して設置されたコイルを備えた駆動装置が開示されている。これにより、可動板が偏向した場合でも、十分な大きさの磁場が永久磁石に印加されるようになっている。【００１６】
一方、特許文献４には、磁化方向が水平方向となるようにミラープレート（可動部）の裏面に配置された永久磁石と、コイルが収められた固定ヨークとを備えた光スキャナが開示されている。永久磁石が固定ヨークの端部間に挟まれるように配置されていることで、固定ヨークを通じて永久磁石に印加される磁場を比較的大きくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００７−１４１３０号公報
【特許文献２】特開２００８−１２２９５５号公報
【特許文献３】特開２００５−１６９５５３号公報
【特許文献４】特開２００７−９４１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
プロジェクタなどの画像表示装置では、上述のように、ミラーサイズの大きな光走査装置を用いることが要求されている。したがって、そのための駆動装置には、これまで以上に大きな駆動力を発生することが求められる。【００１９】
上述のＭＣ型の駆動装置において発生する駆動力を増大させるためには、コイルに流す電流を大きくするか、コイルの巻き数を増やすことが考えられる。しかしながら、前者の場合、電流の増加は、コイルの発熱を引き起こし、コイルを搭載する光走査装置の光学性能の劣化を引き起こすことになる。また、後者の場合、コイルの巻き数は、コイルの線径とトレードオフの関係になるため、大きな駆動力を得ることは困難となる。すなわち、コイルの巻き数を稼ぐためにはコイルの線径を細くする必要があるが、その場合、発熱や断線を防ぐために、通電可能な電流の上限を低くせざるを得ない。一方、コイルの線径を太くすると通電可能な電流の上限は多少緩和されるが、巻き数自体が減少してしまう。したがって、ＭＣ型の駆動装置では、所望の駆動力を発生させることができないという問題がある。【００２０】
それに対して、特許文献３および４に記載のＭＭ型の駆動装置では、コイル設置場所の制約が少ないため、通電可能な電流の上限を高く設定することができる。また、ＭＣ型の駆動装置と比べて、コイルで発生する磁場をより大きくすることが可能となる。【００２１】
しかしながら、特許文献３に記載の駆動装置では、コイルが巻かれたボビンの先端間の間隔が長い。そのため、永久磁石に印加される磁場は空間的なばらつきが大きくなり、ミラーサイズの大きな光走査装置を駆動するには大きさ自体も十分ではない。また、特許文献４に記載の駆動装置では、ミラー下部に設けられた、永久磁石を支持する支柱が非磁性であるため、その部分は駆動力に寄与せず、十分な駆動力を発生させることが困難である。【００２２】
上述のＭＭ型の駆動装置においても、コイルに流す電流を大きくすることで十分な駆動力を発生させることが可能である。しかしながら、その場合には、消費電力が増大するため好ましくない。【００２３】
そこで、本発明の目的は、ミラーサイズの大きな光走査装置において、低消費電力を実現しながら、十分な駆動力を発生させることができる構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上述した目的を達成するために、本発明の光走査装置は、主可動部と、主可動部の両端に互いに対向して配置され、主可動部を揺動可能に支持するねじれ変形可能な一対の主ねじり梁部と、主可動部を揺動駆動する主駆動部と、を有している。主可動部は、光を反射する反射面を備えたミラー部と、ミラー部を挟んで互いに対向して配置され、それぞれが主可動部の揺動軸に沿って延びる一対の永久磁石と、を有し、主駆動部は、主可動部の揺動軸に沿って永久磁石を囲むように配置されたヨーク部と、ヨーク部に巻き付けられ、通電によってヨーク部を励磁して、永久磁石に作用する磁場を発生させるコイルと、を有している。
【発明の効果】
【００２５】
以上、本発明によれば、ミラーサイズの大きな光走査装置において、低消費電力を実現しながら、十分な駆動力を発生させることができる構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態における光走査装置の構成を示す概略平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【図１Ｃ】図１ＡのＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【図２】図１Ａから図１Ｃの光走査装置の可動ミラーを概略的に示す分解斜視図である。
【図３Ａ】図１Ｂの光走査装置において可動ミラーが揺動した状態を示す概略断面図である。
【図３Ｂ】図１Ｂの光走査装置において可動ミラーが揺動した状態を示す概略断面図である。
【図４】永久磁石の軸方向長さに対して、図１Ａから図１Ｃの可動ミラーの最大揺動角度の絶対値をプロットした図である。
【図５】本発明の光走査装置を備えた画像表示装置の構成例を示す図である。
【図６Ａ】本発明の第２の実施形態における光走査装置の構成を示す概略平面図である。
【図６Ｂ】図６ＡのＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【図６Ｃ】図６ＡのＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【図７Ａ】図６Ａから図６Ｃの光走査装置におけるミラー部の概略平面図である。
【図７Ｂ】図６Ａから図６Ｃの光走査装置におけるミラー部の概略断面図である。
【図７Ｃ】図６Ａから図６Ｃの光走査装置におけるミラー部の概略平面図である。
【図８】フランジ幅に対して、図６Ａから図６Ｃの可動ミラーの最大揺動角度の絶対値をプロットした図である。
【図９Ａ】本発明の第３の実施形態における光走査装置の構成を示す概略平面図である。
【図９Ｂ】図９ＡのＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【図９Ｃ】図９ＡのＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【図１０Ａ】図９Ｂの光走査装置において可動ミラーが揺動した状態を示す概略断面図である。
【図１０Ｂ】図９Ｂの光走査装置において可動ミラーが揺動した状態を示す概略断面図である。
【図１１】永久磁石の軸方向長さに対して、図９Ａから図９Ｃの可動ミラーの最大揺動角度の絶対値をプロットした図である。
【図１２】永久磁石の厚さに対して、図９Ａから図９Ｃの可動ミラーの最大揺動角度の絶対値をプロットした図である。
【図１３Ａ】本発明の第４の実施形態における光走査装置の構成を示す概略平面図である。
【図１３Ｂ】図１３ＡのＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【図１３Ｃ】図１３ＡのＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【図１４Ａ】本発明の第５の実施形態における光走査装置の構成を示す概略平面図である。
【図１４Ｂ】図１４ＡのＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【図１４Ｃ】図１４ＡのＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【図１５Ａ】本発明の第６の実施形態における光走査装置の構成を示す概略平面図である。
【図１５Ｂ】図１５ＡのＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【図１５Ｃ】図１５ＡのＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２８】
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態における光走査装置について説明する。本実施形態の光走査装置は、共振周波数で動作するように構成された共振型の光走査装置である。
【００２９】
図１Ａ〜図１Ｃは、本実施形態の光走査装置の構成を示す概略図である。図１Ａは、本実施形態の光走査装置を光の反射面側から見た概略平面図であり、図１Ｂおよび図１Ｃは、それぞれ図１ＡのＡ−Ａ’線およびＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【００３０】
本実施形態の光走査装置１は、光を走査させるための可動ミラー（主可動部）１０と、可動ミラー１０の両端に互いに対向して配置され、それぞれ可動ミラー１０に連結されたねじり変形可能な一対の主ねじり梁部２１，２２と、を有している。可動ミラー１０は、主ねじり梁部２１，２２を介して支持部４１，４２に連結され、したがって、主ねじり梁部２１，２２によって揺動可能に支持されている。さらに、光走査装置１は、可動ミラー１０を揺動駆動する主駆動部３０を有している。これにより、可動ミラー１０は、主駆動部３０によって駆動され、棒状の主ねじり梁部２１，２２が延びる方向を揺動軸Ｘ−Ｘとして揺動するようになっている。
【００３１】
可動ミラー１０は、光を反射する反射面１１ａを備えたミラー部１１と、ミラー部１１を挟んで互いに対向して配置された一対の永久磁石１２，１３と、ミラー部１１および一対の永久磁石１２，１３がそれぞれ嵌め込まれる可動枠部１４と、から構成されている。ミラー部１１と永久磁石１２，１３とは、可動枠部１４にそれぞれ嵌め込まれ、接着剤によって接着されている。図２は、本実施形態の可動ミラー１０と主ねじり梁部２１，２２の具体的な構成を示す斜視図であり、ミラー部１１と一対の永久磁石１２，１３とが可動枠部１４に嵌め込まれる前の可動ミラー１０を示している。
【００３２】
可動枠部１４は、適度な剛性および弾性を有する材料で主ねじり梁部２１，２２と一体成形され、主ねじり梁部２１，２２を介して支持部（図２には図示せず）に連結されている。可動枠部１４および主ねじり梁部２１，２２の材料として、本実施形態では、ステンレスやモリブデンなどの弾性を有する金属材料や、単結晶シリコンが好適に用いられる。
【００３３】
ミラー部１１は、図１Ａに示すように、楕円状に形成された反射面１１ａを有し、その短軸方向が可動ミラー１０の揺動軸Ｘ−Ｘと実質的に同軸になるように配置されている。すなわち、ミラー部１１は、可動ミラー１０の揺動軸Ｘ−Ｘに対して実質的に回転対称となるように配置されている。これにより、ミラー部１１の慣性モーメントを下げることができる。このことは、所定の共振周波数（ここでは４ｋＨｚ）を得るための主ねじり梁部２１，２２のねじりばね定数を下げることができ（式（１）参照）、その結果、同じ駆動力でもより大きな振れ角を実現できる点で有利である。
【００３４】
ミラー部１１の反射面１１ａには、使用する光に対して十分に高い反射率を有する材料で構成された、十分平坦な金属薄膜または誘電体多層膜からなる鏡面が形成されている。本実施形態では、このような鏡面を備えたミラー部１１が、上述したように、可動枠部１４と別体で形成され、可動枠部１４の開口部分に嵌め込まれるようになっている。このような構成は、可動ミラー１０の組立の容易性とミラー部１１自体の加工容易性とから低コスト化に寄与するだけでなく、可動枠部１４および主ねじり梁部２１，２２を構成する材料と異なる材料でミラー部１１を形成できる点でも有利である。すなわち、ミラー部１１を、可動枠部１４および主ねじり梁部２１，２２を構成する材料の密度より小さい密度の材料で形成することで、可動ミラー１０の慣性モーメントを下げることができる。
【００３５】
ミラー部１１の寸法は、一例として、反射面１１ａの長軸（ミラー幅）が６ｍｍ、短軸（ミラー長）が３ｍｍであり、厚さが０．３ｍｍである。また、このときの可動枠部１４の寸法は、一例として、ミラー部１１が嵌め込まれる楕円形部分の厚さが０．３ｍｍ、枠幅が０．７ｍｍである。
【００３６】
ミラー部は、可動枠部と別体で形成する代わりに、上述のような鏡面を板状の可動枠部に直接形成することで構成されていてもよい。
【００３７】
各永久磁石１２，１３は、ミラー部１１の両端で、可動ミラー１０の揺動軸Ｘ−Ｘに沿って延びるように配置されている。このとき、永久磁石１２，１３は、図１Ａから図２に示すように、可動ミラー１０の揺動軸Ｘ−Ｘに沿って延びる側面がそれぞれＮ極およびＳ極に着磁され、したがって、その磁化方向は、可動ミラー１０の揺動軸Ｘ−Ｘと実質的に直交している。本実施形態では、この磁化方向がミラー部１１の反射面１１ａと実質的に平行になるように、永久磁石１２，１３はミラー部１１に対して配置されている。このような永久磁石１２，１３とミラー部１１との配置に応じて、後述する主駆動部３０の構成が決定される。
【００３８】
慣性モーメントを下げるという観点から、ミラー部１１の場合と同様に、各永久磁石１２，１３は、可動ミラー１０の揺動軸Ｘ−Ｘに対して回転対称となるように配置されていることが好ましい。
【００３９】
主ねじり梁部２１，２２は、上述のように、可動枠部１４と一体成形され、可動ミラー１０を揺動可能に支持している。主ねじり梁部２１，２２の寸法は、可動ミラー１０の寸法に応じて決定される。すなわち、用いられるミラー部１１や永久磁石１２，１３などの寸法から求められた慣性モーメントを有する可動ミラー１０が所定の共振周波数で揺動するように、式（１）からねじりばね定数が決定され、それに応じて、主ねじり梁部２１，２２の寸法が決定される。
【００４０】
主駆動部３０は、図１Ｂに示すように、３つの部分から構成されたヨーク部３１，３２，３３を有し、それらは、可動ミラー１０の揺動軸Ｘ−Ｘに沿って永久磁石１２，１３を囲むように配置されている。
【００４１】
ヨーク部の３つの部分３１，３２，３３は、それぞれ永久磁石１２，１３に対向する端部を有している。第１および第２のヨーク３１，３２は、永久磁石１２，１３を挟んで互いに対向する第１および第２の端部３１ａ，３２ａを有している。第３のヨーク３３は、永久磁石１２，１３の磁化方向と実質的に直交する方向で永久磁石１２，１３に対向する第３の端部３３ａを有している。このように構成されたヨーク部３１，３２，３３が、可動ミラー１０の揺動軸Ｘ−Ｘを含み永久磁石１２，１３の磁化方向と実質的に直交する平面Ｙ−Ｙに対して対称に配置されている。ヨーク部３１，３２，３３の寸法は、一例として、第１および第３の端部３１ａ，３３ａ間のギャップと、第２および第３の端部３２ａ，３３ａ間のギャップとが、それぞれ１〜２ｍｍの範囲である。
【００４２】
さらに、主駆動部３０は、第１のヨーク３１に巻き付けられ、通電によってヨーク部３１，３２，３３を励磁して、可動ミラー１０の永久磁石１２，１３に作用する磁場を発生させるコイル３４を有している。本実施形態のコイル３４は、後で詳述するように、通電によって第１および第２の端部３１ａ，３２ａと第３の端部３３ａとに互いに異なる磁極を形成するように構成されている。コイル３４の巻き数は、一例として２００である。
【００４３】
第１および第３の端部３１ａ，３３ａ間のギャップと、第２および第３の端部３２ａ，３３ａ間のギャップとをそれぞれｇとし、コイル３４の巻き数および電流をそれぞれＮおよびＩとすると、各ギャップｇ間に発生する磁場Ｈの大きさは、概ねＨ＝ＮＩ／ｇで与えられる。例えば、コイルの巻き数Ｎが２００、電流Ｉが２００ｍＡ、ギャップｇが２ｍｍの場合、永久磁石１２，１３に作用する磁場Ｈは、２×１０４Ａ／ｍ（２５０Ｏｅ）となる。このような寸法や磁場の大きさは、現実的に設計可能な値である。
【００４４】
次に、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、本実施形態における可動ミラー１０の揺動動作について説明する。
【００４５】
図３Ａおよび図３Ｂは、本実施形態の可動ミラー１０の動作を説明するための光走査装置１の概略断面図であり、それぞれ図１Ｂに対応した図である。
【００４６】
主駆動部３０のコイル３４に通電すると、第１から第３のヨーク３１，３２，３３内に磁束が発生し、第１から第３の端部３１ａ，３２ａ，３３ａにそれぞれ磁極が形成される。そのとき、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１および第２の端部３１ａ，３２ａには同種の磁極が形成され、第３の端部３３ａにはそれと異なる磁極が形成される。その結果、第１の端部３１ａと第３の端部３３ａとの間、および第２の端部３２ａと第３の端部３３ａとの間に、それぞれ磁場が発生する。
【００４７】
コイル３４に所定方向の電流を流すと、図３Ａに示すように、第１および第２の端部３１ａ，３２ａにはＮ極が、第３の端部３３ａにはＳ極がそれぞれ発生する。それにより、第１および第２の端部３１ａ，３２ａからそれぞれ第３の端部３３ａの方向への磁場が発生する。この磁場が永久磁石１３に作用して、永久磁石１３のＳ極が第３の端部３３ａのＮ極と引き合うように、永久磁石１３（すなわち可動ミラー）を図で見て左側に傾ける。
【００４８】
一方、コイル３４に上記所定方向と反対方向の電流を流すと、図３Ｂに示すように、第１および第２の端部３１ａ，３２ａにはＳ極が、第３の端部３３ａにはＮ極がそれぞれ発生する。それにより、第３の端部３３ａからそれぞれ第１および第２の端部３１ａ，３２ａの方向への磁場が発生する。この磁場が永久磁石１３に作用して、永久磁石１３のＮ極が第１の端部３１ａのＳ極と引き合うように、永久磁石１３（すなわち可動ミラー）を図で見て右側に傾ける。
【００４９】
したがって、ある角度で入射する光を、例えば、一方では浅い角度で反射させ（図３Ａ参照）、他方では深い角度で反射させることが可能となる（図３Ｂ参照）。このようにして、コイル３４に流れる電流の方向および大きさを変化させることで、走査光の角度を任意に設定できることが可能となる。
【００５０】
ここで、本実施形態の永久磁石１２，１３の形状について、具体例を挙げて説明する。
【００５１】
図４に、図１Ａから図２に示す可動ミラー１０について、各永久磁石１２，１３の体積および厚さ（反射面１１ａに垂直な方向の長さ）を一定として、永久磁石１２，１３の軸方向長さ（可動ミラー１０の揺動軸Ｘ−Ｘに沿った長さ）を変化させたときの可動ミラー１０の揺動角度を計算した結果を示す。縦軸は、可動ミラー１０の最大揺動角度の絶対値である。ここで、可動ミラー１０の共振周波数は４ｋＨｚ、永久磁石１２，１３の体積および厚さは、それぞれ３．６ｍｍ３および０．３ｍｍとし、永久磁石１２，１３の磁化は１．３Ｔとした。また、永久磁石１２，１３に印加される磁場は１０４Ａ／ｍ、機械品質係数は５０とした。この大きさの磁場は、ギャップが１ｍｍの主駆動部３０に巻き付けられた、巻き数２００のコイル３４で生成可能（電流は５０ｍＡ）であり、機械品質係数も妥当な大きさである。
【００５２】
図４から、永久磁石１２，１３の軸方向長さが長くなるにつれて、可動ミラー１０の最大揺動角度が大きくなっていることがわかる。これは、軸方向長さに反比例して、永久磁石１２，１３の幅（反射面１１ａの長軸方向に沿った長さ）が短くなることで、永久磁石１２，１３の慣性モーメントが下がるためである。すなわち、この慣性モーメントの変化に応じて、所定の共振周波数（ここでは４ｋＨｚ）を得るための主ねじり梁部２１，２２のねじりばね定数を下げることができ（式（１）参照）、その結果、可動ミラー１０を大きく揺動させることが可能となる。これに伴って、主駆動部３０の軸方向の長さも長くなり、若干の体積増加とＤＣ抵抗の増加が発生するが、それは大きな問題とはならない。
【００５３】
永久磁石の軸方向の長さが長すぎる場合、デバイスの形状としては適当でないため、本実施形態では、永久磁石１２，１３は、軸方向に長い扁平な直方体であることが好ましい。永久磁石１２，１３の寸法は、一例として、軸方向の長さが６ｍｍ、幅が２ｍｍ、厚さが０．３ｍｍである。
【００５４】
次に、可動ミラー１０の揺動角度（回転角度）について、具体例を挙げて説明する。
【００５５】
図３Ａおよび図３Ｂにおいて、可動ミラー１０の静止位置（図１Ｂ参照）からの揺動角度θ（ｔ）は、以下の運動方程式によって導かれる。
【００５６】
Ｉ（ｄ２／ｄｔ２）θ（ｔ）＋ｋθθ（ｔ）＋ｂ（ｄ／ｄｔ）θ（ｔ）
−ＭＨ（ｔ）ｃｏｓ（θ０−θ（ｔ））＝０      （４）
Ｉ：可動ミラー１０の慣性モーメント
Ｈ（ｔ）：永久磁石１２，１３の位置での印加磁場
Ｍ：可動ミラー１０の磁気モーメント（水平方向左向き）
ｋθ：主ねじり梁部２１，２２のねじりばね定数
ｂ：ダンピング係数
θ０：鉛直方向に対する印加磁場Ｈ（ｔ）の傾斜角度
θ（ｔ）およびθ０は、図３Ａおよび図３Ｂで見て時計回りの方向を正とし、印加磁場Ｈ（ｔ）の大きさは、簡単のため一様とする。また、可動ミラー１０の慣性モーメントＩは、鏡面を形成する材料を含むミラー部１１と永久磁石１２，１３の慣性モーメントとする。
【００５７】
式（４）で示す運動方程式の解は、Ｈ（ｔ）＝Ｈ０ｓｉｎ（ωｔ）、θ０＝０として、θ（ｔ）が１０°以下である場合を仮定すると、近似的に、
θ（ｔ）＝（ＱＭＨ０／ｋθ）ｓｉｎ（ωｔ＋φ）      （５）
で与えられる。ここで、ωおよびφは、それぞれコイル３４に流れる交流電流の角周波数および位相のずれである。また、Ｑは系の機械品質係数であり、通常空気中で数１０〜１００程度である。
【００５８】
可動ミラー１０の共振周波数ｆｒを４ｋＨｚ、永久磁石１２，１３としてネオジム磁石を用い、その寸法を２×６×０．３ｍｍ３、印加磁場Ｈ０を２×１０４Ａ／ｍとすると、機械品質係数Ｑが５０の場合、可動ミラー１０の揺動角度は最大で±７°となる。これにより、±１４°の範囲に光を走査することが可能となる。
【００５９】
本実施形態では、このような可動ミラー１０の揺動角度を得るために、必要となる印加磁場の大きさが２×１０４Ａ／ｍ程度であるため、コイル３４に流す電流も比較的少なくて済み、その結果、消費電力も小さくなる。また、所定の周波数（例えば４ｋＨｚ）を有する交流電流がコイル３４に流れた場合、コイル３４の配線抵抗（例えば１Ω）以外に、コイル３４のインダクタンスに応じたインピーダンスが発生することになる。そのような場合でも、電流回路にコンデンサを直列に挿入して、ＬＣＲ共振回路を構成することで、電流回路のインピーダンスを配線抵抗程度に下げることができ、消費電力を低減させることができる。
【００６０】
以上のように、本実施形態によれば、ミラー部の両端に、可動ミラーの揺動軸に沿って一対の永久磁石を配置することで、コイルが巻き付けられたヨークを永久磁石を囲むように配置することができる。これにより、磁極が形成されるヨーク端部と永久磁石との間隔だけでなく、ヨーク端部間の間隔をも狭くすることが可能となる。しかも、このヨーク端部と永久磁石との間隔は、永久磁石が可動ミラーの揺動軸に沿って配置されているため、可動ミラーが大きく揺動した場合でも、狭い間隔を維持することができる。そのため、可動ミラーの揺動状態にかかわらず、ヨーク端部間に発生する磁場と永久磁石との相互作用を増大させることが可能となる。その結果、比較的小さな電流でも、十分に大きな駆動力を発生させることができ、それにより、可動ミラーの大きな振れ角を得ることで、広範囲な光走査が可能となる。
【００６１】
ここで、本実施形態の光走査装置が組み込まれる画像表示装置の構成および動作について説明する。
【００６２】
図５に、本実施形態の光走査装置を備えた画像表示装置の一構成例を示す。
【００６３】
画像表示装置は、外部から供給される映像信号に応じて変調された各色の光束を生成する光束生成装置Ｐ１と、光束生成装置Ｐ１で生成された各光束を平行光化するためのコリメート光学系Ｐ２と、平行光化された各光束を合成するための合成光学系Ｐ３と、を有している。また、画像表示装置は、合成光学系Ｐ３で合成された光束を画像表示するために水平方向に走査する水平走査部Ｐ４と、水平走査部Ｐ４で水平方向に走査された光束を垂直方向に走査する垂直走査部Ｐ５と、水平方向と垂直方向走査された光束をスクリーン上に出射するための光学系（図示せず）と、を備えている。本実施形態の光走査装置は、水平走査部Ｐ４の走査ミラーＰ４１として画像表示装置に組み込まれる。
【００６４】
光束生成装置Ｐ１は、映像信号が入力され、その入力信号に基づいて画像を構成するための要素となる信号を発生させるとともに、水平走査部で使用される水平同期信号と、垂直走査部で使用される垂直同期信号とをそれぞれ出力する信号処理回路を有している。この信号処理回路において、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各映像信号が生成される。
【００６５】
さらに光束生成装置Ｐ１は、信号処理回路から出力される３つの映像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）をそれぞれ光束にするための光源部Ｐ１１を有している。光源部Ｐ１１は、映像信号の各色に対して、光束を発生させるレーザＰ１２と、それを駆動するためのレーザ駆動系Ｐ１３と、を有している。各レーザとしては、半導体レーザあるいは高調波発生機構（ＳＨＧ）付き固体レーザが好適に用いられる。
【００６６】
光束生成装置Ｐ１の各レーザＰ１２から出射した各色の光束は、コリメート光学系Ｐ２によってそれぞれ平行光化された後、合成光学系Ｐ３の各色に対応するダイクロイックミラーに入射される。これらの３つのダイクロイックミラーに入射した各色の光束は、波長選択的に反射または透過して合成され、水平走査部Ｐ４に出力される。
【００６７】
水平走査部Ｐ４および垂直走査部Ｐ５では、水平操作部Ｐ４に入射した光束を、走査ミラーＰ４１，Ｐ５１を水平方向および垂直方向に走査することで、画像として投影する。それぞれの走査ミラーＰ４１，Ｐ５１は、信号処理回路から出力され、走査同期回路を通じて入力される同期信号に基づいて、走査駆動回路によって駆動される。
【００６８】
［第２の実施形態］
図６Ａから図６Ｃは、本発明の第２の実施形態における光走査装置の構成を示す概略図である。図６Ａは、本実施形態の光走査装置を光の反射面側から見た概略平面図であり、図１Ａに対応する図である。図６Ｂおよび図６Ｃは、それぞれ図６ＡのＡ−Ａ’線およびＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【００６９】
本実施形態は、第１の実施形態に対して、ミラー部（とそれに伴う可動枠部）の構成を変更した変形例である。具体的には、第１の実施形態におけるミラー部１１は、図１Ｃに示すように、反射面１１ａに垂直な断面が矩形であるのに対して、本実施形態のミラー部１１１には、図６Ｃに示すように、反射面１１１ａの外周部分にフランジ部１１１ｂが設けられている。また、これに応じて、可動枠部１１４の、ミラー部１１１が嵌め込まれる楕円形部分の大きさが変更されている。これら以外の構成については、第１の実施形態と同様であり、動作方法についても、第１の実施形態と同様である。本実施形態を含め、以下に示す各実施形態において、第１の実施形態と同じ部材については各図面に同じ符号を付し、説明は省略する。
【００７０】
図７Ａから図７Ｃは、本実施形態のミラー部１１１を示す概略図である。図７Ａおよび図７Ｃは、ミラー部１１１を上方および下方から見た概略平面図であり、図７Ａが反射面１１１ａ側を示している。また、図７Ｂは、図６Ｃと同様の概略断面図である。
【００７１】
本実施形態のミラー部１１１は、上述のように、反射面１１１ａの外周部分に設けられたフランジ部１１１ｂを有している。フランジ部１１１ｂは、ガラスで通常行われるエッチング処理で形成することができ、ミラー部１１１が可動枠部１１４に嵌め込まれる際に可動枠部１１４の楕円形部分と係合するようになっている。ミラー部１１１の固定は、可動枠部１１４の楕円形部分にフランジ部１１１ｂが接着剤によって接着されることで行われている。可動枠部１１４の材料としては、第１の実施形態と同様に、ステンレスやモリブデンなどの弾性を有する金属材料や、単結晶シリコンを用いることができるが、本実施形態ではモリブデンが好適に用いられる。
【００７２】
図８は、反射面１１１ａの大きさ（ミラー長およびミラー幅）を一定として、フランジ部１１１ｂの幅（フランジ幅）を変化させたたときの、可動ミラー１１０の揺動角度を計算した結果である。縦軸は、可動ミラー１１０の最大揺動角度の絶対値である。ここで、ミラー部１１１のミラー長を３ｍｍ、ミラー幅を６ｍｍとし、フランジ部１１１ｂの厚さを０．０５ｍｍ、フランジ部１１１ｂが形成されていない部分のミラー部１１１の厚さを０．３ｍｍとした。したがって、フランジ幅が０ｍｍの場合は、第１の実施形態の場合に相当する。計算は、図４の計算の場合と同様の条件で行い、永久磁石１２，１３の軸方向の長さは６ｍｍ、幅は２ｍｍ、厚さは０．３ｍｍとした。
【００７３】
図８から、フランジ幅が大きくなるにつれて、可動ミラー１１０の最大揺動角度は大きくなっているのがわかる。例えば、フランジ幅が０．８ｍｍの場合、可動ミラー１１０の最大揺動角度は、０ｍｍの場合（第１の実施形態）と比べて約２倍の、±１４°（走査角±２８°）に達する。このことから、フランジ幅はできるだけ大きいことが好ましい。ただし、フランジ幅が広くなると、反射面の強度が下がることでたわみなどが誘発されるため、実用的には、走査光で要求される光学特性に従って選択されればよい。
【００７４】
このように、本実施形態では、フランジ部１１１ｂが形成されていることで、反射面１１１ａの大きさを第１の実施形態と同じにしながら、第１の実施形態と比べて、ミラー部１１１と可動枠部１１４の慣性モーメントを低減させることができる。それにより、所定の共振周波数を得るための主ねじり梁部２１，２２のねじりばね定数を下げることができ、可動ミラーの揺動角度をより大きくすることが可能となる。
【００７５】
［第３の実施形態］
図９Ａから図９Ｃは、本発明の第３の実施形態における光走査装置の構成を示す概略図である。図９Ａは、本実施形態の光走査装置を光の反射面側から見た概略平面図であり、図１Ａに対応する図である。図９Ｂおよび図９Ｃは、それぞれ図９ＡのＡ−Ａ’線およびＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【００７６】
本実施形態は、第１の実施形態に対して、永久磁石と主駆動部との構成を変更した変形例である。具体的には、本実施形態における永久磁石の磁化方向が、第１の実施形態での磁化方向に対して、可動ミラーの揺動軸を中心として９０°回転しており、それに応じて、永久磁石（とそれに伴う可動枠部）の形状とヨーク部の構成が変更されている。これら以外の構成については、第１の実施形態と同様であるが、可動枠部の材料としては、第２の実施形態と同様に、モリブデンが好適に用いられる。
【００７７】
本実施形態の永久磁石２１２，２１３は、図９Ｂに示すように、その磁化方向がミラー部１１の反射面１１ａと実質的に直交するように配置されており、すなわち、平面Ｙ−Ｙと実質的に平行になるように配置されている。これに応じて、主駆動部２３０では、第１および第２のヨーク２３１，２３２のみが永久磁石２１２，２１３を挟んで互いに対向する端部２３１ａ，２３２ａをそれぞれ有している。また、コイル２３４は、これら第１および第２のヨーク２３１，２３２にそれぞれ巻き付けられ、後述するように、通電によって第１の端部２３１ａと第２の端部２３２ａとに互いに異なる磁極を形成するように構成されている。コイル２３４の巻き数は、一例として２００である。本実施形態においても、第１から第３のヨーク２３１，２３２，２３３は、可動ミラー２１０の揺動軸Ｘ−Ｘを含む平面Ｙ−Ｙに対して対称に配置されている。
【００７８】
次に、図１０Ａから図１０Ｃを参照して、本実施形態における可動ミラー２１０の揺動動作について説明する。
【００７９】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、本実施形態の可動ミラー２１０の動作を説明するための光走査装置２０１の概略断面図であり、それぞれ図９Ｂに対応した図である。
【００８０】
主駆動部２３０のコイル２３４に通電すると、第１から第３のヨーク２３１，２３２，２３３内に磁束が発生し、第１および第２の端部２３１ａ，２３２ａには、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、それぞれ異なる磁極が形成される。その結果、それらの端部２３１ａ，２３２ａ間に磁場が発生する。
【００８１】
コイル２３４に所定方向の電流を流すと、図１０Ａに示すように、第１の端部２３１ａにはＳ極が、第２の端部２３２ａにはＮ極がそれぞれ発生する。それにより、第２の端部２３２ａから第１の端部２３１ａの方向への磁場が発生する。この磁場が永久磁石２１３に作用して、永久磁石２１３のＮ極が第１の端部２３１ａのＳ極と引き合うように、永久磁石２１３（すなわち可動ミラー）を図で見て左側に傾ける。
【００８２】
一方、コイル２３４に上記所定方向と反対方向の電流を流すと、図１０Ｂに示すように、第１の端部２３１ａにはＮ極が、第２の端部２３２ａにはＳ極がそれぞれ発生する。それにより、第１の端部２３１ａから第２の端部２３２ａの方向への磁場が発生する。この磁場が永久磁石２１３に作用して、永久磁石２１３のＮ極が第２の端部２３２ａのＳ極と引き合うように、永久磁石２１３（すなわち可動ミラー）を図で見て右側に傾ける。
【００８３】
したがって、ある角度で入射する光を、例えば、一方では浅い角度で反射させ（図１０Ａ参照）、他方では深い角度で反射させることが可能となる（図１０Ｂ参照）。このようにして、コイル２３４に流れる電流の方向および大きさを変化させることで、走査光の角度を任意に設定できることが可能となる。
【００８４】
ここで、本実施形態の永久磁石２１２，２１３の形状について、具体例を挙げて説明する。
【００８５】
図１１は、図９Ａから図９Ｃに示す可動ミラー２１０について、各永久磁石２１２，２１３の体積を一定として、永久磁石２１２，２１３の異なる厚さに対して、永久磁石２１２，２１３の軸方向長さを変化させたときの可動ミラー２１０の揺動角度を計算した結果である。図には、永久磁石２１２，２１３の厚さｔが、それぞれｔ＝０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、および１．０ｍｍの場合が示されており、縦軸は、可動ミラー２１０の最大揺動角度の絶対値である。ここで、可動ミラー２１０の共振周波数（４ｋＨｚ）や、永久磁石２１３，２１３の体積（３．６ｍｍ３）など、計算の条件は、図４の計算の場合と同様とした。
【００８６】
図１１から、永久磁石２１２，２１３の軸方向長さが所定の長さ以下では、永久磁石２１２，２１３の厚さが厚くなることで、可動ミラー２１０の最大揺動角度が大きく増加していることがわかる。これは、永久磁石２１２，２１３において、軸方向長さを一定とした場合、体積一定（したがって駆動力一定）の下では、厚さに反比例して幅が短くなることで、慣性モーメントが下がるためである。すなわち、この慣性モーメントの変化に応じて、所定の共振周波数（ここでは４ｋＨｚ）を得るための主ねじり梁部２１，２２のねじりばね定数を下げることができ（式（１）参照）、その結果、可動ミラー２１０を大きく揺動させることが可能となる。
【００８７】
図１２は、図１１と同様の計算結果を、永久磁石２１２，２１３の厚さに対してプロットしたものであり、永久磁石２１２，２１３の軸方向長さが６ｍｍの場合の計算結果を示している。
【００８８】
可動ミラー２１０の最大揺動角度は、永久磁石２１２，２１３の厚さが０．８ｍｍ付近で最大値を示している。このときの角度（約９°）は、厚さが０．３ｍｍの場合と比べて、約２０％大きくなっている。このことは、この付近で永久磁石２１２，２１３の慣性モーメントが最も小さくなることを示している。したがって、上述のような条件では、永久磁石２１２，２１３の厚さは０．７〜０．９ｍｍの範囲にあることが好ましい。
【００８９】
［第４の実施形態］
図１３Ａから図１３Ｃは、本発明の第４の実施形態における光走査装置の構成を示す概略図である。図１３Ａは、本実施形態の光走査装置を光の反射面側から見た概略平面図であり、図１Ａに対応する図である。図１３Ｂおよび図１３Ｃは、それぞれ図１３ＡのＡ−Ａ’線およびＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【００９０】
本実施形態は、第１の実施形態に対して第２の実施形態で行った構成の変更を、第３の実施形態に対して行った変形例である。すなわち、第３の実施形態（つまり第１の実施形態）のミラー部１１を、第２の実施形態の、フランジ部１１１ｂを備えたミラー部１１１に置き換えた実施形態である。それに伴い、可動枠部３１４の、ミラー部１１１が嵌め込まれる楕円形部分の大きさも、第３の実施形態に対して変更されている。しかしながら、これら以外の構成については、第３の実施形態と同様であり、動作方法についても、第３の実施形態と同様である。
【００９１】
また、本実施形態によって得られる効果も、第２の実施形態と同様である。すなわち、本実施形態においてフランジ幅を０．８ｍｍとすると、可動ミラー３１０の最大揺動角度は、０ｍｍの場合（第３の実施形態）と比べて約２倍となる。例えば、永久磁石２１２，２１３の厚さが（慣性モーメントが最も小さくなる）０．８ｍｍの場合、第３の実施形態では、可動ミラー３１０の最大揺動角度は、上述のように±９°であるが、本実施形態では、約２倍の±１８°（走査角±３６°）に達することになる。
【００９２】
［第５の実施形態］
図１４Ａから図１４Ｃは、本発明の第５の実施形態における光走査装置の構成を示す概略図である。図１４Ａは、本実施形態の光走査装置を光の反射面側から見た概略平面図であり、図１Ａに対応する図である。図１４Ｂおよび図１４Ｃは、それぞれ図１４ＡのＡ−Ａ’線およびＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【００９３】
本実施形態は、外形的には、第４の実施形態のミラー部（とそれに伴う可動枠部）の形状を楕円形から矩形に変更した変更例である。しかしながら、本実施形態の光走査装置４０１は、上述した実施形態とは異なり、非共振周波数で動作するように構成された非共振型の光走査装置であり、図５に示す画像表示装置の垂直走査部Ｐ５の走査ミラーＰ５１として用いられる。そのために、ミラー部４１１の反射面４１１ａが矩形状に形成されている。ミラー部４１１の寸法は、一例として、反射面４１１ａの短辺（ミラー幅）が４ｍｍ、長辺（ミラー長）が８ｍｍであり、厚さが０．３ｍｍである。
【００９４】
本実施形態の光走査装置４０１は、上述のように、非共振駆動（ＤＣ駆動、駆動周波数６０Ｈｚ）で動作することが要求されるため、ローパスフィルタで効果的に共振モードを排除する必要がある。そのため、本実施形態の可動ミラー４１０は、共振周波数が１ｋＨｚ程度となるように構成されていることが望ましい。可動枠部４１４の材料としては、モリブデンが好適に用いられる。永久磁石２１２，２１３の寸法は、一例として、軸方向長さが５ｍｍ、幅が１ｍｍ、厚さが０．５ｍｍである。このとき、永久磁石２１２，２１３の磁化、および永久磁石２１２，２１３に作用する磁場の大きさを上述の実施形態と同様と仮定し、機械品質係数が１の場合の可動ミラー４１０の最大揺動角度を計算すると、フランジ幅が０．８ｍｍでは、±１３．５°に達する。これは、フランジ幅が０ｍｍの場合の最大揺動角度（±３．３°）の約４倍以上である。
【００９５】
［第６の実施形態］
図１５Ａから図１５Ｃは、本発明の第６の実施形態における光走査装置の構成を示す概略図である。図１５Ａは、本実施形態の光走査装置を光の反射面側から見た概略平面図であり、図１Ａに対応する図である。図１５Ｂおよび図１５Ｃは、それぞれ図１５ＡのＡ−Ａ’線およびＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図である。
【００９６】
本実施形態の光走査装置５０１は、２軸型の光走査装置である。すなわち、可動ミラー５１０全体は、第５の実施形態と同様に、主ねじり梁部２１，２２を揺動軸Ｘ−Ｘとして非共振モードで揺動するようになっている。それに対して、ミラー部５１１が、可動ミラー５１０に対して、揺動軸Ｘ−Ｘと実質的に直交する方向に延びる軸Ｚ−Ｚを揺動軸として共振モードで揺動するようになっている。したがって、本実施形態では、ミラー部５１１を２次元的に揺動させることができ、光を２次元的に走査することが可能となる。可動ミラー５１０全体を非共振モードで揺動させる構成は、永久磁石の厚さ（とそれに伴うヨーク部のギャップ間の距離）を除いて、第５の実施形態と同様である。
【００９７】
本実施形態の可動ミラー５１０は、２つの永久磁石２１２，２１３の間に、ミラー部５１１を共振モードで揺動させる構成を有している。具体的には、可動ミラー５１０は、ミラー部５１１の両端に互いに対向して配置され、ミラー部５１１を揺動可能に支持するねじれ変形可能な一対の副ねじり梁部５１５，５１６と、ミラー部５１１を揺動駆動する副駆動部５１７と、を有している。副ねじり梁部５１５，５１６は、可動ミラー５１０の揺動軸Ｘ−Ｘと実質的に直交する方向に延びている。この方向を揺動軸Ｚ−Ｚとして、ミラー部５１１は、副駆動部５１７によって駆動されて揺動するようになっている。
【００９８】
副駆動部５１７は、圧電材料（圧電素子）からなる圧電層５１７ａと、電極パットとしてＡｌ薄膜またはＰｔ等の他の材料で形成された、下部電極および上部電極５１７ｂ，５１７ｃと、を有している。下部電極５１７ｂと圧電層５１７ａと上部電極５１７ｃとは、図１５Ｃに示すように、可動枠部５１４上にこの順で積層されている。
【００９９】
副駆動部５１７は、図１５Ａに示すように、揺動軸Ｚ−Ｚを挟んで２つずつ、合計４つ設けられている。揺動軸Ｚ−Ｚに対して（図１５Ａで見て）右側の２つの副駆動部５１７は、配線によって、支持部４１上に設けられた電圧印加手段５１８ａに接続されている。こうして、それぞれの圧電層５１７ａに同一の電圧Ｖ１が印加されるようになっている。揺動軸Ｚ−Ｚに対して（図１４Ａで見て）左側の２つの副駆動部５１７は、配線によって、支持部４２上に設けられた電圧印加手段５１８ｂに接続されている。こうして、それぞれの圧電層５１７ａに同一の電圧Ｖ２が印加されるようになっている。このとき、電圧Ｖ１，Ｖ２を相補的な電圧とすることで、ミラー部５１１を共振モードで効率的に駆動することが可能となる。
【０１００】
ミラー部５１１、一対の副ねじり梁部５１５，５１６、可動枠部５１４、および支持部４１，４２は、微細加工が可能で適度な剛性を有する材料（単結晶シリコンやバネ鋼、モリブデンなど）で一体成形されている。本実施形態では、下部電極５１７ｂと可動枠部５１４とを物理的と同時に電気的に接続して、下部電極５１７ｂに接地電圧（ＧＮＤ）を与えることを容易にするために、これらの部材は、金属材料から形成されていることが好ましい。また、ミラー部５１１および一対の副ねじり梁部５１５，５１６の寸法は、所望の共振周波数が得られるように設計されている。ミラー部５１１の反射面としては、使用する光に対して十分な反射率を有する金属薄膜等の鏡面が形成されている。
【０１０１】
本実施形態では、ミラー部５１１を揺動駆動するための駆動力として、圧電材料（圧電素子）の変形力を用いていたが、電磁力や静電力を用いることもできる。
【０１０２】
以上、実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【０１０３】
この出願は、２０１０年１１月２４曰に出願された日本出願特願２０１０−２６１０８７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１０４】
１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１  光走査装置
１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０  可動ミラー
１１，１１１，４１１，５１１  ミラー部
１１ａ，１１１ａ，４１１ａ  反射面
１２，１３，２１２，２１３  永久磁石
１４，１１４，２１４，３１４，４１４，５１４  可動枠部
２１，２２  主ねじり梁部
３０，２３０  主駆動部
３１，２３１  第１のヨーク
３１ａ，２３１ａ  第１の端部
３２，２３２  第２のヨーク
３２ａ，２３２ａ  第２の端部
３３，２３３  第３のヨーク
３３ａ  第３の端部
３４，２３４  コイル
４１，４２  支持部
１１１ｂ  フランジ部
５１５，５１６  副ねじり梁部
５１７  副駆動部
５１７ａ  圧電層
５１７ｂ  下部電極
５１７ｃ  上部電極
５１８ａ，５１８ｂ  電圧印加手段
【図１Ａ】
2012070610.tif 000003
【図１Ｂ】
2012070610.tif 000004
【図１Ｃ】
2012070610.tif 000005
【図２】
2012070610.tif 000006
【図３Ａ】
2012070610.tif 000007
【図３Ｂ】
2012070610.tif 000008
【図４】
2012070610.tif 000009
【図５】
2012070610.tif 000010
【図６Ａ】
2012070610.tif 000011
【図６Ｂ】
2012070610.tif 000012
【図６Ｃ】
2012070610.tif 000013
【図７Ａ】
2012070610.tif 000014
【図７Ｂ】
2012070610.tif 000015
【図７Ｃ】
2012070610.tif 000016
【図８】
2012070610.tif 000017
【図９Ａ】
2012070610.tif 000018
【図９Ｂ】
2012070610.tif 000019
【図９Ｃ】
2012070610.tif 000020
【図１０Ａ】
2012070610.tif 000021
【図１０Ｂ】
2012070610.tif 000022
【図１１】
2012070610.tif 000023
【図１２】
2012070610.tif 000024
【図１３Ａ】
2012070610.tif 000025
【図１３Ｂ】
2012070610.tif 000026
【図１３Ｃ】
2012070610.tif 000027
【図１４Ａ】
2012070610.tif 000028
【図１４Ｂ】
2012070610.tif 000029
【図１４Ｃ】
2012070610.tif 000030
【図１５Ａ】
2012070610.tif 000031
【図１５Ｂ】
2012070610.tif 000032
【図１５Ｃ】
2012070610.tif 000033
【国際調査報告】
2012070610.tif 000034
2012070610.tif 000035
2012070610.tif 000036
2012070610.tif 000037