(57)【要約】【課題】応力集中を緩和することが可能な光スキャナ及びこの光スキャナを備えた画像表示装置を提供すること。【解決手段】第２弾性梁１２２が、拡幅部１２２ａ狭幅部１２２ｂとを有する。そして、拡幅部１２２ａと狭幅部１２２ｂとの境界には、応力が集中する。拡幅部１２２ａに設けられる錘１２４は、揺動軸線ＡＲ１に対して狭幅部１２２ｂよりも外側に離間し、且つ拡幅部１２２ａの長手方向における中間位置よりも反射ミラー１１０側に近い位置に固定される。この錘１２４は、反射ミラー１１０及びミラー支持梁１２０が揺動駆動される際に拡幅部１２２ａにトルクを与えることにより、拡幅部１２２ａの変形量を増加させる役割を果たす。拡幅部１２２ａの変形量が増加した結果、狭幅部１２２ｂの変形量は減少し、結果として拡幅部１２２ａと狭幅部１２２ｂとの境界における応力集中が緩和される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動軸線の周りに揺動され、入射した光を所定方向に走査する反射ミラーと、
揺動軸線に対して対称な一対の梁部を含み、その一端が前記反射ミラーに連結された支持梁と、
前記一対の梁部を介して前記支持梁の他端に連結される外枠部と、
前記反射ミラー及び前記支持梁を揺動駆動させるための駆動部とを備え、
前記一対の梁部は、
前記外枠部と前記一対の梁部との連結位置を起点として、前記外枠部の厚み方向及び前記一対の梁部の長手方向の両方向と直交する方向に拡幅される拡幅部と、
前記拡幅部よりも前記反射ミラー側に位置し、前記拡幅部よりも幅が狭い狭幅部と、
前記拡幅部の外周であって、揺動軸線に対して前記狭幅部よりも外側に離間し、且つ前記拡幅部の長手方向における中間位置よりも前記反射ミラー側に近い位置に、揺動軸線に対して対称になるように固定される錘とを有する、
ことを特徴とする光スキャナ。
【請求項２】
前記錘は、前記外枠部に対して、前記一対の梁部の長手方向に最も離間される位置に固定される、
ことを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
【請求項３】
前記一対の梁部は、揺動軸線に沿って設けられ、
前記錘は、前記狭幅部に対して、前記外枠部の厚み方向及び前記一対の梁部の長手方向の両方向と直交する方向に最も離間される位置に設けられる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光スキャナ。
【請求項４】
光を走査して画像を形成するための、請求項１〜３の何れか１項に記載の光スキャナと、
その光スキャナに光を供給するための光源と、
前記光スキャナによって走査された光を使用者の目に導く接眼光学系とを備える、
ことを特徴する画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザープリンタや画像表示装置に用いられる光スキャナ、特にＭＥＭＳミラーを有する光スキャナ及びこの光スキャナを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザープリンタや光を走査して画像を表示する画像表示装置等には、光スキャナが利用されてきた。一般に、この光スキャナとしては、ポリゴンミラーを用いるものやガルバノミラー、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを用いるものが存在する。特に、ＭＥＭＳミラーを用いた光スキャナは、光の反射面が一面だけで良く、またミラー、トーションバー、支持枠を一体加工できるので、ポリゴンミラー及びガルバノミラーを用いた光スキャナに対し小型化、軽量化が可能になる。
【０００３】
ＭＥＭＳミラーを用いた光スキャナ（以下、光スキャナと表記する）の機械的構造に関する発明が、今日までに多く出願されている。その一例として、特許文献１に記載された光スキャナを図１７に示す。光スキャナ５００は、基体５１０と台座５２０とに分けられる。基体５１０の中心には、反射ミラー５１１が位置する。反射ミラー５１１は一対の第１弾性梁５１２によって両持支持される。一対の第１弾性梁５１２は、二股に分かれた第２弾性梁５１３に夫々接続される。第２弾性梁５１３は、外枠部５１４に接続される。反射ミラー５１１を揺動駆動させるための圧電駆動部５３０は、第２弾性梁５１３の上面から外枠部５１４に亘り形成される。台座５２０は、外枠部５１４と固定部５２１とが固定されるようにして、基体５１０の下に固定される。
【０００４】
光スキャナ５００の動作を説明する。圧電駆動部５３０を構成する圧電素子は、電圧が印加されることで分極する。圧電素子の分極によって、圧電駆動部５３０は、第２弾性梁５１３の長手方向へ伸び縮む。圧電駆動部５３０は第２弾性梁５１３及び外枠部５１４に固定されているので、圧電駆動部５３０の伸縮は、第２弾性梁５１３が基体５１０の厚み方向に変位する屈曲変位に変換される。即ち、圧電駆動部５３０は、ユニモルフとして働く。第２弾性梁５１３の屈曲変位は、第１弾性梁５１２と第２弾性梁５１３との連結位置を介して、第１弾性梁５１２，第２弾性梁５１３及び反射ミラー５１１を揺動させるための回転トルクに変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−５７５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば光スキャナが画像表示装置に用いられる場合、表示画像の画角は反射ミラーの変位量に依存する。従って、大きな画像や精緻な画像を表示するためには、反射ミラーの変位量は大きいほど望ましい。反射ミラーの変位量を向上するためには、第２弾性梁５１３及び圧電駆動部５３０を幅広に構成することで、圧電駆動部５３０が生じる反射ミラーを変位させるための駆動力を大きくする方法が考えられる。しかし、第２弾性梁５１３及び圧電駆動部５３０の幅を広くすることによって、第２弾性梁５１３の剛性が上昇する。その結果、圧電駆動部５３０の駆動電圧も同時に向上するので、第２弾性梁５１３及び圧電駆動部５３０を幅広に構成する方法は、省電力の観点から望ましくない。
【０００７】
本発明者らは、圧電駆動部の駆動電圧を抑えつつ反射ミラーの変位量を向上する目的で、様々な光スキャナの構造を検討した。その結果、本発明者らは、圧電駆動部の駆動電圧を抑えつつ反射ミラーの変位量を向上するために有用な構造を発案した。以下、図１８を用いて、その構造を説明する。光スキャナ６００は、反射ミラー６１０と、一対のミラー支持梁６２０と、外枠部６４０と、圧電駆動部６３０とで構成される。ミラー支持梁６２０は、反射ミラー６１０を両持ち支持するために、一対に設けられる。ミラー支持梁６２０は、第１弾性梁６２１、二股に分かれた第２弾性梁６２２及び第１弾性梁６２１と第２弾性梁６２２とを結合する梁結合部６２３を含む。第２弾性梁６２２は、拡幅部６２２ａと、狭幅部６２２ｂとを含む。拡幅部６２２ａは、外枠部６４０と第２弾性梁６２２との連結位置を起点として、第２弾性梁６２０の途中まで伸長する幅広の領域である。狭幅部６２２ｂは、その拡幅部６２２ａよりも反射ミラー６１０側に位置し、拡幅部６２２ａよりも幅狭の領域である。この拡幅部６２２ａが設けられることで、圧電駆動部６３０の駆動電圧を抑えつつ反射ミラー６１０の変位量を向上することができる。
【０００８】
拡幅部６２２ａは、圧電駆動部６３０の駆動電圧を抑えつつ反射ミラー６１０の変位量を向上することに寄与する。しかし一方で、拡幅部６２２ａは、従来には存在しなかった新たな問題を生じる。具体的には、拡幅部６２２ａが設けられることで、応力が集中する箇所が第２弾性梁６２２に生じる。特に、拡幅部６２２ａと狭幅部６２２ｂとの境界位置に、応力が集中する。この応力集中は、光スキャナ６００の寿命を縮める恐れがある。
【０００９】
本発明は、前記した応力集中を緩和することが可能な光スキャナ及びこの光スキャナを備えた画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、揺動軸線の周りに揺動され、入射した光を所定方向に走査する反射ミラーと、揺動軸線に対して対称な一対の梁部を含み、その一端が前記反射ミラーに連結された支持梁と、前記一対の梁部を介して前記支持梁の他端に連結される外枠部と、前記反射ミラー及び前記支持梁を揺動駆動させるための駆動部とを備え、前記一対の梁部は、前記外枠部と前記一対の梁部との連結位置を起点として、前記外枠部の厚み方向及び前記一対の梁部の長手方向の両方向と直交する方向に拡幅される拡幅部と、前記拡幅部よりも前記反射ミラー側に位置し、前記拡幅部よりも幅が狭い狭幅部と、前記拡幅部の外周であって、揺動軸線に対して前記狭幅部よりも外側に離間し、且つ前記拡幅部の長手方向における中間位置よりも前記反射ミラー側に近い位置に、揺動軸線に対して対称になるように固定される錘とを有する、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記錘は、前記外枠部に対して、前記一対の梁部の長手方向に最も離間される位置に固定される、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記一対の梁部は、揺動軸線に沿って設けられ、前記錘は、前記狭幅部に対して、前記外枠部の厚み方向及び前記一対の梁部の長手方向の両方向と直交する方向に最も離間される位置に設けられる、ことを特徴とする。
【００１３】
尚、請求項１〜３の何れか１項に記載の発明は、以下の様な具体的な様態を取ることもできる。即ち、前記支持梁は、前記一対の梁部が結合される梁結合部と、揺動軸線上に配置され、前記梁結合部と前記反射ミラーとを連結するミラー連結梁と、を有しても良い。この構成に加え、さらに、前記支持梁は、前記反射ミラーを両持支持するために一対備えられても良い。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、光を走査して画像を形成するための、請求項１〜３の何れか１項に記載の光スキャナと、その光スキャナに光を供給するための光源と、前記光スキャナによって走査された光を使用者の目に導く接眼光学系とを備える、ことを特徴する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明では、一対の梁部が、拡幅部と狭幅部とを有する。拡幅部の剛性は狭幅部の剛性よりも高いので、光スキャナが揺動駆動されるとき、狭幅部は拡幅部よりも大きく変形する。その結果、拡幅部と狭幅部との境界に応力が集中する。拡幅部に設けられる錘は、揺動軸線に対して前記狭幅部よりも外側に離間し、且つ前記拡幅部の長手方向における中間位置よりも前記反射ミラー側に近い位置に固定される。この錘は、反射ミラー及び支持梁が揺動駆動される際に拡幅部にトルクを与えることにより、拡幅部の変形量を増加させる役割を果たす。拡幅部の変形量が増加した結果、狭幅部の変形量は減少する。その結果、拡幅部と狭幅部との境界における応力集中が緩和される。
【００１６】
支持梁は一対の梁部を介して外枠部に連結されるので、反射ミラー及び支持梁が揺動駆動される際、一対の梁部は外枠部の厚み方向に屈曲変位する。従って、外枠部に対して錘が離間する程、錘が拡幅部に与えるトルクは大きくなる。請求項２に記載の発明では、外枠部に対して一対の梁部の長手方向に最も離間される位置に、錘が設けられる。即ち、一対の梁部が外枠部の厚み方向に屈曲変位することによって拡幅部が錘から受けるトルクは最大となり、拡幅部の変形量も最大となる。その結果、狭幅部の変形量はさらに減少し、拡幅部と狭幅部との境界における応力集中がさらに緩和される。
【００１７】
請求項３に記載の発明では、一対の梁部が揺動軸線に沿って設けられるので、錘と狭幅部との間隔が開くほど、揺動軸線を中心軸とする慣性モーメントは増大する。従って、狭幅部に対して、外枠部の厚み方向及び一対の梁部の長手方向の両方向と直交する方向に最も離間される位置に、錘が設けられることで、揺動駆動による拡幅部の変形量が最大となる。その結果、狭幅部の変形量はさらに減少し、拡幅部と狭幅部との境界における応力集中がさらに緩和される。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光スキャナが画像表示装置に用いられる。拡幅部と狭幅部との境界における応力集中が緩和される光スキャナが用いられることで、省電力かつ長期間に亘って使用可能な画像表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態に係る、光スキャナ１００の平面図。
【図２】第１の実施形態に係る、光スキャナ１００に設けられる圧電駆動部１３０を形成する過程を説明する図。
【図３】第１の実施形態に係る、光スキャナ１００のミラー支持梁１２０近辺を拡大した図。
【図４】第１の実施形態に係る、距離Ｗ２を変化させた場合の、応力測定位置Ｐ１における応力の変化を示す図。
【図５】第２の実施形態に係る、光スキャナ１００のミラー支持梁１２０近辺を拡大した図。
【図６】第２の実施形態に係る、距離Ｗ５を変化させた場合の、応力測定位置Ｐ１における応力の変化を示す図。
【図７】第３の実施形態に係る、光スキャナ２００のミラー支持梁２２０近辺の拡大図。
【図８】第３の実施形態に係る、応力測定位置Ｐ２における応力の値を示す図。
【図９】第４の実施形態に係る、光スキャナ３００のミラー支持梁３２０近辺の拡大図。
【図１０】第４の実施形態に係る、応力測定位置Ｐ３における応力の値を示す図。
【図１１】第１の比較例に係る、光スキャナ２００のミラー支持梁２２０近辺の拡大図。
【図１２】第１の比較例に係る、距離Ｗ７を変化させた場合の、応力測定位置Ｐ２における応力の変化を示す図。
【図１３】第２の比較例に係る、光スキャナ３００のミラー支持梁３２０近辺の拡大図。
【図１４】第２の比較例に係る、応力測定位置Ｐ３における応力の値を示す図。
【図１５】第５の実施形態に係る、画像表示装置１の全体構成について説明する図。
【図１６】ミラー支持梁の変形例を示す図。
【図１７】特許文献１における従来の光スキャナの一例を示した図。
【図１８】拡幅部及び狭幅部を有する光スキャナの一例を示した図。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
[光スキャナ１００の構成]
図１は、本発明第１の実施形態に係る光スキャナ１００の平面図である。ｙ軸は、光スキャナ１００の揺動軸線ＡＲ１に平行な方向である。ｘ軸は、ｙ軸及び光スキャナ１００の厚み方向（図１における紙面垂直方向）に直交する方向である。光スキャナ１００の外形は、反射ミラー１１０、ミラー支持梁１２０及び外枠部１４０で構成される。また、光スキャナ１００には、反射ミラー１１０及びミラー支持梁１２０を揺動駆動させるための圧電駆動部１３０が設けられる。以下、図１を用いて、光スキャナ１００の個々の構成要素について説明を行う。
【００２１】
反射ミラー１１０は、平面視で略円形に形成される。反射ミラー１１０は、重心位置が揺動軸線ＡＲ１上に位置するように、光スキャナ１００の中心にミラー支持梁１２０によって保持される。
【００２２】
ミラー支持梁１２０は、反射ミラー１１０を両持ち支持するために、反射ミラー１１０の両側に一対を相対するように設けられる。ミラー支持梁１２０は、第１弾性梁１２１、第２弾性梁１２２、梁結合部１２３及び錘１２４を含む。ｙ軸に平行に延設される第１弾性梁１２１は、揺動軸線ＡＲ１を含むようにして反射ミラー１１０に夫々連結される。梁結合部１２３は、第１弾性梁１２１に対して直交するように連結され、揺動軸線ＡＲ１に対して線対称になるようにｘ軸に平行に延設される。第２弾性梁１２２は、揺動軸線ＡＲ１に対して線対称になるように、一対をｙ軸に平行に延設される。第２弾性梁１２２は、一端において外枠部１４０に連結され、他端において梁結合部１２３に連結される。
【００２３】
第２弾性梁１２２は、拡幅部１２２ａと、狭幅部１２２ｂとを含む。拡幅部１２２ａは、外枠部１４０と第２弾性梁１２２との連結位置を起点として、第２弾性梁１２２の途中まで延設される拡幅された領域である。狭幅部１２２ｂは、その拡幅部１２２ａよりも反射ミラー１１０側に位置し、拡幅部１２２ａよりもｘ軸方向の幅が狭い領域である。拡幅部１２２ａは、具体的には、狭幅部１２２ｂよりも揺動軸線ＡＲ１から離間する方向にｘ軸方向の幅が広がっている。そして、狭幅部１２２ｂのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ１に近い側の辺と、拡幅部１２２ａのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ１に近い側の辺とは、同一直線上に位置する。拡幅部１２２ａが設けられることで、圧電駆動部１３０に印加する駆動電圧を抑えつつ反射ミラー１１０の変位量を向上することができる。
【００２４】
平面視方向で正方形状の錘１２４は、拡幅部１２２ａの外周に固定される。具体的には、錘１２４は、揺動軸線ＡＲ１に対して線対称になるように、拡幅部１２２ａと一体として設けられる。錘１２４の線対称な配置は、ミラー支持梁１２０の重心位置を揺動軸線ＡＲ１上に保つので、反射ミラー１１０及びミラー支持梁１２０の安定した揺動駆動をもたらす。錘１２４は、さらに、揺動駆動に伴って拡幅部１２２ａと狭幅部１２２ｂとの境界位置（図３に示される応力測定位置Ｐ１）において発生する応力の低減（応力集中の緩和）に効果を発揮する。
【００２５】
外枠部１４０は、反射ミラー１１０及びミラー支持梁１２０の周囲に、四角環状に配置される。即ち、外枠部１１４は、ｙ軸に平行な一対の帯状部と、ｘ軸に平行な一対の帯状部とで構成される。
【００２６】
圧電駆動部１３０は、反射ミラー１１０及びミラー支持梁１２０を揺動駆動させる。具体的には、圧電駆動部１３０は、拡幅部１２２ａの上面から外枠部１４０に亘り形成される。圧電駆動部１３０は、拡幅部１２２ａの上面を略全面に亘って覆う。圧電駆動部１３０は、後記する図２に示される様に、下部電極１３１、圧電素子１３２及び上部電極１３３を含む。下部電極１３１と上部電極１３３との間に電圧が周期的に印加されることにより、圧電素子１３２は分極してｙ軸方向に伸び縮む。圧電駆動部１３０が拡幅部１２２ａ及び外枠部１４０に固定されているので、圧電素子１３２のｙ軸方向の伸縮は、第２弾性梁１２２の光スキャナ１００の厚み方向（図１における紙面垂直方向）への屈曲変位に変換される。この第２弾性梁１２２の屈曲変位は、結合部１２３を介して第１弾性梁１２１及び反射ミラー１１０を揺動させるための回転トルクに変換される。
【００２７】
[光スキャナ１００の製造方法]
図２は、光スキャナ１００の製造方法を説明する図である。まず、厚さ約３０μｍ〜２００μｍの薄長矩形のシリコン基材上において、反射ミラー１１０、ミラー支持梁１２０及び外枠部１４０に対応する部分に、マスキングのためのレジスト膜が形成される。そして、レジスト膜が形成されたシリコン基材はエッチングされ、反射ミラー１１０、ミラー支持梁１２０及び外枠部１４０が形成される。最後に、レジスト膜が除去されることによって、光スキャナ１００の外形が形成される（図２（ａ）の状態）。ここで、錘１２４は、シリコン基材を錘１２４に対応する形状に切り抜くことで、ミラー支持梁１２０と一体に形成される。
【００２８】
次に、下部電極１３１が、切り抜かれたシリコン基材の上に形成される（図２（ｂ）の状態）。具体的には、下部電極１３１は、拡幅部１２２ａの上面から外枠部１４０に亘り白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）等を０．２μｍ〜０．６μｍの厚さで堆積することで形成される。この堆積には、例えばスパッタや蒸着等の製膜方法が用いられる。
【００２９】
次に、圧電素子１３２が、下部電極１３１の上に形成される（図２（ｃ）の状態）。具体的には、圧電素子１３２は、拡幅部１２２ａの上面から外枠部１４０に亘り、下部電極１３１上にＰＺＴ等の圧電素子を１μｍ〜３μｍの厚さで堆積することで形成される。この堆積には、例えばナノサイズの微粒子を吹付けることによって成膜を行うエアロゾルデポジション法（例えば、特開２００７−９１４１６号公報を参照）等の製膜方法が用いられる。
【００３０】
最後に、上部電極１３３が、圧電素子１３２の上に形成される（図２（ｄ）の状態）。具体的には、上部電極１３３は、拡幅部１２２ａの上面から外枠部１４０に亘り、圧電素子１３２の上に白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）等を０．２μｍ〜０．６μｍの厚さで堆積することで形成される。この堆積には、下部電極１３１の場合と同様に、スパッタや蒸着等の製膜方法が用いられる。
【００３１】
[シミュレーションデータの説明]
本実施形態においては、錘１２４が設けられることによって、揺動駆動時に拡幅部１２２ａと狭幅部１２２ｂとの境界位置（図３に示される応力測定位置Ｐ１）において発生する応力を低減すること（応力集中の緩和）ができる。ここでは、錘１２４が設けられる位置と、応力低減の度合との関係を調べる。
【００３２】
図３は、光スキャナ１００のミラー支持梁１２０近辺を拡大した図である。図３において、錘１２４は、拡幅部１２２ａのｘ軸に平行な辺に設けられる。拡幅部１２２ａのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ１から遠い側の辺と、狭幅部１２２ｂのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ１から遠い側の辺とのｘ軸方向の距離を、距離Ｗ１と表記する。また、拡幅部１２２ａのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ１から遠い側の辺と、錘１２４とのｘ軸方向の距離を、距離Ｗ２と表記する。今、距離Ｗ２を変化させて、応力測定位置Ｐ１（拡幅部１２２ａと狭幅部１２２ｂとの境界位置）における応力の変化をシミュレーションによって調べる。尚、本実施形態の光スキャナ１００において、具体的な一例として、距離Ｗ１は６００μｍであり、錘１２４のｘ軸方向及びｙ軸方向の幅Ｗ３は２００μｍである。
【００３３】
図４（ａ）は、距離Ｗ２を変化させて、応力測定位置Ｐ１における応力の変化をシミュレーションによって調べた結果を示す図である。図４（ａ）の結果をグラフとして示した図４（ｂ）は、縦軸が応力測定位置Ｐ１における応力の値、横軸が距離Ｗ２の値である。図４（ｂ）において、距離Ｗ２が０μｍ、１５０μｍ、３００μｍの場合における応力測定位置Ｐ１における応力の値が黒点で示され、ミラー支持梁１２０に錘１２４が設けられない場合の、応力測定位置Ｐ１における応力の値が点線で示される。参考までに、ミラー支持梁１２０に錘１２４が設けられない場合、応力測定位置Ｐ１における応力の値は１４５０．３ＭＰａであった。図４より明らかに、錘１２４が拡幅部１２２ａのｘ軸に平行な辺に設けられることによって、応力測定位置Ｐ１における応力が錘１２４が設けられない場合よりも低減される（応力集中の緩和）。詳細には、距離Ｗ２の値が小さいほど、即ち錘１２４が狭幅部１２２ｂに対して揺動軸線ＡＲ１から遠ざかるようにｘ軸方向に離間するほど、応力測定位置Ｐ１における応力はより低減される。そして、錘１２４が狭幅部１２２ｂに対してｘ軸方向に最も離間される位置に設けられることで、応力測定位置Ｐ１における応力は最小となる。尚、ｘ軸方向は、外枠部１４０の厚み方向及び第２弾性梁１２２長手方向の両方向と直交する方向に一致する。
【００３４】
＜第２の実施形態＞
図５は、図３と同様に、光スキャナ１００のミラー支持梁１２０近辺を拡大した図である。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、錘１２４が、拡幅部１２２ａのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ１から遠い側の辺に設けられる点である。拡幅部１２２ａのｘ軸に平行な辺と外枠部１４０とのｙ軸方向の距離を距離Ｗ４、拡幅部１２２ａのｘ軸に平行な辺と錘１２４とのｙ軸方向の距離を距離Ｗ５とそれぞれ表現する。今、距離Ｗ５を変化させて、応力測定位置Ｐ１における応力の変化をシミュレーションによって調べる。尚、本実施形態の光スキャナ１００において、具体的な一例として、距離Ｗ４は８４０μｍである。
【００３５】
図６（ａ）は、距離Ｗ５を変化させて、応力測定位置Ｐ１における応力の変化をシミュレーションによって調べた結果を示す図である。図６（ａ）の結果をグラフとして示した図６（ｂ）は、縦軸が応力測定位置Ｐ１における応力の値、横軸が距離Ｗ５の値である。図６（ｂ）において、距離Ｗ５が０μｍ、２００μｍ、４００μｍ、５００μｍの場合における応力測定位置Ｐ１における応力の値が黒点で示され、ミラー支持梁１２０に錘１２４が設けられない場合における応力測定位置Ｐ１における応力の値が点線で示される。応力測定位置Ｐ１における応力は、図４（ｂ）に示されるデータと同様に、距離Ｗ５の値が小さいほど、即ち錘１２４が外枠部１４０からｙ軸方向に離間するほど、応力測定位置Ｐ１における応力はより低減される。そして、錘１２４が、外枠部１４０に対して第２弾性梁１２２の長手方向（即ち、ｙ軸方向）に最も離間される位置に設けられる場合、応力測定位置Ｐ１における応力は最小となる。しかしながら、錘１２４が設けられる位置によっては、応力測定位置Ｐ１における応力が、錘１２４が設けられない場合の応力よりも大きくなる場合もある。詳細には、距離Ｗ５の値が０μｍから４００μｍまでの場合、応力測定位置Ｐ１における応力は、錘１２４が設けられない場合の応力よりも小さい。一方、距離Ｗ５の値が４００μｍ以上の場合、応力測定位置Ｐ１における応力は、錘１２４が設けられない場合の応力より上回る。
【００３６】
第１の実施形態及び本実施形態において説明したように、錘１２４が拡幅部１２２ａのｘ軸に平行な辺に設けられる場合（図３参照）、応力測定位置Ｐ１における応力は、錘１２４が設けられない場合の応力よりも低減される。一方、錘１２４が拡幅部１２２ａのｙ軸に平行な辺であって、揺動軸線ＡＲ１から遠い側の辺に設けられる場合（図５参照）、錘１２４が拡幅部１２２ａの長手方向における中間位置よりも反射ミラー１１０に近い位置に設けられる場合、より具体的には、距離Ｗ５の値が０μｍから４００μｍまでの場合、応力測定位置Ｐ１における応力は、錘１２４が設けられない場合の応力よりも低減される。そして、図４及び図６に示されるデータより明らかに、錘１２４が、揺動軸線ＡＲ１に対してｘ軸方向に最も離間され、且つ外枠部１４０に対して第２弾性梁１２２の長手方向（即ち、ｙ軸方向）に最も離間される場合、応力測定位置Ｐ１における応力が最も低減される。
【００３７】
＜第３の実施形態＞
[光スキャナ２００の構成]
図７は、本発明第３の実施形態に係る光スキャナ２００のミラー支持梁２２０近辺の拡大図である。光スキャナ２００は、反射ミラー２１０、ミラー支持梁２２０、圧電駆動部２３０及び外枠部２４０を含む。ミラー支持梁２２０は、第１弾性梁２２１、第２弾性梁２２２、梁結合部２２３及び錘２２４を含む。第２弾性梁２２２は、拡幅部２２２ａと、狭幅部２２２ｂとを含む。本実施形態における光スキャナ２００と前記した第１及び第２の実施形態における光スキャナ１００との差異は、拡幅部２２２ａの形状及び錘２２４の設けられる位置のみである。従って、図７を用いて拡幅部２２２ａの形状及び錘２２４の説明を行うだけに留め、光スキャナ２００の他の構成要素の説明は省略する。
【００３８】
拡幅部２２２ａは、第１及び第２の実施形態における拡幅部１２２ａとは異なり、狭幅部２２２ｂよりも揺動軸線ＡＲ２に近づく方向にｘ軸方向の幅が広がっている。そして、狭幅部２２２ｂのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ２から遠い側の辺と、拡幅部２２２ａのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ２から遠い側の辺とは、同一直線上に位置する。
【００３９】
錘２２４は、揺動軸線ＡＲ２に対して線対称になるように、拡幅部２２２ａと一体として設けられる。錘２２４は、拡幅部２２２ａのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ２から遠い側の辺に設けられる。換言すれば、錘２２４は、揺動軸線ＡＲ２に対して、狭幅部２２２ｂよりも外側に離間する。また、本実施形態において錘２２４が設けられる位置は、拡幅部２２２ａの長手方向における中間位置よりも、反射ミラー２２０側に近い。より具体的には、錘２２４は、外枠部２４０に対して第２弾性梁２２２の長手方向（即ち、ｙ軸方向）に最も離間される位置に設けられる。換言すれば、拡幅部２２２ａのｘ軸に平行な辺の延長線が、錘２２４のｙ軸正方向側の辺と重なる。
【００４０】
[シミュレーションデータの説明]
図８は、本実施形態において、応力測定位置Ｐ２における応力の値を示す図である。ここで、応力測定位置Ｐ２は、第１及び第２の実施形態における応力測定位置Ｐ１と同様に、拡幅部２２２ａと狭幅部２２２ｂとの境界位置である。尚、本実施形態の光スキャナ２００において、具体的な一例として、拡幅部２２２ａのｘ軸に平行な辺と外枠部２４０とのｙ軸方向の距離Ｗ１０は８４０μｍであり、錘２２４のｘ軸方向及びｙ軸方向の幅は、第１及び第２の実施形態における錘１２４と同じく２００μｍである。
【００４１】
図８に示されるように、錘２２４が図７に示される位置に設けられる場合、応力測定位置Ｐ２における応力の値は、１１３６．５ＭＰａであった。一方、ミラー支持梁２２０に錘２２４が設けられない場合、応力測定位置Ｐ２における応力の値は１２５２．０ＭＰａであった。従って、錘２２４が設けられることによって、応力測定位置Ｐ２における応力が低減される。
【００４２】
＜第４の実施形態＞
[光スキャナ３００の構成]
図９は、本発明第４の実施形態に係る光スキャナ３００のミラー支持梁３２０近辺の拡大図である。光スキャナ３００は、反射ミラー３１０、ミラー支持梁３２０、圧電駆動部３３０及び外枠部３４０を含む。ミラー支持梁３２０は、第１弾性梁３２１、第２弾性梁３２２、梁結合部３２３及び錘３２４を含む。第２弾性梁３２２は、拡幅部３２２ａと、狭幅部３２２ｂとを含む。本実施形態における光スキャナ３００と、第１及び第２の実施形態における光スキャナ１００との差異は、拡幅部３２２ａの形状及び錘３２４の設けられる位置のみである。従って、図９を用いて拡幅部３２２ａの形状及び錘３２４の説明を行うだけに留め、光スキャナ３００の他の構成要素の説明は省略する。
【００４３】
拡幅部３２２ａは、第１及び第２の実施形態における拡幅部１２２ａとは異なり、狭幅部３２２ｂよりも揺動軸線ＡＲ３に近づく方向と、遠ざかる方向との両方向にｘ軸方向の幅が広がっている。
【００４４】
錘３２４は、揺動軸線ＡＲ３に対して線対称になるように、拡幅部３２２ａと一体として設けられる。錘３２４は、拡幅部３２２ａのｘ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ３から遠い側の辺に設けられる。具体的には、錘３２４は、揺動軸線ＡＲ３に対して、狭幅部３２２ｂよりも外側に最も離間する位置に設けられる。換言すれば、拡幅部３２２ａのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ３から遠い側の辺の延長線が、錘３２４のｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ３から遠い側の辺と重なる。
【００４５】
[シミュレーションデータの説明]
図１０は、本実施形態において、応力測定位置Ｐ３における応力の値を示す図である。ここで、応力測定位置Ｐ３は、第１及び第２の実施形態における応力測定位置Ｐ１と同様に、拡幅部３２２ａと狭幅部３２２ｂとの境界位置である。今、応力測定位置Ｐ３における応力の値をシミュレーションによって調べる。尚、本実施形態の光スキャナ３００において、具体的な一例として、拡幅部３２２ａのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ３から遠い側の辺と、狭幅部３２２ｂのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ３から遠い側の辺とのｘ軸方向の距離Ｗ８は４００μｍであり、錘３２４のｘ軸方向及びｙ軸方向の幅は、第１及び第２の実施形態における錘１２４と同じく２００μｍである。
【００４６】
図１０に示されるように、錘３２４が図９に示される位置に設けられる場合、応力測定位置Ｐ３における応力の値は１０９３．２ＭＰａであった。一方、ミラー支持梁３２０に錘３２４が設けられない場合、応力測定位置Ｐ３における応力の値は１１５０．４ＭＰａであった。従って、応力測定位置Ｐ３における応力の値は、錘３２４が揺動軸線ＡＲ３に対して狭幅部３２２ｂよりもｘ軸方向に離間した位置に設けられることによって、ミラー支持梁３２０に錘３２４が設けられない場合よりも低減される。
【００４７】
＜第１の比較例＞
図１１は、第１の比較例に係る、光スキャナ２００のミラー支持梁２２０近辺の拡大図である。本比較例と第３の実施形態との差異は、錘２２４の設けられる位置のみである。従って、図１１を用いて錘２２４が設けられる位置の説明を行うだけに留め、光スキャナ２００の他の構成要素の説明は省略する。
【００４８】
錘２２４は、揺動軸線ＡＲ２に対して線対称になるように、拡幅部２２２ａと一体として設けられる。具体的には、錘２２４は、拡幅部２２２ａのｘ軸に平行な辺に設けられる。換言すれば、錘２２４は、揺動軸線ＡＲ２に対して、狭幅部２２２ｂよりもｘ軸方向に近い場所に位置する。
【００４９】
[シミュレーションデータの説明]
錘２２４が設けられる位置と、応力測定位置Ｐ２における応力の値との関係を、図１１及び図１２を用いて説明する。拡幅部２２２ａのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ２に近い側の辺と、狭幅部２２２ｂのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ２に近い側の辺とのｘ軸方向の距離を、距離Ｗ６と表記する。また、拡幅部２２２ａのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ２に近い側の辺と、錘２２４とのｘ軸方向の距離を、距離Ｗ７と表記する。今、距離Ｗ７を変化させて、応力測定位置Ｐ２における応力の変化をシミュレーションによって調べる。尚、本比較例の光スキャナ２００において、具体的な一例として、距離Ｗ６は５６０μｍである。
【００５０】
図１２（ａ）は、距離Ｗ７を変化させて、応力測定位置Ｐ２における応力の変化をシミュレーションによって調べた結果を示す図である。図１２（ａ）の結果をグラフとして示した図１２（ｂ）は、縦軸が応力測定位置Ｐ２における応力の値、横軸が距離Ｗ７の値である。図１２（ｂ）において、距離Ｗ７が０μｍ、１００μｍ、２００μｍの場合における応力測定位置Ｐ２における応力の値が黒点で示され、ミラー支持梁２２０に錘２２４が設けられない場合の、応力測定位置Ｐ２における応力の値が点線で示される。ミラー支持梁２２０に錘２２４が設けられない場合、応力測定位置Ｐ２における応力の値は、第３の実施形態において前記した様に１２５２．０ＭＰａであった。本比較例においては、第３の実施形態とは異なり、拡幅部２２２ａのｘ軸に平行な辺に錘２２４が設けられることによって、応力測定位置Ｐ２における応力が、錘２２４が設けられない場合よりも増加する。
【００５１】
＜第２の比較例＞
図１３は、第２の比較例に係る、光スキャナ３００のミラー支持梁３２０近辺の拡大図である。本比較例と第４の実施形態との差異は、錘３２４が設けられる位置のみである。従って、図１３を用いて錘３２４が設けられる位置の説明を行うだけに留め、光スキャナ３００の他の構成要素の説明は省略する。
【００５２】
錘３２４は、拡幅部３２２ａのｘ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ３に近い側の辺に設けられる。具体的には、錘３２４は、揺動軸線ＡＲ３に対して、狭幅部３２２ｂよりも内側に最も近づく位置に設けられる。換言すれば、拡幅部３２２ａのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ３から近い側の辺の延長線が、錘３２４のｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ３から近い側の辺と重なる。
【００５３】
図１４は、錘３２４が光スキャナ３００に設けられる場合と、設けられない場合とにおいて、応力測定位置Ｐ３における応力の違いを示す図である。今、応力測定位置Ｐ３における応力の値をシミュレーションによって調べる。尚、本実施形態の光スキャナ３００において、具体的な一例として、拡幅部３２２ａのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ３に近い側の辺と、狭幅部３２２ｂのｙ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ３に近い側の辺とのｘ軸方向の距離Ｗ９は４００μｍである。
【００５４】
図１４に示されるように、錘３２４が図１３に示される位置に設けられる場合、応力測定位置Ｐ３における応力の値は１１５３．２Ｍｐａであった。一方、ミラー支持梁３２０に錘３２４が設けられない場合、応力測定位置Ｐ３における応力の値は、第４の実施形態と同様に１１５０．４Ｍｐａであった。本比較例においては、第４の実施形態とは異なり、拡幅部３２２ａのｘ軸に平行且つ揺動軸線ＡＲ３に近い側の辺に錘３２４が設けられることによって、応力測定位置Ｐ３における応力が、錘３２４が設けられない場合よりも増加する。
【００５５】
前記した実施形態においては、錘が設けられることによって、応力の低減が確認された。一方、前記した比較例においては、錘が設けられることによって、応力の増加が確認された。ここでは、この違いについて考察する。前記した実施形態において、錘は、揺動軸線に対して、常に狭幅部よりもｘ軸方向に離間した状態にある。一方、前記した比較例において、錘は、揺動軸線に対して、常に狭幅部よりもｘ軸方向に近い状態にある。従って、拡幅部と狭幅部との境界位置（応力測定位置）における応力が、錘が設けられない場合よりも低減されるためには、錘が、揺動軸線に対して、狭幅部よりもｘ軸方向に離間した状態にあることが必要となる。
【００５６】
＜第５の実施形態＞
前記した第１〜第４の実施形態における光スキャナ１００，２００，３００は、画像表示装置１に用いることが可能である。図１５は、画像表示装置１の全体構成について説明する図である。画像表示装置１は、観察者の瞳孔５２に光束を入射させて網膜５４上に画像を投影することによって、観察者に虚像を視認させる装置である。この装置は、網膜走査型ディスプレイともいわれる。
【００５７】
画像表示装置１は、光束生成手段２、光ファイバ１９、コリメート光学系２０、光スキャナ１００、第１リレー光学系２２、垂直走査部２３及び第２リレー光学系２４を備える。光束生成手段２は、映像信号処理回路３、光源部３０及び光合波部４０で構成される。尚、光スキャナ１００の代わりに、光スキャナ２００又は光スキャナ３００が用いられても差し支えない。但し、前記した比較例における光スキャナが用いられるのは望ましくない。映像信号処理回路３は、外部から供給される映像信号に基づいて、画像を合成するための要素となるＢ信号、Ｇ信号、Ｒ信号、水平同期信号及び垂直同期信号を発生する。
【００５８】
光源部３０は、Ｂレーザドライバ３１、Ｇレーザドライバ３２、Ｒレーザドライバ３３、Ｂレーザ３４、Ｇレーザ３５及びＲレーザ３６を備える。Ｂレーザドライバ３１は、映像信号処理回路３からのＢ信号に応じた強度の青色の光束を発生させるように、Ｂレーザ３４を駆動する。Ｇレーザドライバ３２は、映像信号処理回路３からのＧ信号に応じた強度の緑色の光束を発生させるように、Ｇレーザ３５を駆動する。Ｒレーザドライバ３３は、映像信号処理回路３からのＲ信号に応じた強度の赤色の光束を発生させるように、Ｒレーザ３６を駆動する。Ｂレーザ３４，Ｇレーザ３５及びＲレーザ３６は、例えば半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザを用いて構成できる。
【００５９】
光合波部４０は、コリメート光学系４１，４２，４３と、このコリメートされたレーザ光を合波するためのダイクロイックミラー４４，４５，４６と、合波されたレーザ光を光ファイバ１９に導く集光光学系４７とを備える。Ｂレーザ３４から出射した青色レーザ光は、コリメート光学系４１によって平行光化された後に、ダイクロイックミラー４４に入射する。Ｇレーザ３５から出射した緑色レーザ光は、コリメート光学系４２によって平行光化された後に、ダイクロイックミラー４５に入射する。Ｒレーザ３６から出射した赤色レーザ光は、コリメート光学系４３によって平行光化された後に、ダイクロイックミラー４６に入射する。ダイクロイックミラー４４，４５，４６にそれぞれ入射した３原色のレーザ光は、波長選択的に反射または透過されて１本の光束として合成され、集光光学系４７に達する。１本の光束として合成されたレーザ光は、集光光学系４７によって集光され、光ファイバ１９へ入射する。
【００６０】
水平走査ドライバ６１は、映像信号処理回路３からの水平同期信号に従って、光スキャナ１００を駆動する。垂直走査ドライバ６２は、映像信号処理回路３からの垂直同期信号に従って、垂直走査スキャナ２３を駆動する。レーザ光は、光スキャナ１００及び垂直走査スキャナ２３の走査によって、水平方向と垂直方向とに走査された光束として変換され、画像として投影可能な状態になる。具体的には、光ファイバ１９から出射したレーザ光は、コリメート光学系２０によって平行光に変換された後に、光スキャナ１００に導かれる。光スキャナ１００によって水平方向に走査されたレーザ光は、第１リレー光学系２２を通過した後に、垂直走査スキャナ２３に平行光線として入射する。このとき、第１リレー光学系２２によって、垂直走査スキャナ２３の位置に光学瞳が形成される。垂直走査スキャナ２３によって垂直方向に走査されたレーザ光は、第２リレー光学系２４を通過した後に、観測者の瞳孔５２に平行光線として入射する。このとき、第２リレー光学系２４によって、観測者の瞳孔５２と垂直走査スキャナ２３の位置にある光学瞳とが共役となる。
【００６１】
＜変形例＞
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。以下にその変形の一例を述べる。
【００６２】
前記した実施形態において、反射ミラー及びミラー支持梁は、圧電素子を含む圧電駆動部によって揺動駆動される。しかし、これ以外の駆動機構によって反射ミラー及びミラー支持梁が揺動駆動されても良い。例えば、特許文献１の図２に示される様に、反射ミラーの裏面とベース台の上面とに一対の電極が設けられることによって、クーロン力を利用して反射ミラーを揺動駆動する静電駆動方式が採用されても良い。あるいは、特許文献１の図７に示される様に、反射ミラーの裏面にコイルが、ベース台の上面に永久磁石が夫々設けられることによって、磁力を利用して反射ミラーを揺動駆動する電磁駆動方式が採用されても良い。これらの場合、光スキャナが固定されるベース台が、別途設けられれば良い。
【００６３】
前記した実施形態において、外枠部は、反射ミラー及びミラー支持梁の周囲に、四角環状に配置される。しかし、他の形状によって外枠部が構成されても良い。例えば、円環状、多角環状等、種々の形状が適用可能である。さらに言えば、第２弾性梁の長手方向に平行な辺を有さずに、第２弾性梁が一端において接続されるための、第２弾性梁の長手方向に直交する辺のみで外枠部が構成されてよい。要は、外枠部は、第２弾性梁の一端を固定端とするために、第２弾性梁が一端において接続されるための構成を含んでいれば良い。
【００６４】
前記した実施形態において、ミラー支持梁は、第１弾性梁、第２弾性梁、梁結合部及び錘を含む。しかし、第１弾性梁及び梁結合部が存在しない形状であっても良い。図１６は、ミラー支持梁の変形例を示す図である。光スキャナ４００の外形は、前記した実施形態と同様に、反射ミラー４１０、ミラー支持梁４２０及び外枠部４４０で構成される。また、光スキャナ４００には、反射ミラー４１０及びミラー支持梁４２０を揺動駆動させるための圧電駆動部４３０が設けられる。しかし、光スキャナ４００は、第１弾性梁及び結合部がミラー支持梁４２０に含まれない点において、前記した実施形態と相違する。支持梁４２０は、ｙ軸に平行に延設される一対の第２弾性梁４２２及び錘４２４によって構成される。即ち、反射ミラー４１０と外枠部４４０とは、一対の第２弾性梁４２２によって連結される。
【００６５】
前記した実施形態において、一対の第２弾性梁は、揺動軸線に平行に延設される。しかし、第２弾性梁の配置は他の形式であっても良い。例えば、特開２００６−１９５２９０号公報の図２に開示されるように、一対の第２弾性梁は、外枠部と第２弾性梁との連結部から反射ミラーに向うに従って、互いの間隔が狭まるように配置されても良い。あるいは、特開２００７−２６８３７４号公報の図２に開示されるように、一対の第２弾性梁は、揺動軸線に直交する方向に延在するように配置されても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１  画像表示装置
２  光束生成手段
３  映像信号処理回路３
１９  光ファイバ
２０，４１，４２，４３  コリメート光学系
２２  第１リレー光学系
２３  垂直走査スキャナ
２４  第２リレー光学系
３０  光源部
３１  Ｂレーザドライバ
３２  Ｇレーザドライバ
３３  Ｂレーザドライバ
３４  Ｂレーザ
３５  Ｇレーザ
３５  Ｒレーザ
４０  光合波部
４４，４５，４６  ダイクロイックミラー
４７  集光光学系
５２  観察者の瞳孔
５４  観察者の網膜
６１  水平走査ドライバ
６２  垂直走査ドライバ
１００，２００，３００，４００，５００，６００  光スキャナ
１１０，２１０，３１０，４１０，５１１，６１０  反射ミラー
１２０，２２０，３２０，４２０，６２０  ミラー支持梁
１２１，２２１，３２１，５１２，６２１  第１の梁部
１２２，２２２，３２２，４２２，５１３，６２２  第２の梁部
１２２ａ，２２２ａ，３２２ａ，４２２ａ，６２２ａ  広幅部
１２２ｂ，３２２ｂ，３２２ｂ，４２２ｂ，６２２ｂ  狭幅部
１２３，２２３，３２３，６２３  梁結合部
１２４，２２４，３２４，４２４  錘
１４０，２４０，３４０，４４０，５１４，６４０  外枠部
１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０  圧電駆動部
１３１  下部電極
１３２  圧電素子
１３３  上部電極
５１０  基体部
５２０  台座
５２１  固定部
ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４  揺動軸線
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３  応力評価位置
【図１】
2010237521.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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