(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を反射する反射面を有し、第１軸線を中心として揺動可能に構成されるミラー部と、
前記ミラー部の一端から、前記第１軸線に平行に延出する第１捩れ梁部と、
前記ミラー部の他端から、前記第１軸線に平行且つ前記第１捩れ梁部分と反対方向に延出する第２捩れ梁部と、
前記第１捩れ梁部及び前記第２捩れ梁部の端部に連結され、前記ミラー部から離間し且つ前記第１軸線に交差する方向に延出する本体部と、
を有する平板状の構造体と、
前記構造体の一部が固定される台座と、
前記本体部に設けられ、駆動電圧が印加されることで前記構造体を加振し、前記ミラー部分を前記第１軸線回りに揺動させることが可能な駆動部とを備え、
前記本体部は、
前記第１軸線に平行な方向において前記第１捩れ梁部の端部よりも前記ミラー部から離間した位置に設けられ、前記第１軸線に交わる方向に伸長する第１貫通孔と、
前記第１軸線に平行な方向において前記第２捩れ梁部の端部よりも前記ミラー部から離間した位置に設けられ、前記第１軸線に交わる方向に伸長する第２貫通孔と、
前記第１軸線に平行な方向において前記第１貫通孔よりも前記ミラー部から離間した位置に設けられ、前記台座に対して固定される第１被固定部分と、
前記第１軸線に平行な方向において前記第２貫通孔よりも前記ミラー部から離間した位置に設けられ、前記台座に対して固定される第２被固定部分と、
前記第１軸線に沿う方向に伸長し、前記第１貫通孔を橋渡しすることで前記本体部と前記第１被固定部分とを接続する第１橋渡し部分と、
前記第１軸線に沿う方向に伸長し、前記第２貫通孔を橋渡しすることで前記本体部と前記第２被固定部分とを接続する第２橋渡し部分と、
を含み、
前記第１橋渡し部分は、前記第１軸線に交差する方向において前記第１軸線から離間し、前記第１貫通孔を橋渡しすることで前記本体部と前記第１被固定部分とを接続する第１離間橋渡し部材を有し、
前記第２橋渡し部分は、前記第１軸線に交差する方向において前記第１軸線から離間し、前記第２貫通孔を橋渡しすることで前記本体部と前記第２被固定部分とを接続する第２離間橋渡し部材を有する、
ことを特徴とする光スキャナ。
【請求項２】
前記第１橋渡し部分は、前記第１軸線を含み、前記第１貫通孔を橋渡しすることで前記本体部と前記第１被固定部分とを接続する第１中心橋渡し部材を有し、
前記第２橋渡し部分は、前記第１軸線を含み、前記第２貫通孔を橋渡しすることで前記本体部と前記第２被固定部分とを接続する第２中心橋渡し部材を有する、
請求項１に記載の光スキャナ。
【請求項３】
前記本体部は、前記第１軸線に対して線対称に形成され、
前記第１離間橋渡し部材及び前記第２離間橋渡し部材は、前記第１軸線に対して線対称となるようにそれぞれ一対設けられる、
請求項１又は２に記載の光スキャナ。
【請求項４】
前記第１離間橋渡し部材は、前記第１軸線に交差する方向において、前記第１軸線から
の離間間隔が、前記第１軸線と第１貫通孔の端部との間の距離の１５〜６５％となる位置に設けられ、
前記第２離間橋渡し部分は、前記第１軸線に交差する方向において、前記第１軸線からの離間間隔が、前記第１軸線と第２貫通孔の端部との間の距離の１５〜６５％となる位置に設けられる、
請求項１から３の何れか１項に記載の光スキャナ。
【請求項５】
前記第１被固定部分及び前記第２被固定部分は、前記台座に対して複数の固定部分において固定され、
前記複数の固定部分は、前記第１軸線に交差する方向において、前記第１橋渡し部分及び前記第２橋渡し部分に対して離間する位置に設けられる、
請求項１〜４の何れか１項に記載の光スキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ等の光を走査する光スキャナに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、揺動するミラーによりレーザ光などの光を走査する光スキャナが知られている。光スキャナの例として、捩れ梁部で揺動可能に支持されたミラー部が、圧電素子などの駆動部によって揺動されるものが挙げられる。例えば、特許文献１には、導電性材料であるステンレスにより形成される構造体を有する光スキャナの例が開示される。特許文献１の光スキャナでは、圧電素子からなる一対の駆動部が、構造体上の位置であってミラー部を挟んだ両側に各々設けられる。そして、構造体は、ベース台上に設置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２７８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光スキャナにおいては、ミラー部を揺動するために、ミラー部を含む構造体に対して振動が印加される。構造体に対して印加された振動によって、捩れ梁部は捩れ振動する。しかし、この振動は、捩れ梁部の捩れ振動以外にも、構造体自体の振動も生じさせる。構造体自体の振動は、構造体とベース台及び駆動部との接触により、光スキャナの駆動時に異音が発生するという問題を生じる。仮に光スキャナの駆動周波数が、人間の可聴域の音の周波数の範囲内であった場合、この異音が聞こえるため、使用者が不快に感じる可能性がある。また、本来ミラー部を揺動するための駆動力が異音の発生に使われるため、駆動効率の低下、具体例としては、所望のミラー部の揺動角度を得るために必要な駆動電圧の上昇が発生する。そのため、ミラー部が揺動される際に、構造体の振動は抑制されるのが望ましい。
【０００５】
本発明は、ミラー部が揺動される際に、構造体の振動を抑制することが可能な光スキャナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一側面は、入射した光を反射する反射面を有し、第１軸線を中心として揺動可能に構成されるミラー部と、前記ミラー部の一端から、前記第１軸線に平行に延出する第１捩れ梁部と、前記ミラー部の他端から、前記第１軸線に平行且つ前記第１捩れ梁部分と反対方向に延出する第２捩れ梁部と、前記第１捩れ梁部及び前記第２捩れ梁部の端部に連結され、前記ミラー部から離間し且つ前記第１軸線に交差する方向に延出する本体部とを、有する平板状の構造体と、前記構造体の一部が固定される台座と、前記本体部に設けられ、駆動電圧が印加されることで前記構造体を加振し、前記ミラー部分を前記第１軸線回りに揺動させることが可能な駆動部とを備え、前記本体部は、前記第１軸線に平行な方向において前記第１捩れ梁部の端部よりも前記ミラー部から離間した位置に設けられ、前記第１軸線に交わる方向に伸長する第１貫通孔と、前記第１軸線に平行な方向において前記第２捩れ梁部の端部よりも前記ミラー部から離間した位置に設けられ、前記第１軸線に交わる方向に伸長する第２貫通孔と、前記第１軸線に平行な方向において前記第１貫通孔よりも前記ミラー部から離間した位置に設けられ、前記台座に対して固定される第１被固定部分と、前記第１軸線に平行な方向において前記第２貫通孔よりも前記ミラー部から離間した位置に設けられ、前記台座に対して固定される第２被固定部分と、前記第１軸線に沿う方向に伸長し、前記第１貫通孔を橋渡しすることで前記本体部と前記第１被固定部分とを接続する第１橋渡し部分と、前記第１軸線に沿う方向に伸長し、前記第２貫通孔を橋渡しすることで前記本体部と前記第２被固定部分とを接続する第２橋渡し部分と、を含み、前記第１橋渡し部分は、前記第１軸線に交差する方向において前記第１軸線から離間し、前記第１貫通孔を橋渡しすることで前記本体部と前記第１被固定部分とを接続する第１離間橋渡し部材を有し、前記第２橋渡し部分は、前記第１軸線に交差する方向において前記第１軸線から離間し、前記第２貫通孔を橋渡しすることで前記本体部と前記第２被固定部分とを接続する第２離間橋渡し部材を有する、ことを特徴とする光スキャナである。
【０００７】
第１貫通孔を橋渡しする第１橋渡し部分によって、本体部と第１被固定部分とが接続される。第２貫通孔を橋渡しする第２橋渡し部分によって、本体部と第２被固定部分とが接続される。本体部と第１被固定部分及び第２被固定部分とが、第１橋渡し部分及び第２橋渡し部分によって接続されるため、ミラー部が揺動される際に、構造体の本体部における変位が制限される。その結果、ミラー部が揺動される際に構造体の本体部における振動量を抑制することが可能となる。
また、第１離間橋渡し部材及び第２離間橋渡し部材は、第１軸線に交差する方向に対して、第１軸線から離間する位置に設けられる。第１離間橋渡し部材及び第２離間橋渡し部材が設けられることで、本体部における振動量をさらに抑制できる。さらに、第１軸線からの離間間隔を調整することで、光スキャナの特性、具体的には、本体部における振動量の抑制度合いを調整することも可能となる。
【０００８】
また、前記第１橋渡し部分は、前記第１軸線を含み、前記第１貫通孔を橋渡しすることで前記本体部と前記第１被固定部分とを接続する第１中心橋渡し部材を有し、前記第２橋渡し部分は、前記第１軸線を含み、前記第２貫通孔を橋渡しすることで前記本体部と前記第２被固定部分とを接続する第２中心橋渡し部材を有してもよい。
【０００９】
第１中心橋渡し部材及び第２中心橋渡し部材は、第１軸線を含む。即ち、第１中心橋渡し部材及び第２中心橋渡し部材は、第１捩れ梁部及び第２捩れ梁部の長手方向の延長線上に存在する。これにより、ミラー部が揺動される際の、ミラー部の揺動を妨げる事無く、ミラー部以外の変位が抑えられる。従って、本体部における振動量の抑制及び異音の低減に加え、安定した光学特性を得ることも可能になる。
【００１２】
また、前記本体部は、前記第１軸線に対して線対称に形成され、前記第１離間橋渡し部材及び前記第２離間橋渡し部材は、前記第１軸線に対して線対称となるようにそれぞれ一対設けられてもよい。
【００１３】
本体部が第１軸線に対して線対称なため、本体部における振動の大きさは、第１軸線に対してほぼ線対称となる。従って、第１橋渡し部材及び第２橋渡し部材を第１軸線に対して線対称になるように一対設けることで、本体部における振動をより抑制することが可能になる。
【００１４】
また、前記第１離間橋渡し部材は、前記第１軸線に交差する方向において、前記第１軸線からの離間間隔が、前記第１軸線と第１貫通孔の端部との間の距離の１５〜６５％となる位置に設けられ、前記第２離間橋渡し部分は、前記第１軸線に交差する方向において、前記第１軸線からの離間間隔が、前記第１軸線と第２貫通孔の端部との間の距離の１５〜６５％となる位置に設けられてもよい。
【００１５】
第１離間橋渡し部材及び第２離間橋渡し部材は、第１軸線に交差する方向において、第１軸線からの離間間隔が、第１軸線と第１貫通孔及び第２貫通孔の端部との間の距離に対して、１５〜６５％となる位置に設けられる。後記する実施形態に示されるように、この位置に第１離間橋渡し部材及び第２離間橋渡し部材が設けられることで、本体部の振動を十分に低減することが可能になる。
【００１６】
また、前記第１被固定部分及び前記第２被固定部分は、前記台座に対して複数の固定部分において固定され、前記複数の固定部分は、前記第１軸線に交差する方向において、前記第１橋渡し部分及び前記第２橋渡し部分に対して離間する位置に設けられてもよい。
【００１７】
第１被固定部分及び第２被固定部分が台座に対して固定される複数の固定部分は、第１軸線に交差する方向において、第１橋渡し部分及び第２橋渡し部分に対して離間する位置に設けられる。後記する実施形態に示されるように、この構成によって、第１捩れ梁及び第２捩れ梁における反りを抑制することが可能になる。その結果、ミラー部の上下方向の位置ずれや、走査異常を抑制し、光スキャナの光学特性を保つことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ミラー部が揺動される際に、構造体の本体部における振動を抑制することが可能な光スキャナが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（Ａ）第１実施形態に係る光スキャナ１００の平面図、（Ｂ）光スキャナ１００のＡ−Ａ断面図、（Ｃ）光スキャナ１００のＢ−Ｂ断面図。
【図２】中心橋渡し１１６の有無による、本体部１１４の最大振動量の変化を説明する図。
【図３】固定部分ＦＰの位置による、第１捩れ梁部１１２ａ及び第２捩れ梁部１１２ｂの反り量を説明する図。
【図４】（Ａ）第２実施形態に係る光スキャナ２００の平面図、（Ｂ）光スキャナ２００のＡ−Ａ断面図、（Ｃ）光スキャナ２００のＢ−Ｂ断面図。
【図５】第１離間橋渡し２１８ａ及び第２離間橋渡し２１８ｂの位置による、本体部２１４の最大振動量の変化を説明する図。
【図６】（Ａ）第３実施形態に係る光スキャナ３００の平面図、（Ｂ）光スキャナ３００のＡ−Ａ断面図、（Ｃ）光スキャナ３００のＢ−Ｂ断面図。
【図７】第１離間橋渡し３１８ａ及び第２離間橋渡し３１８ｂの位置による、本体部３１４の最大振動量の変化を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の一側面を反映した第１実施形態について、図面を参照して説明する。なお、参照する図面は、本発明が採用しうる技術的特徴を説明するために用いられるものであり、記載されている構成は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。例えば、以下に説明する各構成において、所定の構成を省略し、または他の構成などに置換してもよい。また、他の構成を含むようにしてもよい。
【００２１】
［光スキャナ１００の構成］
図１に示されるように、光スキャナ１００は、構造体１１０と、台座１２０とを有する。ミラー部１３０は、圧電素子１１７によって、第１軸線ｓを中心軸として揺動する。この揺動によって、ミラー部１３０に入射した光は走査される。
【００２２】
構造体１１０は、前後方向に平行な一対の短辺と、左右方向に平行な一対の長辺とから構成される、平面視矩形の板状構造である。なお、前後方向は第１軸線ｓに平行である。構造体１１０は、揺動部１１１、第１捩れ梁部１１２ａ、第２捩れ梁部１１２ｂ、及び本体部１１４を有する。本体部１１４の一方の面（例えば、上面）には、圧電素子１１７が設けられる。本実施形態では、圧電素子１１７は、第１軸線ｓに対して線対称となるように、一対設けられる。構造体１１０は、ステンレスやチタンなどの金属材料によって構成される。但し、構造体１１０は、シリコンなどの半導体材料によって形成されてもよい。なお、構造体１１０は、図１において、前後左右面に平行である。また、構造体１１０の前後方向、左右方向、上下方向のサイズは、例えば、それぞれ２０ｍｍ、３０ｍｍ、０．１ｍｍ程度である。
【００２３】
第１捩れ梁部１１２ａの一端は、揺動部１１１の前側の端部に連結される。第１捩れ梁部１１２ａは、揺動部１１１との連結位置から、前方向に延出する。第２捩れ梁部１１２ｂの一端は、揺動部１１１の後側の端部に連結される。第２捩れ梁部１１２ｂは、揺動部１１１との連結位置から、後方向に延出する。なお、第１捩れ梁部１１２ａと第２捩れ梁部１１２ｂとを区別しない場合は、単に捩れ梁部１１２と呼称する。本体部１１４の中心には、長軸が前後方向に沿う矩形の第３貫通孔Ｃが形成される。第３貫通孔Ｃによって、揺動部１１１及び捩れ梁部１１２が本体部１１４に対して規定される。ここで、第１軸線ｓは、捩れ梁部１１２の中心を通る。即ち、揺動部１１１は、捩れ梁部１１２によって、第１軸線ｓ回りに揺動可能に弾性的に支持される。つまり、捩れ梁部１１２は、揺動部分１１１を第１軸線ｓ回りに揺動可能に支持するトーションバーとしての役割を持っている。
【００２４】
本体部１１４は、第１捩れ梁部１１２ａの前側端部と、第２捩れ梁部１１２ｂの後側端部とに連結される。本体部１１４は、捩れ梁部１１２との連結位置から、揺動部１１１から離間し且つ第１軸線ｓに交差する方向に延出する。本実施形態では、本体部１１４は、捩れ梁部１１２との連結部分から、左右方向の両側へと延出する。
【００２５】
本体部１１４には、第１貫通孔Ａ及び第２貫通孔Ｂが形成される。第１貫通孔Ａは、第１捩れ梁部１１２ａの前側、換言すれば、前後方向において第１捩れ梁部１１２ａの端部よりもミラー部１３０から離間した位置に設けられる。第１貫通孔Ａは矩形に構成され、その長手方向は左右方向に平行である。第２貫通孔Ｂは、第２捩れ梁部１１２ｂの後側、換言すれば、前後方向において第２捩れ梁部１１２ｂの端部よりもミラー部１３０から離間した位置に設けられる。第２貫通孔Ｂは矩形に形成され、その長手方向は左右方向に平行である。ただし、第１貫通孔Ａ及び第２貫通孔Ｂは、本体部１１４と被固定部分１１５とを離間可能であれば、どのような形状であっても差し支えない。
【００２６】
前後方向において貫通孔Ａよりもミラー部１３０から離間した位置、即ち貫通穴Ａの前側には、台座１２０に固定される被固定部分１１５ａが設けられる。前後方向において貫通孔Ｂよりもミラー部１３０から離間した位置、即ち貫通穴Ｂの後側には、台座１２０に固定される被固定部分１１５ｂが設けられる。なお、被固定部分１１５ａと被固定部分１１５ｂとを区別しない場合は、単に被固定部分１１５と呼称する。被固定部分１１５は、左右方向に延びる帯状の領域である。被固定部分１１５は、左右方向の両端と、後記する第１橋渡し部分及び第２橋渡し部分とにおいて、本体部１１４に接続される。
【００２７】
第１中心橋渡し部材１１６ａは、第１軸線ｓを含み、第１貫通孔Ａを橋渡しすることで、本体部１１４と第１被固定部分１１５ａとを接続する。換言すれば、第１中心橋渡し部材１１６ａは、第１捩れ梁部１１２ａと同一直線上に形成され、前後方向に伸長する。即ち、貫通孔Ａは、左右方向の中心において、第１中心橋渡し部材１１６ａによって左右に二分されている。なお、第１中心橋渡し部材１１６ａは、第１軸線ｓに沿う方向に伸長する第１橋渡し部分の一例である。第２中心橋渡し部材１１６ｂは、第１軸線ｓを含み、第２貫通孔Ｂを橋渡しすることで、本体部１１４と第２被固定部分１１５ｂとを接続する。換言すれば、第２中心橋渡し部材１１６ｂは、第２捩れ梁部１１２ｂと同一直線上に形成され、前後方向に伸長する。即ち、貫通孔Ｂは、左右方向の中心において、第２中心橋渡し部材１１６ｂによって左右に二分されている。なお、第２中心橋渡し部材１１６ｂは、第１軸線ｓに沿う方向に伸長する第２橋渡し部分の一例である。また、第１中心橋渡し部材１１６ａと第２中心橋渡し部材１１６ｂとを区別しない場合は、単に中心橋渡し部材１１６と呼称する。
【００２８】
本体部１１４の上面には、駆動部の一例としての圧電素子１１７が設けられる。圧電素子１１７は、本体部１１７の前後方向おける中間位置であって、左右方向における両端部に、第１軸線ｓに対して線対称となるように、一対設けられる。但し、これ以外の位置に圧電素子１１７が設けられても差し支えない。例えば、本体部１１４の上下両面に圧電素子１１７が設けられてもよい。圧電素子１１７は、例えば、厚さ３０μｍ〜１００μｍの平板状に成形されたチタン酸ジルコン酸鉛などの圧電材料の両面に対して、電極層として金や白金等を０．２μｍ〜０．６μｍ積層することで形成される。圧電素子１１７と本体部１１４とは、導電性接着剤で接着される。そして、圧電素子１１７の上面に、ワイヤボンディングなどで金などの金属細線（非図示）が接続される。
【００２９】
揺動部１１１の上面には、レーザ等の光を反射するミラー部１３０が固定される。平面視矩形のミラー部１３０は、例えば、サファイヤやダイヤモンドなどの可視光に対して透過性を有する誘電体によって、揺動部１１１と別体に構成される。ミラー部１３０の上面又は下面には、レーザ等の光を反射するために、スパッタリングや蒸着などの方法でアルミニウムや銀などの金属薄膜が成膜される。揺動部１１１とミラー部１３０との固定は、例えばエポキシ系、フェノール系、シリコン系などの熱硬化性接着剤によって行われる。揺動部１１１及びミラー部１３０は、第１軸線ｓに対して線対称に設けられる。なお、別体のミラー部１３０を用いずに、研磨や反射膜の成膜などの鏡面加工を揺動部１１１の上面に対して施すことで反射面を設け、揺動部１１１自身をミラー部としても差し支えない。
【００３０】
台座１２０は、矩形に形成された板状部材である。台座１２０の長辺は、左右方向に平行である。台座１２０の短辺は、前後方向に平行である。台座１２０の中央には、長手方向が左右方向に沿う矩形の貫通孔が設けられる。構造体１１０は、被固定部分１１５において、台座１２０の上面に固定される。本体部１１４の左右両端は、左右方向において、台座１２０から離間している。台座１２０の上下方向の厚みは、構造体１１０の上下方向の厚みに比べて十分に大きく、例えば１ｍｍ程度である。そのため、光スキャナ１００が駆動されても、台座１２０は、殆ど変形しない。換言すれば、光スキャナ１００が駆動される場合、被固定部分１１５は台座１２０と一体として殆ど変形せず、本体部１１４が主として変形する。台座１２０は、例えば、ステンレス等の金属材料によって構成される。
【００３１】
被固定部分１１５と台座１２０とは、複数の固定部分ＦＰ（図１における影付丸部分）において固定される。固定部分ＦＰは、例えば数ミリ程度の直径を有する領域である。固定部分ＦＰにおける固定は、レーザ溶接や導電性の熱硬化接着剤などによって達成される。固定部分ＦＰは、被固定部分１１５において、左右方向に一列に整列している。固定部分ＦＰは、被固定部分１１５における本体部１１４との接続部分の近傍に設けられる。但し、固定部分ＦＰは、左右方向において、中心橋渡し部材１１６から離間した位置に設けられる。換言すれば、固定部分ＦＰは、中心橋渡し部材１１６の前後方向への延長線上には設けられない。その理由は、図３を用いて後記する。
【００３２】
［光スキャナ１００の駆動］
構造体１１０は金属で形成されるので、構造体１１０と圧電素子１１７の上面に接続された金属細線との間に電圧を印加することで、圧電素子１１７を変形させることが可能となる。圧電素子１１７の変形によって、本体部１１４は加振される。右側に設けられる圧電素子１１７と左側に設けられる圧電素子１１７とには、逆位相となるように駆動信号が周期的にそれぞれ印加される。この駆動信号の周波数が、光スキャナ１００の共振駆動に必要な周波数に相当する場合、圧電素子１１７の変形に伴い、本体部１１４に板波が励起される。この板波が、本体部１１４及び捩れ梁部１１２を介して揺動部１１１に伝達されることで、揺動部１１１は、所定の共振周波数において第１軸線ｓ回りに揺動する。ここで、構造体１１０は、被固定部分１１５において台座１２０に固定され、本体部１１４は、台座１２０によって宙に浮いた状態となっている。そのため、光スキャナ１００の駆動時に、本体部１１４は上下方向に変位する。捩れ梁部１１２は、本体部１１４の振動の節となる位置に設けられるので、本体部１１４が上下方向に変位しても、捩れ梁部１１２は、上下方向への変位が抑制される。なお、駆動信号の周波数は、光スキャナ１００の共振周波数に厳密に一致しなくても差し支えない。光スキャナ１００のＱ値や周波数特性の線形性に応じて、駆動信号の周波数は、光スキャナ１００の共振周波数から適宜オフセットされても差し支えない。
【００３３】
［光スキャナ１００の作成］
光スキャナ１００の作成工程を説明する。ここでは、構造体１１０が金属で構成される場合を例に取り、説明を行う。先ず、構造体１１０を構成する金属板（例えば、ステンレスやチタンなど）が、構造体１１０の外形と等しい大きさに分割される。そして、分割された金属板に対して所定の除去加工を行うことで、第１貫通孔Ａ、第２貫通孔Ｂ及び第３貫通孔Ｃが形成される。第１貫通孔Ａ、第２貫通孔Ｂ及び第３貫通孔Ｃの形成により、揺動部１１１、捩れ梁部１１２、本体部１１４、被固定部分１１５及び中心橋渡し部材１１６が形作られる。所定の除去加工には、例えば、エッチング、プレス加工、放電加工、レーザ加工などが含まれる。一例として、ウェットエッチングが行われる場合、分割された金属板の、第１貫通孔Ａ、第２貫通孔Ｂ及び第３貫通孔Ｃを除いた位置に、マスキングのためのレジスト膜が形成される。その後、ウェットエッチングによって構造体１１０の外形が形成された後に、レジスト膜が除去される。なお、構造体１１０の外形に比して十分大きな金属板に複数の構造体１１０の外形が形成された後に、個々の構造体に分割される多数個取りが実行されても差し支えない。
【００３４】
次に、予め圧電材料の両面に電極層を備えたバルクの圧電素子１１７が、構造体１１０に実装される。この実装は、例えば、エポキシ系、アクリル系、シリコン系等の合成樹脂材料に金属フィラーなどの導電材を含有する導電性接着剤を用いて行われる。具体的には、構造体１１０の本体部１１４に塗布された導電性接着剤の上に、圧電素子１１７が設置される。圧電素子１１７の設置後、１００〜２００℃の雰囲気に保たれた加熱炉内に構造体１１０が３０〜６０分間装入されることによって、導電性接着剤が硬化する。以上で、圧電素子１１７の実装が完了する。
【００３５】
次に、台座１２０が作成される。台座１２０の外形は、構造体１１０の場合と同様に、台座１２０の構成材料に対して、エッチングやプレスなどの除去加工を施すことで得られる。
【００３６】
次に、台座１２０と構造体１１０とが複数の固定位置ＦＰにおいて固定される。この固定は、前記したように、レーザ溶接や導電性の熱硬化接着剤を用いて行われる。従って、構造体１１０と台座１２０とは、電気的に接続された状態となる。
【００３７】
最後に、圧電素子１１７と台座１２０とに対して、ワイヤボンディングによって信号線が接続される。この信号線は、非図示の交流電源に接続される。光スキャナ１００の駆動時には、この信号線を介して圧電素子１１７と台座１２０との間に駆動信号が供給される。以上で、光スキャナ１００の作成工程が終了する。
【００３８】
［橋渡し部分による効果］
図２を用いて、中心橋渡し部材１１６が設けられたことによる、構造体１１０の本体部１１４における振動の抑制度合いを説明する。最大振動量とは、駆動時において本体部１１４の上下方向における変位量が最大となる位置における振動量である。変位量が最大となる位置は、例えば、本体部１１４の圧電素子１１７が設けられる位置である。また、最大振動量は、駆動時のミラー部１３０の上下方向における最大変位量で除算することで、百分率にて示される。図１に示される光スキャナ１００の場合、駆動時の本体部１１４における最大振動量は、「２０．９％」である。一方、中心橋渡し部材１１６が存在しない光スキャナの場合、最大振動量は、「２７．０％」となっている。従って、中心橋渡し部材１１６が設けられることで、本体部１１４における最大振動量は約２割抑制される。なお、図２に示される値は、光スキャナ１００及び中心橋渡し部材１１６が存在しない光スキャナの形状や材質などのパラメータに基づいて行われたシミュレーションによって得られた値である。
【００３９】
［固定部分ＦＰの位置による効果］
レーザ溶接や熱硬化接着剤などを利用した固定の場合、固定時における構造体１１０と台座１２０との温度は、光スキャナ１００が駆動されるときの常温に比べて高い。構造体１１０と台座１２０との熱膨張係数に差がある場合、固定時の温度上昇から常温に戻った際の縮小量が、構造体１１０と台座１２０とで異なる。この縮小量の差によって、構造体１２０に反りが発生する。この反りは、応力や上下方向における歪みなどの発生に繋がる。捩れ梁部１１２に反りが発生した場合、ミラー部１３０の上下方向の位置ずれや、ウォブル等の走査異常の原因になる。反りを抑えるためには、一例として、溶接に用いるレーザの強度を小さくする、接着する面積を小さくするなどの方法が考えられる。これらの方法を適応すれば、確かに反り自体は小さくなる。しかし、構造体１１０と台座１２０との接合強度の低下が生じる為、現実的には適用出来ない。
【００４０】
本実施形態では、固定部分ＦＰは、左右方向において、中心橋渡し部材１１６から離間した位置に設けられる。仮に、中心橋渡し部材１１６の前後方向の延長線上に固定部分ＦＰが設けられた場合、固定時の温度から常温に戻った際に発生する縮小量の差が、中心橋渡し部材１１６を介して、捩れ梁部１１２に直接伝えられる。その結果、捩れ梁部１１２に大きな反りが生じる。一方で、本実施形態のように、中心橋渡し部材１１６から離間した位置に固定部分ＦＰを設けた場合、縮小量の差は、被固定部分１１５の前後方向における変形によってある程度吸収される。その結果、縮小量の差は捩れ梁部１１２に直接伝わらず、結果として捩れ梁部１１２の反りが抑制される。
【００４１】
図３の横軸は、捩れ梁部１１２の前後方向における位置を示す。但し、図３の横軸は、第１中心橋渡し部材１１６ａの前側端部を始点として、第２中心橋渡し部材１１６ｂの後側端部を終点としている。また、ミラー部１３０の上側表面が捩れ梁部１１２に対して上方向に位置しているため、ミラー部１３０が設けられる位置の測定値は得られていない。図３の縦軸は、横軸の始点位置を「０」とした場合の、上下方向における捩れ梁部１１２（及び中心橋渡し部材１１６）の反り量を示す。実線と黒丸でしめされるプロットと、破線と黒三角で示されるプロットは、光スキャナ１００における実測値である。両者の違いは、作成されたサンプルの違いである。また、点線と十字で示されるプロットと、一点鎖線と白抜四角とで示されるプロットとは、被固定部分１１５において、中心橋渡し部材１１６の前後方向における延長線上に固定部分ＦＰが設けられた場合の実測データである。両者の違いは、作成されたサンプルの違いである。
【００４２】
図３から明らかに、中心橋渡し部材１１６の前後方向における延長線上に固定部分ＦＰが設けられた場合と比較して、中心橋渡し部材１１６から離間した位置に固定部分ＦＰが設けられた場合、捩れ梁部１１２の反り量は１／３から１／４程度抑制される。その結果、ミラー部１３０の上下方向の位置ずれや、ウォブルなどの走査異常を抑制し、光スキャナ１００の光学特性を保つことができる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
［光スキャナ２００の構成］
本発明の他の側面を反映した第２実施形態を示す。第２実施形態に係る光スキャナ２００は、第１実施形態に係る光スキャナ１００と比較して、構造体２１０の形状において相違する。そのため、光スキャナ２００において、光スキャナ１００と同一の構成に対しては、同一の番号を付与することで説明が省略される。
【００４４】
図４に示されるように、光スキャナ２００は、構造体２１０と、台座１２０とを有する。構造体２１０は、第１橋渡し部分と第２橋渡し部分の構成において、第１実施形態における構造体１１０と相違する。第２実施形態では、第１橋渡し部分は、第１中心橋渡し部材１１６ａに加えて、第１離間橋渡し部材２１８ａを含む。第１離間橋渡し部材２１８ａは、左右方向において第１軸線ｓから離間する。第１離間橋渡し部材２１８ａは、第１貫通孔Ａを前後方向に橋渡しすることで、本体部２１４と第１被固定部分１１５ａとを接続する。第１離間橋渡し部材２１８ａは、第１軸線ｓに対して線対称となるように、第１中心橋渡し部材１１６ａの左右両側に一対設けられる。また、第２橋渡し部分も同様に、第２中心橋渡し部材１１６ｂに加えて、第２離間橋渡し部材２１８ｂを含む。第２離間橋渡し部材２１８ｂは、左右方向において第１軸線ｓから離間する。第２離間橋渡し部材２１８ｂは、第２貫通孔Ｂを前後方向に橋渡しすることで、本体部２１４と第２被固定部分１１５ｂとを接続する。第２離間橋渡し部材２１８ｂは、第１軸線ｓに対して線対称となるように、第２中心橋渡し部材１１６ｂの左右両側に一対設けられる。なお、第１離間橋渡し部材２１８ａと第２離間橋渡し部材２１８ｂとを区別しない場合は、単に離間橋渡し部材２１８と呼称する。なお、固定部分ＦＰは、離間橋渡し部材２１８の前後方向における延長線を避けて、左右方向において離間橋渡し部材２１８から離間した位置に設けられる。
【００４５】
［離間橋渡し部材２１８の形態検討］
離間橋渡し部材２１８の、第１軸線ｓからの離間間隔を調整することで、光スキャナ２００の特性、具体的には、本体部２１４における最大振動量の抑制度合いを調整することが可能となる。ここでは、離間橋渡し部材２１８の、第１軸線ｓからの離間間隔を変数にとって、望ましい離間橋渡し部材２１８の形態を考察する。
【００４６】
光スキャナ２００と同様の構造体２１０の条件（外形及び材質）において、離間橋渡し部材２１８位置をシミュレーションによって変化させた結果を図５に示す。図５の横軸は、離間橋渡し部材２１８の、第１軸線ｓからの離間間隔を示す。具体的には、図４においてＬａをＬｂで除算した値が、図５の横軸として採用される。Ｌａは、第１軸線ｓと離間橋渡し部材２１８の前後方向における中心線との間隔である。Ｌｂは、第１軸線ｓから第２貫通孔Ｂの左側端部までの距離である。なお、第２貫通孔Ｂは、第１軸線ｓに対して線対称であるため、第１軸線ｓから第２貫通孔Ｂの右側端部までの距離もＬｂとなる。また、第１貫通孔Ａと第２貫通孔Ｂとは、ミラー部１３０に対して対称である。そのため、第１貫通孔Ａにおいて、第１軸線ｓから左右端部までの距離も同様にＬｂとなる。図５の縦軸は、駆動時において本体部２１４の上下方向における変位量が最大となる位置における最大振動量である。また、最大振動量は、駆動時のミラー部１３０の上下方向における最大変位量で除算することで、百分率にて示される。
【００４７】
図５から明らかに、離間橋渡し部材２１８がどの位置に設けられても、最大振動量の値は約２０％以下に留まっている。即ち、中心橋渡し部材１１６に加えて、離間橋渡し部材２１８が設けられることで、本体部２１４における振動量をさらに抑制できる（図２参照）。より具体的には、離間橋渡し部材位置が０％から増加するに従い、最大振動量は減少する。そして、離間橋渡し部材位置が１５％の辺りで、最大振動量は１０％程度に減少する。その後も、離間橋渡し部材位置の増加に伴い最大振動量は減少する。離間橋渡し部材位置が３５％の辺りで、最大振動量は最小となる。その後、離間橋渡し部材位置の増加に従い、最大振動量は増加に転ずる。そして、離間橋渡し部材位置が５５％の辺りで、最大振動量は１０％程度に増加する。その後も、離間橋渡し部材位置の増加に伴い最大振動量は増加する。
【００４８】
経験的に、異音の低減という観点からは、本体部２１４の最大振動量が１０％以下であれば、実効性がある。また、本体部２１４の最大振動量が１０％以下の場合、経験的に、光スキャナ２００のＱ値が、本体部２１４の最大振動量が１０％以上の場合と比較して高くなる。高Ｑ値の光スキャナは、空気抵抗などの減衰が小さくなり高効率で駆動できるため、駆動電圧の低電圧化に寄与する。従って、光スキャナ２００において、離間橋渡し部材２１８の第１軸線ｓからの離間間隔は、最大振動量が１０％以下となる１５％〜５５％が望ましい。また、離間橋渡し部材２１８の第１軸線ｓからの離間間隔は、最大振動量は最小となる３５％の場合がより望ましい。
【００４９】
＜第３実施形態＞
［光スキャナ３００の構成］
本発明のさらに他の側面を反映した第３実施形態を示す。第３実施形態に係る光スキャナ３００は、第２実施形態に係る光スキャナ２００と比較して、構造体３１０の形状において相違する。そのため、光スキャナ３００において、光スキャナ２００と同一の構成に対しては、同一の番号を付与することで説明が省略される。
【００５０】
図６に示されるように、光スキャナ３００は、構造体３１０と、台座１２０とを有する。構造体３１０は、第１橋渡し部分と第２橋渡し部分の構成において、第２実施形態における構造体２１０と相違する。具体的には、第３実施形態では、第１中心橋渡し部材１１６ａ及び第２中心橋渡し部材１１６ｂが存在しない。即ち、第１橋渡し部分は、第１離間橋渡し部材２１８ａのみを有する。また、第２橋渡し部分は、第２離間橋渡し部材２１８ｂのみを有する。
【００５１】
［離間橋渡し部材２１８の形態検討］
前記した第２実施形態と同様に、離間橋渡し部材２１８の、第１軸線ｓからの離間間隔を変数にとって、望ましい離間橋渡し部材２１８の形態を考察する。
【００５２】
光スキャナ３００と同様の構造体３１０の条件（外形及び材質）において、離間橋渡し部材２１８位置をシミュレーションによって変化させた結果を図７に示す。図７の横軸及び横軸は、図５の縦軸及び横軸と同様である。
【００５３】
図７から明らかに、離間橋渡し部材２１８がどの位置に設けられても、最大振動量の値は約１５％以下に留まっている。即ち、離間橋渡し部材２１８のみが設けられることで、中心橋渡し部材１１６とともに設けられる場合（図５参照）と比較して、本体部３１４における振動量をさらに抑制できる。より具体的には、離間橋渡し部材位置が０％から増加するに従い、最大振動量は減少する。そして、離間橋渡し部材位置が１５％の辺りで、最大振動量は１０％程度に減少する。その後も、離間橋渡し部材位置の増加に伴い最大振動量は減少する。離間橋渡し部材位置が３５％の辺りで、最大振動量は最小となる。その後、離間橋渡し部材位置の増加に従い、最大振動量は増加に転ずる。そして、離間橋渡し部材位置が６５％の辺りで、最大振動量は１０％程度に増加する。その後も、離間橋渡し部材位置の増加に伴い最大振動量は増加する。
【００５４】
図５に示される光スキャナ２００と同様に、離間橋渡し部材２１８の第１軸線ｓからの離間間隔は、最大振動量が１０％以下となる領域が望ましい。具体的には、図５に示される光スキャナ２００と比較して上限値が若干拡張された、１５％〜６５％の領域が、離間橋渡し部材２１８の第１軸線ｓからの離間間隔としては望ましい。また、離間橋渡し部材２１８の第１軸線ｓからの離間間隔は、最大振動量が最小となる３５％の場合がより望ましい。
【００５５】
本発明は、今までに述べた実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形・変更が可能である。以下にその一例を述べる。
【００５６】
前記した実施形態では、駆動部として圧電素子１１７が利用される。しかし、磁石とコイルパターンとの組み合わせによる電磁駆動方式や、極板間に働く静電気力による静電駆動方式など、他の駆動方式を採用した光スキャナであっても、本発明の範囲に含まれる。
【００５７】
前記した実施形態では、本体部は、捩れ梁部との連結部分から、左右方向の両側へと延出する。換言すれば、捩れ梁部は、本体部によって左右方向において両持支持されている。しかし、たとえば、本体部は、捩れ梁部との連結部分から、左右方向の何れか一方へのみ延出してもよい。換言すれば、捩れ梁部は、本体部によって左右方向において片持支持されてもよい。捩れ梁部が片持支持される場合、本体部に設けられる駆動部も、左右方向の何れか一方へのみ延出した本体部に対応し、第１軸線ｓに対して一方側にのみ設けられる。
【００５８】
前記した実施形態において、台座１２０は、矩形に形成された板状部材であった。しかし、台座はこの形状に限定されない。構造体の被固定部分を固定可能な形状であれば、台座はどのような形状であってもよい。例えば、前後方向の幅が被固定部分と同一であって、長手方向が左右方向に平行な一対の棒状部材が、台座として用いられても差し支えない。
【００５９】
前記した実施形態において、光スキャナは、共振周波数にて駆動される。しかし、本発明は、共振駆動されない光スキャナに対しても適用可能である。なぜならば、共振駆動されない光スキャナであっても、駆動のために構造体に対して振動が印加されるので、構造体の振動という問題は同様に発生するためである。
【符号の説明】
【００６０】
１００，２００，３００  光スキャナ
１１０，２１０，３１０  構造体
１１１  揺動部
１１２ａ  第１捩れ梁部
１１２ｂ  第２捩れ梁部
１１４  本体部
１１５ａ  第１被固定部分
１１５ｂ  第２被固定部分
１１６ａ  第１中心橋渡し部材
１１６ｂ  第２中心橋渡し部材
１１７  圧電素子
１２０  台座
１３０  ミラー部
２１８ａ  第１離間橋渡し部材
２１８ｂ  第２離間橋渡し部材
【図１】
0005447481.tif 000002
【図２】
0005447481.tif 000003
【図３】
0005447481.tif 000004
【図４】
0005447481.tif 000005
【図５】
0005447481.tif 000006
【図６】
0005447481.tif 000007
【図７】
0005447481.tif 000008