(57)【要約】【課題】枠体部の内側に可動部を支持するジンバル構造において、歪検出素子に対する外部からの熱の影響を抑制しつつ、歪検出素子を用いて可動部の挙動を検出することができる光スキャナーを提供すること、また、かかる光スキャナーを備える信頼性に優れた画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを提供すること。【解決手段】光スキャナー１は、光反射性を有する光反射部が設けられ、かつ、Ｙ軸周りに揺動可能な可動ミラー部１１と、Ｙ軸に交差するＸ軸周りに揺動可能な枠体部１３と、可動ミラー部１１と枠体部１３とを接続する軸部１２ａ、１２ｂと、固定部１５と、枠体部１３と固定部１５とを接続する軸部１４ａ、１４ｂと、軸部１４ａの枠体部１３側の端部に配置された歪検出素子５１と、歪検出素子５１の検出信号が入力され、軸部１４ａの曲げ変形に基づく信号を出力する第１信号処理部と、を備える。【選択図】図１１
2014182227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射性を有する光反射部が設けられ、かつ、第１の軸周りに揺動可能な可動部と、
前記第１の軸に交差する第２の軸周りに揺動可能な枠体部と、
前記可動部と前記枠体部とを接続する第１軸部と、
固定部と、
前記枠体部と前記固定部とを接続する第２軸部と、
前記第２軸部の前記枠体部側の端部、または、前記可動部、前記枠体部および前記第１軸部のうちのいずれかに配置された第１歪検出素子と、
前記第２軸部の前記枠体部側の端部、または、前記可動部、前記枠体部および前記第１軸部のうちのいずれかに配置された第２歪検出素子と、
前記第１歪検出素子の検出信号が入力され、前記第２軸部の曲げ変形に基づく信号を出力する第１信号処理部と、
前記第２歪検出素子の検出信号が入力され、前記第２軸部の捩れ変形に基づく信号を出力する第２信号処理部と、を備えることを特徴とする光スキャナー。
【請求項２】
前記第１歪検出素子は、前記第２軸部の前記枠体部側の端部に配置され、前記第２軸部の変形を検出する請求項１に記載の光スキャナー。
【請求項３】
前記第１歪検出素子は、前記第２軸部の長手方向に沿った方向に延びる長手形状をなすピエゾ抵抗領域と、前記ピエゾ抵抗領域上に前記第２軸部の長手方向に沿った方向に並んで配置された１対の端子と、を備える請求項２に記載の光スキャナー。
【請求項４】
前記第１信号処理部から出力された信号に基づいて、前記可動部の前記第１の軸周りの挙動を検出する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光スキャナー。
【請求項５】
オブザーバーを用いて、前記第１信号処理部から出力された信号に基づいて、前記可動部の前記第１の軸周りの挙動を推定する請求項４に記載の光スキャナー。
【請求項６】
前記可動部の前記第１の軸周りの揺動に関する共振周波数における振幅と、前記枠体部の前記第１の軸周りの揺動に関する共振周波数における振幅との比を用いて、前記第１信号処理部から出力された信号に基づいて、前記可動部の前記第１の軸周りの挙動を推定する請求項４に記載の光スキャナー。
【請求項７】
前記第２歪検出素子は、前記第２軸部の前記枠体部側の端部に配置され、前記第２軸部の変形を検出する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光スキャナー。
【請求項８】
前記第２信号処理部から出力された信号に基づいて、前記可動部の前記第２の軸周りの挙動を検出する請求項７に記載の光スキャナー。
【請求項９】
光反射性を有する光反射部が設けられ、かつ、第１の軸周りに揺動可能な可動部と、
前記第１の軸に交差する第２の軸周りに揺動可能な枠体部と、
前記可動部と前記枠体部とを接続する第１軸部と、
固定部と、
前記枠体部と前記固定部とを接続する第２軸部と、
前記第２軸部の前記枠体部側の端部に配置され、前記第２軸部の変形を検出する歪検出素子と、
前記歪検出素子の検出信号が入力され、前記第２軸部の曲げ変形に基づく信号を出力する第１信号処理部と、
前記歪検出素子の検出信号が入力され、前記第２軸部の捩れ変形に基づく信号を出力する第２信号処理部と、を備えることを特徴とする光スキャナー。
【請求項１０】
前記歪検出素子は、ピエゾ抵抗領域と、前記ピエゾ抵抗領域上に前記第２軸部の長手方向に対して傾斜した方向に並んで配置された１対の端子と、を備える請求項９に記載の光スキャナー。
【請求項１１】
前記第２軸部は、前記枠体部を挟んで１対設けられており、
前記歪検出素子は、前記１対の第２軸部のそれぞれに配置されている請求項９または１０に記載の光スキャナー。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の光スキャナーと、
光を出射する光源と、を備え、
前記光源から出射した光を前記光反射部で反射し、画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の光スキャナーと、
光を出射する光源と、を備え、
前記光源から出射した光を前記光反射部で反射し、画像を虚像として表示することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ等に用いられ、光を２次元的に走査する光スキャナーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、特許文献１に記載の光スキャナーは、枠状の外側フレーム（固定部）と、外側フレームの内側に設けられた枠状の内側フレーム（枠体部）と、内側フレームを外側フレームに対して回動可能に支持する１対の第２の弾性ビーム（第２軸部）と、内側フレームの内側に設けられたミラー部（可動部）と、ミラー部を内側フレームに対して回動可能に支持する１対の第１の弾性ビーム（第１軸部）とを有する。
【０００３】
このような光スキャナーでは、第２の弾性ビームを捩れ変形させながら内側フレームを外側フレームに対して回動させるとともに、第１の弾性ビームを捩れ変形させながらミラー部を内側フレームに対して回動させることにより、ミラー部で反射した光を２次元的に走査する。
また、特許文献１に記載の光スキャナーでは、内側フレームと外側フレームとの間の第２の弾性ビームの外側フレーム側の端部にピエゾ抵抗が配置されている。これにより、このピエゾ抵抗の抵抗値変化に基づいて、第２の弾性ビームの捩れ変形による内側フレームおよびミラー部の回動を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０７７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ピエゾ抵抗には、応力に対する応答感度が温度変化に伴って変化するという温度特性がある。
一方、特許文献１に記載の光スキャナーでは、ピエゾ抵抗が第２の弾性ビームの外側フレーム側の端部に配置されているため、外側フレームを支持して設置したとき、外部からの熱が外部フレームに伝達され、ピエゾ抵抗が外部からの熱の影響を受けやすい。
そのため、ピエゾ抵抗の温度と、第２の弾性ビームの捩れ変形を生じる主たる部分の温度とが異なってしまい、上述したピエゾ抵抗の温度特性に起因して、ピエゾ抵抗の検出精度の低下を招くという問題があった。
本発明の目的は、歪検出素子に対する外部からの熱の影響を抑制しつつ、歪検出素子を用いて可動部の挙動を検出することができる光スキャナーを提供すること、また、かかる光スキャナーを備える信頼性に優れた画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光スキャナーは、光反射性を有する光反射部が設けられ、かつ、第１の軸周りに揺動可能な可動部と、
前記第１の軸に交差する第２の軸周りに揺動可能な枠体部と、
前記可動部と前記枠体部とを接続する第１軸部と、
固定部と、
前記枠体部と前記固定部とを接続する第２軸部と、
前記第２軸部の前記枠体部側の端部、または、前記可動部、前記枠体部および前記第１軸部のうちのいずれかに配置された第１歪検出素子と、
前記第２軸部の前記枠体部側の端部、または、前記可動部、前記枠体部および前記第１軸部のうちのいずれかに配置された第２歪検出素子と、
前記第１歪検出素子の検出信号が入力され、前記第２軸部の曲げ変形に基づく信号を出力する第１信号処理部と、
前記第２歪検出素子の検出信号が入力され、前記第２軸部の捩れ変形に基づく信号を出力する第２信号処理部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このような光スキャナーによれば、第１信号処理部から出力された信号に基づいて、可動部の第１の軸周りの挙動を検出することができる。また、第２信号処理部から出力された信号に基づいて、可動部の第２の軸周りの挙動を検出することができる。また、第１歪検出素子および第２歪検出素子が第２軸部の枠体部側の端部、または、可動部、枠体部および第１軸部のうちのいずれかに配置されているため、第１歪検出素子および第２歪検出素子に対する外部からの固定部を介した熱の影響を抑制することができる。
【０００８】
本発明の光スキャナーでは、前記第１歪検出素子は、前記第２軸部の前記枠体部側の端部に配置され、前記第２軸部の変形を検出することが好ましい。
これにより、可動部に入射した光による熱が第１歪検出素子に与える影響を抑制することができる。また、可動部の第１の軸周りの挙動の検出に用いる歪抵抗素子を第１軸部に設ける必要がないため、第１軸部の設計の自由度を高めることができる。
【０００９】
本発明の光スキャナーでは、前記第１歪検出素子は、前記第２軸部の長手方向に沿った方向に延びる長手形状をなすピエゾ抵抗領域と、前記ピエゾ抵抗領域上に前記第２軸部の長手方向に沿った方向に並んで配置された１対の端子と、を備えることが好ましい。
これにより、第１歪検出素子から出力される信号に含まれる第２軸部の曲げ変形に基づく信号を大きくすることができる。
【００１０】
本発明の光スキャナーでは、前記第１信号処理部から出力された信号に基づいて、前記可動部の前記第１の軸周りの挙動を検出することが好ましい。
これにより、検出した挙動に基づいて、可動部の第１の軸周りの挙動を所望の状態となるように制御したり、可動部の第１の軸周りの挙動と他の装置の動作とを同期させたりすることができる。
本発明の光スキャナーでは、オブザーバーを用いて、前記第１信号処理部から出力された信号に基づいて、前記可動部の前記第１の軸周りの挙動を推定することが好ましい。
これにより、可動部の第１の軸周りの揺動が共振状態でなくても、第１信号処理部から出力された信号に基づいて、可動部の第１の軸周りの挙動を検出することができる。
【００１１】
本発明の光スキャナーでは、前記可動部の前記第１の軸周りの揺動に関する共振周波数における振幅と、前記枠体部の前記第１の軸周りの揺動に関する共振周波数における振幅との比を用いて、前記第１信号処理部から出力された信号に基づいて、前記可動部の前記第１の軸周りの挙動を推定することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、第１信号処理部から出力された信号に基づいて、可動部の第１の軸周りの挙動を高精度に検出することができる。
【００１２】
本発明の光スキャナーでは、前記第２歪検出素子は、前記第２軸部の前記枠体部側の端部に配置され、前記第２軸部の変形を検出することが好ましい。
これにより、可動部に入射した光による熱が第２歪検出素子に与える影響を抑制することができる。また、可動部の第２の軸周りの挙動の検出に用いる歪抵抗素子を第１軸部に設ける必要がないため、第１軸部の設計の自由度を高めることができる。
【００１３】
本発明の光スキャナーでは、前記第２信号処理部から出力された信号に基づいて、前記可動部の前記第２の軸周りの挙動を検出することが好ましい。
これにより、検出した挙動に基づいて、可動部の第２の軸周りの挙動を所望の状態となるように制御したり、可動部の第２の軸周りの挙動と他の装置の動作とを同期させたりすることができる。
【００１４】
本発明の光スキャナーは、光反射性を有する光反射部が設けられ、かつ、第１の軸周りに揺動可能な可動部と、
前記第１の軸に交差する第２の軸周りに揺動可能な枠体部と、
前記可動部と前記枠体部とを接続する第１軸部と、
固定部と、
前記枠体部と前記固定部とを接続する第２軸部と、
前記第２軸部の前記枠体部側の端部に配置され、前記第２軸部の変形を検出する歪検出素子と、
前記歪検出素子の検出信号が入力され、前記第２軸部の曲げ変形に基づく信号を出力する第１信号処理部と、
前記歪検出素子の検出信号が入力され、前記第２軸部の捩れ変形に基づく信号を出力する第２信号処理部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
このような光スキャナーによれば、第１信号処理部から出力された信号に基づいて、可動部の第１の軸周りの挙動を検出することができる。また、第２信号処理部から出力された信号に基づいて、可動部の第２の軸周りの挙動を検出することができる。また、歪検出素子が第２軸部の枠体部側の端部、または、可動部、枠体部および第１軸部のうちのいずれかに配置されているため、歪検出素子に対する外部からの固定部を介した熱の影響を抑制することができる。
【００１６】
本発明の光スキャナーでは、前記歪検出素子は、ピエゾ抵抗領域と、前記ピエゾ抵抗領域上に前記第２軸部の長手方向に対して傾斜した方向に並んで配置された１対の端子と、を備えることが好ましい。
これにより、歪検出素子から出力される信号に含まれる第２軸部の曲げ変形および捩れ変形のそれぞれに基づく信号を大きくすることができる。
【００１７】
本発明の光スキャナーでは、前記第２軸部は、前記枠体部を挟んで１対設けられており、
前記歪検出素子は、前記１対の第２軸部のそれぞれに配置されていることが好ましい。
これにより、１対の歪検出素子の検出信号から、第２軸部の曲げ変形に基づく信号と、第２軸部の捩れ変形に基づく信号とをそれぞれ効率的に取り出すことができる。
【００１８】
本発明の画像表示装置は、本発明の光スキャナーと、
光を出射する光源と、を備え、
前記光源から出射した光を前記光反射部で反射し、画像を表示することを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する画像表示装置を提供することができる。
本発明のヘッドマウントディスプレイは、本発明の光スキャナーと、
光を出射する光源と、を備え、
前記光源から出射した光を前記光反射部で反射し、画像を虚像として表示することを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有するヘッドマウントディスプレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。
【図２】図１に示す光スキャナーの断面図（Ｘ軸に沿った断面図）である。
【図３】図１に示す光スキャナーの制御系を示すブロック図である。
【図４】図１に示す光スキャナーが備える駆動部の電圧印加部を説明するためのブロック図である。
【図５】図４に示す第１の電圧発生部および第２の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。
【図６】図１に示す光スキャナーの第１歪検出素子を説明するための図である。
【図７】図１に示す光スキャナーの第２歪検出素子を説明するための図である。
【図８】（ａ）は、枠体部に印加される第１の軸周りのトルクと可動部および枠体部のＹ軸周りの揺動角との比に関する周波数特性を示すグラフ、（ｂ）は、枠体部に印加される第１の軸周りのトルクと可動部および枠体部の第１の軸周りの揺動との位相差に関する周波数特性を示すグラフである。
【図９】（ａ）は、図８（ａ）の共振周波数付近を拡大したグラフ、（ｂ）は、図８（ｂ）の共振周波数付近を拡大したグラフである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。
【図１１】図１０に示す光スキャナーの制御系を示すブロック図である。
【図１２】図１０に示す光スキャナーの歪検出素子を説明するための図である。
【図１３】２端子型の歪検出素子の姿勢とシリコンの結晶方位との関係を説明するための図である。
【図１４】ピエゾ抵抗領域にｐ型シリコンを用いた場合における２端子型の歪検出素子の姿勢（角度α）と引張応力およびせん断応力による抵抗値変化率の絶対値との関係を示すグラフである。
【図１５】ピエゾ抵抗領域にｎ型シリコンを用いた場合における２端子型の歪検出素子の姿勢（角度α）と引張応力およびせん断応力による抵抗値変化率の絶対値との関係を示すグラフである。
【図１６】２端子型の歪検出素子の姿勢（角度α）と引張応力およびせん断応力による抵抗値変化率の絶対値の比との関係を示すグラフである。
【図１７】本発明の第３実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。
【図１８】図１７に示す光スキャナーの歪検出素子を説明するための図である。
【図１９】ピエゾ抵抗領域にｐ型シリコンを用いた場合における４端子型の歪検出素子の姿勢（角度α）と引張応力およびせん断応力による抵抗値変化率の絶対値との関係を示すグラフである。
【図２０】ピエゾ抵抗領域にｎ型シリコンを用いた場合における４端子型の歪検出素子の姿勢（角度α）と引張応力およびせん断応力による抵抗値変化率の絶対値との関係を示すグラフである。
【図２１】４端子型の歪検出素子の姿勢（角度α）と引張応力およびせん断応力による抵抗値変化率の絶対値の比との関係を示すグラフである。
【図２２】本発明の第４実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。
【図２３】本発明の第５実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。
【図２４】本発明の第６実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。
【図２５】本発明の画像表示装置の実施形態を模式的に示す図である。
【図２６】図２５に示す画像表示装置の制御系を示すブロック図である。
【図２７】本発明の画像表示装置の応用例１を示す斜視図である。
【図２８】本発明の画像表示装置の応用例２を示す斜視図である。
【図２９】本発明の画像表示装置の応用例３を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
（光スキャナー）
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る光スキャナーを示す平面図、図２は、図１に示す光スキャナーの断面図（Ｘ軸に沿った断面図）、図３は、図１に示す光スキャナーの制御系を示すブロック図である。また、図４は、図１に示す光スキャナーが備える駆動部の電圧印加部を説明するためのブロック図、図５は、図４に示す第１の電圧発生部および第２の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００２１】
図１および図２に示すように、光スキャナー１は、可動ミラー部１１と、１対の軸部１２ａ、１２ｂ（第１軸部）と、枠体部１３と、１対の軸部１４ａ、１４ｂ（第２軸部）と、固定部１５と、永久磁石２１と、コイル３１と、磁心３２と、電圧印加部４と、歪検出素子５１（第１歪検出素子）および歪検出素子５２（第２歪検出素子）とを備える。
ここで、可動ミラー部１１、１対の軸部１２ａ、１２ｂは、Ｙ軸（第１の軸）周りに揺動（往復回動）する第１の振動系を構成する。また、可動ミラー部１１、１対の軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、１対の軸部１４ａ、１４ｂおよび永久磁石２１は、Ｘ軸（第２の軸）周りに揺動（往復回動）する第２の振動系を構成する。
【００２２】
また、永久磁石２１、コイル３１および電圧印加部４は、永久磁石２１およびコイル３１の磁界の相互作用により、前述した第１の振動系および第２の振動系を駆動（すなわち、可動ミラー部１１をＸ軸およびＹ軸周りに揺動）させる駆動部を構成する。
特に、光スキャナー１では、歪検出素子５１が軸部１４ａの枠体部１３側の端部に配置されており、歪検出素子５１の検出信号は、軸部１４ａの曲げ変形に基づく信号を含み、図３に示すように、第１信号処理回路７１に入力される。第１信号処理回路７１は、軸部１４ａの曲げ変形に基づく信号を出力する。第１信号処理回路７１から出力された信号は、制御部６に入力される。制御部６は、第１信号処理回路７１から出力された信号に基づいて、可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動を検出する。このように、歪検出素子５１の検出信号に含まれる軸部１４ａの曲げ変形に基づく信号を用いて、可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動を検出する。
【００２３】
また、歪検出素子５２が軸部１４ｂの枠体部１３側の端部に配置されており、歪検出素子５２の検出信号は、軸部１４ｂの捩れ変形に基づく信号を含み、図３に示すように、第２信号処理回路７２に入力される。第２信号処理回路７２は、軸部１４ｂの捩れ変形に基づく信号を出力する。第２信号処理回路７２から出力された信号は、制御部６に入力される。制御部６は、第２信号処理回路７２から出力された信号に基づいて、可動ミラー部１１のＸ軸周りの挙動を検出する。
【００２４】
このような光スキャナー１では、歪検出素子５１、５２が軸部１４ａ、１４ｂの枠体部１３側の端部に配置されているため、歪検出素子５１、５２に対する外部からの固定部１５を介した熱の影響を抑制することができる。ここで、軸部１４ａ、１４ｂの枠体部１３側の端部とは、軸部１４ａ、１４ｂのそれぞれの中心から枠体部１３側の部分のことをいう。
【００２５】
以下、光スキャナー１の各部を順次詳細に説明する。
可動ミラー部１１は、基部（可動部）１１１と、スペーサー１１２を介して基部１１１に固定された光反射板１１３とを有する。ここで、基部（可動部）１１１は固定部１５に対して揺動（回動）可能な機能を有するものである。
光反射板１１３の上面（一方の面）には、光反射性を有する光反射部１１４が設けられている。
【００２６】
この光反射板１１３は、軸部１２ａ、１２ｂに対して光反射板１１３の板厚方向に離間するとともに、板厚方向からみたときに（以下、「平面視」ともいう）軸部１２ａ、１２ｂと重なって設けられている。
そのため、軸部１２ａと軸部１２ｂとの間の距離を短くしつつ、光反射板１１３の板面の面積を大きくすることができる。また、軸部１２ａと軸部１２ｂとの間の距離を短くすることができることから、枠体部１３の小型化を図ることができる。さらに、枠体部１３の小型化を図ることができることから、軸部１４ａと軸部１４ｂとの間の距離を短くすることができる。
このようなことから、光反射板１１３の板面の面積を大きくしても、光スキャナー１の小型化を図ることができる。
【００２７】
また、光反射板１１３は、平面視にて、軸部１２ａ、１２ｂの全体を覆うように形成されている。言い換えると、軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、平面視にて、光反射板１１３の外周に対して内側に位置している。これにより、光反射板１１３の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部１１４の面積を大きくすることができる。また、不要な光（例えば、光反射部１１４に入射できなかった光）が軸部１２ａ、１２ｂで反射して迷光となるのを抑制することができる。
【００２８】
また、光反射板１１３は、平面視にて、枠体部１３の全体を覆うように形成されている。言い換えると、枠体部１３は、平面視にて、光反射板１１３の外周に対して内側に位置している。これにより、光反射板１１３の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部１１４の面積を大きくすることができる。また、不要な光が枠体部１３で反射して迷光となるのを抑制することができる。
【００２９】
さらに、光反射板１１３は、平面視にて、軸部１４ａ、１４ｂの全体を覆うように形成されている。言い換えると、軸部１４ａ、１４ｂは、それぞれ、平面視にて、光反射板１１３の外周に対して内側に位置している。これにより、光反射板１１３の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部１１４の面積を大きくすることができる。また、不要な光が軸部１４ａ、１４ｂで反射して迷光となるのを抑制することができる。
【００３０】
本実施形態では、光反射板１１３は、平面視にて、円形をなしている。なお、光反射板１１３の平面視形状は、これに限定されず、例えば、楕円形、四角形等の多角形であってもよい。また、光反射板１１３の平面視形状をＸ軸およびＹ軸に沿った方向に突出した形状にすることで、光反射板１１３の慣性モーメントを小さく抑えつつ各軸部での迷光を効率よく低減できる。
このような光反射板１１３の下面（他方の面、光反射板１１３の基部１１１側の面）には、硬質層１１５が設けられている。
【００３１】
硬質層１１５は、光反射板１１３本体の構成材料よりも硬質な材料で構成されている。これにより、光反射板１１３の剛性を高めることができる。そのため、光反射板１１３の揺動時における撓みを抑制することができる。また、光反射板１１３の厚さを薄くし、光反射板１１３のＸ軸およびＹ軸周りの揺動時における慣性モーメントを抑えることができる。
このような硬質層１１５の構成材料としては、光反射板１１３本体の構成材料よりも硬質な材料であれば、特に限定されず、例えば、ダイヤモンド、水晶、サファイヤ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、カーボンナイトライド膜などを用いることができるが、特に、ダイヤモンドを用いるのが好ましい。
【００３２】
硬質層１１５の厚さ（平均）は、特に限定されないが、１〜１０μｍ程度であるのが好ましく、１〜５μｍ程度であるのがさらに好ましい。
また、硬質層１１５は、単層で構成されていてもよいし、複数の層の積層体で構成されていてもよい。また、硬質層１１５は、光反射板１１３の下面全体に設けられていてもよいし、下面の一部に設けられていてもよい。なお、硬質層１１５は、必要に応じて設けられるものであり、省略することもできる。
このような硬質層１１５の形成には、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射、シート状部材の接合等を用いることができる。
【００３３】
また、光反射板１１３の下面は、スペーサー１１２を介して基部１１１に固定されている。これにより、軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３および軸部１４ａ、１４ｂとの接触を抑制しつつ、光反射板１１３をＹ軸周りに揺動させることができる。
また、基部１１１は、平面視にて、光反射板１１３の外周に対して内側に位置している。また、基部１１１の平面視での面積は、基部１１１がスペーサー１１２を介して光反射板１１３を支持することができれば、できるだけ小さいのが好ましい。これにより、光反射板１１３の板面の面積を大きくしつつ、軸部１２ａと軸部１２ｂとの間の距離を小さくすることができる。
【００３４】
枠体部１３は、枠状をなし、前述した可動ミラー部１１の基部１１１を囲んで設けられている。言い換えると、可動ミラー部１１の基部１１１は、枠状をなす枠体部１３の内側に設けられている。
この枠体部１３は、平面視にて、可動ミラー部１１の基部１１１および１対の軸部１２ａ、１２ｂからなる構造体の外形に沿った形状をなしている。これにより、可動ミラー部１１、１対の軸部１２ａ、１２ｂで構成された第１の振動系の振動、すなわち、可動ミラー部１１のＹ軸周りの揺動を許容しつつ、枠体部１３の小型化を図ることができる。
また、枠体部１３は、枠体部１３の厚さ方向に軸部１２ａ、１２ｂおよび軸部１４ａ、１４ｂよりも突出したリブ１３１を有する。このようなリブ１３１により枠体部１３の変形を小さくすることができる。また、このリブ１３１は、可動ミラー部１１が永久磁石２１に接触するのを抑制する機能（スペーサーとしての機能）も有する。
なお、枠体部１３の形状は、枠状であれば、図示のものに限定されない。
【００３５】
また、枠体部１３は、Ｙ軸に沿った方向での長さがＸ軸に沿った方向での長さよりも長くなっている。これにより、軸部１２ａ、１２ｂに必要な長さを確保しつつ、Ｘ軸に沿った方向における光スキャナー１の長さを短くすることができる。
そして、枠体部１３は、軸部１４ａ、１４ｂを介して固定部１５に支持されている。また、可動ミラー部１１の基部１１１は、軸部１２ａ、１２ｂを介して枠体部１３に支持されている。
【００３６】
軸部１２ａ、１２ｂおよび軸部１４ａ、１４ｂは、それぞれ、弾性変形可能である。
そして、軸部１２ａ、１２ｂ（第１軸部）は、可動ミラー部１１をＹ軸（第１の軸）周りに揺動（回動）可能とするように、可動ミラー部１１と枠体部１３とを接続している。また、軸部１４ａ、１４ｂ（第２軸部）は、枠体部１３をＹ軸に直交するＸ軸（第２の軸）周りに揺動（回動）可能とするように、枠体部１３と固定部１５とを接続している。
より具体的に説明すると、軸部１２ａ、１２ｂは、可動ミラー部１１の基部１１１を介して（挟んで）互いに対向するように配置されている。
【００３７】
また、軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、Ｙ軸に沿った方向に延びる長手形状（棒状）をなしている。そして、軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、一方の端部が基部１１１に接続され、他方の端部が枠体部１３に接続されている。また、軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、中心軸がＹ軸に一致するように配置されている。
このように、軸部１２ａ、１２ｂは、可動ミラー部１１の基部１１１を両側から支持している。そして、軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、可動ミラー部１１のＹ軸周りの揺動に伴って捩れ変形する。
なお、軸部１２ａ、１２ｂの形状は、それぞれ、可動ミラー部１１を枠体部１３に対してＹ軸周りに揺動可能に支持するものであれば、前述したものに限定されず、例えば、途中の少なくとも１箇所に、屈曲または湾曲した部分、分岐した部分、幅の異なる部分を有していてもよい。
【００３８】
軸部１４ａ、１４ｂは、枠体部１３を介して互いに対向するように配置されている。
また、１対の軸部１４ａ、１４ｂは、それぞれ、平面視にてＸ軸上に沿って配置され、Ｘ軸に沿った長手形状（棒状）をなしている。そして、軸部１４ａ、１４ｂは、それぞれ、一方の端部が枠体部１３に接続され、他方の端部が固定部１５に接続されている。また、軸部１４ａ、１４ｂは、それぞれ、中心軸がＸ軸に一致するように配置されている。
このように、軸部１４ａ、１４ｂは、枠体部１３を両側から支持している。そして、軸部１４ａ、１４ｂは、それぞれ、枠体部１３のＸ軸周りの揺動に伴って捩れ変形する。
【００３９】
なお、軸部１４ａ、１４ｂの形状は、それぞれ、枠体部１３を固定部１５に対してＸ軸周りに揺動可能に支持するものであれば、前述したものに限定されず、例えば、途中の少なくとも１箇所に、屈曲または湾曲した部分、分岐した部分、幅の異なる部分を有していてもよい。
このように、可動ミラー部１１をＹ軸周りに揺動可能とするとともに、枠体部１３をＸ軸周りに揺動可能とすることにより、可動ミラー部１１（換言すれば光反射板１１３）を互いに直交するＸ軸およびＹ軸の２軸周りに揺動（回動）させることができる。
以上説明したような基部１１１、軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、軸部１４ａ、１４ｂおよび固定部１５は、一体的に形成されている。
【００４０】
本実施形態では、基部１１１、軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、軸部１４ａ、１４ｂおよび固定部１５は、第１のＳｉ層（デバイス層）と、ＳｉＯ２層（ボックス層）と、第２のＳｉ層（ハンドル層）とがこの順に積層したＳＯＩ基板をエッチングすることにより形成されている。これにより、第１の振動系および第２の振動系の振動特性を優れたものとすることができる。また、ＳＯＩ基板は、エッチングにより微細な加工が可能であるため、ＳＯＩ基板を用いて基部１１１、軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、軸部１４ａ、１４ｂおよび固定部１５を形成することにより、これらの寸法精度を優れたものとすることができ、また、光スキャナー１の小型化を図ることができる。
そして、基部１１１、軸部１２ａ、１２ｂおよび軸部１４ａ、１４ｂは、それぞれ、ＳＯＩ基板の第１のＳｉ層で構成されている。これにより、軸部１２ａ、１２ｂおよび軸部１４ａ、１４ｂの弾性を優れたものとすることができる。また、基部１１１がＹ軸周りに回動する際に枠体部１３に接触するのを抑制することができる。
【００４１】
ここで、このＳＯＩ基板の第１のＳｉ層は、ｐ型シリコン単結晶基板またはｎ型シリコン単結晶基板である。そして、例えば、この第１のＳｉ層が（１００）面のｐ型シリコン単結晶基板である場合、軸部１４ａ、１４ｂは、それぞれ、（１００）面のｐ型シリコン単結晶基板の結晶軸の＜１１０＞方向に沿って延びている。また、この第１のＳｉ層が（１００）面のｎ型シリコン単結晶基板である場合、軸部１４ａ、１４ｂは、それぞれ、（１００）面のｎ型シリコン単結晶基板の結晶軸の＜１００＞方向に沿って延びている。
【００４２】
また、枠体部１３および固定部１５は、それぞれ、ＳＯＩ基板の第１のＳｉ層、ＳｉＯ２層および第２のＳｉ層からなる積層体で構成されている。これにより、枠体部１３および固定部１５の剛性を優れたものとすることができる。
また、枠体部１３のＳｉＯ２層および第２のＳｉ層、すなわち、枠体部１３の軸部１２ａ、１２ｂまたは軸部１４ａ、１４ｂよりも厚さ方向に突出した部分は、前述した枠体部１３の剛性を高めるリブ１３１を構成する。
【００４３】
また、平面視にて、光反射板１１３の外側に位置する部分（本実施形態では、固定部１５）の上面には、反射防止処理が施されているのが好ましい。これにより、光反射板１１３以外に照射された不要光が迷光となるのを抑制することができる。
かかる反射防止処理としては、特に限定されないが、例えば、反射防止膜（誘電体多層膜）の形成、粗面化処理、黒色処理等が挙げられる。
なお、前述した基部１１１、軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、軸部１４ａ、１４ｂおよび固定部１５の構成材料および形成方法は、一例であり、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、シリコン基板をエッチングすることにより、基部１１１、軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、軸部１４ａ、１４ｂおよび固定部１５を形成してもよい。
【００４４】
また、本実施形態では、スペーサー１１２および光反射板１１３も、ＳＯＩ基板をエッチングすることにより形成されている。そして、スペーサー１１２は、ＳＯＩ基板のＳｉＯ２層および第２のＳｉ層からなる積層体で構成されている。また、光反射板１１３は、ＳＯＩ基板の第１のＳｉ層で構成されている。
このように、ＳＯＩ基板を用いてスペーサー１１２および光反射板１１３を形成することにより、互いに接合されたスペーサー１１２および光反射板１１３を簡単かつ高精度に製造することができる。
このようなスペーサー１１２は、例えば、接着剤、ろう材等の接合材（図示せず）により基部１１１に接合されている。
【００４５】
固定部１５は、枠体部１３を支持するものであれば、前述したものに限定されず、例えば、固定部１５と軸部１４ａ、１４ｂが別体であってもよい。
前述した枠体部１３の下面（光反射板１１３とは反対側の面）、すなわちリブ１３１の先端面には、永久磁石２１が接合されている。
永久磁石２１と枠体部１３との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、接着剤を用いた接合方法を用いることができる。
永久磁石２１は、平面視にて、Ｘ軸およびＹ軸に対して傾斜する方向に磁化されている。
【００４６】
本実施形態では、永久磁石２１は、Ｘ軸およびＹ軸に対して傾斜する方向に延在する長手形状（棒状）をなす。そして、永久磁石２１は、その長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石２１は、一端部をＳ極とし、他端部をＮ極とするように磁化されている。
また、永久磁石２１は、平面視にて、Ｘ軸とＹ軸との交点を中心として対称となるように設けられている。
【００４７】
なお、本実施形態では、枠体部１３に１つの永久磁石の数を設置した場合を例に説明するが、これに限定されず、例えば、枠体部１３に２つの永久磁石を設置してもよい。この場合、例えば、長尺状をなす２つの永久磁石を、平面視にて基部１１１を介して互いに対向するとともに、互いに平行となるように、枠体部１３に設置すればよい。
【００４８】
Ｘ軸に対する永久磁石２１の磁化の方向（延在方向）の傾斜角θは、特に限定されないが、３０°以上６０°以下であるのが好ましく、３０°以上４５°以下であることがより好ましく、４５°であるのがさらに好ましい。このように永久磁石２１を設けることで、円滑かつ確実に可動ミラー部１１をＸ軸の周りに回動させることができる。
これに対し、傾斜角θが前記下限値未満であると、電圧印加部４によりコイル３１に印加される電圧の強さなどの諸条件によっては、可動ミラー部１１を十分にＸ軸周りに回動させることができない場合がある。一方、傾斜角θが前記上限値を超えると、諸条件によっては、可動ミラー部１１を十分にＹ軸周りに回動させることができない場合がある。
【００４９】
このような永久磁石２１としては、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石等を好適に用いることができる。このような永久磁石２１は、高磁性体を着磁したものであり、例えば、着磁前の硬磁性体を枠体部１３に設置した後に着磁することにより形成される。既に着磁がなされた永久磁石２１を枠体部１３に設置しようとすると、外部や他の部品の磁界の影響により、永久磁石２１を所望の位置に設置できない場合があるからである。
永久磁石２１の直下には、コイル３１が設けられている。すなわち、枠体部１３の下面に対向するように、コイル３１が設けられている。これにより、コイル３１から発生する磁界を効率的に永久磁石２１に作用させることができる。これにより、光スキャナー１の省電力化および小型化を図ることができる。
【００５０】
本実施形態では、コイル３１は、磁心３２に巻回されて設けられている。これにより、コイル３１で発生した磁界を効率的に永久磁石２１に作用させることができる。なお、磁心３２は、省略してもよい。
このようなコイル３１は、電圧印加部４に電気的に接続されている。
そして、電圧印加部４によりコイル３１に電圧が印加されることで、コイル３１からＸ軸およびＹ軸に直交する方向の磁界が発生する。
【００５１】
電圧印加部４は、図４に示すように、可動ミラー部１１をＹ軸周りに回動させるための第１の電圧Ｖ１を発生させる第１の電圧発生部４１と、可動ミラー部１１をＸ軸周りに回動させるための第２の電圧Ｖ２を発生させる第２の電圧発生部４２と、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを重畳する電圧重畳部４３とを備え、電圧重畳部４３で重畳した電圧をコイル３１に印加する。
【００５２】
第１の電圧発生部４１は、図５（ａ）に示すように、周期Ｔ１で周期的に変化する第１の電圧Ｖ１（水平走査用電圧）を発生させるものである。すなわち、第１の電圧発生部４１は、第１周波数（１／Ｔ１）の第１の電圧Ｖ１を発生させるものである。
第１の電圧Ｖ１は、正弦波のような波形をなしている。そのため、光スキャナー１は効果的に光を主走査することができる。なお、第１の電圧Ｖ１の波形は、これに限定されない。
また、第１周波数（１／Ｔ１）は、水平走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、１０〜４０ｋＨｚであるのが好ましい。
【００５３】
本実施形態では、第１周波数は、可動ミラー部１１、１対の軸部１２ａ、１２ｂで構成される第１の振動系（捩り振動系）の捩り共振周波数（ｆ１）と等しくなるように設定されている。つまり、第１の振動系は、その捩り共振周波数ｆ１が水平走査に適した周波数になるように設計（製造）されている。これにより、可動ミラー部１１のＹ軸周りの回動角を大きくすることができる。
【００５４】
一方、第２の電圧発生部４２は、図５（ｂ）に示すように、周期Ｔ１と異なる周期Ｔ２で周期的に変化する第２の電圧Ｖ２（垂直走査用電圧）を発生させるものである。すなわち、第２の電圧発生部４２は、第２周波数（１／Ｔ２）の第２の電圧Ｖ２を発生させるものである。
第２の電圧Ｖ２は、鋸波のような波形をなしている。そのため、光スキャナー１は効果的に光を垂直走査（副走査）することができる。なお、第２の電圧Ｖ２の波形は、これに限定されない。
【００５５】
第２周波数（１／Ｔ２）は、第１周波数（１／Ｔ１）と異なり、かつ、垂直走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、３０〜１２０Ｈｚ（６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。このように、第２の電圧Ｖ２の周波数を６０Ｈｚ程度とし、前述したように第１の電圧Ｖ１の周波数を１０〜４０ｋＨｚとすることで、ディスプレイでの描画に適した周波数で、可動ミラー部１１を互いに直交する２軸（Ｘ軸およびＹ軸）のそれぞれの軸周りに回動させることができる。ただし、可動ミラー部１１をＸ軸およびＹ軸のそれぞれの軸周りに回動させることができれば、第１の電圧Ｖ１の周波数と第２の電圧Ｖ２の周波数との組み合わせは、特に限定されない。
【００５６】
本実施形態では、第２の電圧Ｖ２の周波数は、可動ミラー部１１、１対の軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、１対の軸部１４ａ、１４ｂおよび永久磁石２１で構成された第２の振動系（捩り振動系）の捩り共振周波数（共振周波数）と異なる周波数となるように調整されている。
このような第２の電圧Ｖ２の周波数（第２周波数）は、第１の電圧Ｖ１の周波数（第１周波数）よりも小さいことが好ましい。すなわち、周期Ｔ２は、周期Ｔ１よりも長いことが好ましい。これにより、より確実かつより円滑に、可動ミラー部１１をＹ軸周りに第１周波数で回動させつつ、Ｘ軸周りに第２周波数で回動させることができる。
【００５７】
また、第１の振動系の捩り共振周波数をｆ１［Ｈｚ］とし、第２の振動系の捩り共振周波数をｆ２［Ｈｚ］としたとき、ｆ１とｆ２とが、ｆ２＜ｆ１の関係を満たすことが好ましく、ｆ１≧１０ｆ２の関係を満たすことがより好ましい。これにより、より円滑に、可動ミラー部１１を、Ｙ軸周りに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、Ｘ軸周りに第２の電圧Ｖ２の周波数で回動させることができる。これに対し、ｆ１≦ｆ２とした場合は、第２周波数による第１の振動系の振動が起こる可能性がある。
このような第１の電圧発生部４１および第２の電圧発生部４２は、それぞれ、制御部６に接続され、この制御部６からの信号に基づき駆動する。このような第１の電圧発生部４１および第２の電圧発生部４２には、電圧重畳部４３が接続されている。
電圧重畳部４３は、コイル３１に電圧を印加するための加算器４３ａを備えている。加算器４３ａは、第１の電圧発生部４１から第１の電圧Ｖ１を受けるとともに、第２の電圧発生部４２から第２の電圧Ｖ２を受け、これらの電圧を重畳しコイル３１に印加するようになっている。
【００５８】
次に、光スキャナー１の駆動方法について説明する。なお、本実施形態では、前述したように、第１の電圧Ｖ１の周波数は、第１の振動系の捩り共振周波数と等しく設定されており、第２の電圧Ｖ２の周波数は、第２の振動系の捩り共振周波数と異なる値に、かつ、第１の電圧Ｖ１の周波数よりも小さくなるように設定されている（例えば、第１の電圧Ｖ１の周波数が１８ｋＨｚ、第２の電圧Ｖ２の周波数が６０Ｈｚに設定されている）。
【００５９】
例えば、図５（ａ）に示すような第１の電圧Ｖ１と、図５（ｂ）に示すような第２の電圧Ｖ２とを電圧重畳部４３にて重畳し、重畳した電圧をコイル３１に印加する。
すると、第１の電圧Ｖ１によって、永久磁石２１の一方の磁極をコイル３１に引き付けようとするとともに、永久磁石２１の他方の磁極をコイル３１から離間させようとする磁界（この磁界を「磁界Ａ１」という）と、永久磁石２１の一方の磁極２１１をコイル３１から離間させようとするとともに、永久磁石２１の他方の磁極２１２をコイル３１に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ａ２」という）とが交互に切り換わる。
【００６０】
ここで、上述したように、図１の平面視において、Ｙ軸を挟んで一方側に永久磁石２１のＮ極が位置し、他方側に永久磁石２１のＳ極が位置している。そのため、磁界Ａ１と磁界Ａ２とが交互に切り換わることで、枠体部１３にＹ軸周りの捩り振動成分を有する振動が励振され、その振動に伴って、軸部１２ａ、１２ｂを捩れ変形させつつ、可動ミラー部１１が第１の電圧Ｖ１の周波数でＹ軸まわりに回動する。
また、第１の電圧Ｖ１の周波数は、第１の振動系の捩り共振周波数と等しい。そのため、第１の電圧Ｖ１によって、効率的に、可動ミラー部１１をＹ軸周りに回動させることができる。すなわち、前述した枠体部１３のＹ軸周りの捩り振動成分を有する振動が小さくても、その振動に伴う可動ミラー部１１のＹ軸周りの回動角を大きくすることができる。
【００６１】
一方、第２の電圧Ｖ２によって、永久磁石２１の一方の磁極２１１をコイル３１に引き付けようとするとともに、永久磁石２１の他方の磁極２１２をコイル３１から離間させようとする磁界（この磁界を「磁界Ｂ１」という）と、永久磁石２１の一方の磁極２１１をコイル３１から離間させようとするとともに、永久磁石２１の他方の磁極２１２をコイル３１に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ｂ２」という）とが交互に切り換わる。
【００６２】
ここで、上述したように、図１の平面視において、Ｘ軸を挟んで一方側に永久磁石２１のＮ極が位置し、他方側に永久磁石２１のＳ極が位置している。そのため、磁界Ｂ１と磁界Ｂ２とが交互に切り換わることで、軸部１４ａ、１４ｂをそれぞれ捩れ変形させつつ、枠体部１３が可動ミラー部１１とともに、第２の電圧Ｖ２の周波数でＸ軸周りに回動する。
また、第２の電圧Ｖ２の周波数は、第１の電圧Ｖ１の周波数に比べて極めて低く設定されている。また、第２の振動系の捩り共振周波数は、第１の振動系の捩り共振周波数よりも低く設計されている。そのため、可動ミラー部１１が第２の電圧Ｖ２の周波数でＹ軸周りに回動してしまうことを抑制することができる。
【００６３】
このように、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを重畳させた電圧をコイル３１に印加することで、可動ミラー部１１を、Ｙ軸周りに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、Ｘ軸周りに第２の電圧Ｖ２の周波数で回動させることができる。これにより、装置の低コスト化および小型化を図るとともに、電磁駆動方式（ムービングマグネット方式）により、可動ミラー部１１をＸ軸およびＹ軸のそれぞれの軸周りに回動させることができる。また、駆動源を構成する部品（永久磁石およびコイル）の数を少なくすることができるため、簡単かつ小型な構成とすることができる。また、コイル３１が光スキャナー１の振動系と離間しているので、かかる振動系に対するコイル３１の発熱による悪影響を抑制することができる。
このような可動ミラー部１１の挙動は、歪検出素子５１、５２の検出信号に基づいて検出される。
【００６４】
以下、歪検出素子５１、５２について詳述する。
図６は、図１に示す光スキャナーの第１歪検出素子を説明するための図、図７は、図１に示す光スキャナーの第２歪検出素子を説明するための図である。
歪検出素子５１（第１歪検出素子）は、軸部１４ａの枠体部１３側の端部に配置され、軸部１４ａの変形（主に曲げ変形）を検出する。これにより、可動ミラー部１１に入射した光による熱が歪検出素子５１に与える影響を抑制することができる。また、可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動の検出に用いる歪抵抗素子を軸部１２ａ、１２ｂに設ける必要がないため、軸部１２ａ、１２ｂの設計の自由度を高めることができる。
【００６５】
この歪検出素子５１は、２端子型のピエゾ抵抗素子である。
具体的に説明すると、歪検出素子５１は、図６に示すように、ピエゾ抵抗領域５１１と、ピエゾ抵抗領域５１１上に配置された１対の端子５１２、５１３とを有している。
ピエゾ抵抗領域５１１は、軸部１４ａ表面に不純物をドーピングすることにより形成されている。より具体的には、軸部１４ａがｐ型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されている場合、ピエゾ抵抗領域５１１は、軸部１４ａ表面にリン等の不純物をドーピングすることにより形成されたｎ型シリコン単結晶（ｎ型抵抗領域）である。一方、軸部１４ａがｎ型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されている場合、ピエゾ抵抗領域５１１は、軸部１４ａ表面にボロン等の不純物をドーピングすることにより形成されたｐ型シリコン単結晶（ｐ型抵抗領域）である。
【００６６】
また、ピエゾ抵抗領域５１１は、軸部１４ａの長手方向（すなわちＸ軸方向）に沿った方向に延びる長手形状をなしている。また、ピエゾ抵抗領域５１１は、平面視にて、軸部１４ａの幅方向での中央部に配置されている。
なお、本実施形態では、ピエゾ抵抗領域５１１全体が軸部１４ａ上に設けられているが、ピエゾ抵抗領域５１１は、軸部１４ａの曲げ変形による引張応力または圧縮応力を受けることができれば、図示の位置に限定されず、例えば、軸部１４ａと固定部１５との境界部を跨るように設けられていてもよい。
このようなピエゾ抵抗領域５１１上には、軸部１４ａの長手方向（すなわちＸ軸方向）に沿った方向に並んで１対の端子５１２、５１３が配置されている。
【００６７】
本実施形態では、ピエゾ抵抗領域５１１の長手方向での両端部に１対の端子５１２、５１３が配置されている。
１対の端子５１２、５１３は、第１信号処理回路７１に電気的に接続されている。
このような歪検出素子５１では、軸部１４ａの曲げ変形に伴ってピエゾ抵抗領域５１１に引張応力または圧縮応力が生じると、その引張応力または圧縮応力の程度に応じて、ピエゾ抵抗領域５１１の比抵抗値が変化する。
本実施形態では、ピエゾ抵抗領域５１１がＸ軸方向に延びる長手形状をなすとともに１対の端子５１２、５１３がピエゾ抵抗領域５１１上にＸ軸方向に並んで配置されているので、歪検出素子５１から出力される信号に含まれる軸部１４ａの曲げ変形に基づく信号を大きくすることができる。
【００６８】
ここで、ピエゾ抵抗領域５１１および１対の端子５１２、５１３が平面視にてＸ軸に対して対称となるように配置されている。そのため、歪検出素子５１は、軸部１４ａの曲げ変形に伴う引張応力または圧縮応力のみを検出することができる。すなわち、歪検出素子５１は、軸部１４ａの捩れ変形に伴うせん断が検出されないようにすることができる。そのため、歪検出素子５１から出力される信号に、軸部１４ａの捩れ変形に基づく信号が含まれるのを抑制または防止することができる。その結果、歪検出素子５１から出力される信号を用いて、比較的簡単な構成で、可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動を高精度に検出することができる。
このような歪検出素子５１の検出信号は、固定部１５に設けられた１対の端子８１ａ、８１ｂを介して、第１信号処理回路７１（第１信号処理部）に入力される。
【００６９】
第１信号処理回路７１は、歪検出素子５１の検出信号を所定の処理により信号処理に適した信号に変換する機能を有する。
第１信号処理回路７１における具体的な処理としては、例えば、インピーダンス変換、温度補償、信号増幅、フィルター、ＡＤコンバーター等が挙げられる。
前述したように、歪検出素子５１の検出信号は、軸部１４ａの曲げ変形に基づく信号を含んでいる。そして、第１信号処理回路７１は、上述したような処理を必要に応じて行って、軸部１４ａの曲げ変形に基づく信号を出力する。これにより、第１信号処理回路７１から出力された信号に基づいて、可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動を検出することができる。
【００７０】
本実施形態では、第１信号処理回路７１は、図６に示すように、抵抗素子７１１、７１２、７１３を有している。
この抵抗素子７１１、７１２、７１３および歪検出素子５１は、ブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）を構成している。このブリッジ回路は、歪検出素子駆動回路５３により電力が供給され、歪検出素子５１の抵抗値の変化に応じた信号（電圧）を制御部６へ出力する。
このような抵抗素子７１１、７１２、７１３は、それぞれ、歪検出素子５１と同等の温度特性を有していることが好ましい。これにより、歪検出素子５１の温度特性によらず、軸部１４ａの曲げ変形量に応じた信号（電圧）を安定して出力することができる。
【００７１】
なお、抵抗素子７１１、７１２、７１３は、軸部１４ａ、１４ｂの変形に伴う応力を受けない位置で、固定部１５に配置してもよい。この場合、抵抗素子７１１、７１２、７１３は、それぞれ、歪検出素子５１のピエゾ抵抗領域と同様に構成された抵抗領域と、その抵抗領域に設けられた１対の端子とで構成することができる。また、この場合、抵抗素子７１１、７１２、７１３は、それぞれ、歪検出素子５１と同等の温度条件となる位置に配置されることが好ましい。
このような第１信号処理回路７１から出力された信号は、図３に示す制御部６に入力される。
【００７２】
一方、歪検出素子５２は、軸部１４ｂの枠体部１３側の端部に配置され、軸部１４ｂの変形（主に捩れ変形）を検出する。これにより、可動ミラー部１１に入射した光による熱が歪検出素子５２に与える影響を抑制することができる。また、可動ミラー部１１のＸ軸周りの挙動の検出に用いる歪抵抗素子を軸部１２ａ、１２ｂに設ける必要がないため、軸部１２ａ、１２ｂの設計の自由度を高めることができる。
この歪検出素子５２は、４端子型のピエゾ抵抗素子である。
具体的に説明すると、歪検出素子５２は、図７に示すように、ピエゾ抵抗領域５２１と、ピエゾ抵抗領域５２１上に配置された１対の入力端子５２２、５２３および１対の出力端子５２４、５２５とを有している。
【００７３】
ピエゾ抵抗領域５２１は、軸部１４ｂ表面に不純物をドーピングすることにより形成されている。より具体的には、軸部１４ｂがｐ型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されている場合、ピエゾ抵抗領域５２１は、軸部１４ｂ表面にリン等の不純物をドーピングすることにより形成されたｎ型シリコン単結晶（ｎ型抵抗領域）である。一方、軸部１４ｂがｎ型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されている場合、ピエゾ抵抗領域５２１は、軸部１４ｂ表面にボロン等の不純物をドーピングすることにより形成されたｐ型シリコン単結晶（ｐ型抵抗領域）である。
【００７４】
本実施形態では、ピエゾ抵抗領域５２１は、平面視にて、Ｘ軸方向に沿った１対の辺と、Ｙ軸方向に沿った１対の辺とを有する四角形をなしている。
なお、本実施形態では、ピエゾ抵抗領域５２１全体が軸部１４ｂ上に設けられているが、ピエゾ抵抗領域５２１は、軸部１４ｂの捩れ変形によるせん断応力を受けることができれば、図示の位置に限定されず、例えば、軸部１４ｂと固定部１５との境界部を跨るように設けられていてもよい。
このようなピエゾ抵抗領域５２１上には、軸部１４ｂの長手方向（すなわちＸ軸方向）に沿った方向に並んで１対の入力端子５２２、５２３が配置されているとともに、軸部１４ｂの長手方向に対して垂直な方向（すなわちＹ軸方向）に沿った方向に並んで１対の出力端子５２４、５２５が配置されている。
【００７５】
本実施形態では、ピエゾ抵抗領域５２１のＸ軸方向での両端部に１対の入力端子５２２、５２３が配置され、ピエゾ抵抗領域５２１のＹ軸方向での両端部に１対の出力端子５２４、５２５が配置されている。
１対の入力端子５２２、５２３は、固定部１５に設けられた１対の端子８２ａ、８２ｂを介して、歪検出素子駆動回路５３に電気的に接続されている。
【００７６】
一方、１対の出力端子５２４、５２５は、固定部１５に設けられた１対の端子８２ｃ、８２ｄを介して、第２信号処理回路７２に電気的に接続されている。
このような歪検出素子５２では、歪検出素子駆動回路５３が１対の入力端子５２２、５２３間に定電圧または定電流で電圧を印加する。これにより、ピエゾ抵抗領域５２１上に電界Ｅを生じさせる。この電界Ｅのもと、軸部１４ｂの捩れ変形に伴ってピエゾ抵抗領域５２１にせん断応力が生じると、そのせん断応力の程度に応じて、ピエゾ抵抗領域５２１の比抵抗値が変化し、１対の出力端子５２４、５２５間の電位差が変化する。この電位差は、軸部１４ｂの捩れ変形量や、可動ミラー部１１および枠体部１３のＸ軸周りの揺動角に応じて変化する。したがって、かかる電位差に基づいて、可動ミラー部１１のＸ軸周りの挙動を検知することができる。
【００７７】
また、このような歪検出素子５２は、軸部１４ｂの捩れ変形に伴うせん断応力のみを検出することができる。すなわち、歪検出素子５２は、軸部１４ｂの曲げ変形に伴う引張または圧縮応力が検出されないようにすることができる。そのため、歪検出素子５２から出力される信号に、軸部１４ｂの曲げ変形に基づく信号が含まれるのを抑制または防止することができる。その結果、歪検出素子５２から出力される信号を用いて、比較的簡単な構成で、可動ミラー部１１のＸ軸周りの挙動を高精度に検出することができる。
このような歪検出素子５２の検出信号は、第２信号処理回路７２（第２信号処理部）に入力される。
【００７８】
第２信号処理回路７２は、歪検出素子５２の検出信号を所定の処理により信号処理に適した信号に変換する機能を有する。
第２信号処理回路７２における具体的な処理としては、例えば、インピーダンス変換、温度補償、信号増幅、フィルター、ＡＤコンバーター等が挙げられる。
前述したように、歪検出素子５２の検出信号は、軸部１４ｂの捩れ変形に基づく信号を含んでいる。そして、第２信号処理回路７２は、上述したような処理を必要に応じて行って、軸部１４ｂの捩れ変形に基づく信号を出力する。これにより、第２信号処理回路７２から出力された信号に基づいて、可動ミラー部１１のＸ軸周りの挙動を検出することができる。
【００７９】
このような第２信号処理回路７２から出力された信号は、図３に示す制御部６に入力される。
制御部６では、第１信号処理回路７１から出力された信号に基づいて、可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動を検出する。これにより、検出した挙動に基づいて、可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動を所望の状態となるように制御したり、可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動と他の装置の動作とを同期させたりすることができる。
制御部６では、第２信号処理回路７２から出力された信号に基づいて、可動ミラー部１１のＸ軸周りの挙動を検出する。これにより、検出した挙動に基づいて、可動ミラー部１１のＸ軸周りの挙動を所望の状態となるように制御したり、可動ミラー部１１のＸ軸周りの挙動と他の装置の動作とを同期させたりすることができる。
【００８０】
本実施形態では、制御部６は、図３に示すように、Ｈ検出部６１と、Ｖ検出部６２と、Ｈ制御部６３と、Ｖ制御部６４と、Ｈ目標値記憶部６５と、Ｖ目標値生成部６６とを有している。
Ｈ検出部６１は、第１信号処理回路７１から出力された信号に基づいて、水平走査の制御に必要な信号として、例えば可動ミラー部１１のＹ軸周りの揺動角に応じた信号を生成する。なお、可動ミラー部１１のＹ軸周りの揺動角の検出方法については、後に詳述する。
Ｖ検出部６２は、第２信号処理回路７２から出力された信号に基づいて、垂直走査の制御に必要な信号として、例えば可動ミラー部１１のＸ軸周りの揺動角に応じた信号を生成する。
【００８１】
Ｈ制御部６３は、Ｈ目標値記憶部６５に予め記憶されたＨ目標値と、Ｈ検出部６１から出力された信号とに基づいて、水平走査用の駆動信号を生成する。
Ｈ目標値記憶部６５には、Ｈ目標値として、例えば、水平走査用の駆動信号との位相差、可動ミラー部１１のＹ軸周りの最大揺動角が格納（記憶）されている。
Ｖ制御部６４は、Ｖ目標値生成部６６から出力されたＶ目標値と、Ｖ検出部６２から出力された信号とに基づいて、垂直走査用の駆動信号を生成する。
Ｖ目標値生成部６６は、外部から入力された垂直走査方向へのライン情報に基づいて、Ｖ目標値として、例えば、可動ミラー部１１のＸ軸周りの揺動角を生成する。
【００８２】
ここで、歪検出素子５１の検出信号を用いて可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動を検出する方法について、可動ミラー部１１のＹ軸周りの揺動角を検出する場合を例として説明する。
（第１検出方法）
第１検出方法では、オブザーバーを用いて、第１信号処理回路７１から出力された信号に基づいて、可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動（本例では揺動角）を推定する。
【００８３】
以下、第１検出方法について詳述する。
光スキャナー１は、前述したように、水平走査のための第１の電圧と垂直走査のための第２の電圧を重畳してコイル３１に印加することによって、可動ミラー部１１をＹ軸（第１の軸）周りに第１の電圧の周波数で揺動させるとともにＸ軸（第２の軸）周りに第２の電圧の周波数で揺動させる。
【００８４】
ここで、第１の電圧の周波数（水平走査の駆動周波数）と第２の電圧の周波数（垂直走査の駆動周波数）とは十分に離れているため、第１の電圧によって生じるトルクと第２の電圧によって生じるトルクとのクロストークを考慮しなくてもよい。したがって、光スキャナー１におけるＸ軸周りに関する運動とＹ軸周りに関する運動とを独立して考えることができる。
そうすると、光スキャナー１のＹ軸周りに関する運動方程式は、下記式（１）で表すことができる。
【００８５】
【数１】
2014182227.tif 000003
【００８６】
ここで、前記式（１）中、θhh：可動ミラー部１１のＹ軸周りの揺動角、θvh：枠体部１３のＹ軸周りの揺動角、Ihh：可動ミラー部１１のＹ軸周りのイナーシャ、Ivh：枠体部１３のＹ軸周りのイナーシャ、Chh：可動ミラー部１１のＹ軸周りの揺動（振動）の減衰係数、Cvh：枠体部１３のＹ軸周りの揺動（振動）の減衰係数、khh：軸部１２ａ、１２ｂのＹ軸周りの捩りばね定数、kvh：軸部１４ａ、１４ｂのＹ軸周りの捩りばね定数、T（t）：永久磁石２１およびコイル３１の磁界の相互作用によって枠体部１３が受けるＹ軸周りのトルクである。
【００８７】
そして、
【００８８】
【数２】
2014182227.tif 000004
【００８９】
とし、軸部１４ａの曲げ応力に関する歪検出素子５１の検出信号の出力をｙとし、歪検出素子５１の変換係数をαとしたとき、前記式（１）から、次に示すようなＸおよびｙの関係を導くことができる。
【００９０】
【数３】
2014182227.tif 000005
【００９１】
このようなＸおよびｙの関係で与えられるシステムの可観測係数を
【００９２】
【数４】
2014182227.tif 000006
【００９３】
とすると、次の式が得られる。
【００９４】
【数５】
2014182227.tif 000007
【００９５】
ここで、Ｍｏｂｓ＝４であるから、このシステムは可観測である。したがって、軸部１４ａに配置した歪検出素子５１の検出信号に含まれる軸部１４ａの曲げ変形に基づく信号に基づいて、オブザーバーによって、可動ミラー部１１のＹ軸周りの揺動角（振れ角）を推定することができる。
かかるオブザーバーは、オブザーバーゲインをＬとし、Ｘおよびｙの推定値の関係は、次のように表される。
【００９６】
【数６】
2014182227.tif 000008
【００９７】
このようなＸおよびｙの推定値の関係を用いることにより、歪検出素子５１の検出信号に含まれる軸部１４ａの曲げ変形に基づく信号に基づいて、可動ミラー部１１のＹ軸周りの揺動角を推定することができる。
以上説明したような第１検出方法によれば、可動ミラー部１１のＹ軸周りの揺動が共振状態でなくても、第１信号処理回路７１から出力された信号に基づいて、可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動を検出することができる。
【００９８】
（第２検出方法）
第２検出方法では、可動ミラー部１１のＹ軸周りの揺動に関する共振周波数における振幅と、枠体部１３のＹ軸周りの揺動に関する共振周波数における振幅との比を用いて、第１信号処理回路７１から出力された信号に基づいて、可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動（本例では揺動角）を推定する。
【００９９】
以下、第２検出方法について詳述する。
前記式（１）において、θｈｈおよびθｖｈのラプラス変換をそれぞれＸｈｈおよびＸｖｈとし、初期値をすべて０とすると、下記式（２）が得られる。
【０１００】
【数７】
2014182227.tif 000009
【０１０１】
この式（２）を変形すると、下記式（３）が得られる。
【０１０２】
【数８】
2014182227.tif 000010
【０１０３】
ここで、可動ミラー部１１および枠体部１３のＹ軸周りの揺動に関する共振周波数は、それぞれ、前記式（３）の分母が最小となるときのｓ（＝ｊω、ω：角周波数）によって決まる。前記式（３）からわかるように、ＸｈｈおよびＸｖｈの分母は互いに等しいため、可動ミラー部１１のＹ軸周りの揺動に関する共振周波数と、枠体部１３のＹ軸周りの揺動に関する共振周波数とは一致する。
具体的には、枠体部１３に印加されるＹ軸周りのトルクと可動ミラー部１１および枠体部１３のＹ軸周りの揺動角との比に関する周波数特性は、図８（ａ）および図９（ａ）に示すようになる。
【０１０４】
また、枠体部１３に印加されるＹ軸周りのトルクと可動ミラー部１１および枠体部１３のＹ軸周りの揺動との位相差に関する周波数特性は、図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すようになる。
なお、図８（ａ）は、枠体部に印加される第１の軸周りのトルクと可動部および枠体部のＹ軸周りの揺動角との比に関する周波数特性を示すグラフ、図８（ｂ）は、枠体部に印加される第１の軸周りのトルクと可動部および枠体部の第１の軸周りの揺動との位相差に関する周波数特性を示すグラフである。また、図９（ａ）は、図８（ａ）の共振周波数付近を拡大したグラフ、図９（ｂ）は、図８（ｂ）の共振周波数付近を拡大したグラフである。
【０１０５】
ところで、可動ミラー部１１および枠体部１３のＹ軸周りの揺動は、軸部１４ａ、１４ｂの引張応力として現れる。したがって、軸部１４ａに配置された歪検出素子５１の検出信号に基づいて、可動ミラー部１１がＹ軸周りの揺動に関する共振状態であるか否かを把握することができる。より具体的には、枠体部１３に印加されるＹ軸周りのトルクと可動ミラー部１１および枠体部１３のＹ軸周りの揺動との位相差に基づいて、可動ミラー部１１がＹ軸周りの揺動に関する共振状態であるか否かを把握することができる。
【０１０６】
歪検出素子５１の検出信号に基づいて可動ミラー部１１の揺動角（振れ角）を推定するには、歪検出素子５１の応答に、可動ミラー部１１のＹ軸周りの揺動に関する共振状態における可動ミラー部１１のＹ軸周りの振幅と枠体部１３のＹ軸周りの振幅との比を乗じればよい。
かかる比が温度変化により変化する場合には、光スキャナー１付近に温度センサーを設置し、その温度センサーによって検知された温度に応じて、当該比を補正すればよい。
以上説明したような第２検出方法によれば、比較的簡単な構成で、第１信号処理回路７１から出力された信号に基づいて、可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動を高精度に検出することができる。
【０１０７】
以上説明したような光スキャナー１によれば、第１信号処理回路７１から出力された信号に基づいて、可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動を検出することができる。また、第２信号処理回路７２から出力された信号に基づいて、可動ミラー部１１のＸ軸周りの挙動を検出することができる。また、歪検出素子５１、５２が軸部１４ａ、１４ｂの枠体部１３側の端部に配置されているため、歪検出素子５１、５２に対する外部からの固定部１５を介した熱の影響を抑制することができる。
【０１０８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第２実施形態に係る光スキャナーを示す平面図、図１１は、図１０に示す光スキャナーの制御系を示すブロック図である。また、図１２は、図１０に示す光スキャナーの歪検出素子を説明するための図である。また、図１３は、２端子型の歪検出素子の姿勢とシリコンの結晶方位との関係を説明するための図である。また、図１４は、ピエゾ抵抗領域にｐ型シリコンを用いた場合における２端子型の歪検出素子の姿勢（角度α）と引張応力およびせん断応力による抵抗値変化率の絶対値との関係を示すグラフである。また、図１５は、ピエゾ抵抗領域にｎ型シリコンを用いた場合における２端子型の歪検出素子の姿勢（角度α）と引張応力およびせん断応力による抵抗値変化率の絶対値との関係を示すグラフである。また、図１６は、２端子型の歪検出素子の姿勢（角度α）と引張応力およびせん断応力による抵抗値変化率の絶対値の比との関係を示すグラフである。
【０１０９】
本実施形態に係る光スキャナーは、歪検出素子、第１信号処理部および第２信号処理部の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかる光スキャナーと同様である。
なお、以下の説明では、第２実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１０〜図１２において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１１０】
図１０に示す光スキャナー１Ａは、前述した第１実施形態の歪検出素子５１、５２に代えて、歪検出素子５１Ａ、５２Ａを有する。また、光スキャナー１Ａは、図１１に示すように、前述した第１実施形態の第１信号処理回路７１および第２信号処理回路７２に代えて、第１信号処理回路７１Ａおよび第２信号処理回路７２Ａを有する。
歪検出素子５１Ａ（第１歪検出素子）は、軸部１４ａの枠体部１３側の端部に配置され、軸部１４ａの変形（曲げ変形および捩れ変形）を検出する。一方、歪検出素子５２Ａ（第２歪検出素子）は、軸部１４ｂの枠体部１３側の端部に配置され、軸部１４ｂの変形（曲げ変形および捩れ変形）を検出する。
【０１１１】
歪検出素子５１Ａ、５２Ａは、平面視にて、Ｙ軸に対して対称となるように配置されている。なお、以下では、歪検出素子５１Ａについて主に説明し、歪検出素子５２Ａについては、歪検出素子５１Ａと同様であるため、その説明を省略する。
この歪検出素子５１Ａは、２端子型のピエゾ抵抗素子である。
具体的に説明すると、歪検出素子５１Ａは、図１２に示すように、ピエゾ抵抗領域５１１Ａと、ピエゾ抵抗領域５１１Ａ上に配置された１対の端子５１２Ａ、５１３Ａとを有している。
【０１１２】
ピエゾ抵抗領域５１１Ａは、軸部１４ａ表面に不純物をドーピングすることにより形成されている。
また、ピエゾ抵抗領域５１１Ａは、軸部１４ａの長手方向（すなわちＸ軸方向）に対して傾斜した方向に延びる長手形状をなしている。また、ピエゾ抵抗領域５１１Ａは、平面視にて、軸部１４ａの幅方向での中心を跨って配置されている。
【０１１３】
なお、本実施形態では、ピエゾ抵抗領域５１１Ａ全体が軸部１４ａ上に設けられているが、ピエゾ抵抗領域５１１Ａは、軸部１４ａの曲げ変形による引張応力または圧縮応力を受けるとともに軸部１４ａの捩れ変形によるせん断応力を受けることができれば、図示の位置に限定されず、例えば、軸部１４ａと固定部１５との境界部を跨るように設けられていてもよい。
このようなピエゾ抵抗領域５１１Ａ上には、軸部１４ａの長手方向（すなわちＸ軸方向）に対して傾斜した方向に並んで１対の端子５１２Ａ、５１３Ａが配置されている。
【０１１４】
本実施形態では、ピエゾ抵抗領域５１１Ａの長手方向での両端部に１対の端子５１２Ａ、５１３Ａが配置されている。
１対の端子５１２Ａ、５１３Ａは、第１信号処理回路７１Ａに電気的に接続されている。なお、図１２では、図示しないが、１対の端子５１２Ａ、５１３Ａは、図１１に示す第２信号処理回路７２Ａにも電気的に接続されている。
このような歪検出素子５１Ａでは、軸部１４ａの曲げ変形に伴ってピエゾ抵抗領域５１１Ａに引張応力または圧縮応力が生じると、その引張応力または圧縮応力の程度に応じて、ピエゾ抵抗領域５１１Ａの比抵抗値が変化する。
【０１１５】
また、歪検出素子５１Ａでは、軸部１４ａの捩れ変形に伴ってピエゾ抵抗領域５１１Ａにせん断応力が生じると、そのせん断応力の程度に応じて、ピエゾ抵抗領域５１１Ａの比抵抗値が変化する。
したがって、歪検出素子５１Ａの検出信号は、軸部１４ａの曲げ変形および捩れ変形に基づく信号を含んでいる。
【０１１６】
本実施形態では、１対の端子５１２Ａ、５１３Ａがピエゾ抵抗領域５１１Ａ上にＸ軸方向に対して傾斜した方向に並んで配置されているので、歪検出素子５１Ａから出力される信号に含まれる軸部１４ａの曲げ変形および捩れ変形のそれぞれに基づく信号を大きくすることができる。
このような歪検出素子５１Ａの検出信号に含まれる軸部１４ａの曲げ変形に基づく信号と軸部１４ａの捩れ変形に基づく信号との比は、歪検出素子５１Ａの角度α（傾斜角度）に応じて変化する。ここで、角度αは、軸部１４ａの長手方向（すなわちＸ軸方向）と、１対の端子５１２Ａ、５１３Ａとが並ぶ方向（１対の端子５１２、５１３を最短距離で結ぶ直線の方向）とのなす角度である。
【０１１７】
以下、歪検出素子５１Ａの検出信号について、図１３に示すように、軸部１４ａの長手方向をシリコン単結晶の結晶軸の＜１１０＞方向とした場合を例に詳細に説明する。
ピエゾ抵抗領域５１１Ａをｐ型のシリコン単結晶で構成した場合、図１４（ａ）に示すように、１対の端子５１２Ａ、５１３Ａ間におけるピエゾ抵抗領域５１１Ａの引張応力に関する抵抗値変化率の絶対値は、角度α（＜１１０＞からのオフセット）が大きくなるに従い小さくなる。すなわち、角度αが大きくなるほど、歪検出素子５１Ａの検出信号に含まれる軸部１４ａの曲げ変形に基づく信号が小さくなる。
【０１１８】
一方、この場合、図１４（ｂ）に示すように、１対の端子５１２Ａ、５１３Ａ間におけるピエゾ抵抗領域５１１Ａのせん断応力に関する抵抗値変化率の絶対値は、角度αが大きくなるに従い大きくなる。すなわち、角度αが大きくなるほど、歪検出素子５１Ａの検出信号に含まれる軸部１４ａの捩れ変形に基づく信号が大きくなる。ただし、捩れ変形に基づく信号の角度αによる変化は、曲げ変形に基づく信号の角度αによる変化よりも小さい。
【０１１９】
また、ピエゾ抵抗領域５１１Ａをｎ型のシリコン単結晶で構成した場合、図１５（ａ）に示すように、１対の端子５１２Ａ、５１３Ａ間におけるピエゾ抵抗領域５１１Ａの引張応力に関する抵抗値変化率の絶対値は、角度αが大きくなるに従い小さくなる。すなわち、角度αが大きくなるほど、歪検出素子５１Ａの検出信号に含まれる軸部１４ａの曲げ変形に基づく信号が小さくなる。ただし、曲げ変形に基づく信号の角度αによる変化は小さい。
【０１２０】
一方、この場合、図１５（ｂ）に示すように、１対の端子５１２Ａ、５１３Ａ間におけるピエゾ抵抗領域５１１Ａのせん断応力に関する抵抗値変化率の絶対値は、角度αが大きくなるに従い大きくなる。すなわち、角度αが大きくなるほど、歪検出素子５１Ａの検出信号に含まれる軸部１４ａの捩れ変形に基づく信号が大きくなる。しかも、捩れ変形に基づく信号の角度αによる変化は、曲げ変形に基づく信号の角度αによる変化よりも大きい。
【０１２１】
また、ピエゾ抵抗領域５１１Ａをｐ型のシリコン単結晶で構成した場合、図１６（ａ）に示すように、１対の端子５１２Ａ、５１３Ａ間におけるピエゾ抵抗領域５１１Ａの引張応力に関する抵抗値変化率の絶対値（Ｒ１）とせん断応力に関する抵抗値変化率の絶対値（Ｒ２）との比（Ｒ１／Ｒ２）は、角度αが大きくなるに従い小さくなる。すなわち、角度αが大きくなるほど、歪検出素子５１Ａの検出信号に含まれる軸部１４ａの捩れ変形に基づく信号に対する曲げ変形に基づく信号の割合が小さくなる。
【０１２２】
また、ピエゾ抵抗領域５１１Ａをｎ型のシリコン単結晶で構成した場合も、図１６（ｂ）に示すように、１対の端子５１２Ａ、５１３Ａ間におけるピエゾ抵抗領域５１１Ａの引張応力に関する抵抗値変化率の絶対値（Ｒ１）とせん断応力に関する抵抗値変化率の絶対値（Ｒ２）との比（Ｒ１／Ｒ２）は、角度αが大きくなるに従い小さくなる。すなわち、角度αが大きくなるほど、歪検出素子５１Ａの検出信号に含まれる軸部１４ａの捩れ変形に基づく信号に対する曲げ変形に基づく信号の割合が小さくなる。ただし、かかる割合は、角度αによらず小さく、角度αによる変化も小さい。
以上のようなことから、軸部１４ａの長手方向をシリコン単結晶の結晶軸の＜１１０＞方向とした場合、ピエゾ抵抗領域５１１Ａをｐ型のシリコン単結晶で構成することにより、歪検出素子５１Ａから出力される信号に含まれる軸部１４ａの曲げ変形および捩れ変形のそれぞれに基づく信号を効率的に大きくすることができる。
【０１２３】
また、角度αは、軸部１４ａ、１４ｂを構成するシリコン単結晶の導電型や結晶軸の方向によって異なり、特に限定されないが、例えば、軸部１４ａ、１４ｂの長手方向をシリコン単結晶の結晶軸の＜１１０＞方向とし、かつ、ピエゾ抵抗領域５１１Ａをｐ型のシリコン単結晶で構成した場合、３°以上２５°以下であることが好ましく、５°以上８°以下であることがより好ましい。図１６（ａ）に示すように、角度αを３°以上２５°以下とすることにより、上述した比（Ｒ１／Ｒ２）を約１０％から９０％までの範囲とすることができる。また、角度αを５°以上８°以下とすることにより、上述した比（Ｒ１／Ｒ２）を約４０％から６０％までの範囲とすることができる。
【０１２４】
このような歪検出素子５１Ａの検出信号は、固定部１５に設けられた１対の端子８１ａ、８１ｂを介して、第１信号処理回路７１Ａ（第１信号処理部）および第２信号処理回路７２Ａ（第２信号処理部）に入力される（図１１参照）。なお、歪検出素子５２Ａの検出信号は、固定部１５に設けられた１対の端子８３ａ、８３ｂを介して、第１信号処理回路７１Ａおよび第２信号処理回路７２Ａに入力される。
【０１２５】
第１信号処理回路７１Ａは、歪検出素子５１Ａ、５２Ａの検出信号を所定の処理により信号処理に適した信号に変換する機能を有する。
第１信号処理回路７１Ａにおける具体的な処理としては、例えば、インピーダンス変換、温度補償、信号増幅、フィルター、ＡＤコンバーター等が挙げられる。
前述したように、歪検出素子５１Ａ、５２Ａの検出信号は、軸部１４ａ、１４ｂの曲げ変形および捩れ変形に基づく信号を含んでいる。そして、第１信号処理回路７１Ａは、上述したような処理を必要に応じて行って、歪検出素子５１Ａ、５２Ａの検出信号から軸部１４ａ、１４ｂの捩れ変形に基づく信号を除去し、軸部１４ａ、１４ｂの捩れ変形に基づく信号を出力する。これにより、第１信号処理回路７１Ａから出力された信号に基づいて、可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動を検出することができる。
【０１２６】
本実施形態では、第１信号処理回路７１Ａは、図１２に示すように、抵抗素子７１１、７１２、７１３および処理部７１４を有している。
この抵抗素子７１１、７１２、７１３および歪検出素子５１Ａは、ブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）を構成している。このブリッジ回路は、歪検出素子駆動回路５３により電力が供給され、歪検出素子５１Ａの抵抗値の変化に応じた信号（電圧）を処理部７１４へ出力する。
【０１２７】
処理部７１４は、上述したような歪検出素子５１Ａを含むブリッジ回路からの信号（電圧）から軸部１４ａの捩れ変形に基づく成分を除去する。
例えば、処理部７１４は、差動増幅回路であり、歪検出素子５１Ａを含むブリッジ回路からの信号（電圧）と、このブリッジ回路と同様に構成された歪検出素子５２Ａを含むブリッジ回路からの信号（電圧）との差を増幅する。これにより、これらのブリッジ回路からの信号に含まれる捩れ変形成分を除去するとともに、曲げ変形成分を増幅することができる。
【０１２８】
このように、枠体部１３を挟んで設けられた１対の軸部１４ａ、１４ｂに配置された１対の歪検出素子５１Ａ、５２Ａの検出信号から、軸部１４ａ、１４ｂの曲げ変形に基づく信号を構成率的に取り出すことができる。
このような第１信号処理回路７１Ａから出力された信号は、図１１に示す制御部６に入力される。
【０１２９】
一方、第２信号処理回路７２Ａは、歪検出素子５１Ａ、５２Ａの検出信号を所定の処理により信号処理に適した信号に変換する機能を有する。
第２信号処理回路７２Ａにおける具体的な処理としては、例えば、インピーダンス変換、温度補償、信号増幅、フィルター、ＡＤコンバーター等が挙げられる。
前述したように、歪検出素子５１Ａ、５２Ａの検出信号は、軸部１４ａ、１４ｂの曲げ変形および捩れ変形に基づく信号を含んでいる。そして、第２信号処理回路７２Ａは、上述したような処理を必要に応じて行って、歪検出素子５１Ａ、５２Ａの検出信号から軸部１４ａ、１４ｂの曲げ変形に基づく信号を除去し、軸部１４ａ、１４ｂの捩れ変形に基づく信号を出力する。これにより、第２信号処理回路７２Ａから出力された信号に基づいて、可動ミラー部１１のＸ軸周りの挙動を検出することができる。
【０１３０】
例えば、第２信号処理回路７２Ａは、差動増幅回路を含み、上述したような歪検出素子５１Ａを含むブリッジ回路からの信号（電圧）と、このブリッジ回路と同様に構成された歪検出素子５２Ａを含むブリッジ回路からの信号（電圧）との和を増幅する。これにより、これらのブリッジ回路からの信号に含まれる曲げ変形成分を除去するとともに、捩れ変形成分を増幅することができる。
【０１３１】
このように、枠体部１３を挟んで設けられた１対の軸部１４ａ、１４ｂに配置された１対の歪検出素子５１Ａ、５２Ａの検出信号から、軸部１４ａ、１４ｂの捩れ変形に基づく信号を構成率的に取り出すことができる。
このような第２信号処理回路７２Ａから出力された信号は、図１１に示す制御部６に入力される。
以上説明したような第２実施形態に係る光スキャナー１Ａによっても、歪検出素子５１Ａ、５２Ａに対する外部からの熱の影響を抑制しつつ、歪検出素子５１Ａ、５２Ａを用いて可動ミラー部１１の挙動を検出することができる。
【０１３２】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１７は、本発明の第３実施形態に係る光スキャナーを示す平面図、図１８は、図１７に示す光スキャナーの歪検出素子を説明するための図である。また、図１９は、ピエゾ抵抗領域にｐ型シリコンを用いた場合における４端子型の歪検出素子の姿勢（角度α）と引張応力およびせん断応力による抵抗値変化率の絶対値との関係を示すグラフである。また、図２０は、ピエゾ抵抗領域にｎ型シリコンを用いた場合における４端子型の歪検出素子の姿勢（角度α）と引張応力およびせん断応力による抵抗値変化率の絶対値との関係を示すグラフである。また、図２１は、４端子型の歪検出素子の姿勢（角度α）と引張応力およびせん断応力による抵抗値変化率の絶対値の比との関係を示すグラフである。
【０１３３】
本実施形態に係る光スキャナーは、歪検出素子、第１信号処理部および第２信号処理部の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかる光スキャナーと同様である。また、本実施形態に係る光スキャナーは、歪検出素子の構成が異なる以外は、前述した第２実施形態にかかる光スキャナーと同様である。
なお、以下の説明では、第３実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１７および図１８において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１３４】
図１７に示す光スキャナー１Ｂは、前述した第２実施形態の歪検出素子５１Ａ、５２Ａに代えて、歪検出素子５１Ｂ、５２Ｂを有する。
歪検出素子５１Ｂ（第１歪検出素子）は、軸部１４ａの枠体部１３側の端部に配置され、軸部１４ａの変形（曲げ変形および捩れ変形）を検出する。一方、歪検出素子５２Ｂ（第２歪検出素子）は、軸部１４ｂの枠体部１３側の端部に配置され、軸部１４ｂの変形（曲げ変形および捩れ変形）を検出する。
【０１３５】
歪検出素子５１Ｂ、５２Ｂは、平面視にて、Ｙ軸に対して対称となるように配置されている。なお、以下では、歪検出素子５１Ｂについて主に説明し、歪検出素子５２Ｂについては、歪検出素子５１Ｂと同様であるため、その説明を省略する。
この歪検出素子５１Ｂは、４端子型のピエゾ抵抗素子である。
具体的に説明すると、歪検出素子５１Ｂは、図１８に示すように、ピエゾ抵抗領域５１１Ｂと、ピエゾ抵抗領域５１１Ｂ上に配置された１対の入力端子５１２Ｂ、５１３Ｂおよび１対の出力端子５１４Ｂ、５１５Ｂとを有している。
【０１３６】
ピエゾ抵抗領域５１１Ｂは、軸部１４ａ表面に不純物をドーピングすることにより形成されている。
本実施形態では、ピエゾ抵抗領域５１１Ｂは、平面視にて、四角形をなしている。
なお、本実施形態では、ピエゾ抵抗領域５１１Ｂ全体が軸部１４ａ上に設けられているが、ピエゾ抵抗領域５１１Ｂは、軸部１４ａの曲げ変形による引張応力または圧縮応力を受けるとともに軸部１４ａの捩れ変形によるせん断応力を受けることができれば、図示の位置に限定されず、例えば、軸部１４ａと固定部１５との境界部を跨るように設けられていてもよい。
このようなピエゾ抵抗領域５１１Ｂ上には、軸部１４ａの長手方向（すなわちＸ軸方向）に対して傾斜した方向に並んで１対の入力端子５１２Ｂ、５１３Ｂが配置されているとともに、１対の入力端子５１２Ｂ、５１３Ｂが並ぶ方向に対して垂直な方向に並んで１対の出力端子５１４Ｂ、５１５Ｂが配置されている。
【０１３７】
１対の入力端子５１２Ｂ、５１３Ｂは、固定部１５に設けられた１対の端子８４ａ、８４ｂを介して、歪検出素子駆動回路５３に電気的に接続されている。
一方、１対の出力端子５１４Ｂ、５１５Ｂは、固定部１５に設けられた１対の端子８４ｃ、８４ｄを介して、第１信号処理回路７１Ａおよび第２信号処理回路７２Ａに電気的に接続されている。
【０１３８】
このような歪検出素子５１Ｂでは、歪検出素子駆動回路５３が１対の入力端子５１２Ｂ、５１３Ｂ間に定電圧または定電流で電圧を印加する。これにより、ピエゾ抵抗領域５１１Ｂ上に軸部１４ａの長手方向に対して傾斜した方向の電界Ｅを生じさせる。この電界Ｅのもと、軸部１４ａの捩れ変形に伴ってピエゾ抵抗領域５１１Ｂにせん断応力が生じると、そのせん断応力の程度に応じて、ピエゾ抵抗領域５１１Ｂの比抵抗値が変化し、１対の出力端子５１４Ｂ、５１５Ｂ間の電位差が変化する。
【０１３９】
この電位差は、軸部１４ａの捩れ変形量や、可動ミラー部１１および枠体部１３のＸ軸周りの揺動角に応じて変化する。したがって、かかる電位差に基づいて、可動ミラー部１１のＸ軸周りの挙動を検知することができる。
また、この電界Ｅのもと、軸部１４ａの曲げ変形に伴ってピエゾ抵抗領域５１１Ｂに引張応力が生じると、その引張応力の程度に応じて、ピエゾ抵抗領域５１１Ｂの比抵抗値が変化し、１対の出力端子５１４Ｂ、５１５Ｂ間の電位差が変化する。
【０１４０】
この電位差は、軸部１４ａの曲げ変形量や、可動ミラー部１１および枠体部１３のＹ軸周りの揺動角に応じて変化する。したがって、かかる電位差に基づいて、可動ミラー部１１のＹ軸周りの挙動を検知することができる。
したがって、歪検出素子５１Ｂの検出信号は、軸部１４ａの曲げ変形および捩れ変形に基づく信号を含んでいる。
【０１４１】
本実施形態では、１対の入力端子５１２Ｂ、５１３Ｂがピエゾ抵抗領域５１１Ｂ上にＸ軸方向に対して傾斜した方向に並んで配置されているので、歪検出素子５１Ｂから出力される信号に含まれる軸部１４ａの曲げ変形および捩れ変形のそれぞれに基づく信号を大きくすることができる。
このような歪検出素子５１Ｂの検出信号に含まれる軸部１４ａの曲げ変形に基づく信号と軸部１４ａの捩れ変形に基づく信号との比は、歪検出素子５１Ｂの角度α（傾斜角度）に応じて変化する。ここで、角度αは、軸部１４ａの長手方向（すなわちＸ軸方向）と、１対の入力端子５１２Ｂ、５１３Ｂとが並ぶ方向（１対の入力端子５１２Ｂ、５１３Ｂ間を最短距離で結ぶ直線の方向）とのなす角度である。
【０１４２】
以下、歪検出素子５１Ｂの検出信号について、軸部１４ａの長手方向をシリコン単結晶の結晶軸の＜１１０＞方向とした場合を例に詳細に説明する。
ピエゾ抵抗領域５１１Ｂをｐ型のシリコン単結晶で構成した場合、図１９（ａ）に示すように、１対の出力端子５１４Ｂ、５１５Ｂ間におけるピエゾ抵抗領域５１１Ｂの引張応力に関する抵抗値変化率の絶対値は、角度α（＜１１０＞からのオフセット）が大きくなるに従い大きくなる。すなわち、角度αが大きくなるほど、歪検出素子５１Ｂの検出信号に含まれる軸部１４ａの曲げ変形に基づく信号が大きくなる。
【０１４３】
一方、この場合、図１９（ｂ）に示すように、１対の出力端子５１４Ｂ、５１５Ｂ間におけるピエゾ抵抗領域５１１Ｂのせん断応力に関する抵抗値変化率の絶対値は、角度αが大きくなるに従い小さくなる。すなわち、角度αが大きくなるほど、歪検出素子５１Ｂの検出信号に含まれる軸部１４ａの捩れ変形に基づく信号が小さくなる。ただし、捩れ変形に基づく信号の角度αによる変化は、曲げ変形に基づく信号の角度αによる変化よりも小さい。
【０１４４】
また、ピエゾ抵抗領域５１１Ｂをｎ型のシリコン単結晶で構成した場合、図２０（ａ）に示すように、１対の出力端子５１４Ｂ、５１５Ｂ間におけるピエゾ抵抗領域５１１Ｂの引張応力に関する抵抗値変化率の絶対値は、角度αが大きくなるに従い大きくなる。すなわち、角度αが大きくなるほど、歪検出素子５１Ｂの検出信号に含まれる軸部１４ａの曲げ変形に基づく信号が大きくなる。ただし、曲げ変形に基づく信号の角度αによる変化は小さい。
【０１４５】
一方、この場合、図２０（ｂ）に示すように、１対の出力端子５１４Ｂ、５１５Ｂ間におけるピエゾ抵抗領域５１１Ｂのせん断応力に関する抵抗値変化率の絶対値は、角度αが大きくなるに従い小さくなる。すなわち、角度αが大きくなるほど、歪検出素子５１Ｂの検出信号に含まれる軸部１４ａの捩れ変形に基づく信号が小さくなる。ただし、捩れ変形に基づく信号の角度αによる変化は、曲げ変形に基づく信号の角度αによる変化よりも大きい。
【０１４６】
また、ピエゾ抵抗領域５１１Ｂをｐ型のシリコン単結晶で構成した場合、図２１（ａ）に示すように、１対の出力端子５１４Ｂ、５１５Ｂ間におけるピエゾ抵抗領域５１１Ｂの引張応力に関する抵抗値変化率の絶対値（Ｒ１）とせん断応力に関する抵抗値変化率の絶対値（Ｒ２）との比（Ｒ１／Ｒ２）は、角度αが大きくなるに従い大きくなる。すなわち、角度αが大きくなるほど、歪検出素子５１Ｂの検出信号に含まれる軸部１４ａの捩れ変形に基づく信号に対する曲げ変形に基づく信号の割合が大きくなる。
【０１４７】
また、ピエゾ抵抗領域５１１Ｂをｎ型のシリコン単結晶で構成した場合も、図２１（ｂ）に示すように、１対の出力端子５１４Ｂ、５１５Ｂ間におけるピエゾ抵抗領域５１１Ｂの引張応力に関する抵抗値変化率の絶対値（Ｒ１）とせん断応力に関する抵抗値変化率の絶対値（Ｒ２）との比（Ｒ１／Ｒ２）は、角度αが大きくなるに従い大きくなる。すなわち、角度αが大きくなるほど、歪検出素子５１Ｂの検出信号に含まれる軸部１４ａの捩れ変形に基づく信号に対する曲げ変形に基づく信号の割合が大きくなる。ただし、かかる割合は、角度αによらず小さく、角度αによる変化も小さい。
【０１４８】
以上のようなことから、軸部１４ａの長手方向をシリコン単結晶の結晶軸の＜１１０＞方向とした場合、ピエゾ抵抗領域５１１Ｂをｐ型のシリコン単結晶で構成することにより、歪検出素子５１Ｂから出力される信号に含まれる軸部１４ａの曲げ変形および捩れ変形のそれぞれに基づく信号を効率的に大きくすることができる。
また、角度αは、軸部１４ａ、１４ｂを構成するシリコン単結晶の導電型や結晶軸の方向によって異なり、特に限定されないが、例えば、軸部１４ａ、１４ｂの長手方向をシリコン単結晶の結晶軸の＜１１０＞方向とし、かつ、ピエゾ抵抗領域５１１Ｂをｐ型のシリコン単結晶で構成した場合、２２°以上４２°以下であることが好ましく、３８°以上４２°以下であることがより好ましい。図２１（ａ）に示すように、角度αを２２°以上４２°以下とすることにより、上述した比（Ｒ１／Ｒ２）を約１０％から９０％までの範囲とすることができる。また、角度αを３８°以上４２°以下とすることにより、上述した比（Ｒ１／Ｒ２）を約４０％から６０％までの範囲とすることができる。
【０１４９】
このような歪検出素子５１Ｂの検出信号は、第１信号処理回路７１Ａ（第１信号処理部）および第２信号処理回路７２Ａ（第２信号処理部）に入力される。同様に、歪検出素子５２Ｂの検出信号は、第１信号処理回路７１Ａおよび第２信号処理回路７２Ａに入力される。なお、歪検出素子５２Ａは、端子８２ａ、８２ｂを介して歪検出素子駆動回路５３に電気的に接続され、端子８２ｃ、８２ｄを介して第１信号処理回路７１Ａおよび第２信号処理回路７２Ａに電気的に接続されている。
【０１５０】
例えば、第１信号処理回路７１Ａは、差動増幅回路を含み、上述したような歪検出素子５１Ｂの検出信号と、この歪検出素子５１Ｂと同様に構成された歪検出素子５２Ｂの検出信号との差を増幅する。これにより、これらの歪検出素子５１Ｂ、５２Ｂからの信号に含まれる捩れ変形成分を除去するとともに、曲げ変形成分を増幅することができる。
同様に、例えば、第２信号処理回路７２Ａは、差動増幅回路を含み、上述したような歪検出素子５１Ｂの検出信号と、この歪検出素子５１Ｂと同様に構成された歪検出素子５２Ｂの検出信号との和を増幅する。これにより、これらの歪検出素子５１Ｂ、５２Ｂからの信号に含まれる曲げ変形成分を除去するとともに、捩れ変形成分を増幅することができる。
以上説明したような第３実施形態に係る光スキャナー１Ｂによっても、歪検出素子５１Ｂ、５２Ｂに対する外部からの熱の影響を抑制しつつ、歪検出素子５１Ａ、５２Ａを用いて可動ミラー部１１の挙動を検出することができる。
【０１５１】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図２２は、本発明の第４実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。
本実施形態に係る光スキャナーは、歪検出素子の設置位置が異なる以外は、前述した第２実施形態にかかる光スキャナーと同様である。
なお、以下の説明では、第４実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２２において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１５２】
図２２に示す光スキャナー１Ｃは、前述した第２実施形態の歪検出素子５１Ａ、５２Ａに代えて、歪検出素子５１Ｃ、５２Ｃを有する。
歪検出素子５１Ｃは、枠体部１３の軸部１４ａ近傍の部分に配置されている。かかる部分は、軸部１４ａの変形に伴って応力が生じる。また、歪検出素子５２Ｃは、枠体部１３の軸部１４ｂの近傍の部分に配置されている。かかる部分は、軸部１４ｂの変形に伴って応力が生じる。
【０１５３】
歪検出素子５１Ｃ、５２Ｃは、それぞれ、前述した第２実施形態の歪検出素子５１Ａ、５２Ａと同様、２端子型のピエゾ抵抗素子であって、Ｘ軸に対して傾斜して配置されている。
このような歪検出素子５１Ｃ、５２Ｃの検出信号は、前述した第２実施形態の歪検出素子５１Ａ、５２Ａの検出信号と同様、軸部１４ａ、１４ｂの捩れ変形に基づく信号および曲げ変形に基づく信号を含む。
以上説明したような第４実施形態に係る光スキャナー１Ｃによっても、歪検出素子５１Ｃ、５２Ｃに対する外部からの熱の影響を抑制しつつ、歪検出素子５１Ｃ、５２Ｃを用いて可動ミラー部１１の挙動を検出することができる。
【０１５４】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
図２３は、本発明の第５実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。
本実施形態に係る光スキャナーは、歪検出素子の設置位置が異なる以外は、前述した第２実施形態にかかる光スキャナーと同様である。
なお、以下の説明では、第５実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２３において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１５５】
図２３に示す光スキャナー１Ｄは、前述した第２実施形態の歪検出素子５１Ａ、５２Ａに代えて、歪検出素子５１Ｄ、５２Ｄを有する。
歪検出素子５１Ｄは、基部１１１の軸部１２ａ近傍の部分に配置されている。かかる部分は、軸部１２ａの変形に伴って応力が生じる。また、歪検出素子５２Ｄは、基部１１１の軸部１２ｂの近傍の部分に配置されている。かかる部分は、軸部１２ｂの変形に伴って応力が生じる。
【０１５６】
歪検出素子５１Ｄ、５２Ｄは、それぞれ、前述した第２実施形態の歪検出素子５１Ａ、５２Ａと同様、２端子型のピエゾ抵抗素子であって、Ｙ軸に対して傾斜して配置されている。
このような歪検出素子５１Ｄ、５２Ｄの検出信号を用いて枠体部１３の挙動を検出するには、前述した第１実施形態で説明した検出方法と逆の関係を用いればよい。
以上説明したような第５実施形態に係る光スキャナー１Ｄによっても、歪検出素子５１Ｄ、５２Ｄに対する外部からの熱の影響を抑制しつつ、歪検出素子５１Ｄ、５２Ｄを用いて可動ミラー部１１の挙動を検出することができる。
【０１５７】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態について説明する。
図２４は、本発明の第６実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。
本実施形態に係る光スキャナーは、歪検出素子の設置位置が異なる以外は、前述した第２実施形態にかかる光スキャナーと同様である。
なお、以下の説明では、第６実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２４において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１５８】
図２４に示す光スキャナー１Ｅは、前述した第２実施形態の歪検出素子５１Ａ、５２Ａに代えて、歪検出素子５１Ｅ、５２Ｅを有する。
歪検出素子５１Ｅは、軸部１２ａの基部１１１側の端部に配置されている。かかる端部は、軸部１２ａの変形に伴って応力が生じる。また、歪検出素子５２Ｅは、軸部１２ｂの基部１１１側の端部に配置されている。かかる端部は、軸部１２ｂの変形に伴って応力が生じる。
【０１５９】
歪検出素子５１Ｅ、５２Ｅは、それぞれ、前述した第２実施形態の歪検出素子５１Ａ、５２Ａと同様、２端子型のピエゾ抵抗素子であって、Ｙ軸に対して傾斜して配置されている。
このような歪検出素子５１Ｅ、５２Ｅの検出信号を用いて枠体部１３の挙動を検出するには、前述した第１実施形態で説明した検出方法と逆の関係を用いればよい。
以上説明したような第６実施形態に係る光スキャナー１Ｅによっても、歪検出素子５１Ｅ、５２Ｅに対する外部からの熱の影響を抑制しつつ、歪検出素子５１Ｅ、５２Ｅを用いて可動ミラー部１１の挙動を検出することができる。
【０１６０】
以上説明したような光スキャナーは、それぞれ、例えば、プロジェクター、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）のようなイメージング用ディスプレイ等の画像表示装置が備える光スキャナーに好適に適用することができる。このような画像表示装置は、優れた信頼性を有し、高品位な画像を表示することができる。
【０１６１】
＜画像表示装置の実施形態＞
図２５は、本発明の画像表示装置の実施形態を模式的に示す図、図２６は、図２５に示す画像表示装置の制御系を示すブロック図である。なお、図２６において、前述した構成と同様の構成については同一符号を付している。
本実施形態では、画像表示装置の一例として、光スキャナー１をイメージング用ディスプレイの光スキャナーとして用いた場合を説明する。なお、スクリーンＳの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。また、Ｘ軸がスクリーンＳの横方向と平行であり、Ｙ軸がスクリーンＳの縦方向と平行である。
【０１６２】
画像表示装置（プロジェクター）９は、レーザーなどの光を照出する光源装置（光源）９１と、複数のダイクロイックミラー９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃと、光スキャナー１と、光源駆動回路９４と、光検出部９５と、光強度検出回路９６と、制御部６Ａと、トリガー生成部７３とを有している。
トリガー生成部７３は、第２信号処理回路から出力された信号に基づいて、水平走査方向の描画開始のためのトリガーを生成するための信号を生成する。このトリガー生成部７３は、例えば、コンパレーターである。
【０１６３】
制御部６Ａは、画像処理部６７と、光源駆動信号生成部６８と、ＡＰＣ制御部６９と、光量目標値記憶部７０とを有している。
画像処理部６７は、画像信号が入力され、その画像信号に基づいて、描画に必要となる描画信号を生成し、その描画信号を、トリガー生成部７３から出力された信号に基づいて、光源駆動信号生成部６８へ出力する。また、画像処理部６７は、垂直走査方向のライン情報をＶ目標値生成部６６へ出力する。
【０１６４】
光源駆動信号生成部６８は、画像処理部６７から出力された描画信号に基づいて、光源駆動回路９４を駆動する駆動信号を生成する。画像処理部６７からの描画信号と光源駆動回路９４のための駆動信号との対応付けは、ＡＰＣ制御部６９からの信号に基づいて、定期的に更新される。
ＡＰＣ制御部６９は、光源装置９１の発光強度と画像信号のデータとの対応が環境変化によらず目標値となるように対応付けを補正するための信号を光源駆動信号生成部６８へ出力する。
【０１６５】
光源駆動回路９４は、光源駆動信号生成部６８からの駆動信号に基づいて、光源装置９１を駆動させる駆動電流を生成する。
光強度検出回路９６は、光源装置９１の発光強度を検出するフォトダイオード等の光検出部９５からの出力を信号処理に必要な信号に変換する。この光強度検出回路９６は、例えば、増幅回路、フィルター、ＡＤコンバーター等を含んで構成されている。
光源装置９１は、赤色光を照出する赤色光源装置９１１と、青色光を照出する青色光源装置９１２と、緑色光を照出する緑色光源装置９１３とを備えている。
各ダイクロイックミラー９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃは、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。
【０１６６】
このような画像表示装置９は、図示しないホストコンピューターからの画像情報（画像信号）に基づいて、光源装置９１（赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３）から照出された光をダイクロイックミラー９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃでそれぞれ合成し、この合成された光が光スキャナー１によって２次元走査され、スクリーンＳ上でカラー画像を形成する。
【０１６７】
２次元走査の際、光スキャナー１の可動ミラー部１１のＹ軸周りの回動により光反射部１１４で反射した光がスクリーンＳの横方向に走査（主走査）される。一方、光スキャナー１の可動ミラー部１１のＸ軸周りの回動により光反射部１１４で反射した光がスクリーンＳの縦方向に走査（副走査）される。
なお、図２５中では、ダイクロイックミラー９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃで合成された光を光スキャナー１によって２次元的に走査した後、その光を固定ミラー９３で反射させてからスクリーンＳに画像を形成するように構成されているが、固定ミラー９３を省略し、光スキャナー１によって２次元的に走査された光を直接スクリーンＳに照射してもよい。
【０１６８】
以下に、画像表示装置の応用例について説明する。
＜画像表示装置の応用例１＞
図２７は、本発明の画像表示装置の応用例１を示す斜視図である。
図２７に示すように、画像表示装置９は、携帯用画像表示装置１００に適用することができる。
この携帯用画像表示装置１００は、手で把持することができる寸法で形成されたケーシング１１０と、ケーシング１１０内に内蔵された画像表示装置９とを有している。この携帯用画像表示装置１００により、例えば、スクリーンや、デスク上等の所定の面に、所定の画像を表示することができる。
また、携帯用画像表示装置１００は、所定の情報を表示するディスプレイ１２０と、キーパット１３０と、オーディオポート１４０と、コントロールボタン１５０と、カードスロット１６０と、ＡＶポート１７０とを有している。
なお、携帯用画像表示装置１００は、通話機能、ＧＳＰ受信機能等の他の機能を備えていてもよい。
【０１６９】
＜画像表示装置の応用例２＞
図２８は、本発明の画像表示装置の応用例２を示す斜視図である。
図２８に示すように、画像表示装置９は、ヘッドアップディスプレイシステム２００に適用することができる。
このヘッドアップディスプレイシステム２００では、画像表示装置９は、自動車のダッシュボードに、ヘッドアップディスプレイ２１０を構成するよう搭載されている。このヘッドアップディスプレイ２１０により、フロントガラス２２０に、例えば、目的地までの案内表示等の所定の画像を表示することができる。
なお、ヘッドアップディスプレイシステム２００は、自動車に限らず、例えば、航空機、船舶等にも適用することができる。
【０１７０】
＜画像表示装置の応用例３＞
図２９は、本発明の画像表示装置の応用例３を示す斜視図である。
図２９に示すように、画像表示装置９は、ヘッドマウントディスプレイ３００に適用することができる。
すなわち、ヘッドマウントディスプレイ３００は、眼鏡３１０と、眼鏡３１０に搭載された画像表示装置９とを有している。そして、画像表示装置９により、眼鏡３１０の本来レンズである部位に設けられた表示部３２０に、一方の目で視認される所定の画像を表示する。
【０１７１】
表示部３２０は、透明であってもよく、また、不透明であってもよい。表示部３２０が透明な場合は、現実世界からの情報に画像表示装置９からの情報を上乗せして使用することができる。
なお、ヘッドマウントディスプレイ３００に、２つ画像表示装置９を設け、両方の目で視認される画像を、２つの表示部に表示するようにしてもよい。
【０１７２】
以上、本発明の光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイでは、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができ、また、他の任意の構成を付加することもできる。
【０１７３】
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
また、前述した実施形態では、光スキャナーまたはアクチュエーターの駆動方式としてムービングマグネット方式を採用した場合を例に説明したが、これに限定されず、ムービングコイル方式を採用した光スキャナーまたはアクチュエーターにも本発明を適用できる。また、本発明は、ムービングマグネット方式やムービングコイル方式のような電磁駆動方式に限定されず、例えば、圧電駆動方式、静電駆動方式等の他の駆動方式にも適用可能である。
【０１７４】
また、前述した実施形態では、第１軸部が２つ（１対）設けられている場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、第１軸部が４つ（２対）以上設けられていてもよい。
また、前述した実施形態では、第２軸部が２つ（１対）設けられている場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、第２軸部が４つ（２対）以上であってもよい。
【０１７５】
また、前述した実施形態では、平面視にて光反射板が第１軸部全体、枠体部全体および第２軸部全体を覆う場合を例に説明したが、平面視にて光反射板が第１軸部の少なくとも一部（可動ミラー部の基部側の端部）が覆われていれば、前述したような光学デバイスの小型化、光反射板の大面積化、光反射板の動撓みの抑制、第１軸部の基部側の端部による迷光の抑制等の効果を奏することができる。
【０１７６】
また、前述した実施形態では、ＳＯＩ基板を加工することにより光反射板およびスペーサーを形成した場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、光反射板およびスペーサーを別々の基板から形成してもよい。
また、光反射板と基部との間のスペーサーは、ハンダボールであってもよい。この場合、例えば、光反射板および基部のスペーサー側の面にそれぞれ金属膜を形成しておき、これらの金属膜同士をハンダボールを介して接合すればよい。
また、前述した実施形態では、光反射板に光反射部が設けられている場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、光反射板を省略し、基部（可動部）に光反射部を設けてもよい。
【０１７７】
また、第１歪検出素子の配置、数、形状、大きさ、端子数等は、第２軸部の曲げ変形を検出し得るものであれば、前述した実施形態に限定されず、公知の歪検出素子を第１歪検出素子として用いることができる。例えば、前述した実施形態の歪検出素子５１のような２端子型のピエゾ抵抗素子を第２軸部の幅方向に２つ並べて配置してもよい。この場合、一方のピエゾ抵抗素子の検出信号に含まれる捩れ変形成分と他方のピエゾ抵抗素子の検出信号に含まれる捩れ変形成分とを相殺させ、曲げ変形成分のみを出力させることができる。
【０１７８】
また、第２歪検出素子の配置、数、形状、大きさ、端子数等は、第２軸部の捩れ変形を検出し得るものであれば、前述した実施形態に限定されず、公知の歪検出素子を第２歪検出素子として用いることができる。例えば、第２歪検出素子は、２端子型のピエゾ抵抗素子を第２軸部の幅方向に２つ並べたものであってもよい。この場合、一方のピエゾ抵抗素子の検出信号に含まれる曲げ変形成分と他方のピエゾ抵抗素子の検出信号に含まれる曲げ変形成分とを相殺させ、捩れ変形成分のみを出力させることができる。
【０１７９】
また、歪検出素子の設置位置は、第２軸部の枠体部側の端部、または、可動部、枠体部および第１軸部のうちのいずれかであれば、前述した実施形態に限定されず、例えば、枠体部や可動部の第１軸部または第２軸部に対して離れた位置であってもよい。この場合、例えば、可動部または枠体部が第１の軸周りまたは第２の軸周りの揺動に伴って変形し得るように構成し、歪検出素子の検出信号に基づいて、オブザーバーによって、可動部の第１の軸周りまたは第２の軸周りの挙動を検出することができる。
【０１８０】
また、歪検出素子を枠体部と第２軸部、または、枠体部と第１軸部、又は、第１軸部と可動部にまたがって配置しても良い。
また、第１軸部に歪検出素子を配置し、その歪検出素子の検出信号を用いて可動部の第２の軸線周りの挙動を検出する場合、前述した実施形態におけるオブザーバーによる推定と逆の関係となる推定を行えばよい。
【符号の説明】
【０１８１】
１‥‥光スキャナー  １Ａ‥‥光スキャナー  １Ｂ‥‥光スキャナー  ４‥‥電圧印加部  ６‥‥制御部  ６Ａ‥‥制御部  ９‥‥画像表示装置  １１‥‥可動ミラー部  １２ａ‥‥軸部  １２ｂ‥‥軸部  １３‥‥枠体部  １４ａ‥‥軸部  １４ｂ‥‥軸部  １５‥‥固定部  ２１‥‥永久磁石  ３１‥‥コイル  ３２‥‥磁心  ４１‥‥電圧発生部  ４２‥‥電圧発生部  ４３‥‥電圧重畳部  ４３ａ‥‥加算器  ５１‥‥歪検出素子  ５１Ａ‥‥歪検出素子  ５１Ｂ‥‥歪検出素子  ５２‥‥歪検出素子  ５２Ａ‥‥歪検出素子  ５２Ｂ‥‥歪検出素子  ５３‥‥歪検出素子駆動回路  ６１‥‥Ｈ検出部  ６２‥‥Ｖ検出部  ６３‥‥Ｈ制御部  ６４‥‥Ｖ制御部  ６５‥‥Ｈ目標値記憶部  ６６‥‥Ｖ目標値生成部  ６７‥‥画像処理部  ６８‥‥光源駆動信号生成部  ６９‥‥ＡＰＣ制御部  ７０‥‥光量目標値記憶部  ７１‥‥第１信号処理回路  ７１Ａ‥‥第１信号処理回路  ７２‥‥第２信号処理回路  ７２Ａ‥‥第２信号処理回路  ７３‥‥トリガー生成部  ８１ａ‥‥端子  ８１ｂ‥‥端子  ８２ａ‥‥端子  ８２ｂ‥‥端子  ８２ｃ‥‥端子  ８２ｄ‥‥端子  ８３ａ‥‥端子  ８３ｂ‥‥端子  ８４ａ‥‥端子  ８４ｂ‥‥端子  ８４ｃ‥‥端子  ８４ｄ‥‥端子  ９１‥‥光源装置  ９２Ａ‥‥ダイクロイックミラー  ９２Ｂ‥‥ダイクロイックミラー  ９２Ｃ‥‥ダイクロイックミラー  ９３‥‥固定ミラー  ９４‥‥光源駆動回路  ９５‥‥光検出部  ９６‥‥光強度検出回路  １００‥‥携帯用画像表示装置  １１０‥‥ケーシング  １１１‥‥基部  １１２‥‥スペーサー  １１３‥‥光反射板  １１４‥‥光反射部  １１５‥‥硬質層  １２０‥‥ディスプレイ  １３０‥‥キーパット  １３１‥‥リブ  １４０‥‥オーディオポート  １５０‥‥コントロールボタン  １６０‥‥カードスロット  １７０‥‥ポート  ２００‥‥ヘッドアップディスプレイシステム  ２１０‥‥ヘッドアップディスプレイ  ２２０‥‥フロントガラス  ３００‥‥ヘッドマウントディスプレイ  ３１０‥‥眼鏡  ３２０‥‥表示部  ５１１‥‥ピエゾ抵抗領域  ５１１Ａ‥‥ピエゾ抵抗領域  ５１１Ｂ‥‥ピエゾ抵抗領域  ５１２‥‥端子  ５１２Ａ‥‥端子  ５１２Ｂ‥‥入力端子  ５１３‥‥端子  ５１３Ａ‥‥端子  ５１３Ｂ‥‥入力端子  ５１４Ｂ‥‥出力端子  ５１５Ｂ‥‥出力端子  ５２１‥‥ピエゾ抵抗領域  ５２２‥‥入力端子  ５２３‥‥入力端子  ５２４‥‥出力端子  ５２５‥‥出力端子  ７１１‥‥抵抗素子  ７１２‥‥抵抗素子  ７１３‥‥抵抗素子  ７１４‥‥処理部  ９１１‥‥赤色光源装置  ９１２‥‥青色光源装置  ９１３‥‥緑色光源装置  Ｅ‥‥電界  Ｓ‥‥スクリーン  α‥‥角度  θ‥‥傾斜角  Ｖ１‥‥第１の電圧  Ｖ２‥‥第２の電圧
【図１】
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【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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