(57)【要約】【課題】圧電アクチュエータを薄くすることなくその変位を大きくする【解決手段】光走査装置は、光ビームを反射させる反射面を有するミラーと、ミラーを捻り振動させるための回転軸ｋとなる弾性連結部と、回転軸ｋを中心にしてミラーを捻り振動させるための駆動力を発生させる圧電ユニモルフ４ｘとを備える。また圧電ユニモルフ４ｘが、圧電膜層３１を上部電極層３２と下部電極層３３との間で挟んで形成された駆動層２３と、駆動層２３を支持する支持層２１とを、回転軸ｋに対して垂直な方向に沿って積層して構成され、さらに圧電ユニモルフ４ｘは、一端が固定端として固定されており、上部電極層３２と下部電極層３３との間に電圧が印加されることで屈曲して、他端が自由端として変位するように構成されている。そして支持層２１には、深さが支持層２１の厚さと同一の凹部４１，４２，４３，４４が形成されている。【選択図】図２
2014092630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを反射させる反射面を有する反射部（１３，４１２）と、
前記反射部を捻り振動させるための第１回転軸となる第１弾性変形部材（１６ａ，１６ｂ，４１４ａ，４１４ｂ）と、
前記第１回転軸を中心にして前記反射部を捻り振動させるための駆動力を発生させる駆動部（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃ，４０４ｄ，４０４ｅ，４０４ｆ，４０４ｇ，４０４ｈ）とを備える光走査装置（１，４０１）であって、
前記駆動部は、圧電膜層（３１）を第１電極層（３２）と第２電極層（３３）との間で挟んで形成された駆動層（２３）と、前記駆動層を支持する支持層（２１）とを、前記第１回転軸に対して垂直な方向に沿って積層して構成され、
さらに前記駆動部は、一端が固定端として固定されており、前記第１電極層と前記第２電極層との間に電圧が印加されることで屈曲して、他端が自由端として変位するように構成されており、
前記支持層には、深さが前記支持層の厚さと同一の凹部（４１，４２，４３，４４，５１，５２，５３，５４，６１，６２，７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７，８１，８２，８３，８４，８５，８６）が複数形成されている
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記支持層の面上において前記固定端から前記自由端に向かう方向を第１方向とし、前記支持層の面上において第１方向に対して垂直な方向を第２方向として、
前記凹部（５１，５２，５３，５４）の前記第２方向に沿った長さが、前記支持層の前記第２方向に沿った長さよりも短い
ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記支持層の面上において前記固定端から前記自由端に向かう方向を第１方向とし、前記支持層の面上において第１方向に対して垂直な方向を第２方向として、
前記第１方向に沿って隣接する２つの前記凹部の間隔が、前記固定端に近づくほど長くなるように、複数の前記凹部（７１，７２，７３，７４，７５，７６）が配置されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記支持層の面上において前記固定端から前記自由端に向かう方向を第１方向として、
前記凹部（８１，８２，８３，８４，８５，８６）の前記第１方向に沿った長さが、前記固定端に近づくほど短くなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記支持層の面上において前記固定端から前記自由端に向かう方向を第１方向として、
前記第１方向に沿って隣接する２つの前記凹部のうち、前記固定端に近い前記凹部を第１凹部（６１）とし、残りの前記凹部を第２凹部（６２）として、
前記第１凹部の前記第１方向に沿った長さを第１凹部幅とし、
前記第１凹部と前記第２凹部との間の間隔を凹部間隔とし、
前記第１凹部幅は、前記第１凹部幅と前記凹部間隔との加算値の０．８〜０．９倍である
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記圧電膜層は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記第１弾性変形部材（４１４ａ，４１４ｂ）を支持する第１支持部（４１１）と、
前記第１支持部に連結された弾性変形可能な第２弾性変形部材（４１３ａ，４１３ｂ）を有し、該第２弾性変形部材を第２回転軸として前記第１支持部を揺動可能に支持する第２支持部（４０３）とを備え、
前記第２回転軸は、前記第１回転軸と交差するように配置され、
前記第２回転軸を中心にして前記第１支持部を揺動させると共に、前記第１回転軸を中心にして前記反射部を揺動させることにより、前記反射面により反射された光ビームを２次元に走査する
ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の光走査装置（４０１）。
【請求項８】
前記第１弾性変形部材（１６ａ，１６ｂ）を支持する第１支持部（１２）と、
前記第１支持部に連結された弾性変形可能な第２弾性変形部材（１５ａ，１５ｂ）を有し、該第２弾性変形部材を第２回転軸として前記第１支持部を揺動可能に支持する第２支持部（１１）と、
前記第２支持部に連結された弾性変形可能な第３弾性変形部材（１４ａ，１４ｂ）を有し、該第３弾性変形部材を第３回転軸として前記第２支持部を揺動可能に支持する第３支持部（３）とを備え、
前記第２回転軸は、前記第１回転軸と交差するように配置され、
前記第３回転軸は、前記第１回転軸および前記第２回転軸と交差するように配置され、
前記反射部、前記第１支持部、前記第２支持部、前記第３支持部、前記第１弾性変形部材、前記第２弾性変形部材、および前記第３弾性変形部材が、固有の周期的外力が作用した場合に大きい回転角で捻り振動する３自由度連成振動系を構成し、
前記３自由度連成振動系に前記固有の周期的外力を作用させることにより、前記第３回転軸を中心にして前記第２支持部を揺動させるとともに、前記第２回転軸を中心にして前記第１支持部を揺動させ、さらに前記第１回転軸を中心にして前記反射部を揺動させることにより、前記反射面により反射された光ビームを２次元に走査する
ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の光走査装置（１）。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の光走査装置の製造方法であって、
第１シリコン基板（１００）の一方の面側からエッチングすることにより前記凹部を形成する第１形成工程と、
前記第１シリコン基板の前記一方の面側で、前記第１シリコン基板と第２シリコン基板（１４０）とを張り合わす張合工程と、
前記第１シリコン基板の他方の面側に前記駆動部を形成する第２形成工程と、
前記第１シリコン基板の前記他方の面側からエッチングすることにより前記反射部および前記第１弾性変形部材を形成する第３形成工程と、
前記第１シリコン基板と前記第２シリコン基板とが張り合わされた面を張合面として、前記第２シリコン基板の前記張合面と反対側の面側からエッチングすることにより、前記反射部が捻り振動することができる空間を形成する第４形成工程とを備える
ことを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを走査する光走査装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光走査装置の小型化を目的として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用した光走査装置が種々提案されている。
これに対して本願出願人は、反射面が表面に形成された第３フレームと、第３フレームに対し所定の隙間を介して設けられた第２フレームと、第２フレームに対し所定の隙間を介して設けられた第１フレームと、第１フレームに対し所定の隙間を介して設けられた第０フレームとを備え、さらに、第３フレームと第２フレームと第１フレームとをそれぞれの回転軸を中心に捻り振動可能に構成されることで、３自由度連成振動系を構成した光走査装置を提案している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
このように構成された光走査装置では、第１フレームに固有の周期的加振力を作用させることにより、３自由度捻り振動子を共振状態にできる。そして、第２フレームと第３フレームそれぞれの振動に対応した周期的加振力を重畳して与えることにより、第２フレームと第３フレームをそれぞれ異なる周波数および振幅で振動させ、さらに第３フレームの反射面で光を反射させることで、光を２次元走査することができる。
【０００４】
ところで、第１フレームに固有の周期的加振力を作用させるための駆動部として、圧電アクチュエータを用いることが可能である。この圧電アクチュエータは、圧電膜層を第１電極層と第２電極層との間で挟んで形成された駆動層と、駆動層を支持する支持層とを積層して構成されており、圧電アクチュエータの長さに比例して変位を大きくすることができる（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２９０６８号公報
【特許文献２】特開２００８−４０２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、光走査装置の上記駆動部として用いられる圧電アクチュエータを長くすると、光走査装置の面積が大きくなり、ＭＥＭＳ技術を利用する利点が損なわれる可能性がある。これに対して、上記支持層を薄くすることによって、圧電アクチュエータを長くすることなく圧電アクチュエータの変位を大きくすることが可能である。
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の光走査装置に上記の圧電アクチュエータを用いる場合には、第１フレームを捻り振動可能に支持する回転軸となる弾性変形部材と、圧電アクチュエータの支持層とを、シリコン基板を用いて形成する必要がある。すなわち、圧電アクチュエータの支持層を薄くする場合には、上記弾性変形部材も同様に薄くなる。そして、上記弾性変形部材が薄くなると、上記弾性変形部材の厚さの加工誤差は一般に大きくなる。これにより、光走査装置の共振周波数が設計値から大きくずれてしまい、所望の走査特性が得られなくなる可能性がある。これは、３自由度捻り振動子の共振周波数が上記弾性変形部材のバネ定数に応じて変化し、このバネ定数が上記弾性変形部材の厚さに依存することに起因している。
【０００８】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、圧電アクチュエータを薄くすることなくその変位を大きくすることができる技術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】
【０００９】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の光走査装置は、光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、反射部を捻り振動させるための第１回転軸となる第１弾性変形部材とを備え、第１回転軸を中心にして反射部を揺動させることにより、反射面により反射された光ビームを走査する光走査装置である。
【００１０】
ところで、第１弾性変形部材を回転軸として反射部を捻り振動させる場合の共振周波数ｆは、下式（１）で表される。
【００１１】
【数１】
2014092630.tif 000003
なお式（１）において、ｋは第１弾性変形部材のバネ定数、Ｊは反射部の慣性モーメントである。
【００１２】
そして、第１弾性変形部材のバネ定数ｋは、下式（２）で表される。
【００１３】
【数２】
2014092630.tif 000004
なお式（２）において、βは、第１弾性変形部材の断面の形状から決まる係数である。また、ａは、第１弾性変形部材の断面の長辺の長さである。また、ｂは、第１弾性変形部材の断面の短辺の長さである。また、Ｅはヤング率（横弾性係数）である。また、νはポアソン比である。また、ｌは第１弾性変形部材の長さである。
【００１４】
したがって、第１弾性変形部材を薄くすると（すなわち、第１弾性変形部材の断面の短辺の長さｂを小さくすると）、第１弾性変形部材のバネ定数ｋが低下し、これにより共振周波数ｆが低下する。
【００１５】
また請求項１に記載の光走査装置では、駆動部が、圧電膜層を第１電極層と第２電極層との間で挟んで形成された駆動層と、駆動層を支持する支持層とを、第１回転軸に対して垂直な方向に沿って積層して構成され、さらに駆動部は、一端が固定端として固定されており、第１電極層と第２電極層との間に電圧が印加されることで屈曲して、他端が自由端として変位するように構成されている。
【００１６】
電圧Ｖを印加したときの駆動部の変位δは、下式（３）で表される。
【００１７】
【数３】
2014092630.tif 000005
なお式（３）において、ｔｓは支持層の厚さ、ｔｐは圧電膜層の厚さ、Ｙｓは支持層のヤング率、Ｙｐは圧電膜層のヤング率、ｌは圧電ユニモルフ４の固定端から自由端に向かう方向に沿った長さである。また、圧電体の物性値の一つである圧電定数ｄ３１は、圧電体に電圧が印加されたときの電極対向面に沿った伸縮のし易さを示す値であり、温度が高くなるほど、圧電定数ｄ３１の値が大きくなることが知られている。
【００１８】
したがって、支持層の厚さｔｓを薄くするほど駆動部の変位δを大きくすることができる。すなわち、支持層を薄くすることは、支持層と駆動層とが積層される方向（以下、積層方向という）への曲げ剛性を下げることと等価である。
【００１９】
そして、請求項１に記載の光走査装置では、支持層には、深さが支持層の厚さと同一の凹部が複数形成されている。このように、支持層に複数の凹部を設けることにより、支持層の積層方向への曲げ剛性を下げることができる。これにより、支持層を薄くすることなく、駆動部の変位を大きくすることができる。
【００２０】
また、請求項９に記載の製造方法では、第１形成工程で、第１シリコン基板の一方の面側からエッチングすることにより凹部を形成し、張合工程で、第１シリコン基板の一方の面側で、第１シリコン基板と第２シリコン基板とを張り合わせ、第２形成工程で、第１シリコン基板の他方の面側に駆動部を形成し、第３形成工程で、第１シリコン基板の他方の面側からエッチングすることにより反射部および第１弾性変形部材を形成し、第４形成工程で、第１シリコン基板と第２シリコン基板とが張り合わされた面を張合面として、第２シリコン基板の張合面と反対側の面側からエッチングすることにより、反射部が捻り振動することができる空間を形成する。
【００２１】
このように構成された光走査装置の製造方法では、請求項１に記載のように凹部が形成されている駆動部を備えた光走査装置を製造することができるため、請求項１に記載の光走査装置と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】光走査装置１の構成を示す平面図である。
【図２】第１実施形態の圧電ユニモルフ４ｘの側面図および底面図である。
【図３】第１実施形態の光走査装置１の製造工程の前半部分を示す断面図である。
【図４】第１実施形態の光走査装置１の製造工程の後半部分を示す断面図である。
【図５】第２実施形態の圧電ユニモルフ４ｘの底面図である。
【図６】圧電ユニモルフ４ｘで発生するノッチＮＣを示す平面図である。
【図７】第３実施形態の圧電ユニモルフ４ｘの底面図である。
【図８】変位δと（Ｌ２／Ｌ３）との関係を示すグラフである。
【図９】点Ｐａでの変位δを説明する図である。
【図１０】点Ｐｂでの変位δを説明する図である。
【図１１】第４実施形態の圧電ユニモルフ４ｘの底面図である。
【図１２】第５実施形態の圧電ユニモルフ４ｘの側面図および底面図である。
【図１３】第６実施形態における光走査装置１の断面図とミラー１３の底面図である。
【図１４】第２実施形態に関する別の実施形態の圧電ユニモルフ４ｘの底面図である。
【図１５】第３実施形態に関する別の実施形態の圧電ユニモルフ４ｘの底面図である。
【図１６】第４実施形態に関する別の実施形態の圧電ユニモルフ４ｘの底面図である。
【図１７】第４実施形態に関する別の実施形態の圧電ユニモルフ４ｘの平面図および側面図である。
【図１８】第５実施形態に関する別の実施形態の圧電ユニモルフ４ｘの底面図である。
【図１９】光走査装置４０１の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
以下に本発明の第１実施形態を図面とともに説明する。
光走査装置１は、図１に示すように、光ビームを走査する光ビーム走査部２と、光ビーム走査部２を支持する支持部３と、光ビーム走査部２を回転駆動させる駆動部４とを備える。
【００２４】
光ビーム走査部２は、外ジンバル１１と内ジンバル１２とミラー１３と弾性連結部１４ａ，１４ｂと弾性連結部１５ａ，１５ｂと弾性連結部１６ａ，１６ｂとから構成される。
これらのうちミラー１３は、円形状であり、アルミ薄膜の鏡面部が表面に形成される。
【００２５】
また内ジンバル１２は、矩形枠状であり、枠内にミラー１３が配置される。また外ジンバル１１は、矩形枠状であり、枠内に内ジンバル１２が配置される。
また弾性連結部１６ａは、弾性変形可能な材料で構成されており、内ジンバル１２の枠内に配置され、ミラー１３と内ジンバル１２とを連結する。また弾性連結部１６ｂは、弾性変形可能な材料で構成されており、内ジンバル１２の枠内に配置され、ミラー１３を挟んで弾性連結部１６ａと反対側において、ミラー１３と内ジンバル１２とを連結する。なお、弾性連結部１６ａおよび弾性連結部１６ｂは、ミラー１３の重心ＪＳを通る同一直線上に配置されており、ミラー１３の回転軸ｋとなる。これによりミラー１３は、回転軸ｋを中心に捻り振動可能に構成される。
【００２６】
また弾性連結部１５ａは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル１１の枠内に配置され、内ジンバル１２と外ジンバル１１とを連結する。また弾性連結部１５ｂは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル１１の枠内に配置され、内ジンバル１２を挟んで弾性連結部１５ａと反対側において、内ジンバル１２と外ジンバル１１とを連結する。なお、弾性連結部１５ａおよび弾性連結部１５ｂは、ミラー１３と内ジンバル１２との重心ＪＳを通る同一直線上に配置されており、ミラー１３の回転軸ｊとなる。これにより内ジンバル１２は、回転軸ｊを中心に捻り振動可能に構成される。
【００２７】
また弾性連結部１４ａは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル１１の上辺１１ａと支持部３とを連結する。また弾性連結部１４ｂは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル１１を挟んで弾性連結部１４ａと反対側において、外ジンバル１１の下辺１１ｂと支持部３とを連結する。なお、弾性連結部１４ａおよび弾性連結部１４ｂは、ミラー１３と内ジンバル１２と外ジンバル１１との重心ＪＳを通る同一直線上に配置されており、外ジンバル１１の回転軸ｉとなる。これにより外ジンバル１１は、回転軸ｉを中心に捻り振動可能に構成される。
【００２８】
次に支持部３は、上辺１１ａと連結されていない側の弾性連結部１４ａの端部と連結される上側支持部３ａと、下辺１１ｂと連結されていない側の弾性連結部１４ｂの端部と連結される下側支持部３ｂと、駆動部４を支持する左側支持部３ｃおよび右側支持部３ｄとから構成される。
【００２９】
さらに駆動部４は、圧電ユニモルフ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから構成される。圧電ユニモルフ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、矩形板状に形成されており、その長手方向が回転軸ｉに直交するように配置される。
【００３０】
そして圧電ユニモルフ４ａは、その長手方向の一端が左側支持部３ｃに固定され、他端が外ジンバル１１の上辺１１ａに連結される。圧電ユニモルフ４ｂは、その長手方向の一端が左側支持部３ｃに固定され、他端が外ジンバル１１の下辺１１ｂに連結される。圧電ユニモルフ４ｃは、その長手方向の一端が右側支持部３ｄに固定され、他端が外ジンバル１１の上辺１１ａに連結される。圧電ユニモルフ４ｄは、その長手方向の一端が右側支持部３ｄに固定され、他端が外ジンバル１１の下辺１１ｂに連結される。
【００３１】
これにより、圧電ユニモルフ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、電圧が印加されると、外ジンバル１１に連結されている側の端部が曲げ変位し、回転軸ｉを中心にして回転する方向に沿って外ジンバル１１を移動させることができる。
【００３２】
そして、圧電ユニモルフ４ａと圧電ユニモルフ４ｂとが同位相で曲げ振動するとともに圧電ユニモルフ４ｃと圧電ユニモルフ４ｄとが同位相で曲げ振動するように且つ圧電ユニモルフ４ａ，４ｂと圧電ユニモルフ４ｃ，４ｄとが逆位相で曲げ振動するように、圧電ユニモルフ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄへの電圧印加が制御される。これにより、外ジンバル１１が回転軸ｉを中心にして回転振動する。そして、外ジンバル１１を所定の共振周波数で振動させることにより、以下に説明する動作原理に基づいて、ミラー１３で反射する光ビームを２次元的に走査することができる。
【００３３】
次に、光走査装置１の動作原理を説明する。
光走査装置１は、支持部３を固定端として、回転軸ｉ，ｊ，ｋに対しての捻り自由度を持つ３自由度捻り振動子になっている。
【００３４】
３自由度捻り振動子は、理論上３つの振動モードを持つ。すなわち、３つの振動モードはそれぞれ異なる共振周波数を持ち、各共振周波数に対する各フレームの捻り振動の角度振幅の比はそれぞれ異なる（これは振動モードと呼ばれる）。以下、これら３つの振動モードをそれぞれ、振動モード１、振動モード２、振動モード３という。
【００３５】
そして、振動モード１、振動モード２、振動モード３の各々に対応した周波数の周期的加振力を与えれば、それぞれの振動モードを励振できる。また、複数の周波数の周期的加振力を重畳して与えれば、複数の振動モードを同時に励振できる。
【００３６】
ここで、例えば、
振動モード１の共振周波数ｆ１を１０００Ｈｚ、
振動モード２の共振周波数ｆ２を５０００Ｈｚ、
振動モード３の共振周波数ｆ３を４００００Ｈｚ、
振動モード１における外ジンバル１１、内ジンバル１２、ミラー１３の振幅比ｒ１を「１：−２０：０．５」、
振動モード２における外ジンバル１１、内ジンバル１２、ミラー１３の振幅比ｒ２を「１：０．５：−０．１」、
振動モード３における外ジンバル１１、内ジンバル１２、ミラー１３の振幅比ｒ３を「１：０．０１：−３０」、
として設計した場合の、３自由度捻り振動子の動作を説明する。
【００３７】
尚、各振動モードにおける振幅比は、左から外ジンバル１１、内ジンバル１２、ミラー１３の順で記述している。例えば、上記の振幅比ｒ１は、外ジンバル１１の振幅が「１」とすると、内ジンバル１２の振幅が「−２０」、ミラー１３の振幅が「０．５」となることを示す。
【００３８】
また、３自由度捻り振動子の共振状態においては、理論上、各フレーム間の位相角は０度または１８０度となる。そこで、振幅比を記述する際に、位相角の差が０度の場合は符号を「＋」、１８０度の場合は符号を「−」とする。例えば、上記の振幅比ｒ１は、外ジンバル１１とミラー１３との位相角の差が０度となり、外ジンバル１１と内ジンバル１２との位相角の差が１８０度となることを示す。
【００３９】
そして、各振動モードの共振周波数と振幅比を上記のように設計すると、振動モード１では、主に内ジンバル１２が１０００Ｈｚで大きく捻り振動する。また、振動モード３では、主にミラー１３が４００００Ｈｚで大きく捻り振動する。
【００４０】
このため、ミラー１３の鏡面部分でレーザ光を反射させるとともに、振動モード１と振動モード３とを同時に励振させることにより、振動モード３を主走査方向（４００００Ｈｚ）、振動モード１を副走査方向（１０００Ｈｚ）として、２次元的にレーザ光を走査することができる。
【００４１】
次に、圧電ユニモルフ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの構成を説明する。以下、圧電ユニモルフ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを代表した１個の圧電ユニモルフを圧電ユニモルフ４ｘという。
【００４２】
図２（ａ）は圧電ユニモルフ４ｘの側面図、図２（ｂ）は圧電ユニモルフ４ｘの底面図である。また図２（ｃ）は、圧電ユニモルフ４ｘの変位した状態を示す側面図である。
圧電ユニモルフ４ｘは、図２（ａ）に示すように、シリコンを材料として形成された支持層２１と、酸化膜層（本実施形態では酸化シリコン）２２と、圧電膜層３１（本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ））を上部電極層３２と下部電極層３３とで挟んで形成された駆動層２３とが順に積層方向Ｄ１に沿って積層されて構成されている。
【００４３】
また支持層２１には、図２（ａ），（ｂ）に示すように、複数（本実施形態では４個）の凹部４１，４２，４３，４４が設けられている。
凹部４１，４２，４３，４４は、図２（ａ）に示すように、支持層２１を積層方向Ｄ１に沿って貫通している。すなわち、凹部４１，４２，４３，４４の深さは支持層２１の厚さと同じである。さらに凹部４１，４２，４３，４４は、図２（ｂ）に示すように、矩形板状に形成されている圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２に沿って支持層２１を貫通している。したがって、凹部４１，４２，４３，４４の断面は、圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２に沿った長さＬ１（以下、縦方向長さＬ１という）が圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２の長さに等しい矩形状である。
【００４４】
そして凹部４１，４２，４３，４４は、圧電ユニモルフ４ｘの長手方向Ｄ３に沿った長さＬ２（以下、横方向長さＬ２という）が互いに等しくなるように形成されており、圧電ユニモルフ４ｘの長手方向Ｄ３に沿って等間隔に配置されている。
【００４５】
そして、図２（ｃ）に示すように電圧Ｖを印加したときの圧電ユニモルフ４ｘの変位δは、下式（３）で表される。
【００４６】
【数３】
2014092630.tif 000006
なお式（３）において、ｔｓは支持層２１の厚さ、ｔｐは圧電膜層３１の厚さ、Ｙｓは支持層２１のヤング率、Ｙｐは圧電膜層３１のヤング率、ｌは圧電ユニモルフ４ｘの長手方向の長さである。また、圧電体の物性値の一つである圧電定数ｄ３１は、圧電体に電圧が印加されたときの電極対向面に沿った伸縮のし易さを示す値であり、温度が高くなるほど、圧電定数ｄ３１の値が大きくなることが知られている。
【００４７】
次に、光走査装置１の製造方法を図３および図４を用いて説明する。
光走査装置１を製造するために、まず図３（ａ）に示すように、シリコン基板１００に対して熱酸化処理を行う。これにより、シリコン基板１００の表面に熱酸化膜１１０が形成されるとともに、シリコン基板１００の裏面にも熱酸化膜１２０が形成される。
【００４８】
そして図３（ｂ）に示すように、シリコン基板１００の裏面側において凹部４１，４２，４３，４４が形成される部分に、トレンチ１２１を形成する。なおトレンチ１２１は、熱酸化膜１２０とシリコン基板１００を貫通する。
【００４９】
次に図３（ｃ）に示すように、シリコン基板１００の裏面側となる熱酸化膜１２０と、裏面に熱酸化膜１３０が形成されたシリコン基板１４０の表面とが接触するようにして、シリコン基板１４０をシリコン基板１００に張り合わせる。
【００５０】
そして、熱酸化膜１１０上にＴｉ／Ｐｔ層１５０を堆積し、さらにＴｉ／Ｐｔ層１５０上にＰＺＴ層１６０を堆積し、その後にパターニングする。これにより、図３（ｄ）に示すように、トレンチ１２１の上方に圧電ユニモルフ４ｘの圧電膜層３１と下部電極層３３が形成される。
【００５１】
さらに、Ｔｉ／Ａｕ層１７０を堆積しパターニングする。これにより、図３（ｅ）に示すように、圧電ユニモルフ４ｘの上部電極層３２と、ミラー１３の鏡面部１７５が形成される。
【００５２】
そして図３（ｆ）に示すように、光走査装置１の隙間に対応する領域（図３（ｆ）では、弾性連結部１４ａまたは弾性連結部１４ｂと圧電ユニモルフ４ｘとの間の隙間）のシリコン基板１００と熱酸化膜１１０をＤＲＩＥによりエッチングする。
【００５３】
その後、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１４０の裏面の熱酸化膜１３０のうち光ビーム走査部２と駆動部４に対応する領域をエッチングにより除去し、その後、除去されなかった熱酸化膜１３０をマスクとしてシリコン基板１４０をエッチングすることにより、シリコン基板１４０に凹部１８０が形成される。
【００５４】
また図４（ｂ）に示すように、熱酸化膜１２０のうち凹部１８０の領域と、シリコン基板１４０の裏面の熱酸化膜１３０をエッチングにより除去する。これにより、光走査装置１は、光ビーム走査部２が回転可能となるように構成されるとともに、圧電ユニモルフ４ｘに凹部４１，４２，４３，４４が形成される。
【００５５】
このように構成された光走査装置１は、光ビームを反射させる反射面を有するミラー１３と、ミラー１３を捻り振動させるための回転軸ｋとなる弾性連結部１６ａ，１６ｂと、回転軸ｋを中心にしてミラー１３を捻り振動させるための駆動力を発生させる圧電ユニモルフ４ｘとを備え、回転軸ｋを中心にしてミラー１３を揺動させることにより、反射面により反射された光ビームを走査する。
【００５６】
ところで、弾性連結部１６ａ，１６ｂを回転軸としてミラー１３を捻り振動させる場合の共振周波数ｆは、下式（１）で表される。
【００５７】
【数１】
2014092630.tif 000007
なお式（１）において、ｋは弾性連結部１６ａ，１６ｂのバネ定数、Ｊはミラー１３の慣性モーメントである。
【００５８】
そして、弾性連結部１６ａ，１６ｂのバネ定数ｋは、下式（２）で表される。
【００５９】
【数２】
2014092630.tif 000008
なお式（２）において、βは、弾性連結部１６ａ，１６ｂの断面の形状から決まる係数である。また、ａは、弾性連結部１６ａ，１６ｂの断面の長辺の長さである。また、ｂは、弾性連結部１６ａ，１６ｂの断面の短辺の長さである。また、Ｅはヤング率（横弾性係数）である。また、νはポアソン比である。また、ｌは弾性連結部１６ａ，１６ｂの長さである。
【００６０】
したがって、弾性連結部１６ａ，１６ｂを薄くすると（すなわち、弾性連結部１６ａ，１６ｂの断面の短辺の長さｂを小さくすると）、弾性連結部１６ａ，１６ｂのバネ定数ｋが低下し、これにより共振周波数ｆが低下する。
【００６１】
また光走査装置１では、圧電ユニモルフ４ｘが、圧電膜層３１を上部電極層３２と下部電極層３３との間で挟んで形成された駆動層２３と、駆動層２３を支持する支持層２１とを、回転軸ｋに対して垂直な方向に沿って積層して構成され、さらに圧電ユニモルフ４ｘは、一端が固定端として固定されており、上部電極層３２と下部電極層３３との間に電圧が印加されることで屈曲して、他端が自由端として変位するように構成されている。
【００６２】
電圧Ｖを印加したときの圧電ユニモルフ４ｘの変位δは、下式（３）で表される。
【００６３】
【数３】
2014092630.tif 000009
なお式（３）において、ｔｓは支持層２１の厚さ、ｔｐは圧電膜層３１の厚さ、Ｙｓは支持層２１のヤング率、Ｙｐは圧電膜層３１のヤング率、ｌは圧電ユニモルフ４ｘの長手方向Ｄ３に沿った長さである。また、圧電体の物性値の一つである圧電定数ｄ３１は、圧電体に電圧が印加されたときの電極対向面に沿った伸縮のし易さを示す値であり、温度が高くなるほど、圧電定数ｄ３１の値が大きくなることが知られている。
【００６４】
したがって、支持層２１の厚さｔｓを薄くするほど圧電ユニモルフ４ｘの変位δを大きくすることができる。すなわち、支持層２１を薄くすることは、積層方向Ｄ１への曲げ剛性を下げることと等価である。
【００６５】
そして、光走査装置１では、支持層２１には、深さが支持層２１の厚さと同一の凹部４１，４２，４３，４４が形成されている。このように、支持層２１に凹部４１，４２，４３，４４を設けることにより、支持層２１の積層方向Ｄ１への曲げ剛性を下げることができる。これにより、支持層２１を薄くすることなく、圧電ユニモルフ４ｘの変位δを大きくすることができる。
【００６６】
また圧電膜層３１は、一般に利用されている圧電体のなかで圧電定数ｄ３１が最も大きいチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなるため、圧電ユニモルフ４ｘによるミラー１３の変位量を大きくすることができる。
【００６７】
また、シリコン基板１００の一方の面側からエッチングすることにより凹部４１，４２，４３，４４を形成し（図３（ａ）および図３（ｂ）を参照）、シリコン基板１００の一方の面側で、シリコン基板１００とシリコン基板１４０とを張り合わせ（図３（ｃ）を参照）、シリコン基板１００の他方の面側に圧電ユニモルフ４ｘを形成し（図３（ｄ）および図３（ｅ）を参照）、シリコン基板１００の他方の面側からエッチングすることによりミラー１３および弾性連結部１６ａ，１６ｂを形成し（図３（ｆ）を参照）、シリコン基板１４０の張合面と反対側の面側からエッチングすることにより、ミラー１３が捻り振動することができる凹部１８０を形成する（図４（ａ）および図４（ｂ）を参照）ことにより、深さが支持層２１の厚さと同一の凹部４１，４２，４３，４４が支持層２１に形成された光走査装置１が製造される。これにより、支持層２１を薄くすることなく、圧電ユニモルフ４ｘの変位δを大きくすることができる。
【００６８】
以上説明した実施形態において、ミラー１３は本発明における反射部、回転軸ｋは本発明における第１回転軸、弾性連結部１６ａ，１６ｂは本発明における第１弾性変形部材、圧電ユニモルフ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは本発明における駆動部、上部電極層３２は本発明における第１電極層、下部電極層３３は本発明における第２電極層である。
【００６９】
また、内ジンバル１２は本発明における第１支持部、弾性連結部１５ａ，１５ｂは本発明における第２弾性変形部材、回転軸ｊは本発明における第２回転軸、外ジンバル１１は本発明における第２支持部、弾性連結部１４ａ，１４ｂは本発明における第３弾性変形部材、回転軸ｉは本発明における第３回転軸、支持部３は本発明における第３支持部である。
【００７０】
また、図３（ａ）の状態から図３（ｂ）の状態にする処理は本発明における第１形成工程、図３（ｂ）の状態から図３（ｃ）の状態にする処理は本発明における張合工程、図３（ｃ）の状態から図３（ｅ）の状態にする処理は本発明における第２形成工程、図３（ｅ）の状態から図３（ｆ）の状態にする処理は本発明における第３形成工程、図３（ｆ）の状態から図４（ｂ）の状態にする処理は本発明における第４形成工程、シリコン基板１００は本発明における第１シリコン基板、シリコン基板１４０は本発明における第２シリコン基板である。
【００７１】
（第２実施形態）
以下に本発明の第２実施形態について図面とともに説明する。なお第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００７２】
第２実施形態における光走査装置１は、圧電ユニモルフ４ｘの構成が変更された点以外は第１実施形態と同じである。
そして第２実施形態の圧電ユニモルフ４ｘは、図５に示すように、凹部４１，４２，４３，４４の代わりに凹部５１，５２，５３，５４が形成されている点以外は第１実施形態と同じである。
【００７３】
凹部５１，５２，５３，５４は、その縦方向長さＬ１が圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２の長さより短い点以外は凹部４１，４２，４３，４４と同じである。
そして凹部５１，５２，５３，５４は、その断面の矩形を形成する四辺の全てが圧電ユニモルフ４ｘの内部に配置されている。すなわち凹部５１，５２，５３，５４は、凹部４１，４２，４３，４４と異なり、矩形板状に形成されている圧電ユニモルフ４ｘの長辺と交差しておらず、四角孔状に形成されている。
【００７４】
このように構成された光走査装置１では、凹部５１，５２，５３，５４の短手方向Ｄ２に沿った長さ（縦方向長さＬ１）が、支持層２１の短手方向Ｄ２に沿った長さよりも短い。
【００７５】
これにより、凹部を形成するときに凹部が圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２にずれることにより、図６に示すように、矩形板状に形成されている圧電ユニモルフ４ｘの長辺と凹部とが交差してしまうという事態（図６における破線の長方形を参照）の発生を抑制することができる。このため、圧電ユニモルフ４ｘ内における凹部の領域が減少することと、圧電ユニモルフ４ｘにノッチＮＣが発生することを抑制することができる。
【００７６】
これにより、圧電ユニモルフ４ｘの曲げ剛性が設計値からずれたり圧電ユニモルフ４ｘの変位が設計値からずれたりすることを抑制することができるとともに、ノッチＮＣを起点とする破壊を抑制することができる。
【００７７】
以上説明した実施形態において、圧電ユニモルフ４ｘの長手方向Ｄ３は本発明における第１方向、圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２は本発明における第２方向である。
（第３実施形態）
以下に本発明の第３実施形態について図面とともに説明する。なお第３実施形態では、第２実施形態と異なる部分を説明する。
【００７８】
第３実施形態における光走査装置１は、圧電ユニモルフ４ｘの構成が変更された点以外は第２実施形態と同じである。
そして第３実施形態の圧電ユニモルフ４ｘは、図７に示すように、凹部５１，５２，５３，５４の代わりに凹部６１，６２が形成されている点以外は第２実施形態と同じである。
【００７９】
凹部６１，６２は、凹部５１，５２，５３，５４と同様に、縦方向長さＬ１が圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２の長さより短く、凹部６１，６２の断面の矩形を形成する四辺の全てが圧電ユニモルフ４ｘの内部に配置されている。
【００８０】
また凹部６１，６２は、凹部の横方向長さＬ２と隣り合う凹部間の間隔との和をＬ３として、Ｌ２がＬ３の０．８〜０．９倍となるように配置されている。
このように構成された光走査装置１では、圧電ユニモルフ４ｘを効率良く変位させることができる。この理由を以下に説明する。
【００８１】
図８は、圧電ユニモルフ４ｘの変位δと（Ｌ２／Ｌ３）との関係を圧電膜層３１の厚さｔｐ毎に示すグラフである。図８では、圧電膜層３１の厚さｔｐが１．５μｍ（曲線ＣＬ１を参照），３μｍ（曲線ＣＬ２を参照），４．５μｍ（曲線ＣＬ３を参照）である場合のシミュレーション結果を示す。
【００８２】
図８に示すように、圧電膜層３１の厚さｔｐに関わらず、（Ｌ２／Ｌ３）が大きくなるにつれて変位δが大きくなり、（Ｌ２／Ｌ３）が０．８〜０９である場合に変位δが最大値あるいは最大値近傍の大きさとなる。さらに、（Ｌ２／Ｌ３）が０．９を超えると、（Ｌ２／Ｌ３）が大きくなるにつれて変位δが小さくなる。
【００８３】
図９（ａ）は、図８のグラフにおける曲線ＣＬ１の拡大図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の点Ｐａにおける変位δを示す圧電ユニモルフ４ｘの斜視図である。図９（ｃ）は、図９（ｂ）の圧電ユニモルフ４ｘについて長手方向長さと変位δとの関係を示すグラフである。なお、図９（ａ）で示す点Ｐａは、変位δが最大となる点である。
【００８４】
図９（ｂ）の斜視図と図９（ｃ）の曲線ＣＬ１１に示すように、圧電ユニモルフ４ｘの固定端Ｅ１からの距離（圧電ユニモルフ４ｘの長手方向長さ）が長くなるほど変位δが大きくなり、自由端Ｅ２で変位δが最大となっている。
【００８５】
さらに、図１０（ａ）は、図８のグラフにおける曲線ＣＬ１の拡大図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の点Ｐｂにおける変位δを示す圧電ユニモルフ４ｘの斜視図である。図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）について、圧電ユニモルフ４ｘの長手方向長さと変位δとの関係を示すグラフである。なお、図１０（ａ）で示す点Ｐｂは、点Ｐａよりも（Ｌ２／Ｌ３）が大きくなる点である。
【００８６】
図１０（ｂ）の斜視図と図１０（ｃ）の曲線ＣＬ１２に示すように、圧電ユニモルフ４ｘの固定端Ｅ１からの距離（圧電ユニモルフ４ｘの長手方向長さ）が長くなるほど変位δが大きくなり、自由端Ｅ２で変位δが最大となっている。但し、図１０（ｃ）に示すように、点Ｐｂにおける変位δ（曲線ＣＬ１２を参照）は、点Ｐａでの変位（曲線ＣＬ１１を参照）と比較すると、自由端Ｅ２での変位δが小さくなる。これは、凹部６１，６２が形成されている領域（図１０（ｂ）の薄膜領域Ｒ１，Ｒ２を参照）で圧電ユニモルフ４ｘが大きく撓み、圧電ユニモルフ４ｘの変位に効率よく変換されないためである。
【００８７】
以上説明した実施形態において、凹部６１は本発明における第１凹部、凹部６２は本発明における第２凹部である。
（第４実施形態）
以下に本発明の第４実施形態について図面とともに説明する。なお第４実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００８８】
第４実施形態における光走査装置１は、圧電ユニモルフ４ｘの構成が変更された点以外は第１実施形態と同じである。
そして第４実施形態の圧電ユニモルフ４ｘは、図１１に示すように、凹部４１，４２，４３，４４の代わりに凹部７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７が形成されている点以外は第１実施形態と同じである。
【００８９】
凹部７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７は、その配置が変更された点以外は第１実施形態の凹部４１，４２，４３，４４と同じである。
すなわち、凹部７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７は、圧電ユニモルフ４ｘの長手方向Ｄ３に沿って、圧電ユニモルフ４ｘの固定端Ｅ１に近付くほど、隣り合う凹部間の間隔が長くなるように配置されている点以外は第１実施形態と同じである。なお固定端Ｅ１は、圧電ユニモルフ４ｘの矩形を構成する２つの短辺のうち、支持部３に固定される側の短辺である。
【００９０】
具体的には、まず、長手方向Ｄ３に沿って、固定端Ｅ１から近い順に、凹部７１、凹部７２、凹部７３、凹部７４、凹部７５、凹部７６、凹部７７が配置されている。そして、凹部７１と凹部７２との間の間隔をＬ１１、凹部７２と凹部７３との間の間隔をＬ１２、凹部７３と凹部７４との間の間隔をＬ１３、凹部７４と凹部７５との間の間隔をＬ１４、凹部７５と凹部７６との間の間隔をＬ１５、凹部７６と凹部７７との間の間隔をＬ１６とすると、Ｌ１１＞Ｌ１２＞Ｌ１３＞Ｌ１４＞Ｌ１５＞Ｌ１６の関係が成り立っている。
【００９１】
このように構成された光走査装置１では、固定端Ｅ１に近付くほど、凹部が形成されている領域が少なくなるため、固定端Ｅ１に近付くほど、支持層２１の積層方向Ｄ１への曲げ剛性を大きくすることができる。そして、圧電ユニモルフ４ｘの駆動力を大きくするためには、圧電ユニモルフ４ｘの固定端Ｅ１に近付くほど、曲げ剛性を大きくする必要がある。
【００９２】
なお、圧電ユニモルフ４ｘの固定端Ｅ１に近付くほど曲げ剛性を大きくする方法として、図１７（ａ）に示すように、固定端Ｅ１からの距離（長手方向Ｄ３の長さ）が長くなるほど圧電ユニモルフ４ｘにおける短手方向Ｄ２の長さが短くなるように形成するものが考えられる。また図１７（ｂ）に示すように、固定端Ｅ１からの距離（長手方向Ｄ３の長さ）が長くなるほど支持層２１が薄くなるように形成するものが考えられる。しかし、図１７（ａ）に示す方法では、固定端Ｅ１に近づくほど短手方向Ｄ２の長さが長くなるため、圧電ユニモルフ４ｘの面積が大きくなってしまい、コストが高くなってしまう。また、図１７（ｂ）に示す方法では、支持層２１のエッチングを段階的に行うなどの複雑なプロセスを実施する必要があり、製造コストが高く現実的でない。
【００９３】
したがって光走査装置１では、コストを上げることなく、支持層２１に凹部を形成することにより変位δを大きくすることができるとともに、凹部を形成することによる圧電ユニモルフ４ｘの駆動力の低下を抑制することができる。
【００９４】
（第５実施形態）
以下に本発明の第５実施形態について図面とともに説明する。なお第５実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００９５】
第５実施形態における光走査装置１は、圧電ユニモルフ４ｘの構成が変更された点以外は第１実施形態と同じである。
図１２（ａ）は圧電ユニモルフ４ｘの側面図、図１２（ｂ）は圧電ユニモルフ４ｘの底面図である。
【００９６】
第５実施形態の圧電ユニモルフ４ｘは、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、凹部４１，４２，４３，４４の代わりに凹部８１，８２，８３，８４，８５，８６が形成されている点以外は第１実施形態と同じである。
【００９７】
凹部８１，８２，８３，８４，８５，８６は、圧電ユニモルフ４ｘの固定端Ｅ１から遠ざかるほど、横方向長さＬ２が長くなるように形成されている点以外は第１実施形態の凹部４１，４２，４３，４４と同じである。なお、凹部８１，８２，８３，８４，８５，８６は、圧電ユニモルフ４ｘの長手方向Ｄ３に沿って等間隔に配置されている。
【００９８】
具体的には、まず、長手方向Ｄ３に沿って、固定端Ｅ１から近い順に、凹部８１、凹部８２、凹部８３、凹部８４、凹部８５、凹部８６が配置されている。そして、凹部８１，８２，８３，８４，８５，８６の横方向長さＬ２をそれぞれ、横方向長さＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４，Ｌ２５，Ｌ２６とすると、Ｌ２１＜Ｌ２２＜Ｌ２３＜Ｌ２４＜Ｌ２５＜Ｌ２６の関係が成り立っている。
【００９９】
このように構成された光走査装置１では、固定端Ｅ１に近付くほど、凹部が形成されている領域が少なくなるため、固定端Ｅ１に近付くほど、支持層２１の積層方向Ｄ１への曲げ剛性を大きくすることができる。そして、圧電ユニモルフ４ｘの駆動力を大きくするためには、圧電ユニモルフ４ｘの固定端Ｅ１に近付くほど、曲げ剛性を大きくする必要がある。
【０１００】
したがって光走査装置１では、支持層２１に凹部を形成することにより変位δを大きくすることができるとともに、凹部を形成することによる圧電ユニモルフ４ｘの駆動力の低下を抑制することができる。
【０１０１】
（第６実施形態）
以下に本発明の第６実施形態について図面とともに説明する。なお第６実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【０１０２】
図１３（ａ）は光走査装置１の断面図、図１３（ｂ）はミラー１３の底面図である。
第６実施形態における光走査装置１は、リブ９０が追加された点以外は第１実施形態と同じである。
【０１０３】
リブ９０は、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、円筒状に形成されており、その円筒軸がミラー１３の裏面（すなわち、鏡面部が形成されている面とは反対側の面）と直交するようにしてミラー１３の裏面上に配置されている。
【０１０４】
このように構成された光走査装置１では、リブ９０によりミラー１３の剛性を大きくすることができる。なお、ミラー１３の剛性が小さいと、製造時の初期応力およびミラー１３の走査時の慣性力などによりミラー１３が歪み易くなる。そして、ミラー１３が歪むと、ミラー１３で反射した光ビームも歪むために、光ビームの走査により形成される画像の劣化を招く。
【０１０５】
したがって、光走査装置１では、リブ９０によりミラー１３の剛性を大きくすることができるために、光ビームの走査により形成される画像の劣化を抑制することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
【０１０６】
例えば上記第２実施形態では、凹部が矩形状であるものを示したが、図１４（ａ）に示すように、矩形の角が丸まっている形状としてもよい。これにより、凹部の角に掛かる応力を低減することができる。また図１４（ｂ）に示すように、圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２に沿って矩形状の凹部を配置するようにしてもよい。また図１４（ｃ）に示すように、圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２に沿って凹部を配置するとともに凹部の角が丸まっているようにしてもよい。
【０１０７】
また上記第３実施形態では、２個の凹部が形成されているものを示したが、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、２個より多い凹部が形成されているようにしてもよい。
【０１０８】
また上記第４実施形態では、凹部の縦方向長さＬ１が圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２の長さに等しいものを示したが、図１６（ａ）に示すように、第２実施形態と同様にして、縦方向長さＬ１が圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２の長さよりも短くなるようにしてもよい。また図１６（ｂ）に示すように、縦方向長さＬ１が圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２の長さよりも短くなるとともに矩形の角が丸まっている形状としてもよい。また図１６（ｃ）に示すように、圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２に沿って円形状の凹部を配置するようにしてもよい。
また上記第５実施形態では、凹部の縦方向長さＬ１が圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２の長さに等しいものを示したが、図１８（ａ）に示すように、第２実施形態と同様にして、縦方向長さＬ１が圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２の長さよりも短くなるようにしてもよい。また図１８（ｂ）に示すように、縦方向長さＬ１が圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２の長さよりも短くなるとともに矩形の角が丸まっている形状としてもよい。また図１８（ｃ）に示すように、圧電ユニモルフ４ｘの短手方向Ｄ２に沿って円形状または楕円形状の凹部を配置するようにしてもよい。
【０１０９】
また上記実施形態においては、３自由度連成振動系を構成する光走査装置１を適用したものを示したが、以下に示す光走査装置に本発明の連結変位部を適用してもよい。
光走査装置４０１は、図１９に示すように、光ビームを走査する光ビーム走査部４０２と、光ビーム走査部４０２を支持する支持部４０３と、光ビーム走査部４０２を回転駆動させる駆動部４０４とを備える。
【０１１０】
光ビーム走査部４０２は、ジンバル４１１とミラー４１２と弾性連結部４１３ａ，４１３ｂと弾性連結部４１４ａ，４１４ｂとから構成される。
これらのうちミラー４１２は、第１実施形態のミラー１３と同一である。
【０１１１】
またジンバル４１１は、矩形枠状であり、枠内にミラー４１２が配置される。
また弾性連結部４１４ａは、弾性変形可能な材料で構成されており、ジンバル４１１の枠内に配置され、ミラー４１２とジンバル４１１とを連結する。また弾性連結部４１４ｂは、弾性変形可能な材料で構成されており、ジンバル４１１の枠内に配置され、ミラー４１２を挟んで弾性連結部４１４ａと反対側において、ミラー４１２とジンバル４１１とを連結する。なお、弾性連結部４１４ａおよび弾性連結部４１４ｂは、ミラー４１２の回転軸ｋとなる。これによりミラー４１２は、回転軸ｋを中心に捻り振動可能に構成される。
【０１１２】
また弾性連結部４１３ａは、弾性変形可能な材料で構成されており、ジンバル４１１の上辺４１１ａと支持部４０３とを連結する。また弾性連結部４１３ｂは、弾性変形可能な材料で構成されており、ジンバル４１１を挟んで弾性連結部４１３ａと反対側において、ジンバル４１１の下辺４１１ｂと支持部４０３とを連結する。なお、弾性連結部４１３ａおよび弾性連結部４１３ｂは、ジンバル４１１の回転軸ｉとなる。これによりジンバル４１１は、回転軸ｉを中心に捻り振動可能に構成される。
【０１１３】
次に支持部４０３は、上辺４１１ａと連結されていない側の弾性連結部４１３ａの端部と連結される上側支持部４０３ａと、下辺４１１ｂと連結されていない側の弾性連結部４１３ｂの端部と連結される下側支持部４０３ｂと、駆動部４を支持する左側支持部４０３ｃおよび右側支持部４０３ｄとから構成される。
【０１１４】
さらに駆動部４０４は、圧電ユニモルフ４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃ，４０４ｄ，４０４ｅ，４０４ｆ，４０４ｇ，４０４ｈから構成される。
圧電ユニモルフ４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃ，４０４ｄは、矩形板状に形成されており、その長手方向が回転軸ｉに直交するように配置される。そして圧電ユニモルフ４０４ａは、その長手方向の一端が左側支持部４０３ｃに固定され、他端がジンバル４１１の上辺４１１ａに連結される。圧電ユニモルフ４０４ｂは、その長手方向の一端が左側支持部４０３ｃに固定され、他端がジンバル４１１の下辺４１１ｂに連結される。圧電ユニモルフ４０４ｃは、その長手方向の一端が右側支持部４０３ｄに固定され、他端がジンバル４１１の上辺４１１ａに連結される。圧電ユニモルフ４０４ｄは、その長手方向の一端が右側支持部４０３ｄに固定され、他端がジンバル４１１の下辺４１１ｂに連結される。
【０１１５】
また圧電ユニモルフ４０４ｅ，４０４ｆ，４０４ｇ，４０４ｈは、矩形板状に形成されており、その長手方向が回転軸ｋに直交するように配置される。そして圧電ユニモルフ４０４ｅは、その長手方向の一端がジンバル４１１に固定され、他端が弾性連結部４１４ｂに連結される。また圧電ユニモルフ４０４ｆは、ミラー４１２を挟んで圧電ユニモルフ４０４ｅと反対側に配置され、その長手方向の一端がジンバル４１１に固定され、他端が弾性連結部４１４ａに連結される。また圧電ユニモルフ４０４ｇは、弾性連結部４１４ｂを挟んで圧電ユニモルフ４０４ｅと反対側に配置され、その長手方向の一端がジンバル４１１に固定され、他端が弾性連結部４１４ｂに連結される。また圧電ユニモルフ４０４ｈは、弾性連結部４１４ａを挟んで圧電ユニモルフ４０４ｆと反対側に配置され、その長手方向の一端がジンバル４１１に固定され、他端が弾性連結部４１４ａに連結される。
【０１１６】
そして、圧電ユニモルフ４０４ａと圧電ユニモルフ４０４ｂとが同位相で曲げ振動するとともに圧電ユニモルフ４０４ｃと圧電ユニモルフ４０４ｄとが同位相で曲げ振動するように且つ圧電ユニモルフ４０４ａ，４０４ｂと圧電ユニモルフ４０４ｃ，４０４ｄとが逆位相で曲げ振動するように、圧電ユニモルフ４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃ，４０４ｄへの電圧印加が制御される。これにより、ジンバル４１１が回転軸ｉを中心にして回転振動する。
【０１１７】
また、圧電ユニモルフ４０４ｅと圧電ユニモルフ４ｆとが同位相で曲げ振動するとともに圧電ユニモルフ４０４ｇと圧電ユニモルフ４０４ｈとが同位相で曲げ振動するように且つ圧電ユニモルフ４０４ｅ，４０４ｆと圧電ユニモルフ４０４ｇ，４０４ｈとが逆位相で曲げ振動するように、圧電ユニモルフ４０４ｅ，４０４ｆ，４０４ｇ，４０４ｈへの電圧印加が制御される。これにより、ミラー４１２が回転軸ｋを中心にして回転振動する。
【０１１８】
このように構成された光走査装置４０１によれば、回転軸ｋを中心とした揺動と、回転軸ｉを中心とした揺動によって、ミラー４１２で反射する光ビームを２次元的に走査することができる。
【０１１９】
なお、ミラー４１２は本発明における反射部、弾性連結部４１４ａ，４１４ｂは本発明における第１弾性変形部材、ジンバル４１１は本発明における第１支持部、弾性連結部４１３ａ，４１３ｂは本発明における第２弾性変形部材、回転軸ｉは本発明における第２回転軸、支持部４０３は本発明における第２支持部である。
【符号の説明】
【０１２０】
１，４０１…光走査装置、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃ，４０４ｄ，４０４ｅ，４０４ｆ，４０４ｇ，４０４ｈ…圧電ユニモルフ、１３，４１２…ミラー、１６ａ，１６ｂ，４１４ａ，４１４ｂ…弾性連結部、２１…支持層、２３…駆動層、３１…圧電膜層、３２…上部電極層、３３…下部電極層、４１，４２，４３，４４，５１，５２，５３，５４，６１，６２，７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７，８１，８２，８３，８４，８５，８６…凹部、１００，１４０…シリコン基板
【図１】
2014092630.tif 000010
【図２】
2014092630.tif 000011
【図３】
2014092630.tif 000012
【図４】
2014092630.tif 000013
【図５】
2014092630.tif 000014
【図６】
2014092630.tif 000015
【図７】
2014092630.tif 000016
【図８】
2014092630.tif 000017
【図９】
2014092630.tif 000018
【図１０】
2014092630.tif 000019
【図１１】
2014092630.tif 000020
【図１２】
2014092630.tif 000021
【図１３】
2014092630.tif 000022
【図１４】
2014092630.tif 000023
【図１５】
2014092630.tif 000024
【図１６】
2014092630.tif 000025
【図１７】
2014092630.tif 000026
【図１８】
2014092630.tif 000027
【図１９】
2014092630.tif 000028