(57)【要約】【課題】固有振動モードの周波数を調整する機能を有する光スキャナーの小型化を図ること。【解決手段】光スキャナー１は、光を反射する反射面を有する可動部２１と、可動部２１を枠状に囲む枠体部２５と、可動部２１を支持する第１軸部２６ａ，２６ｂと、を備え、可動部２１及び第１軸部２６ａ，２６ｂは、第１振動系２０に含まれ、第１軸部２６ａ，２６ｂの軸線Ｘ１回りに搖動する第１振動系２０の有する固有振動モードの周波数は、可動部２１の反射面１１と反対側の面に設けられた周波数調整部２２によって調整されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する反射面を有する可動部と、
前記可動部を枠状に囲む枠体部と、
前記可動部を支持する第１軸部と、
を備え、
前記可動部及び前記第１軸部は、第１振動系に含まれ、
前記第１軸部の軸線回りに搖動する前記第１振動系の有する固有振動モードの周波数は、前記可動部の前記反射面と反対側の面に設けられた周波数調整部によって調整されていること、を特徴とする光スキャナー。
【請求項２】
複数の前記周波数調整部を有し、
前記周波数調整部は、前記第１軸部の軸線に関して線対称に設けられること、を特徴とする請求項１に記載の光スキャナー。
【請求項３】
複数の前記周波数調整部を有し、
前記周波数調整部は、前記第１軸部の軸線と交差する方向において、前記軸線からの距離が異なる位置に設けられること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の光スキャナー。
【請求項４】
前記周波数調整部は、前記可動部の外縁に沿った領域に設けられること、を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光スキャナー。
【請求項５】
前記周波数調整部は、前記第１軸部と前記可動部とが接続する前記可動部側の領域に設けられること、を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光スキャナー。
【請求項６】
前記周波数調整部は、前記可動部の外縁を除く領域に設けられること、を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光スキャナー。
【請求項７】
前記周波数調整部は、前記可動部から円柱状に突出するように設けられること、を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光スキャナー。
【請求項８】
前記周波数調整部は、逆テーパー状に設けられること、を特徴とする請求項７に記載の光スキャナー。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光スキャナーと、
前記光スキャナーに対して光を照射する照射部と、
を備えていること、を特徴とする画像表示装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光スキャナーと、
前記光スキャナーに対して光を照射する照射部と、
を備えていること、を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１１】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光スキャナーと、
前記光スキャナーに対して光を照射する照射部と、
を備えていること、を特徴とするヘッドアップディスプレイ。
【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、ヘッドマウントディスプレイ及びヘッドアップディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、反射面を有する揺動部を、揺動部を支持している弾性支持部の搖動軸回りに搖動させて光を偏光させる光偏光器が知られている。例えば、特許文献１には、揺動部の固有振動モードの周波数を、揺動部を駆動させる駆動周波数に調整するために、揺動部に突出部を備えた光偏光器が開示されている。この光偏光器は、突出部にレーザー光線を照射することでその一部を切断し、揺動部の質量を調整して共振周波数の合わせ込みを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２６３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の光スキャナー（光偏光器）では、周波数調整部（突出部）が可動部（揺動部）から第１軸部（弾性支持部）の軸線と平行な方向に突出するように設けられている。これにより、可動部には、平面視にて反射面の表面積に加えて周波数調整部の表面積が必要となるため、可動部が大型化してしまうという問題があった。すなわち、光スキャナーの小型化が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る光スキャナーは、光を反射する反射面を有する可動部と、前記可動部を枠状に囲む枠体部と、前記可動部を支持する第１軸部と、を備え、前記可動部及び前記第１軸部は、第１振動系に含まれ、前記第１軸部の軸線回りに搖動する前記第１振動系の有する固有振動モードの周波数は、前記可動部の前記反射面と反対側の面に設けられた周波数調整部によって調整されていること、を特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、第１軸部の軸線回りに搖動する第１振動系の固有振動モードの周波数を調整する周波数調整部は、可動部の反射面と反対側の面に設けられている。これにより、可動部の表面積を拡大することなく第１振動系の固有振動モードの周波数を調整することが可能な光スキャナーを構成することができる。したがって、固有振動モードの周波数を調整する機能を有する小型な光スキャナーを提供することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に記載の光スキャナーは、複数の前記周波数調整部を有し、前記周波数調整部は、前記第１軸部の軸線に関して線対称に設けられること、が好ましい。
【０００９】
本適用例によれば、周波数調整部は、第１軸部の軸線に関して線対称に複数設けられる。軸線に対して一方側の可動部に設けられた周波数調整部の質量と、他方側の可動部に設けられた周波数調整部の質量とを個別に調整することにより、第１振動系の固有振動モードの周波数を好適に調整することができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に記載の光スキャナーは、複数の前記周波数調整部を有し、前記周波数調整部は、前記第１軸部の軸線と交差する方向において、前記軸線からの距離が異なる位置に設けられること、が好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、周波数調整部は、第１軸部の軸線からの距離が異なる位置に複数設けられる。軸線から遠い位置に設けられた周波数調整部の質量によって調整される固有振動モードの周波数の変化量は、軸線から近い位置に設けられた周波数調整部の質量によって調整される固有振動モードの周波数の変化量よりも大きい。よって、軸線から遠い位置に設けられた周波数調整部を固有振動モードの周波数の粗調に用い、軸線から近い位置に設けられた周波数調整部を固有振動モードの周波数の微調に用いることで、第１振動系の固有振動モードの周波数を調整する精度を向上させることができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に記載の光スキャナーにおいて、前記周波数調整部は、前記可動部の外縁に沿った領域に設けられること、が好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、第１振動系の固有振動モードの周波数は、周波数調整部の数を削減することによる質量の変化によって調整される。本適用例の周波数調整部は、可動部の外縁に沿った領域に設けられているので、周波数調整部の削減を容易に行うことができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に記載の光スキャナーにおいて、前記周波数調整部は、前記第１軸部と前記可動部とが接続する前記可動部側の領域に設けられること、が好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、周波数調整部は、第１軸部と可動部とが接続する可動部側の領域に設けられている。この領域は、可動部が搖動する際に歪みの生じやすい場所であり、ここに、周波数調整部を配置することによって可動部の剛性が強化されるので、可動部を好適に搖動することができる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例に記載の光スキャナーにおいて、前記周波数調整部は、前記可動部の外縁を除く領域に設けられること、が好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、周波数調整部は、可動部の外縁を除く領域に設けられているので、可動部の外縁に沿ってコイルを配置させることができる。これにより、所謂ムービングコイル式の電磁駆動方式で可動部を搖動させることができる。
【００１８】
［適用例７］上記適用例に記載の光スキャナーにおいて、前記周波数調整部は、前記可動部から円柱状に突出するように設けられること、が好ましい。
【００１９】
本適用例によれば、第１振動系の固有振動モードの周波数は、周波数調整部の数を削減することによる質量の変化によって調整される。周波数調整部は、円柱状をなしているので、どの方向からでも周波数調整部を好適に取り除くことができる。
【００２０】
［適用例８］上記適用例に記載の光スキャナーにおいて、前記周波数調整部は、逆テーパー状に設けられること、が好ましい。
【００２１】
本適用例によれば、周波数調整部は、逆テーパー状をなしているので、周波数調整部を容易に取り除くことができる。
【００２２】
［適用例９］本適用例に係る画像表示装置は、適用例１から適用例８のいずれか一項に記載の光スキャナーと、前記光スキャナーに対して光を照射する照射部と、を備えていること、を特徴とする。
【００２３】
本適用例によれば、画像表示装置は、上記適用例に記載の光スキャナーを備えているので、小型な画像表示装置を提供することができる。
【００２４】
［適用例１０］本適用例に係るヘッドマウントディスプレイは、適用例１から適用例８のいずれか一項に記載の光スキャナーと、前記光スキャナーに対して光を照射する照射部と、を備えていること、を特徴とする。
【００２５】
本適用例によれば、ヘッドマウントディスプレイに備えられている画像表示装置は、上記適用例に記載の光スキャナーを備えているので、小型なヘッドマウントディスプレイを提供することができる。
【００２６】
［適用例１１］本適用例に係るヘッドアップディスプレイは、適用例１から適用例８のいずれか一項に記載の光スキャナーと、前記光スキャナーに対して光を照射する照射部と、を備えていること、を特徴とする。
【００２７】
本適用例によれば、ヘッドアップディスプレイに備えられている画像表示装置は、上記適用例に記載の光スキャナーを備えているので、小型なヘッドアップ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】
【００２８】
【図１】実施形態１に係る光スキャナーの構成を示す平面図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線での断面図。
【図３】可動部の裏面側を示す平面図。
【図４】基体を部分拡大して示す側面図。
【図５】第１振動系の周波数調整方法を説明するフローチャート。
【図６】実施形態２に係る光スキャナーの構成を示す平面図。
【図７】図６におけるＢ−Ｂ線での断面図。
【図８】可動部の裏面側を示す平面図。
【図９】電圧印加部の構成を示すブロック図。
【図１０Ａ】第１の電圧発生部で発生される電圧波形の一例を説明する図。
【図１０Ｂ】第２の電圧発生部で発生される電圧波形の一例を説明する図。
【図１１】画像表示装置の概略構成を示す概略図。
【図１２】携帯用画像表示装置の構成を示す概略図。
【図１３】ヘッドアップディスプレイの概略構成を示す概略図。
【図１４】ヘッドマウントディスプレイの概略構成を示す概略図。
【図１５】実施形態３に係る光スキャナーの構成を示す平面図。
【図１６】図１５におけるＣ−Ｃ線での断面図。
【図１７】可動部の裏面側を示す平面図。
【図１８】変形例１に係る光スキャナーにおける可動部の裏面側を示す平面図。
【図１９】変形例２に係る光スキャナーにおける可動部の裏面側を示す平面図。
【図２０】変形例３に係る光スキャナーにおける可動部の裏面側を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材等を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材等の尺度を実際とは異ならせて示している。
また、図１から図３、図６から図８及び図１５から図２０では、説明の便宜上、互いに直交する三軸として、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうち２軸又は３軸を図示しており、軸方向を図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている。Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。
【００３０】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光スキャナーの構成を示す平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線での断面図である。図３は、可動部の裏面側を示す平面図である。図４は、基体を部分拡大して示す側面図である。図１から図４を参照して光スキャナー１の構成について説明する。なお、本実施形態では、ムービングマグネット型の電磁駆動方式で駆動される１軸の光スキャナーについて説明する。
図１及び図２に示すように、光スキャナー１は、後述する第１振動系２０を備える基体２、基体２を支持する支持体３、第１振動系２０を搖動させる駆動部４を含んでいる。
【００３１】
基体２は、可動部２１と、可動部２１を枠状に囲む枠体部２５と、枠体部２５から延出し可動部２１を支持する第１軸部２６ａ，２６ｂを有し、可動部２１、第１軸部２６ａ，２６ｂ及び永久磁石４１は、第１振動系２０を形成している。なお、本実施形態では、第１軸部２６ａ，２６ｂの軸線Ｘ１方向をＸ軸とし、可動部２１の厚さ方向をＺ軸とし、Ｘ軸及びＺ軸の双方と交差する方向をＹ軸とする。
【００３２】
第１軸部２６ａ，２６ｂのそれぞれは、長手形状をなしており、弾性変形可能である。第１軸部２６ａ，２６ｂのそれぞれは、可動部２１を枠体部２５に対して回動可能とするように、可動部２１と枠体部２５とを連結している。このような、第１軸部２６ａ，２６ｂは、互いに同軸的に設けられており、第１振動系２０がこの軸の軸線Ｘ１回りに回動（揺動）するように構成されている。
【００３３】
可動部２１は、Ｚ軸方向からの平面視にて、扁平の円形状をなしている。また、可動部２１は、表面（＋Ｚ軸側の面）側に、光を反射する反射面１１を有している。反射面１１は、可動部２１の表面に、アルミニウムなどの金属材料を真空蒸着やスパッタリングすることで形成される。可動部２１は、反射面１１と反対側の裏面（−Ｚ軸側の面）に、後述する周波数調整部２２及びリブ２３を備えている。このような可動部２１は、１対の第１軸部２６ａ，２６ｂによって、枠体部２５に両持ち支持されている。また、可動部２１の裏面には、後述する駆動部４の永久磁石４１が設けられている。なお、可動部２１は、円形状をなしているものと説明したが、これに限定するものではない。
【００３４】
図２に示すように、支持体３は、基体２を支持する機能を有している。また、支持体３は、後述する駆動部４のコイル４２を収容する機能も有している。支持体３は、上方（＋Ｚ軸側）に開放する凹部を有する有底の箱状をなしている。換言すると、支持体３は、板状をなす板状部３２と、板状部３２の上面（＋Ｚ軸側の面）の外周部に沿って設けられた枠状の枠状部３３とで構成されている。
【００３５】
支持体３の上面、すなわち枠状部３３の上面には、基体２の枠体部２５の下面（−Ｚ軸側の面）が接合されている。これにより、基体２の可動部２１および第１軸部２６ａ，２６ｂと支持体３との間には、可動部２１の回動（揺動）を許容する空間が形成されている。このような支持体３の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、テンパックスガラス等のガラス材料や、単結晶シリコン、ポリシリコン等のシリコン材料、ＬＴＣＣ（低温焼結セラミックス）等が挙げられる。
また、基体２と支持体３との接合方法としては、支持体３の構成材料、形状等に応じて適宜決められるものであり、特に限定されないが、接着剤を用いた方法、陽極接合法、直接接合法等が挙げられる。
【００３６】
駆動部４は、永久磁石４１及びコイル４２を有し、前述した基体２の可動部２１を電磁駆動方式（より具体的にはムービングマグネット型の電磁駆動方式）により回動駆動させるものである。電磁駆動方式は、大きな駆動力を発生させることができる。そのため、電磁駆動方式を採用する駆動部４によれば、低駆動電圧化を図りつつ、可動部２１の振れ角を大きくすることができる。
【００３７】
永久磁石４１は、可動部２１の下面に例えば接着剤を介して固定されている。また、永久磁石４１は、長手形状をなしており、平面視にて軸線Ｘ１に対して直交する方向（Ｙ軸方向）に延在するように設けられている。このような永久磁石４１は、長手方向に磁化しており、長手方向の一方側がＳ極、他方側がＮ極となっている。永久磁石４１をＹ軸方向に延在するように設けることにより、永久磁石４１の両端部を軸線Ｘ１から離れたところに位置させることができる。そのため、コイル４２が発生する磁界の作用により、可動部２１により大きなトルクを与えることができる。このような永久磁石４１としては、特に限定されず、例えば、ネオジウム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石などの、硬磁性体を着磁したものを好適に用いることができる。
【００３８】
コイル４２は、支持体３の凹部の底を形成する板状部３２の上面（＋Ｚ軸側の面）に、可動部２１と対向するように設けられている。これにより、コイル４２が発生する磁界を永久磁石４１に効果的に作用させることができる。このコイル４２は、図示しない電源に電気的に接続されており、コイル４２に電圧が印加されることで、コイル４２からＺ軸方向の磁束を有する磁界が発生する。コイル４２には、電源から周期的に変化する電圧（交番電圧、間欠的な直流等）が印加されるようになっている。このようなコイル４２としては、導電性を有するものであれば、特に限定されず、例えば、銅、アルミニウムなどの金属を好適に用いることができる。
【００３９】
光スキャナー１の可動部２１は、このような駆動部４によって次のように回動する。コイル４２に、図示しない電源によって交番電圧が印加されると、コイル４２の上側（可動部２１側）がＮ極、下側がＳ極となる第１の磁界と、コイル４２の上側がＳ極、下側がＮ極となる第２の磁界とが、交互にかつ周期的に発生する。
第１の磁界では、永久磁石４１のＳ極側がコイル４２に引きつけられ、反対にＮ極側がコイル４２から遠ざかるように、可動部２１が軸線Ｘ１を中心に＋Ｘ軸方向に向かって反時計回りに回動する（第１の状態）。
第２の磁界では、永久磁石４１のＮ極側がコイル４２に引きつけられ、反対にＳ極側がコイル４２から遠ざかるように、可動部２１が軸線Ｘ１を中心に＋Ｘ軸方向に向かって時計回りに回動する（第２の状態）。このような第１の状態と第２の状態とが交互に繰り返されることにより、可動部２１は、第１軸部２６ａ，２６ｂのねじれ変形を伴いながら、軸線Ｘ１を中心に回動（揺動）する。
【００４０】
第１振動系２０は、固有振動モードの周波数（以下、ねじり共振周波数ともいう）を有しており、この周波数は、コイル４２に印加される交番電圧の周波数に略一致されていることが好ましい。これにより、可動部２１を共振駆動で搖動させ、可動部２１を搖動させるための消費電流を低下させることができる。
そこで、本実施形態の光スキャナー１には、第１振動系２０の有する固有振動モードの周波数を交番電圧の周波数に調整するための周波数調整部２２が設けられている。
【００４１】
また、第１軸部２６ａ，２６ｂには、第１軸部２６ａ，２６ｂの挙動を検出する検出部２７ａ，２７ｂが配置されている。具体的には、検出部２７ａ，２７ｂは、第１軸部２６ａ，２６ｂに生じる応力を検出するものである。本実施形態の検出部２７ａ，２７ｂは、ピエゾ抵抗素子（図示せず）を含むものである。第１軸部２６ａの上面には、検出部２７ａが設けられ、また、第１軸部２６ｂの上面には、検出部２７ｂが設けられている。より具体的には、検出部２７ａは、第１軸部２６ａの枠体部２５側（可動部２１と反対側）の端部に設けられ、検出部２７ｂは、第１軸部２６ｂの枠体部２５側（可動部２１と反対側）の端部に設けられている。ピエゾ抵抗素子は、第１軸部２６ａ，２６ｂの捩れにより生じる断応力に応じて抵抗値が変化するものであり、検出部２７ａ，２７ｂは、ピエゾ抵抗素子の抵抗値に応じた、すなわち可動部２１の回動角に応じた電圧値を出力する。これにより、第１振動系２０のねじり共振周波数を求めることができる。
【００４２】
次に、周波数調整部２２が設けられる可動部２１の裏面の構成について図３及び図４を参照して説明する。
可動部２１は、反射面１１と反対側（−Ｚ軸側）の面（裏面）に、第１軸部２６ａ，２６ｂの軸線Ｘ１回りに搖動する第１振動系２０の有する固有振動モードの周波数を調整する周波数調整部２２を備えている。これにより、可動部２１の表面積を拡大することなく第１振動系２０の固有振動モードの周波数を調整することが可能な光スキャナー１を構成することができる。
【００４３】
また、周波数調整部２２は、可動部２１の裏面から−Ｚ軸方向に突出する円柱状をなしている。本実施形態の光スキャナー１は、可動部２１の裏面に複数の周波数調整部２２を有している。周波数調整部２２は、第１軸部２６ａ，２６ｂの軸線Ｘ１と交差する方向（Ｙ軸方向）において、軸線Ｘ１から異なる距離に配置され、軸線Ｘ１に関して線対称に設けられている。
【００４４】
詳しくは、本実施形態の周波数調整部２２は、軸線Ｘ１と交差する方向の距離が異なる、軸線Ｘ１と平行な平行線Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃ上に配置されている。可動部２１の外形は、略φ１．０ｍｍである。平行線Ｘａ〜Ｘｃは、可動部２１の外縁から軸線Ｘ１に向かって、平行線Ｘａ、平行線Ｘｂ、平行線Ｘｃの順に並んでいる。外縁と平行線Ｘａとの間隔は、略５０μｍであり、各平行線Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃの間隔も略５０μｍである。
【００４５】
平行線Ｘａ上には、軸線Ｘ１と交差し可動部２１を二等分する直線Ｙ１との交点の位置に１つの周波数調整部２２aが配置されている。平行線Ｘｂ上には、直線Ｙ１との交点を中心とする対称の位置に２つの周波数調整部２２ｂが配置されている。平行線Ｘｃには、直線Ｙ１との交点の位置と、交点を中心とする対称の位置とに合計３つの周波数調整部２２ｃが配置されている。
【００４６】
周波数調整部２２の直径は、５〜１５μｍが好ましく、本実施形態の周波数調整部２２の直径は、略１０μｍで形成されている。後述する第１振動系２０のねじり共振周波数を調整するために可動部２１から周波数調整部２２の数を削減する際、周波数調整部２２の直径が１０μｍ程度であれば、可動部２１から周波数調整部２２を好適に取り除くことができる。周波数調整部２２の直径が５μｍ以下の場合は、可動部２１の搖動によって脱落する恐れがあり、周波数調整部２２の直径が１５μｍ以上の場合は、可動部２１から周波数調整部２２を取り除く際に、可動部２１にダメージを与える恐れがある。
【００４７】
また、Ｘ軸方向に並ぶ周波数調整部２２の中心間の間隔は、略５０μｍである。周波数調整部２２は、軸線Ｘ１に関して線対称に配置されているので、可動部２１上には、１２個の周波数調整部２２が形成される。また、周波数調整部２２は、逆テーパー状に設けられている。図４に示すように、周波数調整部２２は、可動部２１の裏面から円柱状に突出し、周波数調整部２２の先端に向かうに従い、その直径が漸増する逆テーパー状をなしている。これにより、可動部２１から周波数調整部２２の数を削減する際、周波数調整部２２を可動部２１から容易に取り除くことができる。
【００４８】
また、図３に示すように、可動部２１の裏面には、リブ２３が設けられている。リブ２３は、可動部２１が揺動した際の可動部２１の撓みを抑制する他の部分よりも厚みの大きい部分であり、いわゆる補強リブとも言われるものである。そして可動部２１は、リブ２３が形成された厚い部分とリブ２３が形成されていない薄い部分とを有する。
【００４９】
リブ２３は、可動部２１が搖動した際に応力が集中する、第１軸部２６ａ，２６ｂと可動部２１とが接続する可動部２１側の領域に設けられている。本実施形態のリブ２３は扇の円弧が可動部２１の外縁に沿った扇型状をなし、軸線Ｘ１に関して線対称に設けられている。これにより、可動部２１の撓みを抑制させ可動部２１を安定して動作させることができる。なお、本実施形態では、扇型状のリブ２３を例示したが、これに限定するものではない。リブは、可動部２１を補強して撓みを抑制できる形状であればよい。
【００５０】
図４に示すように、このような周波数調整部２２及びリブ２３は、基体２と一体で形成される。なお、図４においては、永久磁石４１を透視して図示している。基体２は、例えば、ＳＯＩ基板（第１シリコン層（デバイス層）２ａと、酸化シリコン層（ボックス層）２ｂと、第２シリコン層（ハンドル層）２ｃと、がこの順に積層した基板）をエッチングすることにより一体的に形成することができる。本実施形態では、第１シリコン層２ａの厚さ１０から１００μｍ、第２シリコン層２ｃの厚さ２００から５００μｍのＳＯＩ基板が用いられている。
【００５１】
可動部２１及び第１軸部２６ａ，２６ｂは第１シリコン層２ａで形成され、周波数調整部２２及びリブ２３は酸化シリコン層２ｂと、第２シリコン層２ｃとで形成され、枠体部２５は第１シリコン層２ａと、酸化シリコン層２ｂと、第２シリコン層２ｃとで形成されている。すなわち、周波数調整部２２及びリブ２３は、１０から１００μｍの厚さの可動部２１の裏面から下方（−Ｚ軸側）に略２００から５００μｍ突出するように設けられている。
【００５２】
逆テーパー状の周波数調整部２２は、Ｄｅｅｐ  ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いたボッシュプロセスによって形成することができる。ボッシュプロセスは、エッチングとパシベーション（側壁保護膜形成）を繰返しながら行う切り替えエッチング方式である。シリコン（Ｓｉ）のエッチングの場合は、例えば、エッチングガスにＳＦ6を用いて周波数調整部２２の形状に倣って開口されたレジスト膜の開口部を等方的にエッチングし、ＳｉをＳｉＦ4などの形で飛散させる。次に、Ｃ4Ｆ8などのフロン系のガスを用いて、側壁保護膜を形成する。保護膜を形成したら、エッチングガスに切り替え、バイアスを掛けてエッチングすることにより底面の保護膜を除去して、露出した底面のエッチングを進める。第２シリコン層２ｃの表面（−Ｚ軸側の面）からエッチング量を徐々に増やしながら、これを繰返すことにより、逆テーパー状の周波数調整部２２を形成することができる。なお、同一の工程にて、枠体部２５の第２シリコン層２ｃ及びリブ２３が同時に形成される。
なお、本実施形態で示した上記の各部の寸法、及び周波数調整部２２の数は、一例であり、これに限定するものではない。
【００５３】
光スキャナー１は、１枚のウエハー面上に複数形成され、さらに複数のウエハーがバッチ処理されるので、ウエハー面内やウエハー間の加工精度や、ウエハーの板厚のばらつきなどにより、第１振動系２０の固有振動モードの周波数（ねじり共振周波数）にばらつきが生じてしまう。
次に、第１振動系２０の固有振動モードの周波数（ねじり共振周波数）調整方法について説明する。光スキャナー１は、コイル４２に印加される所定周波数の交番電圧で駆動される（以下、交番電圧の所定周波数を「駆動周波数」ともいう）。第１振動系２０のねじり共振周波数を駆動周波数に合わせることで、可動部２１の軸線Ｘ１回りの回動角が大きくなるので、光スキャナー１を駆動させるための消費電力を低減させることができる。
【００５４】
図５は、第１振動系の周波数調整方法を説明するフローチャートである。
まず、ステップＳ１は、第１振動系２０のねじり共振周波数を求める共振周波数検出工程である。制御部（図示せず）は、駆動部４を制御してコイル４２に印加させる交番電圧の周波数を掃引して、可動部２１を搖動させる。そして、制御部は、検出部２７ａ，２７ｂから出力される電圧値より第１振動系２０のねじり共振周波数を求める。
【００５５】
ステップＳ２では、ねじり共振周波数と駆動周波数との周波数ずれ量が許容範囲かを判断する。例えば、駆動周波数が２５ｋＨｚであった場合、周波数ずれ量の許容範囲は±５０Ｈｚ以下に設定される。制御部は、ねじり共振周波数と駆動周波数とを比較し、周波数ずれ量が許容範囲内の場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）は、周波数調整を終了する。周波数ずれ量が許容範囲外の場合（ステップＳ２：Ｎｏ）は、ステップＳ３に進み、ステップＳ１及びステップＳ２を繰り返す。
【００５６】
ステップＳ３は、ねじり共振周波数を調整する周波数調整工程である。第１振動系２０のねじり共振周波数は、可動部２１の裏面に設けられている周波数調整部２２によって調整することができる。詳しくは、第１振動系２０のねじり共振周波数（ｆ１）は次式で表される。
ｆ１＝１／２π・√（Ｋ／Ｉ）
Ｉ＝ｍｒ2
ここで、Ｋは第１軸部２６ａ，２６ｂの軸線Ｘ１回りのバネ定数、Ｉは第１振動系２０の軸線Ｘ１回りの慣性モーメント、ｍは質量、ｒは回転半径である。
つまり、第１振動系２０の慣性モーメントを減らすこと、すなわち複数設けられている周波数調整部２２の数を削減することで、ねじり共振周波数を上昇させることができる。
【００５７】
本実施形態の光スキャナー１は、ねじり共振周波数が駆動周波数より低くなるように形成される。また、周波数調整部２２は、軸線Ｘ１からの距離が異なる位置に設けられているため、削減する周波数調整部２２の位置により第１振動系２０の慣性モーメントの減少量が異なる。したがって、周波数調整部２２を削減する位置により、ねじり共振周波数を異なる変動量で調整することができる。
【００５８】
周波数調整部２２を削減した場合のねじり共振周波数の周波数変動量は、あらかじめ実験により求められる。本実施形態の光スキャナー１は、平行線Ｘａ上の周波数調整部２２ａを削減することで、ねじり共振周波数が略２５Ｈｚ上昇し、平行線Ｘｂ上の周波数調整部２２ｂを削減することで、ねじり共振周波数が略１５Ｈｚ上昇し、平行線Ｘｃ上の周波数調整部２２ｃを削減することで、ねじり共振周波数が略１０Ｈｚ上昇する。したがって、ステップＳ２で求めた周波数ずれ量より、ねじり共振周波数を駆動周波数に調整するために削減する周波数調整部２２の位置、数を容易にもとめることができる。
【００５９】
また、軸線Ｘ１から遠い位置に設けられた周波数調整部２２ａをねじり共振周波数の粗調に、軸線Ｘ１から近い位置に設けられた周波数調整部２２ｃをねじり共振周波数の微調に、用いることで、第１振動系のねじり共振周波数の調整精度を向上させることができる。周波数調整部２２は、人為的に削減させてもよいし、専用の装置によって削減させてもよい。
【００６０】
以上述べたように、本実施形態に係る光スキャナー１によれば、以下の効果を得ることができる。
光スキャナー１は、可動部２１の反射面１１と反対側の面に、第１軸部２６ａ，２６ｂの軸線Ｘ１回りに搖動する第１振動系２０の有する固有振動モードの周波数を調整する周波数調整部２２を備えている。これにより、可動部２１の表面積を拡大することなく、第１振動系２０の固有振動モードの周波数を調整することが可能な光スキャナー１を構成することができる。したがって、第１振動系２０の固有振動モードの周波数を調整する機能を有する小型な光スキャナー１を提供することができる。
【００６１】
また、第１振動系２０の固有振動モードの周波数は、周波数調整部２２によって、可動部２１を回動（搖動）させる駆動部４のコイル４２に印加される交番電流の周波数に調整されている。これにより、可動部２１が軸線Ｘ１回りに回動する際の回動角を大きくすることができるので、光スキャナー１を駆動させる消費電力を低減させることができる。
【００６２】
第１振動系２０の固有振動モードの周波数は、周波数調整部２２の数を削減して第１振動系２０の質量を減らすことでコイル４２の交番電流の周波数に調整される。周波数調整部２２は、軸線Ｘ１に関して線対称に配置されているので、軸線Ｘ１に対して一方側の可動部２１に設けられた周波数調整部２２の質量と、他方側の可動部２１に設けられた周波数調整部２２の質量とを個別に調整することにより、第１振動系２０の固有振動モードの周波数を好適に調整することができる。
【００６３】
また、周波数調整部２２は、軸線Ｘ１から異なる距離に配置されている。第１振動系２０の固有振動モードの周波数は、周波数調整部２２を削減する位置により、異なる変動量で調整されるので、軸線Ｘ１から遠い位置に設けられた周波数調整部２２を粗調に、軸線Ｘ１から近い位置に設けられた周波数調整部２２を微調に用いることで、第１振動系２０の固有振動モードの周波数を調整する精度を向上させることができる。
【００６４】
また、周波数調整部２２は、可動部２１の裏面から円柱状に突出し、逆テーパー状をなしているので、可動部２１から周波数調整部２２の数を削減する際、周波数調整部２２を可動部２１から容易に取り除くことができる。
【００６５】
（実施形態２）
図６は、実施形態２に係る光スキャナーの構成を示す平面図である。図７は、図６におけるＢ−Ｂ線での断面図である。図８は、可動部の裏面側を示す平面図である。図６から図８を参照して光スキャナー１００の構成について説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。本実施形態では、周波数調整部２２が備えられた２軸の光スキャナー１００について説明する。
図６及び図７に示すように、光スキャナー１００は、後述する第１振動系１２０及び第２振動系１３０を備える基体１０２、基体１０２を支持する支持体３、第１振動系１２０及び第２振動系１３０を搖動させる駆動部１０４を含んでいる。
【００６６】
基体１０２は、可動部１２１と、可動部１２１を円環状に囲む駆動部材１３１と、駆動部材１３１から延出し可動部１２１を支持する第１軸部１２６ａ，１２６ｂと、駆動部材１３１を枠状に囲む枠体部２５と、枠体部２５から延出し駆動部材１３１を支持する第２軸部１３６ａ，１３６ｂを有している。可動部１２１及び第１軸部１２６ａ，１２６ｂは、第１振動系１２０を形成し、可動部１２１、第１軸部１２６ａ，１２６ｂ、駆動部材１３１、第２軸部１３６ａ，１３６ｂ及び永久磁石１４１は、第２振動系１３０を形成している。なお、本実施形態では、第１軸部１２６ａ，１２６ｂの軸線Ｙ１方向をＹ軸とし、第２軸部１３６ａ，１３６ｂの軸線Ｘ１方向をＸ軸とし、可動部１２１の厚さ方向をＺ軸とする。
【００６７】
第１軸部１２６ａ，１２６ｂのそれぞれは、長手形状をなしており、弾性変形可能である。第１軸部１２６ａ，１２６ｂのそれぞれは、可動部１２１を駆動部材１３１に対して回動可能とするように、可動部１２１と駆動部材１３１とを連結している。このような、第１軸部１２６ａ，１２６ｂは、互いに同軸的に設けられており、第１振動系１２０がこの軸の軸線Ｙ１回りに回動（揺動）するように構成されている。
【００６８】
可動部１２１は、Ｚ軸方向からの平面視にて、扁平の円形状をなしている。また、可動部１２１は、表面（＋Ｚ軸側の面）側に、光を反射する反射面１１１を有している。反射面１１１は、可動部１２１の表面に、アルミニウムなどの金属材料を真空蒸着やスパッタリングすることで形成される。
【００６９】
可動部１２１は、反射面１１１と反対側の裏面（−Ｚ軸側の面）に、第１軸部１２６ａ，１２６ｂの軸線Ｙ１回りに搖動する第１振動系１２０の有する固有振動モードの周波数を調整する周波数調整部２２を備えている。これにより、可動部１２１の表面積を拡大することなく第１振動系１２０の固有振動モードの周波数を調整することが可能な光スキャナー１００を構成することができる。また、可動部１２１は、可動部１２１が揺動した際の可動部１２１の撓みを抑制するリブ２３を備えている。このような可動部１２１は、１対の第１軸部１２６ａ，１２６ｂによって、駆動部材１３１に両持ち支持されている。なお、可動部１２１は、円形状をなしているものと説明したが、これに限定するものではない。
【００７０】
第２軸部１３６ａ，１３６ｂのそれぞれは、長手形状をなしており、弾性変形可能である。第２軸部１３６ａ，１３６ｂのそれぞれは、駆動部材１３１を枠体部２５に対して回動可能とするように、駆動部材１３１と枠体部２５とを連結している。このような、第２軸部１３６ａ，１３６ｂは、互いに同軸的に設けられており、第２振動系１３０がこの軸の軸線Ｘ１回りに回動（揺動）するように構成されている。また、駆動部材１３１の裏面には、スペーサー２４を介して駆動部１０４の永久磁石１４１が設けられている。なお、駆動部材１３１は、円環状をなしているものと説明したが、駆動部材１３１の形状は、枠状をなしていれば、特に限定されない。
【００７１】
なお、図６に示すように、軸線Ｘ１と軸線Ｙ１とは、互いに交差する軸である。すなわち、軸線Ｘ１と軸線Ｙ１とのなす角は、９０度である。また、駆動部材１３１の中心及び可動部１２１の中心のそれぞれは、図６の平面視にて、軸線Ｘ１と軸線Ｙ１との交点上に位置している。
【００７２】
駆動部１０４は、永久磁石１４１及びコイル４２を有している。永久磁石１４１は、駆動部材１３１の下面のスペーサー２４に、例えば接着剤１４１ａを介して固定されている。永久磁石１４１は、図８の平面視にて、軸線Ｘ１と軸線Ｙ１との交点を通り、軸線Ｘ１と軸線Ｙ１のそれぞれの軸に傾斜するように延在している。このような永久磁石１４１は、長手方向に磁化しており、長手方向の一端側がＳ極、他端側がＮ極となっている。つまり、永久磁石１４１のＳ極とＮ極とを結ぶ線分が、軸線Ｘ１及び軸線Ｙ１のそれぞれの軸に対して傾斜している。なお、図７では、説明の便宜上、永久磁石１４１の長手方向の一端側をＳ極とし、他端側をＮ極としたものについて図示している。永久磁石１４１の一端は、軸線Ｘ１よりも−Ｙ軸方向に位置し、軸線Ｙ１よりも−Ｘ軸方向に位置している。永久磁石１４１の他端は、軸線Ｘ１よりも＋Ｙ軸方向に位置し、軸線Ｙ１よりも＋Ｘ軸方向に位置している。
【００７３】
図６の平面視にて、永久磁石１４１のＳ極とＮ極とを結ぶ線分の軸線Ｘ１に対する傾斜角θは、３０〜６０度であるのが好ましく、４０〜５０度であるのがより好ましく、ほぼ４５度であるのがさらに好ましい。このように永久磁石１４１を設けることで、極めて円滑に、可動部１２１を軸線Ｘ１および軸線Ｙ１のそれぞれの軸回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、コイル４２に印加される電圧の強さなどによっては、円滑に、可動部１２１を軸線Ｘ１回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、コイル４２に印加される電圧の強さなどによっては、円滑に、可動部１２１を軸線Ｙ１回りに回動させることができない場合がある。
【００７４】
本実施形態では、永久磁石１４１のＳ極とＮ極とを結ぶ線分は、軸線Ｘ１及び軸線Ｙ１のそれぞれの軸に対して４５度傾斜している。また、図７に示すように、永久磁石１４１の可動部１２１側の面（すなわち、上面）と可動部１２１との間には、スペーサー２４によって凹部１４１ｂが形成されている。この凹部１４１ｂは、永久磁石１４１と可動部１２１との接触を防止するための逃げ部である。このような凹部（逃げ部）１４１ｂを形成することで、可動部１２１の軸線Ｙ１回りの回動を円滑に行うことができる。また、逃げ部を凹部１４１ｂとすることで、極めて簡単に永久磁石１４１と可動部１２１との接触を防止することができる。だだし、逃げ部としては、可動部１２１と永久磁石１４１との接触を防止することができれば、とくに限定されない。
【００７５】
コイル４２は、支持体３の凹部の底を形成する板状部３２の上面（＋Ｚ軸側の面）に、駆動部材１３１と対向するように設けられている。これにより、コイル４２が発生する磁界を永久磁石１４１に効果的に作用させることができる。このコイル４２は、電圧印加部５０（図９参照）に電気的に接続されている。そして電圧印加部５０によりコイル４２に電圧が印加されることで、コイル４２からＺ軸方向の磁束を有する磁界が発生する。
【００７６】
図９は、電圧印加部の構成を示すブロック図である。図１０Ａは、第１の電圧発生部で発生される電圧波形の一例を説明する図である。図１０Ｂは、第２の電圧発生部で発生される電圧波形の一例を説明する図である。
図９に示すように、電圧印加部５０は、可動部１２１を軸線Ｙ１回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５１と、可動部１２１を軸線Ｘ１回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５２と、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを重畳し、その電圧をコイル４２に印加する電圧重畳部５３とを備えている。
【００７７】
第１の電圧発生部５１は、図１０Ａ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。第１の電圧Ｖ１は、例えば、正弦波のような波形をなしている。これにより、光スキャナー１００は、効果的に光を水平走査（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。ここで、第１の電圧Ｖ１の周波数（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（２５ｋＨｚ程度）であるのが好ましい。第１の電圧Ｖ１の周波数と、可動部１２１と１対の第１軸部１２６ａ，１２６ｂとで構成される第１振動系１２０の固有振動モードの周波数（ねじり共振周波数）とは、略等しくなるように調整されている。本実施形態では、可動部１２１の裏面（−Ｚ軸側の面）に設けられた周波数調整部２２によって、第１振動系１２０のねじり共振周波数が、第１の電圧Ｖ１の周波数に調整されている。これにより、可動部１２１の軸線Ｙ１回りの回動角が大きくなるので、光スキャナー１００を駆動させるための消費電力を低減させることができる。
【００７８】
一方、第２の電圧発生部５２は、図１０Ｂ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。第２の電圧Ｖ２は、例えば、鋸波のような波形をなしている。これにより、光スキャナー１００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。このような第２の電圧Ｖ２の周波数は、第１の電圧Ｖ１の周波数よりも低いのが好ましい。すなわち、周期Ｔ２は、周期Ｔ１よりも長いのが好ましい。これにより、より確実かつより円滑に、可動部１２１を軸線Ｙ１回りに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、軸線Ｘ１回りに第２の電圧Ｖ２の周波数で回動させることができる。
【００７９】
また、第２の電圧Ｖ２の周波数は、第１の電圧Ｖ１の周波数と異なり、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、３０〜８０Ｈｚ（６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。本実施形態では、第２の電圧Ｖ２の周波数と、駆動部材１３１と１対の第２軸部１３６ａ，１３６ｂとで構成される第２振動系１３０のねじり共振周波数とが、異なるように調整されている。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２５ｋＨｚ程度とすることで、ディスプレイでの描画に適した周波数で、可動部１２１を軸線Ｘ１及び軸線Ｙ１のそれぞれの軸回りに回動させることができる。ただし、可動部１２１を軸線Ｘ１及び軸線Ｙ１のそれぞれの軸回りに回動させることができれば、第１の電圧Ｖ１の周波数、第２の電圧Ｖ２の周波数、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などは、特に限定されない。
【００８０】
また、第１振動系１２０のねじり共振周波数をｆ１とし、第２振動系１３０のねじり共振周波数をｆ２としたとき、ｆ１とｆ２とが、ｆ１＞ｆ２の関係を満たすことが好ましく、ｆ１≧１０・ｆ２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、可動部１２１を軸線Ｙ１回りに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、軸線Ｘ１回りに第２の電圧Ｖ２の周波数で回動させることができる。
【００８１】
このような第１の電圧発生部５１および第２の電圧発生部５２は、それぞれ、制御部７に接続され、この制御部７からの信号に基づき駆動する。第１の電圧発生部５１および第２の電圧発生部５２には、電圧重畳部５３が接続されている。この電圧重畳部５３は、コイル４２に電圧を印加するための加算器５３ａを備えている。加算器５３ａは、第１の電圧発生部５１から第１の電圧Ｖ１を受けるとともに、第２の電圧発生部５２から第２の電圧Ｖ２を受け、これらの電圧を重畳しコイル４２に印加するようになっている。
【００８２】
光スキャナー１００の可動部１２１は、このような駆動部１０４及び電圧印加部５０によって次のように回動する。コイル４２には、図１０Ａに示すような第１の電圧Ｖ１と、図１０Ｂに示すような第２の電圧Ｖ２とを電圧重畳部５３で重畳した電圧が印加される。
【００８３】
すると、第１の電圧Ｖ１によって、コイル４２の上側（可動部１２１側）がＮ極、下側がＳ極となる第１の磁界Ａ１と、コイル４２の上側がＳ極、下側がＮ極となる第２の磁界Ａ２とが、周期Ｔ１で発生する。これにより、第１の磁界Ａ１では、永久磁石１４１のＳ極である一端側がコイルに引きつけられ、Ｎ極である他端側がコイルから遠ざかる。第２の磁界Ａ２では、永久磁石１４１のＮ極である他端側がコイルに引きつけられ、Ｓ極である一端側がコイルから遠ざかる。
【００８４】
図６及び図８における平面視にて、永久磁石１４１の一端側（Ｓ極）は軸線Ｙ１に対して−Ｘ軸側に位置し、他端側（Ｎ極）は軸線Ｙ１に対して＋Ｘ軸側に位置している。換言すると、永久磁石１４１の一端側及び他端側は、軸線Ｙ１を挟むようにして駆動部材１３１に設けられている。また、第１振動系１２０のねじり共振周波数は、周波数調整部２２によって第１の電圧Ｖ１の周波数に調整されているので、第１振動系１２０には、第１の電圧Ｖ１の周波数が支配的に作用する。つまり、第２の電圧Ｖ２によって、可動部１２１が軸線Ｙ１回りに回動してしまうことを防止することができる。したがって、第１の電圧Ｖ１によって磁界Ａ１と磁界Ａ２とが交互に切り換わることで、第１軸部１２６ａ，１２６ｂを捩れ変形させつつ、可動部１２１が第１の電圧Ｖ１の周波数（２５ｋＨｚ）で軸線Ｙ１回りに回動する。
【００８５】
一方、第２の電圧Ｖ２によって、コイル４２の上側（可動部１２１側）がＮ極、下側がＳ極となる第１の磁界Ｂ１と、コイル４２の上側がＳ極、下側がＮ極となる第２の磁界Ｂ２とが、周期Ｔ２で発生する。これにより、第１の磁界Ｂ１では、永久磁石１４１のＳ極である一端側がコイルに引きつけられ、Ｎ極である他端側がコイルから遠ざかる。第２の磁界Ｂ２では、永久磁石１４１のＮ極である他端側がコイルに引きつけられ、Ｓ極である一端側がコイルから遠ざかる。
【００８６】
図６及び図８における平面視にて、永久磁石１４１の一端側（Ｓ極）は軸線Ｘ１に対して−Ｙ軸側に位置し、他端側（Ｎ極）は軸線Ｘ１に対して＋Ｙ軸側に位置している。換言すると、永久磁石１４１の一端側及び他端側は、軸線Ｘ１を挟むようにして駆動部材１３１に設けられている。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、第２振動系１３０のねじり共振周波数は、第１振動系１２０のねじり共振周波数よりも低く設計されている（例えば、第１振動系１２０のねじり共振周波数の１／１０以下）。つまり、第２の電圧Ｖ２において、第２振動系１３０は、第１振動系１２０よりも振動しやすいように設計されているので、第２振動系１３０には、第２の電圧Ｖ２の周波数が支配的に作用する。したがって、第２の電圧Ｖ２によって磁界Ｂ１と磁界Ｂ２とが交互に切り換わることで、第２軸部１３６ａ，１３６ｂを捩れ変形させつつ、可動部１２１が第２の電圧Ｖ２の周波数（６０Ｈｚ）で軸線Ｘ１回りに回動する。
【００８７】
以上により、光スキャナー１００は、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４２に印加することで、可動部１２１を軸線Ｙ１回りに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、軸線Ｘ１回りに第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、低コスト化および小型化を図りつつ、極めて円滑に、可動部１２１を軸線Ｘ１および軸線Ｙ１のそれぞれの軸回りに回動させることができる。
【００８８】
以上述べたように、本実施形態に係る光スキャナー１００によれば、以下の効果を得ることができる。
光スキャナー１００は、可動部１２１の反射面１１１と反対側の面に、第１軸部１２６ａ，１２６ｂの軸線Ｙ１回りに搖動する第１振動系１２０の有する固有振動モードの周波数を調整する周波数調整部２２を備えている。これにより、可動部１２１の表面積を拡大することなく、第１振動系１２０の固有振動モードの周波数を調整することが可能な光スキャナー１００を構成することができる。したがって、第１振動系１２０の固有振動モードの周波数を調整する機能を有する小型な光スキャナー１００を提供することができる。
【００８９】
また、第１振動系１２０の固有振動モードの周波数は、周波数調整部２２によって、可動部１２１を回動（搖動）させる駆動部１０４のコイル４２に印加される第１の電圧Ｖ１の周波数に調整されている。これにより、可動部１２１が軸線Ｙ１回りに回動する際の回動角を大きくすることができるので、光スキャナー１００を駆動させる消費電力を低減させることができる。
【００９０】
（画像表示装置）
図１１は、画像表示装置の概略構成を示す概略図である。
次に、光スキャナー１００を備えた画像表示装置２００について図１１を参照して説明する。なお、スクリーンＳの長手方向を「横方向」、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。
【００９１】
図１１に示すように、画像表示装置２００は、光スキャナー１００と、光スキャナー１００に対して光を照射する照射部９１等を備えている。本実施形態の照射部９１は、赤色光を照射する赤色光源９１１と、青色光を照射する青色光源９１２と、緑色光を照射する緑色光源９１３とを備えている。さらに、赤色光源９１１、青色光源９１２及び緑色光源９１３のそれぞれに対応してダイクロイックミラー９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃが配置されている。
【００９２】
各ダイクロイックミラー９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃは、赤色光源９１１、青色光源９１２、緑色光源９１３のそれぞれから照射された光を合成する光学素子である。このような画像表示装置２００は、図示しないホストコンピューターからの画像情報に基づいて、照射部９１（赤色光源９１１、青色光源９１２、緑色光源９１３）から照射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１００に照射される。そして、光スキャナー１００が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ように構成されている。
【００９３】
２次元走査の際、光スキャナー１００の可動部１２１のＹ軸（軸線Ｙ１）回りの回動により反射面１１１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１００の可動部１２１のＸ軸（軸線Ｘ１）回りの回動により反射面１１１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、本実施形態では、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１００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１００によって２次元的に走査された光を直接スクリーンＳに照射する構成であってもよい。
【００９４】
図１２は、携帯用画像表示装置の構成を示す概略図である。上記の画像表示装置２００は、例えば、携帯用画像表示装置３００に適用することができる。
携帯用画像表示装置３００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３１０と、ケーシング３１０内に内蔵された画像表示装置２００とを有している。この携帯用画像表示装置３００により、例えば、図示しないスクリーンや、デスク上等の所定の面に画像を表示することができる。また、携帯用画像表示装置３００は、所定の情報を表示するディスプレイ３２０、キーパット３３０、オーディオポート３４０、コントロールボタン３５０、カードスロット３６０、ＡＶポート３７０などを有している。なお、携帯用画像表示装置３００は、通話機能、ＧＳＰ受信機能などの他の機能を備えていてもよい。
【００９５】
（ヘッドアップディスプレイ）
図１３は、ヘッドアップディスプレイの概略構成を示す概略図である。
次に、光スキャナー１００を備えたヘッドアップディスプレイ４００について図１３を参照して説明する。
【００９６】
図１３に示すように、ヘッドアップディスプレイ４００は、上述の光スキャナー１００を備えた画像表示装置２００を搭載している。ヘッドアップディスプレイ４００では、自動車のフロントガラス４２０に画像を投射させるために、画像表示装置２００が自動車のダッシュボード内に構成されている。このヘッドアップディスプレイ４００により、フロントガラス４２０に、例えば、目的地までの案内表示４１０など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４００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。
【００９７】
（ヘッドマウントディスプレイ）
図１４は、ヘッドマウントディスプレイの概略構成を示す概略図である。
次に、光スキャナー１００を備えたヘッドマウントディスプレイ５００について図１４を参照して説明する。
【００９８】
図１４に示すように、ヘッドマウントディスプレイ５００は、上述の光スキャナー１００を備えた画像表示装置２００を搭載している。ヘッドマウントディスプレイ５００は、眼鏡５１０を備え、眼鏡５１０に画像表示装置２００が配置されている。そして、画像表示装置２００により、眼鏡５１０の本来レンズである部位に設けられた表示部５２０に、一方の目で視認される画像を表示する。
【００９９】
表示部５２０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５２０が透明な場合は、現実世界からの情報に画像表示装置２００からの情報を重ね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５００に、２つの画像表示装置２００を設け、両方の目で視認される画像を、２つの表示部５２０に表示するようにしてもよい。
【０１００】
（実施形態３）
図１５は、実施形態３に係る光スキャナーの構成を示す平面図である。図１６は、図１５におけるＣ−Ｃ線での断面図である。図１７は、可動部の裏面側を示す平面図である。図１５から図１７を参照して光スキャナー６００の構成について説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
【０１０１】
図１５から図１７に示すように、光スキャナー６００は、駆動部６０４を備えている。駆動部６０４は、一対の永久磁石６４１ａ，６４１ｂ及びコイル６４２を有し、可動部２１をムービングコイル型の電磁駆動方式によって回転駆動させる。
【０１０２】
一対の永久磁石６４１ａ，６４１ｂは、支持体３の側面に設けられている。具体的には、図１５及び図１６に示すように、一対の永久磁石６４１ａ，６４１ｂは、可動部２１の回転軸である軸線Ｘ１を介して互いに対向するとともに、コイル６４２を挟むように配置されている。そして、永久磁石６４１ａ，６４１ｂは、それぞれ異なる磁極同士が対向するように配置されている。本実施形態では、＋Ｙ軸方向に配置された永久磁石６４１ａのＳ極と、−Ｙ軸方向に配置された永久磁石６４１ｂのＮ極とが対向している。このような永久磁石６４１ａ，６４１ｂとしては、特に限定されず、例えば、ネオジウム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石などの、硬磁性体を着磁したものを好適に用いることができる。
【０１０３】
コイル６４２は、可動部２１に形成されている反射面１１と反対側の裏面（−Ｚ軸側の面）に設けられている。コイル６４２は、可動部２１の中心に対して環状に巻かれており、可動部２１の外縁に沿って配置されている。このコイル６４２は、図示しない電源に電気的に接続されており、コイル６４２に電圧が印加されることで、コイル６４２からＺ軸方向の磁束を有する磁界が発生する。コイル６４２には、電源から周期的に変化する電圧（交番電圧、間欠的な直流等）が印加されるようになっている。このようなコイル６４２としては、導電性を有するものであれば、特に限定されず、例えば、銅、アルミニウムなどの金属を好適に用いることができる。
【０１０４】
コイル６４２が設けられた可動部２１は、図示しない電源から印加される交番電圧によってコイル６４２に生じる磁界と、永久磁石６４１ａ，６４１ｂの磁界との相互作用によって、第１軸部２６ａ，２６ｂのねじれ変形を伴いながら、第１軸部２６ａ，２６ｂの軸線Ｘ１回りに回動（揺動）する。
【０１０５】
また、可動部２１の反射面１１と反対側の裏面（−Ｚ軸側の面）には、第１振動系２０の有する固有振動モードの周波数（ねじり共振周波数）をコイル６４２に印加される交番電圧の周波数に調整するための周波数調整部６２２が設けられている。本実施形態の可動部２１には、外縁に沿って上述のコイル６４２が設けられているため、周波数調整部６２２は、可動部２１の外縁を除く領域に設けられている。
【０１０６】
周波数調整部６２２は、複数設けられ、可動部２１の裏面から−Ｚ軸方向に突出する円柱状をなしている。さらに、周波数調整部６２２は、軸線Ｘ１から異なる距離に配置され、軸線Ｘ１に関して線対称に設けられている。第１振動系２０のねじり共振周波数は、複数設けられている周波数調整部６２２の数を削減することによって、交番電圧の周波数に調整されている。
【０１０７】
以上述べたように、本実施形態に係る光スキャナー６００によれば、以下の効果を得ることができる。
周波数調整部６２２は、可動部２１の外縁を除く領域に設けられている。これにより、可動部２１の外縁にコイル６４２を配置させられるので、光スキャナー６００をムービングコイル型の電磁駆動方式で駆動させることができる。また、第１振動系２０のねじり共振周波数は、周波数調整部６２２によってコイル６４２に印加される交番電圧の周波数に調整されているので、可動部２１が軸線Ｘ１回りに回動（搖動）する際の回動角が大きくなる。これにより、光スキャナー６００を駆動させるための消費電力を低減させることができる。
【０１０８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
【０１０９】
（変形例１）
図１８は、変形例１に係る光スキャナーにおける可動部の裏面側を示す平面図である。本変形例の光スキャナー７００は、可動部２１の裏面に設けられている周波数調整部７２２の配置位置が実施形態１と異なっている。
以下、変形例１に係る光スキャナー７００について図１８を参照して説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
【０１１０】
図１８に示すように、本変形例の光スキャナー７００は、可動部２１の裏面に第１振動系２０の有する固有振動モードの周波数を調整する複数の周波数調整部７２２を有している。周波数調整部７２２は、可動部２１の裏面から−Ｚ軸方向に突出する円柱状をなしている。周波数調整部７２２は、第１軸部２６ａ，２６ｂの軸線Ｘ１と交差する方向（Ｙ軸方向）において、軸線Ｘ１から異なる距離に配置され、軸線Ｘ１に関して線対称に設けられている。
【０１１１】
周波数調整部７２２は、可動部２１の外縁に沿った領域に設けられている。換言すると、直線Ｙ１上に設けられた周波数調整部７２２ａは、軸線Ｘ１から最も遠い距離に配置され、外縁に沿って直線Ｙ１から軸線Ｘ１に向かって順に設けられた周波数調整部７２２は、軸線Ｘ１からの距離が次第に近くなるように配置されていることになる。そして、光スキャナー７００の第１振動系２０のねじり共振周波数は、このように設けられた周波数調整部７２２の数を削減することで、コイル４２に印加される交番電圧の周波数に調整される。
【０１１２】
周波数調整部７２２は、軸線Ｘ１からの距離が異なる位置に設けられているため、削減する周波数調整部７２２の位置により第１振動系２０の慣性モーメントの減少量が異なる。したがって、周波数調整部７２２を削減する位置により、第１振動系２０のねじり共振周波数を交番電圧の周波数に、精度よく調整することができる。
【０１１３】
以上述べたように、本変形例に係る光スキャナー７００によれば、以下の効果を得ることができる。
光スキャナー７００は、可動部２１の外縁に沿った領域に設けられた周波数調整部７２２によって、第１振動系２０のねじり共振周波数がコイル４２に印加される交番電圧の周波数に調整されているので、可動部２１が軸線Ｘ１回りに回動（搖動）する際の回動角が大きくなる。これにより、光スキャナー７００を駆動させるための消費電力を低減させることができる。
【０１１４】
（変形例２）
図１９は、変形例２に係る光スキャナーにおける可動部の裏面側を示す平面図である。本変形例の光スキャナー８００の周波数調整部８２２は、変形例１における周波数調整部７２２の内周にも設けられている。以下、変形例２に係る光スキャナー８００について図１９を参照して説明する。なお、実施形態１及び変形例１と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。また、本変形例における周波数調整部８２２ａは、変形例１における周波数調整部７２２と同じであるので、その説明を省略する。
【０１１５】
図１９に示すように、本変形例の光スキャナー８００は、可動部２１の裏面に第１振動系２０の有する固有振動モードの周波数を調整する複数の周波数調整部８２２（８２２ａ，８２２ｂ）を有している。周波数調整部８２２ｂは、可動部２１の裏面から−Ｚ軸方向に突出する円柱状をなしている。周波数調整部８２２ｂは、第１軸部２６ａ，２６ｂの軸線Ｘ１と交差する方向（Ｙ軸方向）において、軸線Ｘ１から異なる距離に配置され、軸線Ｘ１に関して線対称に設けられている。
【０１１６】
周波数調整部８２２ｂは、周波数調整部８２２ａに沿って、その内側に設けられている。換言すると、周波数調整部８２２は、可動部２１の外縁に沿って２重に設けられている。周波数調整部８２２ａに沿って直線Ｙ１から軸線Ｘ１に向かって順に設けられた周波数調整部８２２ｂは、軸線Ｘ１からの距離が次第に近くなるように配置されていることになる。そして、光スキャナー８００の第１振動系２０のねじり共振周波数は、このように設けられた周波数調整部８２２の数を削減することで、コイル４２に印加される交番電圧の周波数に調整される。
【０１１７】
周波数調整部８２２ａ，８２２ｂは、軸線Ｘ１からの距離が異なる位置に複数設けられているため、削減する周波数調整部８２２ａ，８２２ｂの位置により、第１振動系２０の慣性モーメントの減少量が異なる。また、本変形例の周波数調整部８２２ａ，８２２ｂは、可動部２１の外縁に沿って２重に設けられているので、周波数調整部８２２を削減する位置により、第１振動系２０のねじり共振周波数を交番電圧の周波数に、さらに精度よく調整することができる。
【０１１８】
以上述べたように、本変形例に係る光スキャナー８００によれば、以下の効果を得ることができる。
光スキャナー８００は、可動部２１の外縁に沿って２重に設けられた周波数調整部８２２によって、第１振動系２０のねじり共振周波数がコイル４２に印加される交番電圧の周波数に高い精度で調整されているので、可動部２１が軸線Ｘ１回りに回動（搖動）する際の回動角がさらに大きくなる。これにより、光スキャナー８００を駆動させるための消費電力をさらに低減させることができる。
【０１１９】
（変形例３）
図２０は、変形例３に係る光スキャナーにおける可動部の裏面側を示す平面図である。本変形例の光スキャナー９００の周波数調整部９２２は、実施形態１においてリブ２３の形成されていた位置に設けられている。以下、変形例３に係る光スキャナー９００について図２０を参照して説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
【０１２０】
図２０に示すように、本変形例の光スキャナー９００は、可動部２１の裏面に第１振動系２０の有する固有振動モードの周波数を調整する複数の周波数調整部９２２を有している。周波数調整部９２２は、可動部２１の裏面から−Ｚ軸方向に突出する円柱状をなしている。周波数調整部９２２は、第１軸部２６ａ，２６ｂと可動部２１とが接続する可動部２１側の領域に設けられている。詳しくは、周波数調整部９２２は、実施形態１において扇型状のリブ２３の形成されていたリブ位置９２３の外周及び内部に複数配置されている。このように、可動部２１が搖動した際に応力が集中する領域に、複数の周波数調整部９２２を配置させることにより、可動部２１の撓みを抑制させ可動部２１を安定して動作させることができる。
【０１２１】
また、周波数調整部９２２は、第１軸部２６ａ，２６ｂの軸線Ｘ１と交差する方向（Ｙ軸方向）において、軸線Ｘ１から異なる距離に配置され、軸線Ｘ１に関して線対称に設けられている。これにより、第１振動系２０のねじり共振周波数を交番電圧の周波数に精度よく調整することができる。
【０１２２】
なお、本変形例は、上述した実施形態１から実施形態３及び変形例１、変形例２と組み合わせて実施してもよい。
【０１２３】
以上述べたように、本変形例に係る光スキャナー９００によれば、以下の効果を得ることができる。
光スキャナー９００は、可動部２１が搖動した際に応力が集中する領域（リブ位置９２３）に設けられた複数の周波数調整部９２２によって、可動部２１の撓みが抑制されるので、可動部２１の搖動（回動）を安定させることができる。
また、光スキャナー９００は、周波数調整部９２２によって、第１振動系２０のねじり共振周波数がコイル４２に印加される交番電圧の周波数に調整されているので、可動部２１が軸線Ｘ１回りに回動（搖動）する際の回動角が大きくなる。これにより、光スキャナー９００を駆動させるための消費電力を低減させることができる。
【符号の説明】
【０１２４】
１，１００，６００，７００，８００，９００…光スキャナー、２，１０２…基体、３…支持体、４，１０４，６０４…駆動部、７…制御部、１１，１１１…反射面、２０，１２０…第１振動系、２１，１２１…可動部、２２，６２２，７２２，８２２，９２２…周波数調整部、２３…リブ、２５…枠体部、２６ａ，２６ｂ，１２６ａ，１２６ｂ…第１軸部、２７ａ，２７ｂ…検出部、４１，１４１，６４１ａ，６４１ｂ…永久磁石、４２，６４２…コイル、５０…電圧印加部、５１…第１の電圧発生部、５２…第２の電圧発生部、５３…電圧重畳部、５３ａ…加算器、９１…照射部、１３０…第２振動系、１３１…駆動部材、１３６ａ，１３６ｂ…第２軸部、２００…画像表示装置、３００…携帯用画像表示装置、４００…ヘッドアップディスプレイ、５００…ヘッドマウントディスプレイ。
【図１】
2018072654.tif 000003
【図２】
2018072654.tif 000004
【図３】
2018072654.tif 000005
【図４】
2018072654.tif 000006
【図５】
2018072654.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018072654.tif 000009
【図８】
2018072654.tif 000010
【図９】
2018072654.tif 000011
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2018072654.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
2018072654.tif 000015
【図１３】
2018072654.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
2018072654.tif 000018
【図１６】
2018072654.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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