(57)【要約】【課題】拡幅部と狭幅部との境界位置での応力を低減することが可能な光スキャナ及びこの光スキャナを備えた画像表示装置を提供すること。【解決手段】光スキャナ１００は、ミラー１１０と、支持梁１２０と、外枠部１４０と、圧電駆動部１３０とを備える。支持梁１２０は、揺動軸線ＡＲ１に対して線対称に配置されるとともに揺動軸線ＡＲ１に沿って伸長する、一対の梁部１２２を含む。一対の梁部１２２の各々は、拡幅部１２２ａと、拡幅部１２２ａよりもミラー１１０側に位置し、幅が拡幅部１２２ａよりも狭い狭幅部１２２ｂとを有する。圧電駆動部１３０は、外枠部１４０の一部から拡幅部１２２ａに亘って形成される。拡幅部１２２ａと狭幅部１２２ｂとの境界位置から、狭幅部１２２ｂの長手方向における長さより小さい距離の位置までの範囲において、狭幅部１２２ｂは被覆部によって被覆される。【選択図】        図１
2011064731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を所定方向に走査するために揺動可能なミラーと、
前記ミラーの揺動軸線に対して線対称に配置されるとともに前記ミラーの揺動軸線に沿って伸長する一対の梁部を含み、前記ミラーから延出する支持梁と、
前記一対の梁部を介して前記支持梁が連結される外枠部と、
前記ミラー及び前記支持梁を揺動させるための圧電素子を含む圧電駆動部とを備え、
前記一対の梁部の各々は、
前記外枠部と前記一対の梁部との連結位置を起点として、前記外枠部の厚み方向及び前記一対の梁部の長手方向の両方向と直交する幅方向に拡幅される拡幅部と、
前記拡幅部よりも前記ミラー側に位置し、前記幅方向の幅が前記拡幅部よりも狭い狭幅部と、
前記拡幅部と狭幅部との境界位置から、前記狭幅部の長手方向における長さより小さい距離の位置までの範囲において、前記狭幅部を被覆する被覆部とを有し、
前記圧電素子は、前記外枠部の一部から前記拡幅部に亘って形成される、
ことを特徴とする光スキャナ。
【請求項２】
前記被覆部は、前記狭幅部を連続的に被覆する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
【請求項３】
前記被覆部は、前記境界位置から前記狭幅部の長手方向における長さの１／１０〜１／５の距離の位置までの範囲に亘って、前記狭幅部を被覆する、
ことを特徴とする請求項２に記載の光スキャナ。
【請求項４】
前記圧電素子はさらに、前記拡幅部から前記狭幅部に亘っても形成され、
前記被覆部は、前記狭幅部に形成された前記圧電素子である、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光スキャナ。
【請求項５】
光を走査して画像を形成するための、請求項１〜４の何れか１項に記載の光スキャナと、
その光スキャナに光を供給するための光源と、
前記光スキャナによって走査された光を使用者の目に導く接眼光学系とを備える、
ことを特徴する画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザープリンタや画像表示装置に用いられる光スキャナ、特にＭＥＭＳミラーを有する光スキャナ及びこの光スキャナを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザープリンタや光を走査して画像を表示する画像表示装置等には、光スキャナが利用されてきた。一般に、この光スキャナとしては、ポリゴンミラーを用いるものやガルバノミラー、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを用いるものが存在する。特に、ＭＥＭＳミラーを用いた光スキャナは、光の反射面が一面だけで良く、またミラー、トーションバー、支持枠を一体加工できるので、ポリゴンミラー及びガルバノミラーを用いた光スキャナに対し小型化、軽量化が可能になる。
【０００３】
ＭＥＭＳミラーを用いた光スキャナ（以下、光スキャナと表記する）の機械的構造に関する発明が、今日までに多く出願されている。その一例として、特許文献１に記載された光スキャナを図１１に示す。光スキャナ５００は、基体５１０と台座５２０とに分けられる。基体５１０の中心には、ミラー５１１が位置する。ミラー５１１は一対の第１弾性梁５１２によって両持支持される。一対の第１弾性梁５１２は、二股に分かれた第２弾性梁５１３に夫々接続される。第２弾性梁５１３は、外枠部５１４に接続される。ミラー５１１、第１弾性梁５１２及び第２弾性梁５１３を揺動させるための圧電駆動部５３０は、第２弾性梁５１３の上面から外枠部５１４に亘り形成される。台座５２０は、外枠部５１４と接合部５２１とが固定されるようにして、基体５１０の下に設けられる。
【０００４】
光スキャナ５００の動作を説明する。圧電駆動部５３０に含まれる圧電素子は、電圧が印加されることで分極する。圧電素子の分極によって、圧電駆動部５３０は、第２弾性梁５１３の長手方向へ伸び、または縮む。圧電駆動部５３０は第２弾性梁５１３及び外枠部５１４に固定されているので、圧電駆動部５３０の伸縮は、第２弾性梁５１３が基体５１０の厚み方向に変形する撓み変形に変換される。即ち、圧電駆動部５３０は、ユニモルフとして働く。第２弾性梁５１３の撓み変形は、第１弾性梁５１２と第２弾性梁５１３との連結位置を介して、第１弾性梁５１２及びミラー５１１を揺動させるための回転トルクに変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−５７５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば光スキャナが画像表示装置に用いられる場合、表示画像の画角はミラーの変位量に依存する。従って、大きな画像や精緻な画像を表示するためには、ミラーの変位量は大きいほど望ましい。ミラーの変位量を大きくするためには、第２弾性梁５１３及び圧電駆動部５３０を幅広に構成することで、圧電駆動部５３０がミラーを変位させるための駆動力を大きくする方法が考えられる。しかし、第２弾性梁５１３及び圧電駆動部５３０の幅を広くすることによって、第２弾性梁５１３の剛性が増加する。剛性の増加の結果、圧電駆動部５３０の駆動電圧も同時に増大するので、第２弾性梁５１３及び圧電駆動部５３０を幅広に構成する方法は、省電力の観点から望ましくない。
【０００７】
本出願人は、圧電駆動部の駆動電圧を抑えつつミラーの変位量を大きくする目的で、様々な光スキャナの構造を検討した。その結果、本出願人は、圧電駆動部の駆動電圧を抑えつつミラーの変位量を大きくするために有用な構造を発案した。以下、図１２を用いて、その構造を有する光スキャナ６００について説明する。ミラー６１０に接続される支持梁６２０は、第１弾性梁６２１、二股に分かれた第２弾性梁６２２及び第１弾性梁６２１と第２弾性梁６２２とを結合する梁結合部６２３を含む。第２弾性梁６２２は、拡幅部６２２ａと、狭幅部６２２ｂとを含む。拡幅部６２２ａは、外枠部６４０と第２弾性梁６２２との連結位置を起点として、第２弾性梁６２２の途中まで伸長する幅広の領域である。狭幅部６２２ｂは、その拡幅部６２２ａよりもミラー６１０側に位置し、拡幅部６２２ａよりも幅狭の領域である。この拡幅部６２２ａが設けられることで、圧電駆動部６３０の駆動電圧を抑えつつミラー６１０の変位量が大きくなる。
【０００８】
拡幅部６２２ａは、圧電駆動部６３０の駆動電圧を抑えつつミラー６１０の変位量を大きくすることに寄与する。しかし一方で、拡幅部６２２ａが設けられることで、応力が集中する箇所が第２弾性梁６２２に生じる。特に、拡幅部６２２ａと狭幅部６２２ｂとの境界位置に、応力が集中する。集中する応力の値は小さく、光スキャナ６００の破損に繋がる程ではない。しかし、ミラーの変位量をさらに大きくする等の場合を考えると、この集中した応力は低減されるのが望ましい。
【０００９】
本発明は、前記した境界位置での応力を低減することが可能な光スキャナ及びこの光スキャナを備えた画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明を反映した第１の課題解決手段は、入射した光を所定方向に走査するために揺動可能なミラーと、前記ミラーの揺動軸線に対して線対称に配置されるとともに前記ミラーの揺動軸線に沿って伸長する一対の梁部を含み、前記ミラーから延出する支持梁と、前記一対の梁部を介して前記支持梁が連結される外枠部と、前記ミラー及び前記支持梁を揺動させるための圧電素子を含む圧電駆動部とを備え、前記一対の梁部の各々は、前記外枠部と前記一対の梁部との連結位置を起点として、前記外枠部の厚み方向及び前記一対の梁部の長手方向の両方向と直交する幅方向に拡幅される拡幅部と、前記拡幅部よりも前記ミラー側に位置し、前記幅方向の幅が前記拡幅部よりも狭い狭幅部と、前記拡幅部と狭幅部との境界位置から、前記狭幅部の長手方向における長さより小さい距離の位置までの範囲において、前記狭幅部を被覆する被覆部とを有し、前記圧電素子は、前記外枠部の一部から前記拡幅部に亘って形成される、ことを特徴とする。
【００１１】
尚、被覆部は、前記拡幅部と狭幅部との境界位置から前記狭幅部の長手方向における所定の位置までの範囲において、前記狭幅部の上面を必ずしも連続的に被覆しなくても良い。少なくとも、前記拡幅部と狭幅部との境界位置と前記狭幅部の長手方向における所定の位置との両方が被覆部によって被覆されていれば良い。即ち、前記拡幅部と狭幅部との境界位置から前記狭幅部の長手方向における所定の位置までの間に被覆部によって被覆されない箇所が存在するような構成も、本発明の範囲に含まれる。
【００１２】
本発明を反映した第２の課題解決手段は、第１の課題解決手段において、前記被覆部は、前記狭幅部を連続的に被覆する、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明を反映した第３の課題解決手段は、第２の課題解決手段において、前記被覆部は、前記境界位置から前記狭幅部の長手方向における長さの１／１０〜１／５の距離の位置までの範囲に亘って、前記狭幅部を被覆する、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明を反映した第４の課題解決手段は、第１〜第３の何れか１つの課題解決手段において、前記圧電素子はさらに、前記拡幅部から前記狭幅部に亘っても形成され、前記被覆部は、前記狭幅部に形成された前記圧電素子である、ことを特徴とする。
【００１５】
尚、請求項１〜４の何れか１項に記載の発明は、以下の様な具体的な様態を取ることもできる。即ち、前記支持梁は、前記一対の梁部が結合される梁結合部と、揺動軸線上に配置され、前記梁結合部と前記ミラーとを連結するミラー連結梁と、を有しても良い。この構成に加え、さらに、前記支持梁は、前記ミラーを両持支持するために一対備えられても良い。
【００１６】
本発明を反映した第５の課題解決手段は、光を走査して画像を形成するための、第１〜第４の何れか１つの課題解決手段に記載の光スキャナと、その光スキャナに光を供給するための光源と、前記光スキャナによって走査された光を使用者の目に導く接眼光学系とを備える、ことを特徴する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明では、一対の梁部が、拡幅部と狭幅部とを有する。拡幅部の剛性は狭幅部の剛性よりも高いので、ミラー及び支持梁が揺動する場合、狭幅部は拡幅部よりも大きく変形する。その結果、拡幅部と狭幅部との境界位置に応力が集中する。被覆部は、この境界位置から狭幅部の長手方向における所定の位置までの範囲において、狭幅部を被覆する。従って、前記境界位置における応力が低減される。
【００１８】
請求項２に記載の発明では、被覆部が、狭幅部を連続的に被覆する。被覆部が狭幅部に形成される際に複雑な形状のマスク等が不要になるので、被覆部の形成が容易になる。
【００１９】
請求項３に記載の発明では、被覆部が、前記境界位置から狭幅部の長手方向における前記境界位置から１／１０〜１／５の距離の位置までに亘って、狭幅部を被覆する。従って、後記する図４より明らかに、前記境界位置での応力がさらに低減される。
【００２０】
請求項４に記載の発明では、被覆部は、狭幅部に形成された圧電素子である。駆動部に含まれる圧電素子を被覆部として利用することで、圧電素子を形成する工程にて被覆部も同時に形成することが可能となり、光スキャナの製造が容易になる。
【００２１】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光スキャナが画像表示装置に用いられる。拡幅部と狭幅部との境界での応力が低減される光スキャナが用いられることで、省電力かつ信頼性の高い画像表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る、光スキャナ１００の平面図。
【図２】上記第１の実施形態に係る、光スキャナ１００の製造過程を説明する概略図。
【図３】上記第１の実施形態に係る、光スキャナ１００の支持梁１２０近辺を拡大した図。
【図４】上記第１の実施形態に係る、狭幅部１２２ａにおける被覆位置と境界位置Ｐ１での応力との関係を示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る、被覆素材の種類と境界位置Ｐ１での応力との関係を示す図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る、光スキャナ１００の支持梁１２０近辺を拡大した図。
【図７】上記第３の実施形態に係る、中切れ被覆の場合における境界位置Ｐ１での応力を示す図。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る、画像表示装置１の全体構成について説明する図。
【図９】参考例に係る、カンチレバー３００の平面図。
【図１０】上記参考例に係る、カンチレバー３００の揺動部３０１における被覆位置と、境界位置Ｐ３での応力との関係を示す図。
【図１１】特許文献１における従来の光スキャナの一例を示した図。
【図１２】拡幅部及び狭幅部を有する光スキャナの一例を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜第１の実施形態＞
［光スキャナ１００の構成］
図１は、本発明第１の実施形態に係る光スキャナ１００の平面図である。ｙ方向は、光スキャナ１００の揺動軸線ＡＲ１に平行な方向である。ｘ方向は、図１における紙面垂直方向である光スキャナ１００の厚み方向及びｙ方向に直交する方向である。光スキャナ１００の外形は、ミラー１１０、支持梁１２０及び外枠部１４０で構成される。また、光スキャナ１００には、揺動軸線ＡＲ１を中心軸としてミラー１１０及び支持梁１２０を揺動させるための、圧電駆動部１３０が設けられる。尚、光スキャナ１００は、図示しない台座に固定される。以下、図１を用いて、光スキャナ１００の個々の構成要素について説明を行う。
【００２４】
ミラー１１０は、入射した光を所定方向に走査するために、揺動軸線ＡＲ１を中心として揺動可能に構成される。ミラー１１０は、平面視で略円形に形成される。ミラー１１０は、重心位置が揺動軸線ＡＲ１上に位置するように、光スキャナ１００の中心に支持梁１２０によって保持される。
【００２５】
支持梁１２０は、ミラー１１０を両持ち支持するために、一対を相対するようにしてミラー１１０の両側から延出する。支持梁１２０は、第１弾性梁１２１、第２弾性梁１２２及び梁結合部１２３を含む。ｙ方向に平行に延設される第１弾性梁１２１は、揺動軸線ＡＲ１を含むようにしてミラー１１０に夫々連結される。梁結合部１２３は、第１弾性梁１２１に対して直交するように連結される。梁結合部１２３は、揺動軸線ＡＲ１に対して線対称になるように、ｘ方向に平行に延設される。第２弾性梁１２２は、揺動軸線ＡＲ１に対して線対称になるように、揺動軸線ＡＲ１の両側に一対設けられる。第２弾性梁１２２は、ｙ方向に平行に延設される。第２弾性梁１２２は、一端において外枠部１４０に連結され、他端において梁結合部１２３に連結される。
【００２６】
第２弾性梁１２２は、拡幅部１２２ａと、狭幅部１２２ｂとを含む。拡幅部１２２ａは、外枠部１４０と第２弾性梁１２２との連結位置から第２弾性梁１２２の途中まで延設される、拡幅された領域である。狭幅部１２２ｂは、その拡幅部１２２ａよりもミラー１１０側に位置する。狭幅部１２２ｂのｘ方向の幅は、拡幅部１２２ａのｘ方向の幅よりも狭い。拡幅部１２２ａのｘ方向の幅は、具体的には、狭幅部１２２ｂよりも揺動軸線ＡＲ１から離間する方向に広がっている。そして、狭幅部１２２ｂのｙ方向に平行且つ揺動軸線ＡＲ１に近い側の辺と、拡幅部１２２ａのｙ方向に平行且つ揺動軸線ＡＲ１に近い側の辺とは、同一直線上に位置する。拡幅部１２２ａが設けられることで、圧電駆動部１３０に印加される駆動電圧を抑えつつ、ミラー１１０の変位量を向上することができる。
【００２７】
外枠部１４０は、ミラー１１０及び支持梁１２０の周囲に、四角環状に配置される。即ち、外枠部１４０は、ｙ方向に平行な一対の帯状部と、ｘ方向に平行な一対の帯状部とで構成される。
【００２８】
圧電駆動部１３０は、ミラー１１０及び支持梁１２０を揺動駆動させる。具体的には、圧電駆動部１３０は、外枠部１４０の一部から拡幅部１２２ａを介して狭幅部１２２ｂに亘って連続的に形成される。換言すれば、拡幅部１２２ａの略全面は圧電駆動部１３０によって被覆され、狭幅部１２２ｂの一部は圧電駆動部１３０によって被覆される。圧電駆動部１３０は、後記する図２に示される様に、下部電極１３１、圧電素子１３２及び上部電極１３３を含む。
【００２９】
光スキャナ１００の作用を説明する。まず、下部電極１３１と上部電極１３３との間に電圧が周期的に印加されることにより、圧電素子１３２は分極してｙ方向に伸び、または縮む。圧電駆動部１３０が拡幅部１２２ａ及び外枠部１４０に固定されているので、圧電素子１３２のｙ方向の伸縮は、第２弾性梁１２２の光スキャナ１００の厚み方向への撓み変形に変換される。この第２弾性梁１２２の撓み変形は、梁結合部１２３を介して第１弾性梁１２１及びミラー１１０を揺動させるための回転トルクに変換される。第１弾性梁１２１及びミラー１１０が揺動されることによって、光スキャナ１００は、ミラー１１０に入射した光を所定方向に走査することができる。
【００３０】
［光スキャナ１００の製造方法］
図２は、光スキャナ１００の製造方法を説明する図である。まず、厚さ約３０μｍ〜２００μｍの薄長矩形のシリコン基材上において、ミラー１１０、支持梁１２０及び外枠部１４０に対応する部分に、マスキングのためのレジスト膜が形成される。その後、シリコン基材はエッチングされる。エッチングによって、シリコン基材においてレジスト膜が形成されている部分が、ミラー１１０、支持梁１２０及び外枠部１４０として形成される。最後に、レジスト膜が除去されることによって、図２（ａ）に示されるように、光スキャナ１００の外形が形成される。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示されるように、下部電極１３１が、切り抜かれたシリコン基材の上に形成される。具体的には、下部電極１３１は、外枠部１４０の一部から拡幅部１２２ａの略全面に亘って、白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）等を０．２μｍ〜０．６μｍの厚さで堆積することで形成される。この堆積には、例えばスパッタや蒸着等の製膜方法が用いられる。
【００３２】
次に、図２（ｃ）に示されるように、圧電素子１３２が、下部電極１３１の上に形成される。具体的には、圧電素子１３２は、外枠部１４０の一部から拡幅部１２２ａを介して狭幅部１２２ｂに亘って、圧電素材を１μｍ〜３μｍの厚さで堆積することで形成される。換言すれば、外枠部１４０の一部及び拡幅部１２２ａの略全面には、下部電極１３１上に圧電素子１３２が形成され、狭幅部１２２ｂ上には、直接圧電素子１３２が形成される。圧電素子１３２の堆積には、例えばナノサイズの微粒子を吹付けることによって成膜を行うエアロゾルデポジション法（例えば、特開２００７−３１７３７号公報を参照）等の製膜方法が用いられる。本実施形態では、圧電素子１３２として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられる。
【００３３】
最後に、図２（ｄ）に示されるように、上部電極１３３が、圧電素子１３２の上に形成される。具体的には、上部電極１３３は、拡幅部１２２ａの上面から外枠部１４０に亘り、圧電素子１３２の上に白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）等を０．２μｍ〜０．６μｍの厚さで堆積することで形成される。この堆積には、下部電極１３１の場合と同様に、スパッタや蒸着等の製膜方法が用いられる。
【００３４】
[シミュレーションデータの説明]
本実施形態においては、拡幅部１２２ａと狭幅部１２２ｂとの境界位置Ｐ１（図３参照）から、狭幅部１２２ｂのｙ方向の長さより小さい距離の位置までの範囲において、狭幅部１２２ｂが圧電素子１３２によって被覆される。この被覆によって、境界位置Ｐ１において発生する応力は、被覆されない場合よりも低減される。ここでは、狭幅部１２２ｂにおける圧電駆動部１３０の被覆位置と、応力低減の度合との関係を調べる。
【００３５】
図３は、光スキャナ１００のミラー支持梁１２０近辺を拡大した図である。図３において、圧電駆動部１３０の内、境界位置Ｐ１から狭幅部１２２ｂのｙ方向の長さより小さい距離の位置までを被覆する領域は、被覆部１３０ａと表記される。被覆部１３０ａのｙ方向の長さ、即ち境界位置Ｐ１から被覆部１３０ａのミラー１１０側の端部までのｙ方向の距離は、長さＬ１と表記される。狭幅部１２２ｂのｙ方向の長さは、長さＬ２と表記される。今、距離Ｌ１を変化させて、境界位置Ｐ１における応力の変化をシミュレーションによって調べる。尚、本実施形態の光スキャナ１００において、具体的な一例として、距離Ｌ２は１０４５μｍである。
【００３６】
図４（ａ）は、距離Ｌ１を変化させて、境界位置Ｐ１での応力の値をシミュレーションによって調べた結果を示す図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の結果をグラフにした図である。図４（ｂ）において、縦軸は境界位置Ｐ１における応力の値を、横軸は距離Ｌ１を距離Ｌ２で除した値をそれぞれ意味する。Ｌ１／Ｌ２の値が「０」に等しい場合は、Ｌ１の値が「０」、即ち被覆部１３０ａが境界位置Ｐ１からミラー１１０側に向かって伸びていない状態に相当する。換言すれば、被覆部１３０ａが設けられない状態である。Ｌ１／Ｌ２の値が負の場合は、Ｌ１の値が負、即ち被覆部１３０ａが存在せず、さらに圧電駆動部１３０のミラー１１０側の端部が境界位置Ｐ１よりも外枠部１４０側に位置する状態に相当する。図４より明らかに、被覆部１３０ａが設けられることによって、境界位置Ｐ１での応力が、被覆部１３０ａが設けられない場合に比べて低減される。より詳細には、境界位置Ｐ１での応力は、Ｌ１／Ｌ２が「０」より大きい場合、即ち少しなりとも被覆部１３０ａが設けられる場合、激減する。Ｌ１／Ｌ２の値が１０％〜２０％の場合、境界位置Ｐ１での応力は最小値を示す。そして、Ｌ１／Ｌ２の値が２０％以上の場合、Ｌ１／Ｌ２の値が大きくなるに従って、境界位置Ｐ１における応力も上昇する。
【００３７】
＜第２の実施形態＞
[シミュレーションデータの説明]
前記した第１の実施形態において、被覆部１３０ａは、狭幅部１２２ｂ上に形成された圧電駆動部１３０の一部である。本実施形態では、被覆部１３０ａを構成する被覆素材を変化させて、境界位置Ｐ１での応力をシミュレーションによって調べる。換言すれば、本実施形態において、圧電駆動部１３０は外枠部１４０の一部及び拡幅部１２２ａの略全面に形成され、被覆部１３０ａは圧電駆動部１３０に含まれる圧電素子１３２とは別種の素材を用いて狭幅部１２２ｂ上に形成される。尚、被覆部１３０ａは、圧電素子１３２と同様に、例えばエアロゾルデポジション法を用いて形成可能である。
【００３８】
図５は、被覆部１３０ａを構成する被覆素材を変化させて、境界位置Ｐ１での応力をシミュレーションによって調べた結果を示す図である。本実施形態において、Ｌ１／Ｌ２の値は、２０．６％に固定される。このＬ１／Ｌ２の値は、被覆部１３０ａのｙ方向の長さに換算すると、２１５μｍに相当する。本実施形態において、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が、被覆部１３０ａを構成する被覆素材として用いられる。尚、ＰＺＴが被覆部１３０ａとして用いられた場合、即ち第１の実施形態の場合の値も、参考として示される。図５より明らかに、ＰＺＴ以外の被覆素材を用いて被覆部１３０ａが形成されても、ＰＺＴが用いられる場合と同等の応力低減効果が得られる。詳細には、金、白金及びアルミナを用いて被覆部１３０ａが形成された場合、境界位置Ｐ１での応力は、それぞれ４０９．３ＭＰａ、４０４．９ＭＰａ及び４０６．５ＭＰａであった。一方、ＰＺＴを用いて被覆部１３０ａが形成された場合、境界位置Ｐ１での応力は、４１３．９ＭＰａであった。即ち、金、白金及びアルミナが用いられる場合の方が、ＰＺＴが用いられる場合よりも、境界位置Ｐ１での応力が若干小さくなる。尚、図５には、各被覆素材の物性値、具体的にはヤング率［ＧＰａ］、密度［ｇ  ｃｍ−３］及びポアゾン比が示される。全ての物性値において、ＰＺＴより大きい物性値を示す被覆素材と小さい物性値を示す被覆素材との両方が存在する。図５からは、被覆素材の物性値と境界位置Ｐ１での応力との間に相関関係は見られない。
【００３９】
＜第３の実施形態＞
［光スキャナ１００の構成］
図６は、第３の実施形態に係る光スキャナ２００の、ミラー支持梁１２０近辺を拡大した図である。光スキャナ２００は、断続被覆部２３０ｂが存在する点において、光スキャナ１００と相違する。光スキャナ２００における光スキャナ１００との共通の構成要素は、同一の図番を振ることで、説明が省略される。
【００４０】
圧電駆動部２３０は、外枠部１４０の一部から拡幅部１２２ａを介して狭幅部１２２ｂに亘って連続的に形成される。圧電駆動部２３０の内、境界位置Ｐ２から狭幅部１２２ａのｙ方向の長さより小さい距離の位置までを被覆する領域は、被覆部２３０ａと表記される。断続被覆部２３０ｂは、狭幅部１２２ｂの一部を断続的に被覆する。即ち、断続被覆部２３０ｂは、被覆部２３０ａから所定距離ｙ方向正側に離間した位置に設けられる。図５において、被覆部２３０ａのｙ方向の長さは、長さＬ３と表記される。境界位置Ｐ２から断続被覆部２３０ｂの外枠部１４０側の端部までのｙ方向の距離は、長さＬ４と表記される。境界位置Ｐ２から断続被覆部２３０ｂのミラー１１０側の端部までのｙ方向の距離は、長さＬ５と表記される。狭幅部１２２ｂのｙ方向の長さは、長さＬ６と表記される。尚、光スキャナ１００における距離Ｌ２と同様に、具体的な一例として、距離Ｌ６は１０４５μｍである。
【００４１】
[シミュレーションデータの説明]
図７は、断続被覆部２３０ｂが設けられる場合における、境界位置Ｐ２での応力をシミュレーションによって調べた結果を示す図である。本実施形態において、Ｌ３／Ｌ６の値は２０．６％に、Ｌ４／Ｌ６の値は３０．１％に、Ｌ５／Ｌ６の値は７１．８％にそれぞれ固定される。具体的な一例として、ｙ方向の長さに換算すると、Ｌ３は２１５μｍ、Ｌ４は３１５μｍ、Ｌ５は７５０μｍである。断続被覆部２３０ｂが設けられる場合、境界位置Ｐ２での応力は４２４．３ＭＰａであった。参考までに、断続被覆部２３０ｂが設けられない場合、即ち図４に示される第１の実施形態の場合、Ｌ１／Ｌ２が２０．６％のときの境界位置Ｐ１での応力は４１３．９ＭＰａであり、Ｌ１／Ｌ２が７１．８％のときの境界位置Ｐ１での応力は４３０．８ＭＰａである。結論として、断続被覆部２３０ｂが設けられる場合、換言すれば狭幅部１２２ｂの一部が断続的に被覆される場合でも、応力低減効果が得られる。
【００４２】
＜第４の実施形態＞
前記した第１〜第３の実施形態における光スキャナ１００，２００は、画像を形成するために光を走査する構成として、画像表示装置１に用いることが可能である。図８は、画像表示装置１の全体構成について説明する図である。画像表示装置１は、観察者の瞳孔５２に入射した光束を用いて網膜５４上に画像を投影することによって、観察者に虚像を視認させる装置である。この装置は、網膜走査型ディスプレイともいわれる。
【００４３】
画像表示装置１は、光束生成手段２、光ファイバ１９、コリメート光学系２０、水平走査ドライバ６１、光スキャナ１００、第１リレー光学系２２、垂直走査ドライバ６２、垂直走査スキャナ２３及び第２リレー光学系２４を備える。光束生成手段２は、映像信号処理回路３、光源部３０及び光合波部４０で構成される。尚、光スキャナ１００の代わりに、光スキャナ２００が用いられても差し支えない。映像信号処理回路３は、外部から供給される映像信号に基づいて、画像を形成するためのＢ信号、Ｇ信号、Ｒ信号、水平同期信号及び垂直同期信号を発生する。
【００４４】
光源部３０は、Ｂレーザドライバ３１、Ｇレーザドライバ３２、Ｒレーザドライバ３３、Ｂレーザ３４、Ｇレーザ３５及びＲレーザ３６を備える。Ｂレーザドライバ３１は、映像信号処理回路３からのＢ信号に応じた強度の青色の光束を発生させるように、Ｂレーザ３４を駆動する。Ｇレーザドライバ３２は、映像信号処理回路３からのＧ信号に応じた強度の緑色の光束を発生させるように、Ｇレーザ３５を駆動する。Ｒレーザドライバ３３は、映像信号処理回路３からのＲ信号に応じた強度の赤色の光束を発生させるように、Ｒレーザ３６を駆動する。Ｂレーザ３４，Ｇレーザ３５及びＲレーザ３６は、例えば半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザを用いて構成できる。
【００４５】
光合波部４０は、コリメート光学系４１，４２，４３と、このコリメートされたレーザ光を合波するためのダイクロイックミラー４４，４５，４６と、合波されたレーザ光を光ファイバ１９に導く集光光学系４７とを備える。Ｂレーザ３４から出射した青色レーザ光は、コリメート光学系４１によって平行光化される。平行光化された青色レーザ光は、ダイクロイックミラー４４に入射する。Ｇレーザ３５から出射した緑色レーザ光は、コリメート光学系４２によって平行光化される。平行光化された緑色レーザ光は、ダイクロイックミラー４５に入射する。Ｒレーザ３６から出射した赤色レーザ光は、コリメート光学系４３によって平行光化される。平行光化された赤色レーザ光は、ダイクロイックミラー４６に入射する。ダイクロイックミラー４４，４５，４６にそれぞれ入射した青色、緑色及び赤色レーザ光は、波長選択的に反射または透過されて１本の光束として合波され、集光光学系４７に達する。合波されたレーザ光は、集光光学系４７によって集光され、光ファイバ１９へ入射する。
【００４６】
光ファイバ１９から出射したレーザ光は、コリメート光学系２０によって平行光化される。平行光化されたレーザ光は、光スキャナ１００に入射する。光スキャナ１００は、水平走査ドライバ６１によって映像信号処理回路３からの水平同期信号に応じた揺動駆動を行うことで、レーザ光を水平方向に走査された１次元走査光に変換する。１次元走査光は、第１リレー光学系２２を介して、垂直走査スキャナ２３に平行光線として入射する。このとき、第１リレー光学系２２によって、垂直走査スキャナ２３の位置に光学瞳が形成される。垂直走査スキャナ２３は、垂直走査ドライバ６２によって映像信号処理回路３からの垂直同期信号に応じた揺動駆動を行うことで、１次元走査光を水平方向及び垂直方向に走査された２次元走査光に変換する。２次元走査光は、第２リレー光学系２４を介して、観測者の瞳孔５２に平行光線として入射する。即ち、画像が観測者に提示される。このとき、第２リレー光学系２４によって、観測者の瞳孔５２と垂直走査スキャナ２３の位置にある光学瞳とが共役となる。
【００４７】
＜参考例＞
前記した実施形態において、被覆部が設けられることによって、拡幅部と狭幅部との境界位置での応力が低減される。この応力低減効果は、前記した光スキャナ１００，２００の外形においてのみ有効なのではなく、他の光スキャナ形状においても適用可能である。ここでは、梁の両端の一方が固定され、他方が自由端である片持ち梁、所謂カンチレバーを用いたシミュレーションの説明を行うことで、本発明が他の光スキャナ形状においても適用可能であることを説明する。
【００４８】
［カンチレバーの構成］
図９は、カンチレバー３００の平面図である。カンチレバー３００は、揺動部３０１と、固定部３０２と、圧電駆動部３３０とを備える。揺動部３０１は、圧電駆動部３３０によって、図９における紙面垂直方向に揺動される。揺動部３０１の平面視は、略矩形である。揺動部３０１の長手方向は、固定部３０２から離間する方向に沿う。揺動部３０１の一端は固定部３０２に接続され、他端は自由端となっている。揺動部３０１が接続される固定部３０２は、揺動部３０１に対して十分大きな構造となっている。そのため、揺動部３０１が揺動される際に、固定部３０２は動かない。圧電駆動部３３０は、揺動部３０１を揺動駆動させる。具体的には、圧電駆動部３３０は、固定部３０２から揺動部３０１の一部に亘って連続的に形成される。尚、圧電駆動部３３０は、非図示の下部電極、圧電素子及び上部電極を含む。
【００４９】
[シミュレーションデータの説明]
圧電駆動部３３０によって被覆された揺動部３０１の一部領域の、揺動部３０１の長手方向における距離は、距離Ｌａと表記される。また、揺動部３０１の長手方向の長さは、距離Ｌｂと表記される。今、距離Ｌａを変化させて、境界位置Ｐ３における応力の変化をシミュレーションによって調べる。
【００５０】
図１０は、カンチレバー３００の揺動部３０１における被覆位置と、境界位置Ｐ３での応力との関係を示す図である。図１０において、縦軸は境界位置Ｐ３における曲げ及び捩れ応力の値を、横軸は距離Ｌａを距離Ｌｂで除した値をそれぞれ示す。Ｌａ／Ｌｂの値が「０」に等しい場合、即ちＬａが「０」に等しい場合は、圧電駆動部３３０が揺動部３０１を被覆せず、固定部３０２のみに設けられる状態に相当する。Ｌａ／Ｌｂの値が負の場合、圧電駆動部３３０が、揺動部３０１の長手方向において、境界位置Ｐ３よりも揺動部３０１から離間している状態を意味する。図１０より明らかに、揺動部３０１の一部が圧電駆動部３３０によって被覆されることによって、境界位置Ｐ３での応力が、被覆されない場合に比べて低減される。より詳細には、境界位置Ｐ３での応力は、Ｌａ／Ｌｂが「０」より大きい場合に激減する。特に、Ｌａ／Ｌｂの値が１０％〜２０％辺りの場合、境界位置Ｐ３での応力は最小値を示す。そして、Ｌａ／Ｌｂの値が２０％以上の場合、Ｌａ／Ｌｂの値が大きくなるに従って、境界位置Ｐ３における応力も上昇する。
【００５１】
第１の実施形態における光スキャナ１００と、本参考例におけるカンチレバー３００との共通点は、梁の長手方向に直交する方向の幅が変化する領域、具体的には幅の広い領域から幅の狭い領域の所定の位置までの範囲において、被覆されている点である。具体的には、第１の実施形態においては、幅の広い領域である拡幅部１２２ａから幅の狭い領域である狭幅部１２２ｂの一部までに亘って、圧電駆動部１３０が設けられる（図１参照）。本参考例においては、幅の広い領域である固定部３０２から幅の狭い領域である揺動部３０１の一部までに亘って、圧電駆動部３３０が設けられる。そして、カンチレバー３００において、境界位置Ｐ３での応力は、Ｌａ／Ｌｂが「０」より大きい場合に激減し、Ｌａ／Ｌｂの値が１０％〜２０％の場合に最小値を示す。この応力の振る舞いは、第１の実施形態にて示された、境界位置Ｐ１における応力の振る舞い（図４参照）に一致している。従って、第１の実施形態と本参考例とから、幅の広い領域から幅の狭い領域の所定の位置までの範囲において被覆されることによって、幅の広い領域と幅の狭い領域との境界位置における応力が低減されるという知見が得られる。換言すれば、図１における光スキャナ１００の様な形状でなくとも、梁において幅の広い領域から幅の狭い領域の所定の位置までの範囲において被覆される構成を有していれば、本発明は適用可能である。
【００５２】
＜変形例＞
本発明は、今までに述べた実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形・変更が可能である。以下にその変形の一例を述べる。
【００５３】
前記した実施形態において、光スキャナ１００は、図１に示される様に、ミラー１１０が一対の支持梁１２０によって両持支持される形状である。しかし、例えば、ミラー１１０が一本の支持梁１２０によって片持支持される形状であっても良い。また、光スキャナ１００の支持梁１２０は、第１弾性梁１２１及び梁結合部１２３を含まない構成であっても良い。この場合、一対の第２弾性梁１２２が、ミラー１１０に直接接続されれば良い。要は、幅の広い領域から幅の狭い領域の所定の位置までの範囲において、被覆されている構成を有していれば、梁の形状は問わない。
【符号の説明】
【００５４】
１  画像表示装置
２  光束生成手段
３  映像信号処理回路
１９  光ファイバ
２０，４１，４２，４３  コリメート光学系
２２  第１リレー光学系
２３  垂直走査スキャナ
２４  第２リレー光学系
３０  光源部
３１  Ｂレーザドライバ
３２  Ｇレーザドライバ
３３  Ｂレーザドライバ
３４  Ｂレーザ
３５  Ｇレーザ
３５  Ｒレーザ
４０  光合波部
４４，４５，４６  ダイクロイックミラー
４７  集光光学系
５２  観察者の瞳孔
５４  観察者の網膜
６１  水平走査ドライバ
６２  垂直走査ドライバ
１００，２００，５００，６００  光スキャナ
１１０，５１１，６１０  ミラー
１２０，６２０  支持梁
１２１，５１２，６２１  第１弾性梁
１２２，５１３，６２２  第２弾性梁
１２２ａ，６２２ａ  拡幅部
１２２ｂ，６２２ｂ  狭幅部
１２３，６２３  梁結合部
１４０，５１４，６４０  外枠部
１３０，２３０，３３０，５３０，６３０  圧電駆動部
１３０ａ，２３０ａ  被覆部
１３１  下部電極
１３２  圧電素子
１３３  上部電極
２３０ｂ  断続被覆部
３００  カンチレバー
３０１  揺動部
３０２  固定部
５１０  基体
５２０  台座
５２１  接合部
ＡＲ１，ＡＲ２  揺動軸線
Ｐ１，Ｐ２  狭幅部と広幅部との境界位置
Ｐ３  揺動部３０１と固定部３０２との境界位置
【図１】
2011064731.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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