(57)【要約】  【課題】揺動駆動時における駆動電圧の低減と、ミラー歪みの低減とが可能な光スキャナを提供すること。  【解決手段】光スキャナ１００は、ミラー部１１０と、一組の第１梁１１１と、枠部１１２と、一組の第２梁１２０と、固定部１４０と、圧電駆動部１３０とを備える。一組の第１梁１１１は、揺動軸線ＡＲを含む平面上で、ミラー部１１０から離れる方向にミラー部から延出する。枠部１１２は、ミラー部１１０を囲むように配置され、一組の第１梁１１１が接続される。一組の第２梁１２０は、揺動軸線ＡＲに沿う方向に、枠部１１２から延出する。固定部１４０には、一組の第２梁１２０が接続される。ミラー部１１０の重心ＣＭは、一組の第２梁１１１を揺動軸線ＡＲに沿う方向に結ぶ第２梁延長線ＥＬ２に対して、揺動軸線ＡＲに直交する方向に離間する。【選択図】        図２
2011053570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動軸線の回りに揺動され、入射した光を所定方向に走査するミラー部と、
前記揺動軸線を含む平面上で、前記ミラー部から離れる方向に前記ミラー部から延出する一組の第１梁と、
前記ミラー部を囲むように配置され、前記一組の第１梁が接続する枠部と、
前記揺動軸線に沿う方向に前記枠部から延出する、相対する一組の第２梁と、
前記第２梁が接続される固定部と、
前記ミラー部を揺動駆動させるための駆動部とを備え、
前記ミラー部は、その重心が、前記一組の第２梁を前記揺動軸線に沿う方向に結ぶ第２梁延長線に対して、前記揺動軸線に直交する方向に離間するように配置される、
ことを特徴とする光スキャナ。
【請求項２】
前記一組の第１梁は、前記一組の第１梁を結ぶ第１梁延長線が前記第２梁延長線に対して直交するように、前記ミラー部から相対して延出する、
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】
前記一組の第１梁は、前記第１梁延長線及び前記第２梁延長線に直交する方向から見た前記ミラー部の形状が、前記第１梁延長線に対して線対称になるように、前記ミラー部から相対して延出する、
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】
前記枠部は、
前記第２梁延長線に対して前記ミラー部の重心が存在する側とは反対側における、前記ミラー部と前記枠部との前記揺動軸線に直交する方向の間隔である第１間隔が、前記第２梁延長線に対して前記ミラー部の重心が存在する側における、前記ミラー部と前記枠部との前記揺動軸線に直交する方向の間隔である第２間隔よりも大きくなるように、前記ミラー部を囲むように配置される、
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】
前記第１間隔及び前記第２間隔は、前記揺動軸線が前記ミラー部の重心に一致するように決定される、
ことを特徴とする請求項４に記載の光スキャナ。
【請求項６】
前記ミラー部は、
前記第２梁延長線と前記ミラー部の重心との間隔である第３間隔が、前記第２梁延長線に直交する方向における前記ミラー部の幅の２割以上４割以下になるように、構成される、
ことを特徴とする請求項５に記載の光スキャナ。
【請求項７】
前記ミラー部は、前記第１梁延長線及び前記第２梁延長線に直交する方向から見た形状が、円形になるように形成される、
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光スキャナ。
【請求項８】
前記第２梁は、
前記枠部に接続され、前記揺動軸線に沿う方向に伸長する枠連結部分と、
前記枠連結部分に接続され、前記揺動軸線を含む平面上で前記揺動軸線に直交する方向に伸長する梁連結部分と、
前記梁連結部分の両端に接続され、前記揺動軸線に沿う方向に伸長する、相対する一組の固定部連結部分とを含み、
前記駆動部は、
前記固定部から前記固定部連結部分に亘って設けられた圧電素子を含む、
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の光スキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ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、単に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９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、ミラー部５１１が位置する。ミラー部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、固定部５１４に接続される。ミラー部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の上面から固定部５１４に亘り形成される。台座５２０は、固定部５１４と台座接合部５２１とが接合されるようにして、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、又は縮む。圧電駆動部５３０は第２弾性梁５１３及び固定部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，第２弾性梁５１３及びミラー部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】
ＭＥＭＳミラーを用いた光スキャナは、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。そのため、軽量小型の装置に対して用いるのが好適である。この場合、電源の軽量化につながるので、光スキャナを駆動するための電圧（駆動電圧）は低い程望ましい。
【０００７】
光スキャナが揺動されるとき、光スキャナのミラー部は、揺動軸線を中心とした回転方向に加速と減速とを行い、光の反射方向を変える。この加速及び減速は、ミラー部に力を及ぼす。このミラー部に及ぼされる力は、ミラー部自体の形状をも一時的に歪める。ミラー部が歪むと、ミラー部によって反射される光の反射方向や波面形状が変化する等の光学特性の劣化を及ぼす。従って、揺動駆動時におけるミラー部の歪み量は、低減されることが望ましい。
【０００８】
本発明は、揺動駆動時における駆動電圧の低減と、ミラー歪みの低減とが可能な光スキャナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明を反映した第１の課題解決手段は、揺動軸線の回りに揺動され、入射した光を所定方向に走査するミラー部と、前記揺動軸線を含む平面上で、前記ミラー部から離れる方向に前記ミラー部から延出する一組の第１梁と、前記ミラー部を囲むように配置され、前記一組の第１梁が接続する枠部と、前記揺動軸線に沿う方向に前記枠部から延出する、相対する一組の第２梁と、前記第２梁が接続される固定部と、前記ミラー部を揺動駆動させるための駆動部とを備え、前記ミラー部は、その重心が、前記一組の第２梁を前記揺動軸線に沿う方向に結ぶ第２梁延長線に対して、前記揺動軸線に直交する方向に離間するように配置される、ことを特徴とする。
【００１０】
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、前記一組の第１梁は、前記一組の第１梁を結ぶ第１梁延長線が前記第２梁延長線に対して直交するように、前記ミラー部から相対して延出する、ことを特徴とする。
【００１１】
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、前記一組の第１梁は、前記第１梁延長線及び前記第２梁延長線に直交する方向から見た前記ミラー部の形状が、前記第１梁延長線に対して線対称になるように、前記ミラー部から相対して延出する、ことを特徴とする。
【００１２】
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、前記枠部は、前記第２梁延長線に対して前記ミラー部の重心が存在する側とは反対側における、前記ミラー部と前記枠部との前記揺動軸線に直交する方向の間隔である第１間隔が、前記第２梁延長線に対して前記ミラー部の重心が存在する側における、前記ミラー部と前記枠部との前記揺動軸線に直交する方向の間隔である第２間隔よりも大きくなるように、前記ミラー部を囲むように配置される、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明を反映した第５の課題解決手段は、第４の課題解決手段において、前記第１間隔及び前記第２間隔は、前記揺動軸線が前記ミラー部の重心に一致するように決定される、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明を反映した第６の課題解決手段は、第５の課題解決手段において、前記ミラー部は、前記第２梁延長線と前記ミラー部の重心との間隔である第３間隔が、前記第２梁延長線に直交する方向における前記ミラー部の幅の２割以上４割以下になるように、構成される、ことを特徴とする。
【００１５】
本発明を反映した第７の課題解決手段は、第１〜第６の何れか１つの課題解決手段において、前記ミラー部は、前記第１梁延長線及び前記第２梁延長線に直交する方向から見た形状が、円形になるように形成される、ことを特徴とする。尚、円形とは、円形形状そのものに加えて、矩形よりも頂点の数が多い多角形（六角形、八角形等）も含むと解されるべきである。
【００１６】
本発明を反映した第８の課題解決手段は、第１〜第７の何れか１つの課題解決手段において、前記第２梁は、前記枠部に接続され、前記揺動軸線に沿う方向に伸長する枠連結部分と、前記枠連結部分に接続され、前記揺動軸線を含む平面上で前記揺動軸線に直交する方向に伸長する梁連結部分と、前記梁連結部分の両端に接続され、前記揺動軸線に沿う方向に伸長する、相対する一組の固定部連結部分とを含み、前記駆動部は、前記固定部から前記固定部連結部分に亘って設けられた圧電素子を含む、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明を反映した第１の課題解決手段では、枠部が設けられることにより、ミラー部の歪みが低減される。また、ミラー部の重心が第２梁延長線に対して揺動軸線に直交する方向に離間することにより、所定の振れ角を得るために必要な駆動電圧を低減することができる。従って、ミラー歪みの低減と駆動電圧の低電圧化の両立が可能になる。
【００１８】
ミラー部は、揺動軸線を中心に揺動される。そのため、揺動軸線から離れるほど、ミラー部の歪みは大きくなる。本発明を反映した第２の課題解決手段では、一組の第１梁が、一組の第１梁を結ぶ第１梁延長線が第２梁延長線に対して直交するように、ミラー部から相対して延出する。換言すれば、本発明を反映した第２の課題解決手段では、第１梁がミラー部の歪が大きくなる箇所から延出する。従って、駆動電圧の低電圧化を維持しつつ、ミラー部の歪みはさらに低減される。
【００１９】
本発明を反映した第３の課題解決手段では、第１梁延長線及び第２梁延長線に直交する方向から見たミラー部の形状が第１梁延長線に対して線対称となるように、第１梁がミラー部から相対して延出する。このミラー部の線対称な形状によって、第２梁延長線に平行な方向のミラー部の歪みが、第１梁延長線に対して線対称に生じる。その結果、ミラー部の歪みの偏りが緩和されるので、駆動電圧の低電圧化を維持しつつ、ミラー部の歪みがさらに低減される。
【００２０】
ミラー部の重心が第２梁延長線に対して揺動軸線に直交する方向に離間するので、揺動軸線は第２梁延長線に一致しない。揺動軸線は、第２梁延長線に対して、ミラー部の重心と同じ側に離間する。このとき、揺動軸線は、ミラー部の重心よりもさらに、第２梁延長線に対して離間する。本発明を反映した第４の課題解決手段では、枠部が、第１間隔が第２間隔よりも長くなるようにして、ミラー部を囲むように配置される。従って、揺動軸線がミラー部の重心に近づくことによって、揺動軸線に直交する方向におけるミラー部の歪みの分布が、揺動軸線に対して線対称の状態に近づく。その結果、ミラー部の歪みの偏りが緩和されるので、駆動電圧の低電圧化を維持しつつ、ミラー部の歪みがさらに低減される。
【００２１】
本発明を反映した第５の課題解決手段では、ミラー部の重心が前記揺動軸線に一致する。この一致により、揺動軸線に直交する方向におけるミラー部の歪みの分布が、揺動軸線に対して線対称になる。その結果、ミラー部の歪みの偏りが緩和されるので、駆動電圧の低電圧化を維持しつつ、ミラー部の歪みがさらに低減される。
【００２２】
本発明を反映した第６の課題解決手段では、第２梁延長線とミラー部の重心との間隔が、第２梁延長線に直交する方向におけるミラー部の幅の２割以上４割以下になるように、ミラー部が構成される。この構成によって、後記する実施形態に示されるように、駆動電圧の低電圧化を維持しつつ、ミラー部の歪みがより低減される。
【００２３】
本発明を反映した第７の課題解決手段では、ミラー部は、第１梁延長線及び第２梁延長線に直交する方向から見た形状が、円形になるように形成される。そのため、例えば矩形等である場合よりも、ミラー部の質量が小さくなり、揺動軸線周りの慣性モーメントが減少する。その結果、駆動電圧の低電圧化を維持しつつ、ミラー部の歪みがより低減される。
【００２４】
本発明を反映した第８の課題解決手段では、駆動部が、圧電素子を含む。これによって、入力される駆動信号に対する応答性が高く、且つ駆動力の高さを利用して低電圧化が可能な光スキャナを提供できる。また、第２梁に含まれる一組の固定部連結部分は、梁連結部分の両端に接続され、揺動軸線に沿う方向に伸長する、所謂二股状の構造をしている。固定部連結部分は、ミラー部の揺動駆動に伴い、撓み変形をする。この撓み変形は、梁連結部分を介することで、ミラー部の揺動に効率良く変換される。従って、低電圧化が可能な光スキャナが提供される。そして、圧電素子が固定部から固定部連結部分に亘って設けられることで、撓み運動をする固定部連結部分に直接駆動力を与えることができ、低電圧化が可能な光スキャナが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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のミラー部１１０周辺の部分拡大平面図。
【図３】上記第１の実施形態において、間隔Ｗ１、Ｗ２及びＷ３の値を変化させた場合における、ミラー歪み及び駆動電圧をシミュレーションによって求めた結果を示す図。
【図４】上記第１の実施形態に係る、２つの比較例を示す部分拡大平面図。
【図５】上記第１の実施形態において、間隔Ｗ１及びＷ２の値を変化させた場合における、駆動電圧及びミラー歪みの変化を説明する図。
【図６】上記第１の実施形態において、間隔Ｗ３の値を変化させた場合における、駆動電圧及びミラー歪みの変化を説明する図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る、光スキャナ２００の、ミラー部２１０周辺の部分拡大平面図。
【図８】上記第２の実施形態において、ミラー部の形状が異なる場合における、駆動電圧及びミラー歪みの変化を説明する図。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
＜第１の実施形態＞
［光スキャナ１００の構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光スキャナ１００の平面図である。図２は、光スキャナ１００のミラー部１１０周辺の部分拡大平面図である。ｘ方向は、光スキャナ１００の揺動軸線ＡＲに平行な方向である。ｙ方向は、図１，図２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ｘ方向に直交する方向である。光スキャナ１００は、ミラー部１１０、一組の第１梁１１１、枠部１１２、一組の第２梁１２０、一組の圧電駆動部１３０及び固定部１４０を含む。尚、光スキャナ１００は、図示しない台座に接着される。以下、図１及び図２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。
【００２７】
ミラー部１１０は、入射した光を所定方向に走査するために、揺動軸線ＡＲを中心として揺動可能に構成される。ミラー１１０の平面視における形状は、略矩形である。ミラー部１１０の重心位置ＣＭは、揺動軸線ＡＲよりもｙ方向正側に位置する。
【００２８】
相対する一組の第１梁１１１は、揺動軸線ＡＲを含む平面上で、ミラー部１１０から離れる方向に、ミラー部１１０から延出する。具体的には、一組の第１梁１１１は、ミラー部１１０からｙ方向に延出する。このとき、一組の第１梁１１１を結ぶ第１梁延長線ＥＬ１（図２参照）は、ミラー部１１０の重心ＣＭ上に配置される。即ち、ミラー部１１０の平面視形状は、第１梁延長線ＥＬ１に対して、線対称になる。そして、第１梁延長線ＥＬ１は、ｙ方向に沿う。換言すれば、一組の第１梁１１１は、ミラー部１１０のｘ方向に平行な辺の中央部から、ｙ方向に延出する。
【００２９】
枠部１１２は、ミラー部１１０を囲むように配置される。枠部１１２の平面視形状は、ミラー部１１０と同様に、略矩形である。枠部１１２には、一組の第１梁１１１が接続される。
【００３０】
相対する一組の第２梁１２０は、揺動軸線ＡＲに沿う方向に、枠部１１２から延出する。より詳細には、第２梁１２０は、枠連結部分１２１、梁連結部分１２２及び固定部連結部分１２３を含む。枠連結部分１２１は、枠部１１２に接続され、揺動軸線ＡＲに沿う方向に伸長する。梁連結部分１２２は、枠連結部分１２１に接続され、ｙ方向に伸長する。一組の固定部連結部分１２３は、梁連結部分１２２の両端に接続され、揺動軸線ＡＲに沿う方向に伸長する。枠連結部分１２１、梁連結部分１２２及び固定部連結部分１２３は、一組の第２梁１２０を揺動軸線ＡＲに沿う方向に結ぶ第２梁延長線ＥＬ２（図２参照）に対して、線対称となるように配置される。ここで、第２梁延長線ＥＬ２は、第１梁延長戦ＥＬ１に直交する。さらに、第２梁延長線ＥＬ２は、揺動軸線ＡＲ及びミラー部１１０の重心ＣＭよりもｙ方向正側に位置する。換言すれば、ミラー部１１０は、その重心ＣＭが、第２梁延長線ＥＬ２に対して、ｙ方向負側に離間するように配置される。ここで、ミラー部１１０の重心ＣＭは、ミラー部１１０の質量中心を意味する。
【００３１】
固定部１４０は、特許文献１に開示されているような、ミラー部１１０、一組の第１梁１１１、枠部１１２及び一組の第２梁１２０を囲う外枠である。しかし、簡略化のため、図１では一組の第２梁１２０と固定部１４０との連結部近傍のみが示される。固定部１４０には、固定部連結部分１２３が接続される。
【００３２】
圧電駆動部１３０は、ミラー部１１０を揺動駆動する。具体的には、圧電駆動部１３０は、固定部１４０の一部から固定部連結部分１２３に亘って形成される。圧電駆動部１３０は、図示しない下部電極、圧電素子及び上部電極を含む。
【００３３】
光スキャナ１００の作用を説明する。まず、下部電極と上部電極との間に電圧が周期的に印加されることにより、分極した圧電素子はｘ方向に伸び、又は縮む。圧電駆動部１３０が固定部連結部分１２３及び固定部１４０に固定されているので、圧電素子のｘ方向の伸縮は、固定部連結部分１２３の光スキャナ１００の厚み方向への撓み変形に変換される。この撓み変形は、梁連結部分１２２を介して、ミラー部１１０を揺動させるための回転トルクに変換される。ミラー部１１０が揺動されることによって、光スキャナ１００は、ミラー部１１０に入射した光を所定方向に走査することができる。
【００３４】
［光スキャナ１００の製造方法］
光スキャナ１００の製造方法を説明する。まず、厚さ約３０μｍ〜２００μｍの薄長矩形のシリコン基材上において、ミラー部１１０、一組の第１梁１１１、枠部１１２、一組の第２梁１２０及び固定部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、ミラー部１１０、一組の第１梁１１１、枠部１１２、一組の第２梁１２０及び固定部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、光スキャナ１００の外形が形成される。
【００３５】
次に、下部電極が、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、下部電極は、固定部１４０の一部から固定部連結部分１２３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。
【００３６】
次に、圧電素子が、前記した下部電極の上に形成される。具体的には、圧電素子は、固定部１４０の一部から固定部連結部分１２３に亘って、ＰＺＴ等の圧電素材を１μｍ〜３μｍ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。
【００３７】
最後に、上部電極が、圧電素子の上に形成される。具体的には、上部電極は、固定部１４０の一部から固定部連結部分１２３に亘って、圧電素子の上に白金（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。
【００３８】
[シミュレーションデータの説明]
本実施形態においては、（１）枠部１１２が設けられる、（２）ミラー部１１０の重心ＣＭが、第２梁延長線ＥＬ２に対してｙ方向負側に離間する、ことによって、揺動駆動時における駆動電圧の低減及びミラー歪みの低減が可能になる。図２に示されるように、第２梁延長線ＥＬ２に対してミラー部の重心ＣＭが存在する側とは反対側における、ミラー部１１０と枠部１１２とのｙ方向の間隔、即ちミラー部１１０と枠部１１２とのｙ方向正側の間隔を間隔Ｗ１とする。第２梁延長線ＥＬ２に対してミラー部の重心ＣＭが存在する側における、ミラー部１１０と枠部１１２とのｙ方向の間隔、即ちミラー部１１０と枠部１１２とのｙ方向負側の間隔を間隔Ｗ２とする。ミラー部１１０の重心ＣＭと第２梁延長線ＥＬ２とのｙ方向における間隔を間隔Ｗ３とする。尚、ミラー部１１０のｙ方向における幅は、本実施形態においては１０００μｍである。ここでは、間隔Ｗ１、Ｗ２及びＷ３の値と、駆動電圧の低減及びミラー歪みの低減との関係を、シミュレーションによって調べる。
【００３９】
図３は、間隔Ｗ１、Ｗ２及びＷ３の値を変化させた場合における、ミラー歪み及び駆動電圧をシミュレーションによって求めた結果を示す図である。ミラー歪みは、ミラー部１１０が所定の駆動周波数で揺動駆動される際に、ミラー部１１０の静止状態に対する傾きが所定の角度になったときの、ミラー部１１０を含む平面内での厚み方向変位の最大値と最小値との差である。尚、本実施形態において、所定の駆動周波数は３２ＫＨｚであり、所定の角度は６．２５°である。駆動電圧は、ミラー部１１０の振れ角が所定の角度である６．２５°になるために必要な電圧の値である。尚、図３における実施例１〜５は、光スキャナ１００と同一の構成を有し、その構成の配置、即ち間隔Ｗ１、Ｗ２及びＷ３の値において相違する。実施例１における構成の配置は、光スキャナ１００と同一である。
【００４０】
図３に比較例１及び比較例２として示されるように、本実施形態の効果を説明するために、２つの比較例についてもシミュレーションを行った。図４（Ａ）は、比較例１である光スキャナ３００のミラー部１１０周囲の部分拡大平面図である。図４（Ａ）に示されるように、光スキャナ３００は、光スキャナ１００から枠部１１２を取り除いた構造である。尚、光スキャナ３００において、光スキャナ１００と共通する構成に対しては、同一の番号を付与してある。図４（Ｂ）は、比較例２である光スキャナ４００のミラー部１１０周囲の部分拡大平面図である。図４（Ｂ）に示されるように、光スキャナ４００は、ミラー部１１０の重心ＣＭが、揺動軸線ＡＲ上に位置する。この場合、揺動軸線ＡＲは、第２梁延長線ＥＬ２に一致する。尚、光スキャナ４００において、光スキャナ１００と共通する構成に対しては、同一の番号を付与してある。
【００４１】
図５を用いて、間隔Ｗ１及びＷ２の値を変化させた場合における、駆動電圧及びミラー歪みの変化を説明する。図５において、３つのデータ点は、左から順に実施例２、実施例１、実施例３に対応する。図５において、縦軸はミラー歪み及び駆動電圧を表す。図５において、駆動電圧は、実施例１、実施例２、実施例３の間で大きな変化はない。一方、ミラー歪みは、実施例２において最小となり、実施例３で最大となる。図３に示されるように、実施例１、実施例２、実施例３の間では、間隔Ｗ３の値は同一である（Ｗ３＝３００μｍ）。一方、間隔Ｗ１と間隔Ｗ２との関係は、これらの実施例の間で異なる。具体的には、実施例２においては、間隔Ｗ１は間隔Ｗ２よりも大きい（Ｗ１＝２７０μｍ、Ｗ２＝１３５μｍ）。実施例１においては、間隔Ｗ１は間隔Ｗ２と等しい（Ｗ１＝１３５μｍ、Ｗ２＝１３５μｍ）。実施例３においては、間隔Ｗ１は間隔Ｗ２よりも小さい（Ｗ１＝１３５μｍ、Ｗ２＝２７０μｍ）。即ち、間隔Ｗ１が間隔Ｗ２よりも大きい場合、駆動電圧の低電圧化を維持しつつ、ミラー部の歪みがさらに低減される。
【００４２】
ここでは、間隔Ｗ１が間隔Ｗ２よりも大きい場合、ミラー部の歪みがさらに低減される理由を考察する。図２に示されるように、光スキャナ１００において、ミラー部１１０の重心ＣＭが、第２梁延長線ＥＬ２からｙ方向負側に離間するので、揺動軸線ＡＲは第２梁延長線ＥＬ２に一致しない。揺動軸線ＡＲは、第２梁延長線ＥＬ２に対して、ミラー部１１０の重心ＣＭと同じ側に離間する。このとき、揺動軸線ＡＲは、ミラー部１１０の重心ＣＭよりもさらに、第２梁延長線ＥＬ２に対して離間する。仮に、間隔Ｗ１を間隔Ｗ２よりも大きくすれば、換言すれば、ミラー部１１０と第２梁１２０との相対位置を変化させることなく枠部１１２をｙ方向正側に伸長すれば、枠部１１２の重心は、第２梁延長線ＥＬ２に近づく。そして、ミラー部１１０が揺動される場合に、枠部１１２及び第１梁１１１もまた、ミラー部１１０と一体として揺動される。即ち、枠部１１２の重心が第２梁延長線ＥＬ２に近づくことは、ミラー部１１０、第１梁１１１及び枠部１１２からなる系全体の重心、即ち揺動軸線ＡＲが、第２梁延長線ＥＬ２に近づくことに等価である。従って、間隔Ｗ１を間隔Ｗ２よりも大きくすることは、揺動軸線ＡＲをミラー部１１０の重心ＣＭに近付ける効果を発揮する。揺動軸線ＡＲがミラー部１１０の重心ＣＭに近づくことによって、ｙ方向におけるミラー部１１０の歪みの分布が、揺動軸線ＡＲに対して線対称の状態に近づく。その結果、ミラー部の歪みの偏りが緩和される。換言すれば、間隔Ｗ１と間隔Ｗ２とが、揺動軸線ＡＲがミラー部１１０の重心ＣＭに一致するように決定されれば、ミラー部の歪みがさらに低減される。
【００４３】
次に、図６を用いて、間隔Ｗ３の値を変化させた場合における、駆動電圧及びミラー歪みの変化を説明する。図６において、横軸は間隔Ｗ３の値を表す。尚、３つのデータ点は、左から順に、図３における実施例４、実施例２、実施例５に対応する。尚、図３に示される様に、実施例２、実施例４、実施例５の間では、間隔Ｗ１及びＷ２の値は同一である（Ｗ１＝２７０μｍ、Ｗ２＝１３５μｍ）。図６において、縦軸はミラー歪み及び駆動電圧を表す。駆動電圧は、間隔Ｗ３が大きくなるほど減少する。従って、駆動電圧を低減するという観点からは、間隔Ｗ３は２００μｍ以上であるのが望ましい。一方、ミラー歪みは、間隔Ｗ３が２００μｍから３００μｍの範囲では、間隔Ｗ３が大きくなるほど減少し、間隔Ｗ３が３００μｍから４００μｍの範囲では、間隔Ｗ３が大きくなるほど増加する。そして、ミラー歪みは、実施例２（Ｗ３＝３００μｍ）において最小となる。従って、ミラー歪みを低減するという観点からは、間隔Ｗ３は４００μｍ以下であるのが望ましい。揺動駆動時における駆動電圧の低減とミラー歪みの低減との両観点を考慮すると、間隔Ｗ３は２００μｍ以上４００μｍ以下の範囲内に収まるのが望ましい。ここで、ミラー部１１０のｙ方向の幅は１０００μｍなので、この間隔Ｗ３の範囲は、ミラー部１１０のｙ方向の幅の２割以上４割以下に相当する。より望ましくは、間隔Ｗ３は３００μｍが良い。この間隔Ｗ３の値は、ミラー部１１０のｙ方向の幅の３割に相当する。
【００４４】
＜第２の実施形態＞
［光スキャナ２００の構成］
図７は、本発明の第２の実施形態に係る光スキャナ２００の、ミラー部１１０周辺の部分拡大平面図である。光スキャナ２００は、ミラー部２１０の形状において、第１の実施形態における光スキャナ１００と相違する。具体的には、ミラー部２１０の平面視における形状は、略円形である。ミラー部２１０の重心位置ＣＭは、ミラー部１１０と同様に、揺動軸線ＡＲよりもｙ方向正側に位置する。尚、光スキャナ２００において、光スキャナ１００と共通する構成に対しては、同一の番号を付与してある。
【００４５】
［シミュレーション結果説明］
図８は、ミラー部の形状が異なる場合における、駆動電圧及びミラー歪みの変化を説明する図である。尚、図８における実施例１は、第１の実施形態における実施例１（図３参照）に同一である。また、光スキャナ２００は、実施例６として図８に示される。図８において、実施例１と実施例６との間で、間隔Ｗ１、Ｗ２及びＷ３の値は同一である、一方、ミラー部の形状は、実施例１では矩形であるのに対し、実施例６では円形である。実施例１と実施例６との間で、駆動電圧は殆ど変化しない。一方、ミラー歪みに関しては、実施例６の方が、実施例１に対して１割程度減少している。これは、ミラー部２１０の形状が円形であるため、矩形である場合よりもミラー部２１０の質量が小さくなり、結果として揺動軸線ＡＲ周りの慣性モーメントが減少したことに起因すると考えられる。即ち、平面視形状が略円形であるミラー部２１０は、ミラー歪みの低減という観点からは、平面視形状が略矩形であるミラー部１１０（第１の実施形態参照）よりも望ましい形態と言える。
【００４６】
＜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。
【００４７】
前記した実施形態において、ミラー部１１０は、圧電駆動部１３０によって揺動駆動される。しかし、これ以外の駆動機構によってミラー部１１０が揺動駆動されても良い。例えば、ミラー部１１０の裏面と図示しない台座とに一対の電極が設けられることによって、クーロン力を利用して反射ミラーを揺動駆動する静電駆動方式が採用されても良い。あるいは、ミラー部１１０の裏面にコイルが、台座に永久磁石が夫々設けられることによって、磁力を利用して反射ミラーを揺動駆動する電磁駆動方式が採用されても良い。
【００４８】
前記した実施形態において、一組の第１梁１１１は、ミラー部１１０からｙ方向に延出する。しかし、一組の第１梁１１１は、例えばｘ方向等、他の方向に延出しても良い。さらに言えば、一方の第１梁１１１はｙ方向に延出し、他方の第１梁１１１はｘ方向に延出するような構成であっても差し支えない。要は、一組の第１梁１１１は、揺動軸線ＡＲを含む平面上で、ミラー部１１０から離れる方向に、ミラー部１１０から延出すれば良い。
【００４９】
前記した実施形態において、枠部１１２の平面視形状は、ミラー部１１０と同様に、矩形である。しかし、枠部１１２は、ミラー部１１０の周囲を囲むことができれば、例えば円形等の他の平面視形状であっても差し支えない。但し、加工の容易性という観点からは、枠部１１２の平面視形状は、矩形が望ましい。
【００５０】
前記した実施形態において、第２梁１２０は、枠連結部分１２１、梁連結部分１２２及び固定部連結部分１２３を含む。しかし、第２梁１２０は、他の構成であっても良い。例えば、枠部１１２と固定部１４０とを、１本の梁によって直接つなぐような構成であっても差し支えない。
【００５１】
前記した実施形態において、ミラー部１１０が第２延長線ＥＬ２に対してｙ方向負側に配置されることで、ミラー部１１０の重心ＣＭは、第２延長線ＥＬ２に対してｙ方向負側に位置する。しかし、ミラー部１１０の重心ＣＭが他の方法、例えばミラー部１１０の裏面に錘を付加する、凹溝を設ける等、によって、第２延長線ＥＬ２に対してｙ方向負側に位置するように調整されても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１００，２００，３００，４００，５００  光スキャナ
１１０，２１０，５１１  ミラー部
１１１  第１梁
１１２  枠部
１２０  第２梁
１２１  枠連結部分
１２２  梁連結部分
１２３  固定部連結部分１
１４０，５１４  固定部
１３０，５３０  圧電駆動部
５１０  基体
５１２  第１弾性梁
５１３  第２弾性梁
５２０  台座
５２１  台座接合部
ＡＲ  揺動軸線
ＣＭ  ミラー部１１０の重心位置
ＥＬ１  第１梁延長線
ＥＬ２  第２梁延長線
Ｗ１  ミラー部１１０と枠部１１２とのｙ方向正側の間隔
Ｗ２  ミラー部１１０と枠部１１２とのｙ方向負側の間隔
Ｗ３  ミラー部１１０の重心ＣＭと第２梁延長線ＥＬ２とのｙ方向における間隔
【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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