JP5423680B2

JP5423680B2 - 光スキャナ

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Authority: JP
Inventors: 直樹久保; 雅之上山
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Description

本発明は、光スキャナに関するものであり、特にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の光スキャナに関するものである。

近年、主走査方向と主走査方向に直交する副走査方向との２軸同時に光を走査するＭＥＭＳの光スキャナが開発されている。例えば、特許文献１には、偏向角を十分に増大させる光スキャナを得ることを目的として、光を反射させるミラー面と、ミラー面を揺動可能に支持する主軸部と、主軸部を保持する変形可能な保持部（アクチュエータ）とを含む光スキャナが開示されている。

この光スキャナでは、保持部自身の変形をねじれ変形に変化させるトーションバー（柔軟部）が保持部に形成され、このトーションバー（柔軟部）に生じるねじれ変形を用いて、ミラー面が揺動するように構成されている。特に、特許文献１の図９に示される光スキャナにおいては、ミラー面を囲む可動枠（ミラー枠）を備え、保持部を変形させることで２軸走査が可能にされている。

しかしながら、特許文献１の光スキャナでは、垂直方向の変位を大きくするために保持部（アクチュエータ）と可動枠との間にトーションバー（柔軟部）を設けたことで、水平駆動時にはトーションバー（柔軟部）に応力が集中しやすくなるため、トーションバー（柔軟部）が破損するおそれがあり、水平方向の偏向角を大きくするのには、限界があった。

特開２００８−２０３２９９号公報

本発明の目的は、ミラー面の水平方向の偏向角を減少させることなく、アクチュエータとミラー枠との接続部にかかる応力を緩和させることができる光スキャナを提供することである。

本発明の一局面による光スキャナは、ミラーと、第１の軸部と、前記第１の軸部を介して前記ミラーを保持するミラー枠と、前記ミラー枠を保持する第２の軸部と、前記第２の軸部を介して前記ミラー枠に接続され、前記第２の軸部を中心軸として前記ミラー枠を振動させるとともに、振動する前記ミラー枠と前記第１の軸部とを介して前記第１の軸部を中心軸として前記ミラーを共振駆動することで、前記第１及び第２の軸部を中心軸として前記ミラーを振動させるアクチュエータとを備え、前記第２の軸部は、変形可能な接続部を備え、前記接続部を介して前記アクチュエータに接続され、前記ミラー枠は、前記アクチュエータの振動により前記第１の軸部を中心軸として振動することで前記ミラーを共振駆動させるときのミラー枠の慣性モーメントを増大させて前記アクチュエータの変位と前記ミラー枠の最大変位との差を減少させるための調整部材を、前記第２の軸部を中心軸とした振動が行われる際の前記ミラーの慣性モーメントの変化を小さくすべく、前記ミラー枠の振動の中心軸である前記第２の軸部の延長線上に備えることを特徴とする。

本発明の一実施の形態による光スキャナの全体構成図を示している。図１に示す光スキャナの２−２方向からの断面図である。軸部の拡大図を示している。接続セクションの効果を説明する図であり、（Ａ）は接続セクションを設けた場合を示し、図４（Ｂ）は接続セクションを設けていない場合を示している。図１に示す光スキャナをＹ軸を中心軸として振動させたときの力学モデルを示した図である。図１に示す光スキャナの−Ｙ方向視からの図を示し、（Ａ）はミラー枠に調整部材を設けていない場合を示し、（Ｂ）はミラー枠に調整部材を設けた場合を示している。

以下、本発明の実施の形態による光スキャナについて説明する。図１は、本光スキャナの全体構成図を示している。図２は、図１に示す光スキャナの２−２方向からの断面図である。

本光スキャナは、ＭＥＭＳの光スキャナであり、ミラー１１、トーションバー（第１の軸部の一例）１２、ミラー枠１３、軸部１４（第２の軸部の一例）、ユニモルフ（アクチュエータの一例）１５、及び外枠１７を備えている。なお、図１において、上下方向をＹ軸で示し、左右方向をＸ軸で示し、紙面と直交する方向をＺ軸で示している。また、Ｙ軸はトーションバー１２の長手方向に位置するものとし、Ｘ軸はミラー１１の中心Ｏを通り、軸部１４の長手方向に位置するものとする。そして、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸はそれぞれ直交している。

ミラー１１は、−Ｚ方向視が円形状であり、＋Ｚ方向側の面にアルミニウム等の薄膜が形成されており、光源等からの光を反射し、光を水平走査方向及び垂直走査方向に走査する。

トーションバー１２は、上下に一対存在し、長手方向がＹ軸と平行な細長い形状を有している。以下、＋Ｙ方向側に形成されたトーションバー１２１とし、−Ｙ方向側に形成されたトーションバー１２２とする。なお、トーションバー１２１，１２２の長手方向の長さはほぼ同一である。

ミラー枠１３は、トーションバー１２１，１２２を介してミラー１１を振動可能に保持する。ここで、ミラー枠１３は、Ｙ軸を中心として左右対称、かつ、Ｘ軸を中心として上下対称な外周がほぼひし型の形状を有し、ミラー１１を取り囲むような形状を有している。そして、ミラー枠１３の重量は、Ｙ軸を中心として左右対称であり、Ｘ軸を中心として上下対称である。

軸部１４は、左右に一対存在し、図２に示すように＋Ｘ方向視のベース部１８の中央部の領域により構成されている。ここで、ベース部１８は、ユニモルフ１５を構成する圧電素子ＰＥの下層に形成された可撓性を有する平板状の部材である。そして、軸部１４は、ユニモルフ１５からの振動力を受けてミラー枠１３を、Ｘ軸を中心軸として＋Ｎ方向又は−Ｎ方向に偏向させ、ミラー枠１３を振動させる。なお、図１に示すように、左側に位置する軸部１４を軸部１４１とし、右側に位置する軸部１４を軸部１４２とする。

図３は、軸部１４１の拡大図を示している。軸部１４１は、主軸部１４３及び接続セクション１４４を備えている。接続セクション１４４は、ベース部１８にＸ軸方向を長手方向とする複数のスリット１４５を形成することで変形可能に構成されている。各スリット１４５は、例えばＸ軸を中心として上下対称に配列されている。これにより、軸部１４１の柔らかさがＸ軸を中心として上下対称とされている。主軸部１４３は、ベース部１８からミラー枠１３に向けてＸ軸に沿って延設され、ミラー枠１３と接続セクション１４４とを繋ぐ。なお、本実施の形態では、軸部１４１に設けられた接続セクション１４４が左側の接続セクションの一例に相当し、軸部１４２に設けられた接続セクション１４４が右側に設けられた接続セクションの一例に相当する。そして、これら左右一対の接続セクション１４４が接続部の一例に相当する。

ここで、軸部１４１は、接続セクション１４４を備えているため、Ｘ軸を中心軸として曲がりやすくなり、ユニモルフ１５１，１５２を大きく傾斜させることができ、ミラー枠１３の偏向角を大きくすることができる。図４は、接続セクション１４４の効果を説明する図であり、図４（Ａ）は軸部１４１に接続セクション１４４を設けた場合を示し、図４（Ｂ）は軸部１４１に接続セクション１４４を設けていない場合を示している。なお、図４（Ａ）、図４（Ｂ）においては、−Ｘ方向視の光スキャナを示している。

図４（Ｂ）に示すように接続セクション１４４が軸部１４１に形成されていない場合、軸部１４１は柔らかくないため、ユニモルフ１５１，１５２が曲がりにくくなっている。そのため、ミラー枠１３のＸ軸を中心軸とする偏向角は小さくなり、ミラー１１はＸ軸を中心軸として大きく偏向することができない。

一方、図４（Ａ）に示すように接続セクション１４４が軸部１４１に形成された場合、軸部１４１は柔らかくなり、ユニモルフ１５１，１５２はＸ軸を中心軸として曲がりやすくなる。そのため、図４（Ｂ）と同じ力を加えたとしても、ミラー枠１３のＸ軸を中心軸としたときの偏向角は大きくなり、ミラー１１はＸ軸を中心軸として大きく偏向することができる。

なお、ミラー枠１３には、主軸部１４３との接続点の近傍にＸ軸と直交するスリット１３１が形成されている。このため、ミラー枠１３と主軸部１４３との接続点の近傍にＹ軸方向を長手方向とするトーションバー１３２が形成される。その結果、ミラー枠１３と主軸部１４３との間が曲がりやすくなり、ミラー枠１３がＹ軸を中心軸として偏向する際に、軸部１４１に加わる応力が緩和され、軸部１４１の破損防止が図られている。

なお、図１に示す軸部１４２は、軸部１４１と同一構造を有しているため、説明は省略する。

ユニモルフ１５は、図１に示すように、左上、左下、右上、右下に形成された４つのユニモルフ１５１，１５２，１５３，１５４により構成され、軸部１４を介してミラー枠１３を振動可能に保持している。具体的には、ユニモルフ１５は、図２に示すように可撓性を有するベース部１８の上面に圧電素子ＰＥを形成することにより構成されている。また、圧電素子ＰＥの表面には電極Ｅ１が形成され、圧電素子ＰＥのベース部１８側には電極Ｅ２が形成されている。なお、ユニモルフ１５１〜１５４を構成する圧電素子ＰＥを、圧電素子ＰＥ１〜ＰＥ４とする。

圧電素子ＰＥ１，ＰＥ３は＋Ｙ方向側の端部が図１に示す上側の外枠１７の一部に載置され、圧電素子ＰＥ２，ＰＥ４は−Ｙ方向側の端部が図１に示す下側の外枠１７の一部に載置されている。

そして、電極Ｅ１と電極Ｅ２との間に分極反転を起こさない範囲で正又は負の極性の電圧を印加することで、ユニモルフ１５を伸ばす、又は縮ませることができる。

具体的には、例えば正の極性の電圧が印加されて圧電素子ＰＥが伸びると、ユニモルフ１５は−Ｚ方向側に傾斜し、例えば負の極性の電圧が印加されて圧電素子ＰＥが縮むと、ユニモルフ１５は＋Ｚ方向側に傾斜する。

したがって、圧電素子ＰＥ１，ＰＥ３を伸ばし、圧電素子ＰＥ２，ＰＥ４を縮ませると、ユニモルフ１５１，１５３は−Ｚ方向側に傾斜し、ユニモルフ１５２，１５４は＋Ｚ方向側に傾斜する。

一方、圧電素子ＰＥ１，ＰＥ３を縮ませ、圧電素子ＰＥ２，ＰＥ４を伸ばすと、ユニモルフ１５１，１５３は＋Ｚ方向側に傾斜し、ユニモルフ１５２，１５４は−Ｚ方向側に傾斜する。

よって、圧電素子ＰＥ１，ＰＥ３に印加する電圧の極性と圧電素子ＰＥ２，ＰＥ４に印加する電圧の極性とを交互に換えることで、ユニモルフ１５１〜１５４をＸ軸を中心軸として振動させることができる。そして、この振動力を受けて、ミラー枠１３及びミラー１１はＸ軸を中心軸として振動する。

また、圧電素子ＰＥ１，ＰＥ２を伸ばし、圧電素子ＰＥ３，ＰＥ４を縮ませると、ユニモルフ１５１，１５２は−Ｚ方向側に傾斜し、ユニモルフ１５３，１５４は＋Ｚ方向側に傾斜する。

一方、圧電素子ＰＥ１，ＰＥ２を縮ませ、圧電素子ＰＥ３，ＰＥ４を伸ばすと、ユニモルフ１５１，１５２は＋Ｚ方向側に傾斜し、ユニモルフ１５３，１５４は−Ｚ方向側に傾斜する。

よって、圧電素子ＰＥ１，ＰＥ２に印加する電圧の極性と圧電素子ＰＥ３，ＰＥ４に印加する電圧とを交互に換えることで、ユニモルフ１５１〜１５４をＹ軸を中心軸として振動させることができる。そして、この振動に伴って、ミラー枠１３及びミラー１１はＹ軸を中心軸として振動する。

ミラー１１とミラー枠１３とはＹ軸を中心軸として同位相又は逆位相で振動させることが可能である。ここで、同位相とは、ミラー枠１３がＹ軸を中心軸として＋Ｎ方向に偏向したときに、ミラー１１がＹ軸を中心軸として＋Ｎ方向に偏向することを示し、逆位相とは、ミラー枠１３がＹ軸を中心軸として＋Ｎ方向に偏向したときにミラー１１がＹ軸を中心軸として−Ｎ方向に偏向することを示している。

ミラー１１とミラー枠１３とをＹ軸を中心軸として同位相又は逆位相で振動させることは、光スキャナを構成する各部材の寸法等を調節することで実現することが可能である。なお、ミラー１１とミラー枠１３とをＹ軸を中心軸として逆位相で振動させたときの方が、同位相で振動させたときよりもミラー１１の偏向角を大きくすることができるという実験結果が得られている。そのため、本実施の形態では、ミラー１１とミラー枠１３とをＹ軸を中心軸として逆位相で振動させている。

また、本実施の形態では、ミラー枠１３のＹ軸を中心軸としたときの偏向角度は、Ｘ軸を中心軸としたときの偏向角度よりも小さくなるように光スキャナが設計されているが、ミラー枠１３をＹ軸を回転軸として振動させるときのミラー１１とミラー枠１３との共振周波数でミラー枠１３を振動させることでミラー１１を比較的大きな偏向角度で偏向させることができる。

また、本実施の形態の光スキャナは、レーザ走査型プロジェクタに搭載することが想定されているため、共振周波数は例えば、レーザ光の水平走査方向の周波数であるｋＨｚオーダーの値を有している。一方、ミラー枠１３のＸ軸方向における周波数はレーザ光の垂直走査方向の周波数であるＨｚオーダーの値を有している。

したがって、Ｘ軸を中心軸とする振動においては、垂直走査方向の周波数が数１０Ｈｚであり、ミラー枠１３にはさほど大きな加速度はかからないため、この場合、接続セクション１４４にかかる応力は比較的小さい。

一方、Ｙ軸を中心軸とする振動においては、水平走査方向の周波数が数１０ｋＨｚであり、ミラー枠１３には非常に大きな加速度がかかるため、この場合、接続セクション１４４には非常に大きな応力がかかってしまう。そのため、接続セクション１４４を破損させてしまうという問題が生じてしまう。

また、このとき、水平走査方向の画角を増大させるために、ユニモルフ１５の振幅を増大させると、接続セクション１４４にかかる応力は更に増大し、ミラー枠１３にスリット１３１を設けているとはいえ接続セクション１４４が破損する可能性が生じるため、大きな偏向角を得るのが困難となってしまう。

そこで、本光スキャナでは、ミラー枠１３に例えばおもりにより構成され、ミラー枠の慣性モーメントを調整するための調整部材１６を設けている。これにより、ミラー枠１３の面積を増大させることなくミラー枠１３の慣性モーメントがＹ軸方向に増大し、ユニモルフ１５の振幅を増大させても、ミラー枠１３とユニモルフ１５との最大変位の差が小さくなり、接続セクション１４４にかかる応力を緩和することができる。なお、ミラー枠１３の面積を増大させると、同様に慣性モーメントは増大するが、ミラー枠１３の粘性抵抗が増大し、ミラー枠１３を高速に振動させることが困難になる。

調整部材１６は、Ｙ軸を中心に左右一対存在する。ここで、左側に設けられた調整部材１６を調整部材１６１とし、右側に設けられた調整部材１６を調整部材１６２とする。調整部材１６１，１６２はＹ軸からＸ軸方向に同一距離離れたミラー枠１３のＸ軸上の位置に配置されている。

外枠１７は、−Ｚ方向視が矩形状の枠体であり、半導体基板をエッチングすることで形成され、ユニモルフ１５を取り囲む。

次に、ミラー枠１３の慣性モーメントｍ１を増大させることにより、ユニモルフ１５とミラー枠１３との最大変位の差が小さくなる理由について用いて説明する。

図５は、図１に示す光スキャナをＹ軸を中心軸として振動させたときの力学モデルを示した図である。図５に示す力学モデルは２自由度の力学モデルであり、バネＫ１は接続セクション１４４を示し、質点Ｍ１はミラー枠１３を示し、バネＫ２はトーションバー１２を示し、質点Ｍ２はミラー１１を示している。

Ｙ軸を中心軸として振動させたときのミラー枠１３の変位をｕ１、ミラー１１の変位をｕ２とすると、図５の力学モデルは式（１）の方程式で表すことができる。

ｒ：ｕ１とｕ２との比
ｋ１：接続セクション１４４のバネ係数
ｋ２：トーションバー１２のバネ係数
ｍ１：ミラー枠１３の慣性モーメント
ｍ２：ミラー１１の慣性モーメント
ωｉ：固有振動数
ｋ１１＝ｋ１＋ｋ２
ｋ２２＝ｋ２
ｋ１２＝−ｋ２

図６は、図１に示す光スキャナの−Ｙ方向視からの図を示している。図６（Ａ）はミラー枠１３に調整部材１６を設けていない場合を示し、図６（Ｂ）はミラー枠１３に調整部材１６を設けた場合を示している。

接続セクション１４４への応力集中を緩和するためには、Ｙ軸を中心軸として振動する際のユニモルフ１５の最大の変位とミラー枠１３の最大の変位との差ｔを小さくすればよい。そのためには、式（１）に示すｒを大きくすればよい。これにより、ミラー枠１３の変位ｕ１に対するミラー１１の変位ｕ２が大きくなり、差ｔを小さくすることができる。

式（１）において、ｒを大きくするには、ミラー枠１３の慣性モーメントｍ１、接続セクション１４４のバネ定数ｋ１、トーションバー１２のバネ定数ｋ２を調節すればよいことが分かる。しかしながら、トーションバー１２のバネ定数ｋ２とミラー１１の慣性モーメントｍ２とは、共振周波数にかかるパラメータであり、この値を調節すると水平走査方向の周波数が変わるため、変更することは好ましくない。

また、接続セクション１４４のバネ定数ｋ１を調節すると垂直走査時の偏向角に影響する可能性があるため、変更することは好ましくない。また、ミラー１１の慣性モーメントｍ２を調節すると、ミラー１１の重量が増大し、必要な偏向角を得ることができなくなる可能性があるため、変更することは好ましくない。よって、ミラー枠１３の慣性モーメントｍ１が、ｒを大きくするためのパラメータとして好ましいことが分かる。

そこで、本光スキャナでは、図６（Ｂ）に示すようにミラー枠１３に調整部材１６１，１６２を設け、慣性モーメントｍ１を増大させている。これにより、ｒの値が大きくなり、ミラーの偏向角を減少させることなく、ユニモルフ１５の最大の変位とミラー枠１３の最大の変位との差ｔを小さくすることが可能となる。そのため、ユニモルフ１５により大きな電圧を印加して、ミラー１１の偏向角を大きくしても、接続セクション１４４に加わる応力を緩和することができる。その結果、柔軟に構成され応力が集中しやすい軸部１４を破損させることなく、Ｙ軸を中心軸としてミラー１１を大きく偏向させることができ、水平走査方向における画角を増大させることができる。

また、調整部材１６１，１６２を垂直方向の回転軸であるＸ軸上に位置させることにより、Ｘ軸を中心軸としてミラー枠１３を振動させる垂直走査時のミラー１１の慣性モーメントｍ２の変化を小さくすることが可能となり、垂直走査時の振動に悪い影響を与えることなく、慣性モーメントｍ１を調節することが可能になる。

このように構成された光スキャナはエッチング等の高精度加工技術を用いて以下のようにして製造される。厚さが１００ミクロン程度の例えばシリコンから構成される半導体基板を、図１に示す外枠１７及び図２に示すベース部１８を含む形状に加工する。この場合、半導体基板には、図１に示す６個の孔Ｈ１〜Ｈ６及び接続セクション１４４が形成される。これにより、ミラー１１、トーションバー１２、ミラー枠１３、外枠１７、及びベース部１８等が形成される。

ここで、孔Ｈ１はミラー１１とミラー枠１３とを区画する孔であり、ミラー１１の右側に形成される。また、孔Ｈ２はミラー１１とミラー枠１３とを区画する孔であり、ミラー１１の左側に形成される。また、孔Ｈ３はミラー枠１３と外枠１７とを区画する孔であり、ミラー枠１３の上側に形成される。また、孔Ｈ４はミラー枠１３と外枠１７とを区画する孔であり、ミラー枠１３の下側に形成される。また、孔Ｈ５はユニモルフ１５１，１５２と外枠１７とを区画する孔であり、ユニモルフ１５１，１５２の左側に形成される。また、孔Ｈ６はユニモルフ１５３，１５４と外枠１７とを区画する孔であり、ユニモルフ１５３，１５４の右側に形成される。

次に、半導体基板の片面に圧電素子ＰＥの薄膜を貼り付ける。そして、この薄膜をエッチングして圧電素子ＰＥ１〜ＰＥ４を形成する。ここで、調整部材１６１，１６２を圧電素子ＰＥと同じ材料で構成することが好ましい。これにより、薄膜を削って圧電素子ＰＥ１〜ＰＥ４を形成すると同時に、調整部材１６１，１６２を形成することが可能となり、製造工程の簡略化を図ることができ、生産効率を高めることができる。なお、薄膜としては、水晶（SiO₂）、酸化亜鉛（ZnO）、ロッシェル塩（酒石酸カリウム-ナトリウム）（KNaC₄H₄O₆）、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT:Pb（Zr,Ti）O₃）、ニオブ酸リチウム（LiNbO₃）、タンタル酸リチウム（LiTaO3）、リチウムテトラボレート（Li₂B₄O₇）、ランガサイト（La₃Ga₅SiO₁₄）、窒化アルミニウム、電気石（トルマリン）、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）等を採用することができる。

そして、ミラー１１の表面にアルミニウムの薄膜を貼り付け、圧電素子ＰＥの両面に電極を貼り付ける。

なお、上記説明では、調整部材１６１，１６２をミラー枠１３の＋Ｚ方向側の面に設けたが、これに限定されず、ミラー枠１３の−Ｚ方向側の面に設けてもよい。この場合も、調整部材１６１，１６２をＹ軸から等距離であるＸ軸上に設ければよい。また、調整部材１６１，１６２をミラー枠１３の＋Ｚ方向側の面と−Ｚ方向側の面との両面に設けてもよい。また、上記説明では、調整部材１６の個数を２つとしたが、例えば、ミラー枠１３に３つ以上の調整部材を設けてもよい。この場合、Ｙ軸を中心としてミラー枠１３の重量が均等となるように、ミラー枠１３の左側と右側とに同数の調整部材を設けることが好ましい。

また、アクチュエータとして圧電素子を用いたユニモルフ１５を利用する例を示したが、アクチュエータとしてはこれに限定されず、例えば電磁力、静電力を利用してアクチュエータを駆動するようにした光スキャナにおいても、本発明は適用できる。

また、ミラー枠１３の一部を他の部分よりも厚く加工し、厚くした部分を調整部材１６として構成してもよい。この場合、ミラー枠１３を加工すると同時に調整部材１６が形成されるため、生産効率を高めることができる。

上記光スキャナの技術的特徴を纏めると下記のようになる。

（１）上記光スキャナは、ミラーと、第１の軸部と、前記第１の軸部を介して前記ミラーを保持するミラー枠と、前記ミラー枠を保持する第２の軸部と、前記第２の軸部を介して前記ミラー枠を振動させることで、前記第１及び第２の軸部を中心軸として前記ミラーを振動させるアクチュエータとを備え、前記第２の軸部は、変形可能な接続部を備え、前記接続部を介して前記アクチュエータに接続され、前記ミラー枠は、前記アクチュエータの振動により前記第１の軸部を中心軸として振動することで前記ミラーを共振駆動させるときの慣性モーメントを調整するための調整部材を、前記第２の軸部の延長線上に備えている。

この構成によれば、光を走査するミラーは第１の軸部を介してミラー枠に保持されている。アクチュエータは、第２の軸部を介してミラー枠に接続されている。そして、アクチュエータは、ミラー枠を振動させることで、ミラーを第１及び第２の軸部を中心軸として振動させる。

アクチュエータは、第２の軸部には変形可能な接続部が形成されている。これにより、第２の軸部を中心軸としてミラー枠が偏向しやすくなり、アクチュエータの僅かな振動により、第２の軸部を中心軸としてミラーを大きく偏向させることができる。

ここで、アクチュエータは、第２の軸部に加えて第１の軸部を中心軸としてミラーを振動させている。したがって、この振動により、接続部に応力が集中してし、第２の軸部を破損するという問題が発生する。

そこで、本光スキャナでは、ミラー枠に調整部材が設けられている。これにより、ミラー枠の面積を増大させることなくミラー枠の慣性モーメントを増大させることができ、ミラーの変位を増大させても、ミラー枠とアクチュエータとの最大変位の差が小さくなり、接続部にかかる応力を緩和することができる。そのため、第２の軸部の破損を防止することができる。
また、この構成によれば、第２の軸部を中心軸としてミラー枠を振動させる垂直走査時のミラーの慣性モーメントの変化を小さくすることが可能となり、垂直走査時の振動に悪い影響を与えることなく、ミラーの慣性モーメントを調節することが可能になる。

（２）上記光スキャナにおいて、前記ミラー枠は、前記第１の軸部を中心として対称な重量を有し、前記調整部材は、前記ミラー枠の重量が前記第１の軸部を中心に対称となるように設けられていることが好ましい。

この構成によれば、第１の軸部を中心としたミラー枠の変位を対称にすることができる。

（３）上記光スキャナにおいて、前記第１の軸部の方向は、前記第２の軸部の方向に直交することが好ましい。

（４）上記光スキャナにおいて、半導体材料により構成されたベース部を更に備え、前記アクチュエータは、前記ベース部に貼り付けられた圧電素子の薄膜を含むユニモルフにより構成され、前記調整部材は、前記圧電素子と同一材料の薄膜で構成され、前記ミラー、前記第１の軸部、前記ミラー枠、及び前記第２の軸部は、前記半導体材料により構成されていることが好ましい。

この構成によれば、半導体材料をエッチングすることで、ベース部、ミラー、第１の軸部、ミラー枠、及び第２の軸部を形成し、ベース部、ミラー、第１の軸部、ミラー枠、及び第２の軸部の表面に圧電素子を形成するための材料を貼り付けし、エッチングすることで、ユニモルフを構成する圧電素子と調整部材とを形成することができる。そのため、ユニモルフを構成する圧電素子と調整部材との形成を同時に行うことができ、生産効率を高めることができる。

（５）上記光スキャナにおいて、前記ミラー枠の一部は、他の部分より厚く、前記調整部材は、前記一部により構成されていることが好ましい。

この構成によれば、ミラー枠を加工すると同時に調整部材が形成されるため、生産効率を高めることができる。

（６）上記光スキャナにおいて、前記ミラー枠は、前記第１の軸部を中心として左右対称、かつ、前記第２の軸部を中心として上下対称であって、前記ミラーを取り囲む形状を有していることが好ましい。

この構成によれば、ミラー枠が左右対称、かつ、上下対称であって、ミラーを取り囲む形状を有しているため、ミラー枠を上下左右にバランス良く振動させることができ、ミラーを上下左右にバランス良く振動させることができる。

（７）上記光スキャナにおいて、前記接続部は、前記第２の軸部の長手方向を長手方向とする複数のスリットを備えることが好ましい。

この構成によれば、スリットを複数形成するという簡易な構成により、接続部を変形可能に構成することができる。

（８）上記光スキャナにおいて、前記アクチュエータを取り囲む外枠を更に備え、前記接続部は、前記ミラー枠を中心として左右一対の接続セクションにより構成され、前記アクチュエータは、左側の接続セクションと前記外枠の上部との間に接続された左上アクチュエータと、左側の接続セクションと前記外枠の下部との間に接続された左下アクチュエータと、右側の接続セクションと前記外枠の上部との間に接続された右上アクチュエータと、前記右側の接続セクションと前記外枠の下部との間に接続された右下アクチュエータとを備えることが好ましい。

この構成によれば、アクチュエータが左上、左下、右上、及び右下の４つのアクチュエータにより構成されているため、左上及び左下のアクチュエータと右上及び右下アクチュエータとに逆極性の電圧を交互に印加することで、ミラーを第１の軸部を中心として振動させることができる。また、左上及び右上のアクチュエータと左下及び右下のアクチュエータとに逆極性の電圧を交互に印加することで、ミラーを第２の軸部を中心として振動させることができる。

Claims

ミラーと、
第１の軸部と、
前記第１の軸部を介して前記ミラーを保持するミラー枠と、
前記ミラー枠を保持する第２の軸部と、
前記第２の軸部を介して前記ミラー枠に接続され、前記第２の軸部を中心軸として前記ミラー枠を振動させるとともに、振動する前記ミラー枠と前記第１の軸部とを介して前記第１の軸部を中心軸として前記ミラーを共振駆動することで、前記第１及び第２の軸部を中心軸として前記ミラーを振動させるアクチュエータとを備え、
前記第２の軸部は、変形可能な接続部を備え、前記接続部を介して前記アクチュエータに接続され、
前記ミラー枠は、前記アクチュエータの振動により前記第１の軸部を中心軸として振動することで前記ミラーを共振駆動させるときのミラー枠の慣性モーメントを増大させて前記アクチュエータの変位と前記ミラー枠の最大変位との差を減少させるための調整部材を、前記第２の軸部を中心軸とした振動が行われる際の前記ミラーの慣性モーメントの変化を小さくすべく、前記ミラー枠の振動の中心軸である前記第２の軸部の延長線上に備えることを特徴とする光スキャナ。
前記ミラー枠は、前記第１の軸部を中心として対称な重量を有し、
前記調整部材は、前記ミラー枠の重量が前記第１の軸部を中心に対称となるように設けられていることを特徴とする請求項１記載の光スキャナ。
前記第１の軸部の方向は、前記第２の軸部の方向に直交することを特徴とする請求項２記載の光スキャナ。
半導体材料により構成されたベース部を更に備え、
前記アクチュエータは、前記ベース部に貼り付けられた圧電素子の薄膜を含むユニモルフにより構成され、
前記調整部材は、前記圧電素子と同一材料の薄膜で構成され、
前記ミラー、前記第１の軸部、前記ミラー枠、及び前記第２の軸部は、前記半導体材料により構成されていることを特徴とする請求項１記載の光スキャナ。
前記ミラー枠の一部は、他の部分より厚く、
前記調整部材は、前記一部により構成されていることを特徴とする請求項１記載の光スキャナ。
前記ミラー枠は、前記第１の軸部を中心として左右対称、かつ、前記第２の軸部を中心として上下対称であって、前記ミラーを取り囲む形状を有していることを特徴とする請求項１記載の光スキャナ。
前記接続部は、前記第２の軸部の長手方向を長手方向とする複数のスリットを備えることを特徴とする請求項１記載の光スキャナ。
前記アクチュエータを取り囲む外枠を更に備え、
前記接続部は、前記ミラー枠を中心として左右一対の接続セクションにより構成され、
前記アクチュエータは、左側の接続セクションと前記外枠の上部との間に接続された左上アクチュエータと、左側の接続セクションと前記外枠の下部との間に接続された左下アクチュエータと、右側の接続セクションと前記外枠の上部との間に接続された右上アクチュエータと、前記右側の接続セクションと前記外枠の下部との間に接続された右下アクチュエータとを備えることを特徴とする請求項１記載の光スキャナ。