特許 6233396 光走査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6233396

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】光走査装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20171113BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20171113BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   G02B26/10 104Z

   G02B26/10 C

   G02B26/08 E

   B81B3/00

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-240350(P2015-240350)

(22)【出願日】2015年12月9日

(62)【分割の表示】特願2011-219661(P2011-219661)の分割

【原出願日】2011年10月3日

(65)【公開番号】特開2016-40633(P2016-40633A)

(43)【公開日】2016年3月24日

【審査請求日】2015年12月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006220

【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】田中 豊樹

(72)【発明者】

【氏名】山田 司

(72)【発明者】

【氏名】西山 隆彦

【審査官】 山本 貴一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−００７７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０４０２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９２９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９７６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１１０００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１３１６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２２４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３７９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１１３５１７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２６／０８，２６／１０

Ｂ８１Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ミラー反射面を有するミラー部と、
該ミラー部を外側から支持する可動枠と、
該可動枠を両側から支持するとともに、前記ミラー反射面の中心を通る所定の軸周りに揺動させる一対の駆動手段と、を有し、
前記可動枠の前記軸から最も離れた所定領域には、所定の平面形状を有し、前記可動枠を貫通しない窪み状の穴からなる肉抜き部が設けられている光走査装置。

【請求項2】

前記肉抜き部は、前記軸に関して両側に設けられている請求項１に記載の光走査装置。

【請求項3】

前記可動枠は、前記軸に関して対称で、かつ前記軸に平行な一対の辺を有し、
前記肉抜き部は、該一対の辺に設けられている請求項２に記載の光走査装置。

【請求項4】

前記肉抜き部は、三角形の平面形状を有する複数の前記窪み状の穴を含み、
前記三角形の頂点が内側と外側を交互に向くように前記可動枠の延在方向に沿って配置された請求項１に記載の光走査装置。

【請求項5】

前記軸と垂直な第２の軸上の両側から前記ミラー部を支持する一対のトーションバーと、
前記ミラー部の周囲に設けられるとともに前記トーションバーに連結され、前記ミラー部を前記第２の軸周りに揺動させるための駆動源を有する一対の水平駆動梁と、を更に有し、
前記可動枠は、該水平駆動梁及び前記トーションバーを介して前記ミラー部を支持するとともに、該水平駆動梁及び前記トーションバーの周囲を取り囲んでいる請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光走査装置。

【請求項6】

前記可動枠がリブ状に肉抜きされている請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光走査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光走査装置に関し、特に、ミラー反射面を有するミラー部を両側からトーションバーにより支持し、該トーションバーを軸として揺動させ、前記ミラー反射面で反射する光を走査させる光走査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、入射光を反射させる反射面を有する可動板と、可動板を回動可能に軸支するトーション梁と、トーション梁にねじり方向の駆動力を作用させる駆動部とを具備する光走査装置において、回動時の反射面の歪みを抑制するため、可動板とトーション梁の接続部分付近を含む裏面にリブを形成した光走査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１２８１１６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、上述の特許文献１に記載の構成では、反射面の歪みは補正できるものの、リブ構造の周辺に応力が集中して破損が生じ易くなるという問題があった。また、破損まで至らなくても、リブ構造の周辺に応力が繰り返し加わるため、材料疲労が生じて性能劣化を招くという問題があった。

【0005】

そこで、本発明は、ミラー部に加わる応力を緩和し、破損や材料疲労を低減させることができる光走査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】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る光走査装置は、ミラー反射面（１０）を有するミラー部（４０〜４３）と、
該ミラー部（４０〜４３）を外側から支持する可動枠（８０）と、
該可動枠（８０）を両側から支持するとともに、前記ミラー反射面（１０）の中心を通る所定の軸（Ｙ）周りに揺動させる一対の駆動手段（１１０）と、を有し、
前記可動枠（８０）の前記軸（Ｙ）から最も離れた所定領域には、所定の平面形状を有し、前記可動枠（８０）を貫通しない窪み状の穴からなる肉抜き部（８１）が設けられている。

【0007】

本発明の他の態様に係る光走査装置は、ミラー部（４０〜４３）と、
該ミラー部（４０〜４３）の周囲に設けられ、前記ミラー部（４０〜４３）を第１の軸（Ｘ）周りに揺動させる一対の水平駆動梁（７０）と、
前記ミラー部（４０〜４３）及び該一対の水平駆動梁（７０）を支持する可動枠（８０）と、
表面上に駆動源（９１）が設けられ、前記第１の軸（Ｘ）と平行に配列された複数の長方形の梁を含む複数の垂直駆動梁（９０）を有するとともに、前記可動枠（８０）を両側から支持し、前記第１の軸（Ｘ）と垂直な第２の軸（Ｙ）周りに前記可動枠（８０）を揺動させる一対の垂直駆動部（１１０）と、
該垂直駆動部（１１０）を外側から支持するフレーム（１２０）と、を有し、
前記水平駆動梁（７０）と前記可動枠（８０）との接続部は前記第２の軸（Ｙ）上に位置し、
前記複数の垂直駆動梁（９０）は、内側に設けられた前記可動枠（８０）に一端が接続された第１の垂直駆動梁（９２、９６）と、外側に設けられた前記フレーム（１２０）に一端が接続された第２の垂直駆動梁（９５、９９）と、該第１の垂直駆動梁（９２、９６）と該第２の垂直駆動梁（９５，９９）との間に互いに隣接して平行に配置され、内側に隣接する前記垂直駆動梁に一端で接続されるとともに外側に隣接する前記垂直駆動梁に他端で接続され、全体として前記第１の垂直駆動梁の他端と前記第２の垂直駆動梁の他端とを蛇行して接続するように設けられた他の垂直駆動梁（９３、９４、９７、９８）と、を含み、
前記第１の垂直駆動梁（９２、９６）及び前記第２の垂直駆動梁（９５、９９）には、互いに逆位相の駆動電圧が印加される光走査装置。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、ミラー部に加わる応力を緩和し、破損や材料疲労を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施例１に係る光走査装置の一例を示した表面側の斜視図である。

【図2】本発明の実施例１に係る光走査装置の一例の裏面側を示した斜視図である。

【図3】実施例１に係る光走査装置の応力緩和構造をより詳細に説明するための図である。図３（Ａ）は、実施例１に係る光走査装置のミラー部周辺の表面側の構成図である。図３（Ｂ）は、実施例１に係る光走査装置のミラー部周辺の裏面側の構成図である。

【図4】実施例１に係る光走査装置のミラー部のミラー反射面と応力緩和領域との寸法関係を示した図である。

【図5】実施例１に係る光走査装置の応力緩和領域に設けられたスリットによる応力緩和効果を説明するための図である。図５（Ａ）は、スリットを応力緩和領域に設けない場合の応力強度分布を示した図である。図５（Ｂ）は、スリットを応力緩和領域に設けた場合の応力強度分布を示した図である。図５（Ｃ）は、スリットを応力緩和領域に設けない場合の鉛直方向の応力強度分布を示した図である。図５（Ｄ）は、スリットを応力緩和領域に設けた場合の鉛直方向の応力強度分布を示した図である。

【図6】実施例１に係る光走査装置の軸の配置を示した図である。

【図7】実施例１に係る光走査装置の可動枠の拡大斜視図である。

【図8】実施例１に係る光走査装置の垂直駆動部の構成を説明するための図である。

【図9】本発明の実施例２に係る光走査装置の一例を示した図である。

【図10】本発明の実施例３に係る光走査装置の一例を示した図である。

【図11】本発明の実施例４に係る光走査装置の一例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

【実施例1】

【0011】

図１は、本発明の実施例１に係る光走査装置の一例を示した表面側の斜視図である。図１において、実施例１に係る光走査装置は、ミラー部４０と、トーションバー５０と、連結部６０と、水平駆動梁７０と、駆動源７１と、可動枠８０と、垂直駆動部１１０と、フレーム１２０と、端子１３０と、配線１４０とを有する。また、ミラー部４０は、ミラー反射面１０と、応力緩和領域２０と、スリット３０とを有し、垂直駆動部１１０は、垂直駆動梁９０と、駆動源９１と、連結部１００とを有する。

【0012】

ミラー部４０は、２本のトーションバー５０により同一直線上の両外側から挟まれるように支持されている。ミラー部４０は、中心にミラー反射面１０を有し、ミラー反射面１０とトーションバー５０との間に応力緩和領域２０を有する。各応力緩和領域２０には、２つのスリットが形成されている。また、トーションバー５０は、連結部６０を介して水平駆動梁７０の内側の角に連結されている。水平駆動梁７０は、表面に駆動源７１を備え、外側の辺が可動枠８０に連結されている。

【0013】

可動枠８０は、水平駆動梁７０を介して連結部６０、トーションバー５０及びミラー部２０を支持するとともに、これらの周囲を囲んでいる。可動枠８０は、奥側の一端が垂直駆動梁９０の一端に連結され、可動枠８０に連結された垂直駆動梁９０の他端は、自分よりも外側にある垂直駆動梁９０の一端に連結されている。

【0014】

垂直駆動梁９０は、可動枠８０の両側に、可動枠８０を挟むようにトーションバー５０と平行に複数設けられ、可動枠８０の各片側には４つの垂直駆動梁９０が配置されている。４つの垂直駆動梁９０は、その端部よりも外側にある連結部１００により、隣接して配置された垂直駆動梁９０に連結されているが、一端は内側の垂直駆動梁９０の一端に連結され、他端は外側の垂直駆動梁９０の一端に連結されている。最も内側にある可動枠８０に隣接した垂直駆動梁９０は、一端は可動枠８０の一端に連結され、他端は外側の垂直駆動梁９０の一端に連結されている。また、最も外側にあるフレーム１２０に隣接した垂直駆動梁９０は、一端がフレーム１２０に連結され、他端が内側にある垂直駆動梁９０の一端に連結されている。また、垂直駆動梁９０には、駆動源９１が備えられている。

【0015】

垂直駆動梁９０は、片側４本で片側の垂直駆動部１１０を構成し、両側８本で全体の垂直駆動部１１０を構成する。フレーム１２０は、最も外側の垂直駆動梁９０を介して垂直駆動部１１０を支持する。フレーム１２０の表面には端子１３０が設けられ、配線１４０が接続される。駆動源７１、９１は、例えば、電圧の印加により伸縮して駆動する圧電素子等の電力の供給により駆動する駆動源７１、９１が用いられてよく、駆動源７１、９１に電圧を供給するために配線１４０が設けられている。

【0016】

次に、個々の構成要素について、より詳細に説明する。

【0017】

ミラー部４０は、ミラー反射面１０を保持するための部材であり、ミラー反射面１０を中心に備える。ミラー反射面１０は、照射された光を反射するための面であり、例えば、銀、銅、アルミニウムのような反射率の高い金属箔が用いられてもよい。ミラー反射面１０は、一般に、規格や仕様によりサイズや形状が定められており、形状は円である場合が多い。ミラー反射面１０は、例えば、ミラー部４０の中心に貼り付けられて形成されてもよい。

【0018】

応力緩和領域２０は、トーションバー５０の捻れ応力を緩和させ、ミラー反射面１０に加わる応力を低減させるための領域である。応力緩和領域２０についての詳細は後述するが、トーションバー５０とミラー反射面１０との間にスペース部を設けることにより、トーションバー５０の捻れ運動で発生する応力を分散させ、ミラー反射面１０に加わる応力を緩和することができる。

【0019】

スリット３０は、応力緩和領域２０内に設けられ、応力緩和領域２０に印加された応力を分散させるための穴である。応力緩和領域２０に更にスリット３０を設けることにより、応力緩和領域２０に印加された応力を更に分散させることができる。なお、スリット３０についても、詳細は後述する。

【0020】

トーションバー５０は、ミラー部４０を両側から支持するとともに、ミラー部２０を水平方向に揺動させるための手段である。ここで、水平方向とは、ミラー反射面１０により反射される光が高速に走査して移動する方向であり、投影面の横方向を意味する。つまり、ミラー反射面１０が横方向に揺動する方向であり、トーションバー５０が軸となる方向である。トーションバー５０は、左右に交互に捻れることにより、ミラー部４０を水平方向に揺動させる。

【0021】

連結部６０は、水平駆動梁７０で発生した水平方向の駆動力をトーションバー５０に伝達するための伝達手段である。

【0022】

水平駆動梁７０は、ミラー部４０を水平方向に揺動させ、ミラー反射面１０により反射された光を投影面の水平方向に走査させるための駆動手段である。水平駆動梁７０は、例えば表面に圧電素子等の駆動源７１を備えてよく、圧電素子の薄膜が水平駆動梁７０の表面上に形成されてもよい。圧電素子は、電圧の印加により伸縮する素子であり、ミラー部４０の左右両側にある圧電素子に異なる位相の電圧を交互に印加することにより、左右の水平駆動梁７０を交互に上方に反らせることができる。これにより、トーションバー５０に捻れ力を与え、トーションバー５０を軸とする水平方向軸周りにミラー部４０を揺動させることができる。なお、圧電素子には、例えば、ピエゾ素子が用いられてもよい。

【0023】

また、水平駆動梁７０による駆動は、例えば、共振駆動が用いられてよい。本実施例に係る光走査装置がプロジェクタ等に用いられる場合、一般に、水平方向は３０ｋＨｚ程度の高速スキャンが要求されるので、高速走査が可能なように、共振駆動によりミラー部４０を駆動することが好ましい。

【0024】

なお、ミラー部４０、トーションバー５０、連結部６０及び水平駆動梁７０の殆どが、弾性を有するように薄く構成され、例えば、シリコン基板の薄板として構成されてもよい。

【0025】

可動枠８０は、ミラー部４０，トーションバー５０、連結部６０及び水平駆動梁７０を外側から囲んで支持するとともに、トーションバー５０と垂直な方向の垂直軸周りに揺動する際の揺動対象となる。可動枠８０は、水平駆動梁７０を固定支持することが求められるので、弾性をあまり有さないように、上述のトーションバー５０、連結部６０及び水平駆動梁７０よりも厚く構成され、これらの数倍の厚さを有して構成される。例えば、トーションバー５０、連結部６０及び水平駆動梁７０が同じ厚さで、５０μｍ程度で構成された場合には、可動枠８０は２５０μｍ以上の厚さで構成されてもよい。例えば、実施例１に係る光走査装置をＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板から形成した場合には、活性層の薄板のシリコン基板の部分をトーションバー５０等の弾性を要する箇所に用い、活性層と埋め込み酸化膜と支持基板が積層された部分全体を可動枠８０等の厚い部分に用いればよい。

【0026】

垂直駆動部１１０は、矩形であり、トーションバー５０がなす水平軸と平行に配置された複数の垂直駆動梁９０を有する。垂直駆動梁９０は、各々が駆動源９１を備え、独立した位相で駆動することが可能となっている。駆動源９１は、例えば、ピエゾ素子等の圧電素子が用いられてもよく、この場合には、隣接する垂直駆動梁９０に異なる位相の電圧が印加されるようにすれば、可動枠８０を手前側又は奥側に傾くように揺動（傾動）させることができる。なお、ミラー部４０は、可動枠８０に支持されているので、可動枠８０の揺動に従い、同じように垂直方向に揺動することになる。

【0027】

なお、垂直駆動部１１０は、例えば、非共振駆動により可動枠８０を揺動させてもよい。垂直駆動では、水平駆動と比較して高速駆動は要求されず、例えば、６０Ｈｚ程度の周波数でよい場合が多い。また、垂直駆動梁９０は複数設けられているため、変位の蓄積により非共振駆動によって要求される速度を満たすことができる場合が多いからである。

【0028】

なお、垂直駆動部１１０の構成についても、詳細は後述するが、本実施例に係る光走査装置においては、垂直駆動梁９０が偶数個設けられている。これにより、手前側と奥側への揺動に作用する垂直駆動梁９０を常に同数とすることができ、手前側と奥側で均等な揺動を行うことができる。

【0029】

フレーム１２０は、垂直駆動部１１０及び可動枠８０を支持するための固定支持部材であり、最も外側の垂直駆動梁９０を介して垂直駆動部１１０を支持し、更に垂直駆動部１１０を介して可動枠８０を支持している。

【0030】

垂直駆動梁９０及び連結部１００は、弾性を有するように薄板として構成されるが、フレーム１２０は、弾性を有しない厚板として構成される。

【0031】

端子１３０は、フレーム１２０上に設けられ、配線１４０に電力を供給している。これにより、駆動源７１、９１に電力が供給され、水平方向及び垂直方向に揺動駆動を行うことができる。

【0032】

図２は、本発明の実施例１に係る光走査装置の一例の裏面側を示した斜視図である。図２において、図１と同様の構成要素には、同一の参照符号を付している。

【0033】

図２において、ミラー反射面１０の裏面に、リブ１１が設けられている。リブ１１は、駆動中におけるミラー反射面１０の歪みが発生するのを抑制することができ、ミラー反射面１０を平坦に保つことができる。リブ１１は、ミラー反射面１０の形状とほぼ外形が一致するように形成される。これにより、ミラー反射面１０を全体に亘って平坦にすることができる。

【0034】

スリット３０は、リブ１１とトーションバー５０との間の応力緩和領域２０内に設けられている。これにより、トーションバー５０から伝達される応力を、応力緩和領域２０内で分散させ、リブ１１にまで応力が伝達することを防ぐことができる。

【0035】

可動枠８０には、肉抜き部８１が設けられている。肉抜き部８１は、可動枠８０を軽量化するために形成された窪みである。可動枠８０は、水平駆動梁７０を支持する役割を有するため、厚肉部で構成されるが、自らも垂直方向に揺動する駆動対象であるため、重量が大きいと、同じ電圧を印加しても変位が小さくなり、感度が低下してしまう。よって、可動枠に肉抜き部を設け、軽量化することにより、感度を向上させることができる。

【0036】

また、可動枠８０が例えば６０Ｈｚで駆動される場合、６０Ｈｚの倍数（１２０Ｈｚ、１８０Ｈｚ、２４０Ｈｚ・・・）に不要な共振周波数が存在すると、ノイズが大きくなってしまう。つまり、振動特性として、駆動周波数の倍数付近に不要な共振周波数が存在しないことが好ましい。軽量化により、不要な共振周波数を高周波数化することができ、駆動周波数の倍数付近から不要な共振周波数を遠ざけることができる。また、不要な共振周波数が駆動周波数の倍数であった場合でも、６０Ｈｚから離れた周波数、つまり高周波数側である方が影響は少ない。つまり、可動枠８０の軽量化により、不要な共振周波数を高周波数化することができ、ノイズを減少させることができる。なお、肉抜き部８１の形状、配置等の詳細については後述するものとする。

【0037】

可動枠８０及びフレーム１２０の他、垂直駆動部１１０の垂直駆動梁９０同士の連結部１００の裏面にも、リブ１０１が形成されている。かかるリブ１０１により、垂直駆動梁９０同士の連結を補強し、剛性を高めている。

【0038】

図３は、実施例１に係る光走査装置の応力緩和構造についてより詳細に説明するための図である。図３（Ａ）は、実施例１に係る光走査装置のミラー部周辺の表面側の構成を示した図であり、図３（Ｂ）は、実施例１に係る光走査装置のミラー部周辺の裏面側の構成を示した図である。

【0039】

図３（Ａ）に示すように、表面側については、ミラー部４０は、円形のミラー反射面１０とトーションバー５０との間に応力緩和領域２０を有する。また、図３（Ａ）において、回転（揺動）軸Ｘに垂直な垂直軸とミラー部４０との交点が示され、交点とトーションバー５０との間に応力緩和領域２０が設けられている。また、各応力緩和領域２０には、回転（揺動）軸Ｘに対称に円弧状のスリット３０が２つ形成されている。

【0040】

図３（Ｂ）に示すように、裏面側については、ミラー反射面１０の円形に対応して、ミラー反射面１０とほぼ同様のエリアに格子状のリブ１１が形成されている。これは、ミラー反射面１０の平坦性を確保するためであり、格子状のリブパターンでミラー反射面１０全体を補強している。但し、リブ１１は重量物となり、ミラー部４０の振れ角感度の低下を引き起こすため、可能な範囲で肉抜きを行っている。その結果、図３（Ｂ）に示すように、格子状のリブ１１が形成されている。

【0041】

図３（Ｂ）において、ミラー部４０については、回転軸Ｘと直交する方向の外形寸法は、ミラー反射面１０の寸法とほぼ同じとなっている。具体的には、ミラー反射部１０の中心Ｃを含む上下に直径の２／３以内の範囲では、ミラー部４０の外形寸法は、ミラー反射面１０の寸法とほぼ同様である。つまり、応力緩和領域２０は、回転軸Ｘと直交する方向の、少なくともミラー反射面１０の中心Ｃを通る部分には形成されていない。これは、回転軸Ｘから離れた場所に重量があると、慣性モーメントの働きでミラー反射面１０の感度低下が発生するからである。

【0042】

一方、回転軸Ｘに近い箇所の重量は、回転軸Ｘから離れた箇所ほどの影響は無いため、回転軸方向のミラー部４０の外形寸法をミラー反射面１０よりも大きくし、応力緩和領域２０としてスペースを設けている。かかる応力緩和領域２０を設けることにより、応力が発生するトーションバー５０からリブ１１までの距離を離すことになり、リブ１１への応力を緩和することができ、リブ１１の破壊を防止することができる。

【0043】

なお、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、応力緩和領域２０の平面形状は、トーションバー５０からミラー反射面１０に向かって末広がりの形状であることが好ましい。応力緩和領域２０は、トーションバー５０で発生した応力を緩和させるため、ある程度広いスペースが必要とされるが、トーションバー５０から急激に横に広げた長方形のような形状としても、応力自体が横方向に伝達しないし、上述の慣性モーメントの発生により回転（揺動）にも悪影響を与えるからである。図３（Ａ）、（Ｂ）に示すようは末広がりの形状であれば、応力を分散させることができるとともに、揺動にも悪影響を与えない。

【0044】

また、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、応力緩和領域２０の端部２１の平面形状は、曲線であることが好ましい。トーションバー５０は、捻れ運動を行うため、端部２１にも応力が発生するが、角を有する端部形状を含むと、角部分に応力が集中し易く、破損を招き易い。よって、応力緩和領域２０の端部２１をＲ形状とすることにより、そのような応力の集中による破損を防ぐことができる。なお、応力緩和領域２０の端部２１は、角部を含んでさえいなければ、直線部分を含んでもよい。直線部分が角部を構成しなければ、そこに応力が集中することはないからである。

【0045】

図４は、実施例１に係る光走査装置のミラー部４０のミラー反射面１０と応力緩和領域２０との寸法関係を示した図である。

【0046】

図４において、ミラー反射面１０の寸法を縦ＭＶ、横ＭＨとし、ミラー部４０の寸法を縦ＤＶ、横ＤＨとすると、ＭＨ≒ＤＨ、ＭＶ＜ＤＶとなる。つまり、横方向についてはミラー反射面１０とミラー部４０の外形はほぼ等しく、縦方向についてはミラー反射面１０の外形よりもミラー部４０の外形が大きい。なお、図４に示すように、ミラー反射面１０の外形は円であるが、ミラー部４０の外形は楕円に近似したものとなる。

【0047】

また、応力緩和領域２０のＭＶ以上〜ＤＶ以下の範囲には、スリット３０が設けられている。スリット３０を設けることにより、応力緩和領域２０に伝達した応力を更に分散させることができるが、この点について以下説明する。

【0048】

図５は、実施例１に係る光走査装置の応力緩和領域２０に設けられたスリット３０による応力緩和効果を説明するための図である。図５（Ａ）〜（Ｄ）において、トーションバー５０から応力緩和部２０及びリブ１１に加わる応力の強度分布が示されている。

【0049】

ミラー反射面１０のリブ１１は、ミラー反射面１０の反りを低減する効果があるが、その半面、リブ１１の付け根のＬ字状の部分は形状的に応力が集中し易くなる。特に、本実施例に係る光走査装置をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）構造体として構成する場合には、絶縁酸化膜（一般にＳｉＯ_２）の両側にシリコン基板を貼り合わせたＳＯＩウェハーを用いて作製する場合が多い。この場合、上述のＬ字部分が絶縁酸化膜とシリコン基板の貼り合わせ部分に相当するため、ミラー反射面１０に垂直な力成分が加わることにより、この貼り合わせ部分から剥離が発生及び進行し、破損に至る場合が多い。

【0050】

そこで、本実施例に係る光走査装置においては、回転軸Ｘ方向におけるミラー部４０の外形とリブ１１との距離を離間させ、応力緩和領域２０を設けることによりトーションバー５０で発生する力がリブ１１のＬ字状部分に及ぶのを低減させているが、更にスリット３０を応力緩和領域２０に設けることにより、上述のＬ字状部分に及ぶ垂直方向の力成分を複数箇所に分散させている。

【0051】

図５（Ａ）は、スリット３０を応力緩和領域２０に設けない場合の応力強度分布を示した図である。図５（Ａ）において、トーションバー５０で発生した応力は、トーションバー５０から離れる程小さくなり、リブ１１に到達する応力はトーションバー５０で発生した応力よりも小さくなっている。これは、応力緩和領域２０で応力が緩和されたためである。しかしながら、リブ１１に到達した応力は、トーションバー５０の延長線上にある回転軸Ｘ（図５においては図示せず）上に集中している。

【0052】

図５（Ｂ）は、スリット３０を応力緩和領域２０に設けた場合の応力強度分布を示した図である。図５（Ｂ）において、２つのスリット３０を回転軸Ｘに対称に、リブ１１から距離を離間させて設けたことにより、応力緩和領域２０内の応力が分散され、リブ１１に到達した応力は、２つのスリット３０の間の回転軸Ｘ上の部分と、各スリット３０よりも外側の２つの部分となり、３つに分散されている。その結果、リブ１１に到達する１つの応力大きさは低減されて小さくなり、リブ１１の特定箇所に強い応力が加わるのを防ぐことができる。なお、スリット３０がリブ１１に接近して設けられていると、スリット３０で応力をブロックする効果が働かず、応力がそのままリブ１１に加わってしまう。よって、スリット３０は、リブ１１からある程度距離を離して設けることが好ましい。

【0053】

図５（Ｃ）は、スリット３０を応力緩和領域２０に設けない場合の鉛直方向の応力強度分布を示した図である。図５（Ｃ）に示すように、スリット３０が存在しない場合には、リブ１１の２箇所に応力が集中する。なお、図５（Ａ）と異なり、２箇所の応力集中箇所が示されているのは、応力成分を鉛直方向に限定して示したことにより、揺動のプラスとマイナスで各々応力集中箇所が示されているからである。

【0054】

図５（Ｄ）は、スリット３０を応力緩和領域２０に設けた場合の鉛直方向の応力強度分布を示した図である。図５（Ｄ）に示すように、スリット３０が存在する場合には、スリット３０の存在しない箇所に応力が分散され、４箇所に応力集中箇所が分散されていることが分かる。これにより、分散された各応力の大きさは小さくなるので、リブ１１に加わる応力を低減させることができ、破損を回避することができる。

【0055】

なお、スリット３０の形状は、ミラー反射面１０の外形に近くなるように円弧状としてあるが、直線状やその他の形状であっても、応力分散の効果は得ることができるので、用途に応じてスリット３０の形状は変更してもよい。

【0056】

このように、応力緩和領域２０及びスリット３０をミラー部４０に設けることにより、ミラー部４０の破損を回避することができるとともに、光走査装置の寿命を向上させることができる。

【0057】

次に、図６及び図７を用いて、可動枠８０の軽量化についてより詳細に説明する。

【0058】

図６は、実施例１に係る光走査装置の軸の配置を示した図である。図６に示すように、実施例１に係る光走査装置は、トーションバー５０を通る水平回転軸Ｘと、トーションバー５０に垂直であり、ミラー反射面１０の中心Ｃを通る垂直回転軸Ｙの２軸を有する２軸の光走査装置として構成される。かかる２軸の光走査装置の可動枠８０は、可動枠８０の内側に配置された水平駆動梁７０が高速に振動するのを支える役割を有するとともに、可動枠８０の外側に配置された垂直駆動部１１０にとっては、感度を低下させる重量物となる。

【0059】

ここで、重量物が垂直回転軸Ｙから離れれば離れる程動きを阻害する慣性モーメントが大きくなるため、リブ状に可動枠８０を肉抜きする可動枠８０の軽量化は、垂直回転軸周りの駆動感度の改善に効果がある。

【0060】

図７は、実施例１に係る光走査装置の可動枠の拡大斜視図である。図７に示すように、可動枠８０の内側にミラー部４０の水平駆動部が構成される。ここで、水平駆動部とは、ミラー部４０を水平駆動するための水平駆動梁７０、駆動源７１、連結部６０及びトーションバー５０を意味する。水平駆動部を駆動することで、ミラー反射面１０は水平回転軸Ｘを中心として揺動する。

【0061】

可動枠８０の外側には、図１、２及び６に示したように、垂直駆動梁９０がジャバラ状に蛇行して配置され、垂直駆動部１１０を駆動することにより可動枠８０ごと垂直回転軸周りに振動する。この、垂直駆動部１１０にとって重量物となる可動枠８０を軽量化するため、垂直回転軸Ｙから遠い枠部を肉抜きする。よって、図７に示すように、垂直回転軸Ｙから離れた可動枠８０の上辺と下辺の部分に複数の肉抜き部８１が形成されている。

【0062】

肉抜き部８１は、可動枠８０を貫通させずに、途中で止めて窪み状にしている。また、肉抜き部８１は、三角形とされ、可動枠８０の延在方向に沿って三角形の頂点が交互に外側を向くように配置されている。これにより、可動枠８０が残された厚肉部８２が可動枠８０に沿ったジグザグ形状となり、可動枠８０に沿ったいずれの部分にも厚肉部８２を残すことができるともに、幅方向にも均一に厚肉部８２が残るので、肉抜き部８１が形成された領域の強度を強く保ち、剛性を保つことが可能となる。

【0063】

このように、肉抜き部８１を、可動枠８０に沿って頂点が交互に入れ替わる複数の三角形の窪みとすることにより、ジグザグ状の厚肉部８２を残しつつ肉抜きを行うことができ、強度を保ちつつ軽量化を行うことができる。

【0064】

なお、肉抜き部８１は、数学的に正確な三角形でなくてもよく、角が丸まっていたり、辺が曲線的であったりする略三角形であってもよい。この場合にも、厚肉部８２は略ジグザグ形状となり、可動枠８０の延在方向と幅方向のいずれの箇所にもほぼ均一に厚肉部８２を残すことができるので、軽量化を図りつつ剛性を保つことができる。

【0065】

また、肉抜き部８１は、本実施例においては、水平回転軸Ｘの延在方向と一致する領域である可動枠８０の上辺と下辺にのみ設けた例を挙げて説明したが、更なる軽量化を行う場合には、その他の領域にも肉抜き部８１を設けてもよく、例えば、可動枠８０の全周に亘って肉抜き部８１を設けるようにしてもよい。このように、肉抜き部８１は、用途に応じて種々の形状及び配置構成で設けることができる。

【0066】

次に、図８を用いて、垂直駆動部１１０の構成についてより詳細に説明する。図８は、実施例１に係る光走査装置の垂直駆動部１１０の構成を説明するための図である。

【0067】

図８において、実施例１に係る光走査装置の平面図が示されているが、垂直駆動部１１０は、片側に４本、両側で合計８本の垂直駆動梁９２〜９９を有している。垂直駆動梁９２〜９９のうち、ある駆動タイミングにおいて正転電圧が印加された垂直駆動梁９３、９４、９７、９９には○印、正転電圧を上下反転した波形で形成される反転電圧が印加された垂直駆動梁９２、９４、９６、９８には△印が付されている。

【0068】

正転電圧は、ゼロ電圧と最大値電圧（Vmax）との範囲で生成される、例えば正弦波やのこぎり波等の波形により形成される駆動波形である。反転電圧とは、最大値電圧（Vmax）の半分（Vmax/２）の電圧で、前記正転電圧波形を上下反転した波形により形成される駆動波形である。尚、水平軸の駆動に駆動波形として正弦波を使用する場合には、正転波形の位相を180°ずらすことによって反転電圧を得るようにしてもよい。

【0069】

ここで、○印が付された左側の駆動梁９３、９５と右側の駆動梁９７、９９はミラー反射面１０及び可動枠８０について対称であり、同様に、△印が付された左側の駆動梁９２、９４と右側の駆動梁９６、９８もミラー反射面１０及び可動枠８０について対称となっている。そして、○印が付されたプラス側の駆動梁９３、９５、９７、９８は、可動枠８０より左側に２本、右側に２本の同数となっており、同様に、△印が付されたマイナス側の駆動梁９２、９４、９６、９８も、可動枠８０より左側に２本、右側に２本の同数となっている。よって、○印の駆動梁９３、９５、９７、９９に反転電圧が印加され、△印の駆動梁９２、９４、９６、９８に正転電圧が印加された場合も、可動枠８０の左側と右側で、上下反転した電圧が印加された駆動梁９２〜９９は２本ずつとなり、常に可動枠８０に同じ傾き量の変位が与えられる。

【0070】

このように、駆動梁９２〜９９の数を偶数とすることにより、可動枠８０の手前側への傾き量と、奥側への傾き量を同量にすることができる。一般に、光走査装置は、携帯電話等の小さな製品に組み込まれる場合が多く、スペース等との関係から、垂直駆動梁９２〜９９の数を奇数として構成される場合もある。この場合、可動枠８０の手前側と奥側の傾き量が異なるので、投影面のサイズが異なる場合には、投影面のサイズ毎に投影中心がオフセットされることになり、光走査装置の設置に細かな調整が必要な場合も出てくる。

【0071】

しかしながら、本実施例に係る光走査装置においては、垂直駆動梁９２〜９９を偶数本にしているので、投影面のサイズが異なっても、投影中心を常に一定にすることができ、種々の用途や投影面のサイズに用いられる場合であっても、光走査装置を容易に設置することができる。

【0072】

このように、実施例１に係る光走査装置によれば、ミラー反射面１０とトーションバー５０との間に応力緩和領域２０を設けることにより、トーションバー５０で発生する応力のミラー反射面１０への影響を低減することができる。また、必要に応じて、応力緩和領域２０にスリット３０を設けることにより、応力を分散させ、ミラー反射面１０への影響を更に低減させることができる。

【0073】

また、可動枠８０の肉抜きを行うことにより、可動枠８０を軽量化して感度を向上させるとともに、ノイズを低減させることができる。更に、垂直駆動梁９０の本数を偶数とすることにより、プラス側とマイナス側の揺動量を同量とし、光走査装置の設置を容易にすることができる。

【実施例2】

【0074】

図９は、本発明の実施例２に係る光走査装置の一例を示した図である。図９において、ミラー反射面１０と、ミラー部４１と、トーションバー５０が示されている。その他の構成要素については、実施例１と同様であるので、その図示及び説明を省略する。また、図９において、実施例１と同様の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。

【0075】

図９において、ミラー部４１は、ミラー反射面１０と、応力緩和領域２２と、スリット３１とを有するが、スリット３１が、１つの応力緩和領域２２に１つだけ設けられている点で、実施例１に係る光走査装置と異なっている。このように、スリット３１は、１つだけとしてもよい。この場合においても、トーションバー５０から発生した応力は、スリット３１の両外側に分散されるので、応力分散の効果を有する。

【0076】

また、実施例２に係る光走査装置においても、スリット３１は、水平回転軸Ｘについて対称に配置されることが好ましいので、スリット３１の中心が水平回転軸Ｘ上にあるように配置することが好ましい。

【0077】

なお、スリット３１がリブ１１（図９には図示せず）から距離を置いて配置された方がよい点や、スリット３１の形状が必ずしも円弧状でなくてもよい点は、実施例１と同様である。

【0078】

実施例２に係る光走査装置によれば、簡素なスリット形状で、トーションバー５０から発生する応力を分散させ、リブ１１の破損を防ぐことができる。

【実施例3】

【0079】

図１０は、本発明の実施例３に係る光走査装置の一例を示した図である。図１０において、ミラー反射面１０と、ミラー部４２と、トーションバー５０が示されているが、その他の構成要素については、実施例１と同様であるので、その図示及び説明を省略する。また、図１０において、実施例１と同様の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。

【0080】

実施例３に係る光走査装置においては、ミラー部４２の各応力緩和領域２３が、３つのスリット３２、３３、３４を有する点で、実施例１及び２に係る光走査装置と異なっている。このように、スリット３２〜３４を増加させて３つとし、更なる応力の分散を図るようにしてもよい。

【0081】

実施例３に係る光走査装置においては、スリット３３が水平回転軸Ｘ上にあり、スリット３２とスリット３４が水平回転軸Ｘに関して線対称な配置となっている。これにより、略均一に応力を分散させることができる。なお、トーションバー５０で発生した応力は、スリット３２〜３４により、４つに分散されることになる。

【0082】

なお、スリット３２〜３４がリブ１１（図１０には図示せず）から距離を置いて配置された方がよい点や、スリット３２〜３４の形状が必ずしも円弧状でなくてもよい点は、実施例１及び２と同様である。

【実施例4】

【0083】

図１１は、本発明の実施例４に係る光走査装置の一例を示した図である。図１１において、ミラー反射面１０と、ミラー部４３と、トーションバー５０が示されているが、その他の構成要素については、実施例１と同様であるので、その図示及び説明を省略する。また、図１１において、実施例１と同様の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。

【0084】

実施例４に係る光走査装置においては、ミラー部４３の各応力緩和領域２４が、４つのスリット３５、３６、３７、３８を有する点で、実施例１乃至３に係る光走査装置と異なっている。また、水平回転軸Ｘ上にスリット３５〜３８が存在しない点で、実施例２及び３に係る光走査装置と更に異なっている。このように、スリット３５〜３８を更に増加させて４つにするとともに、水平回転軸Ｘ上にはスリット３５〜３８を配置しない構成としてもよい。水平回転軸Ｘ上にはスリット３５〜３８を配置しないことにより、トーションバー５０の水平回転軸周りの回転力を確実にミラー反射面１０に伝達することができる。

【0085】

実施例４に係る光走査装置においては、４つのスリット３５〜３８により、トーションバー５０で発生した応力を５つに分散することができる。また、スリット３５とスリット３８、スリット３６とスリット３７は水平回転軸Ｘに関して線対称に配置されているので、応力の分散をほぼ均一に行うことができる。また、スリット３５〜３８を偶数とすることにより、水平回転軸Ｘ上にスリット３５〜３８は配置されないので、水平回転軸周りの回転力については、減少させることなく直接的にミラー反射面１０に伝達させ、感度を高感度に保つことができる。

【0086】

なお、スリット３５〜３８がリブ１１（図１０には図示せず）から距離を置いて配置された方がよい点や、スリット３５〜３８の形状が必ずしも円弧状でなくてもよい点は、実施例１及び２と同様である。

【0087】

実施例４に係る光走査装置によれば、感度を高感度に保ちつつ、応力を細かく分散させることができ、光走査装置を長寿命化することができる。

【0088】

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

【産業上の利用可能性】

【0089】

本発明は、プロジェクタ等の画像投影装置に利用することができる。

【符号の説明】

【0090】

１０ ミラー反射面
１１、１０１ リブ
２０、２２〜２４ 応力緩和領域
２１ 端部
３０〜３８ スリット
４０〜４３ ミラー部
５０ トーションバー
６０、１００ 連結部
７０ 水平駆動梁
７１、９１ 駆動源
８０ 可動枠
８１ 肉抜き部
８２ 厚肉部
９０ 垂直駆動梁
１１０ 垂直駆動部
１２０ フレーム
１３０ 端子
１４０ 配線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】