JP2004191953A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射ミラー部８を有する振動体５の少なくとも一部を振動させることにより、反射ミラー部に入射した光の反射方向を変化させて光を走査する光走査装置１において、振動体のうちの弾性変形部の幾何学的特徴を改良する。
【解決手段】振動体５を、（ａ）反射ミラー部８に連結され、ねじり振動が発生させられる第１のばね部８，９と、（ｂ）その第１のばね部に連結され、かつ、振動体の固定枠部７に第１のばね部の幅より広い分岐間隔で分岐して連結され、かつ、曲げ振動とねじり振動とが発生させられる複数の第２のばね部１２，１３，１５，１６と、（ｃ）各第２のばね部を振動させる振動源ａ，ｂ，ｃ，ｄとを含むものとし、かつ、振動体のうち、互いに対応する各第２のばね部と駆動源とで構成される弾性変形部の断面２次モーメントを第１のばね部の断面２次モーメントより小さくする。
【選択図】図３

Description

本発明は、反射ミラー部を有する振動体の少なくとも一部を振動させることにより、反射ミラー部に入射した光の反射方向を変化させて光を走査する光走査装置に関するものであり、特に、振動体のうちの弾性変形部の幾何学的特徴を改良する技術に関するものである。

従来より、レーザプリンタ、レーザ光を走査して映像を投影する投影装置等、画像形成装置に光走査装置が使用されている。この光走査装置の型式としては、一般に、ポリゴンミラーに代表される一方向回転型と、ガルバノミラーに代表される揺動型とが存在する。揺動型の光走査装置は、一方向回転型の光走査装置に比べ、小型化、軽量化および低コスト化が容易であるといわれている。

揺動型の光走査装置の一従来例は、反射ミラー部を有する振動体の少なくとも一部を振動させることにより、反射ミラー部に入射した光の反射方向を変化させて光を走査する光走査装置である。

この従来例においては、振動体が、反射ミラー部と、固定枠部と、それら反射ミラー部と固定枠部とに連結された弾性変形部とを含むように構成される。この従来例は、さらに、その弾性変形部にねじり振動を発生させる駆動源を含むように構成される。

従来から、共振現象を利用してガルバノミラーを振動させて光を走査するガルバノスキャナが知られている。この従来のガルバノスキャナにおいては、共振を発生させるための駆動方法として、静電、電磁力、熱、圧電等を利用したものがある。特許文献１には、圧電素子の縦振動を利用した光走査装置の駆動方法が従来例として記載されている。

この従来例においては、弾性の支持枠と弾性変形部と反射ミラー部とが同一平面上において、互いに連成しかつ一体に形成されている。その支持枠の両面のうちの一方に圧電素子が２個、反射ミラーの位置に関して互いに対称である相対位置関係を有するように装着されている。それら２個の圧電素子は互いに逆相で振動させられ、その振動は支持枠を介して弾性変形部に伝達される。それにより、弾性変形部にねじり振動が発生させられ、そのねじり振動によって反射ミラー部が揺動軸線まわりに揺動させられる。

特許文献２には、光走査装置の別の従来例が記載されている。この従来例においては、反射ミラーの揺動軸線がその反射ミラーの重心位置からオフセットした位置に設定され、さらに、１個の圧電素子による並進振動が支持部を介して反射ミラーに伝達される。これにより、反射ミラーにねじり振動が誘起される。

特許文献３には、加振部と、反射ミラーが装着されたスキャン部と、はり状の弾性変形部とを含むように構成された光走査装置が従来例として記載されている。この従来例においては、弾性変形部のうちの固定端は加振部に、自由端はスキャン部にそれぞれ固定されている。加振部には圧電素子が装着されており、その圧電素子により、弾性変形部の弾性振動モードに対応する種類の振動が加振部に付与される。その振動により、反射ミラーが振動させられてその反射ミラーからの反射光が走査される。

特許文献４には光走査装置のさらに別の従来例が記載されている。この従来例においては、ミラー部が第１スプリング部を介して第１フレーム部に連結されている。その第１フレーム部は、第２スプリング部を介して第２フレーム部に連結されている。第２フレーム部には連結部が一体的に形成され、その連結部と第３フレーム部とに複数個の圧電バイモルフが、それぞれの両端部において連結されている。
特開２００１−２７２６２６号公報 特許第３１２９２１９号公報 特許第２９８１５７６号公報 特開平１０−２５３９１２号公報

この従来例においては、連結部に関して互いに対称である一対の圧電バイモルフは、互いに逆位相で曲げ振動させられる。その曲げ振動は、上記連結部により、第２フレーム部のねじり振動に変換される。そのねじり振動により、最終的には、ミラー部が揺動させられる。

この種の光走査装置においては、反射ミラー部の振動周波数が、その反射ミラー部からの反射光の走査周波数を意味し、反射ミラー部の揺動角が反射光の走査角を意味する。この種の光走査装置においては、走査角の増加と走査周波数の増加とが背反する関係にあるが、走査角を確保しつつ、走査周波数をできる限り増加させることが強く要望される場合がある。

一方、この種の光走査装置においては、弾性変形部の幾何学的特徴（例えば、寸法、配向、周辺要素との相対位置関係等）を変化させると、弾性変形部の振動特性（例えば、振動し易さ、耐久性等）も変化する。

以上説明した事情を背景として、本発明は、反射ミラー部を有する振動体の少なくとも一部を振動させることにより、反射ミラー部に入射した光の反射方向を変化させて光を走査する光走査装置において、振動体のうちの弾性変形部の幾何学的特徴を改良することを課題としてなされたものである。

本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈されるべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきである。

さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈されるべきである。

（１） 反射ミラー部を有する振動体の少なくとも一部を振動させることにより、前記反射ミラー部に入射した光の反射方向を変化させて光を走査する光走査装置であって、
前記振動体は、
前記反射ミラー部に連結され、ねじり振動が発生させられる第１のばね部と、
その第１のばね部に連結され、かつ、前記振動体の固定枠部に前記第１のばね部の幅より広い分岐間隔で分岐して連結され、かつ、曲げ振動とねじり振動とが発生させられる複数の第２のばね部と、
それら複数の第２のばねをそれぞれ振動させる複数の駆動源と
を含み、
前記振動体のうち、互いに対応する各第２のばね部と各駆動源とで構成される弾性変形部における断面２次モーメントが前記第１のばね部の断面２次モーメントより小さい光走査装置。

この装置においては、振動体が、反射ミラー部と固定枠部とが第１のばね部のみによって互いに連結されるのではなく、第１のばね部とそれから分岐して延びる複数の第２のばね部とによって互いに連結される。

さらに、この装置においては、それら複数の第２のばね部が、第１のばね部の幅より広い間隔で第１のばね部から分岐する状態でその第１のばね部に連結される。これにより、振動体のうちの弾性変形部に相当する複数の第２のばね部の幾何学的特徴が、同じ振動体のうちの他の部分に該当する第１のばね部との関係において適正化される。

さらにまた、この装置においては、それら複数の第２のばね部に、ねじり振動のみならず曲げ振動も発生させられる。すなわち、それら複数の第２のばね部は、形状変化に関する自由度が高い状態で弾性変形させられるのである。

したがって、この装置によれば、反射ミラー部と固定枠部との連結が第１のばね部のみによって行われる場合に比較し、反射ミラー部を振動させるために必要な負荷を第１のばね部と複数の第２のばね部とに分散させることが容易となる。

その結果、この装置によれば、反射ミラー部を振動させるために第１のばね部が受けなければならない負荷を軽減することが容易となる。例えば、第１のばね部のねじりを減少させたり、第１のばね部の、他の部分との連結部における応力集中を緩和することが容易となる。

さらに、この装置によれば、反射ミラー部を振動させるために各第２のばね部が受けなければならない負荷を軽減することが容易となる。例えば、各第２のばね部のねじりを減少させたり、各第２のばね部の、第１のばね部との連結部および固定枠部との連結部における応力集中を緩和することが容易となる。

よって、この装置によれば、反射ミラー部と固定枠部との連結が第１のばね部のみによって行われる場合に比較し、反射ミラー部の振動の程度の割に小さな負荷に第１のばね部および複数の第２のばね部がそれぞれ耐えれば足りる。

その結果、この装置によれば、反射光の走査角の増加と走査周波数の増加との両立の如き、反射ミラー部の振動に対する高度な要望を、振動体の高い耐久性のもとに実現することが容易となる。

さらに、この装置においては、振動体のうち、互いに対応する各第２のばね部と各駆動源とで構成される弾性変形部と、第１のばね部とが断面２次モーメントに関して互いに異ならせられている。具体的には、その弾性変形部の断面２次モーメントが、第１のばね部の断面２次モーメントより小さいものとされている。

一般に、ある部材の断面２次モーメントが小さいほど、その部材の曲げ剛性もねじり剛性も低下する傾向があるため、その部材への同じ入力に応答するその部材の弾性変形量が増加する傾向がある。

したがって、この光走査装置によれば、弾性変形部の断面２次モーメントが第１のばね部の断面２次モーメント以上である場合に比較し、弾性変形部が弾性変形し易くなり、よって、反射ミラー部の走査角を増加させることが容易となる。これにより、振動体のうちの弾性変形部に相当する複数の第２のばね部の幾何学的特徴が、同じ振動体のうちの他の部分に該当する第１のばね部との関係において適正化される。この光走査装置によれば、例えば、消費電力の割に大きな走査角を実現することが容易となる。

本項および下記の各項における「分岐間隔」は、例えば、図１４において「Ｌ２」で示すように、複数の第２のばね部の外縁同士の間隔を意味するように解釈することが可能である。さらに、図示しないが、複数の第２のばね部をそれぞれ長手方向に貫通する複数の中心線間の間隔を意味するように解釈することも可能である。さらに、図示しないが、複数の第２のばね部の内縁同士の間隔を意味するように解釈することが可能である。

（２） 反射ミラー部を有する振動体の少なくとも一部を振動させることにより、前記反射ミラー部に入射した光の反射方向を変化させて光を走査する光走査装置であって、
前記振動体は、
前記反射ミラー部に連結され、ねじり振動が発生させられる第１のばね部と、
その第１のばね部に連結され、かつ、前記振動体の固定枠部に前記第１のばね部の幅より広い分岐間隔で分岐して連結され、かつ、曲げ振動とねじり振動とが発生させられる複数の第２のばね部と
を含み、
前記各第２のばね部は、前記第１のばね部と同じ弾性係数を有する一方、その第１のばね部より弾性変形し易い断面形状を有し、
当該光走査装置は、さらに、前記複数の第２のばねを振動させる駆動源を含む光走査装置。

この装置においては、各第２のばね部が、第１のばね部と同じ弾性係数を有する一方、その第１のばね部より弾性変形し易い断面形状を有するものとされている。したがって、この装置においては、各第２のばね部が、第１のばね部より弾性変形し易い機械的性質を有するものとなっている。

よって、この装置によれば、前記（１）項に係る装置と基本的に共通する原理に従い、第２のばね部が第１のばね部より弾性変形し易くない機械的性質を有する場合に比較し、第２のばね部が弾性変形し易くなり、よって、反射ミラー部の走査角を増加させることが容易となる。この光走査装置によれば、例えば、消費電力の割に大きな走査角を実現することが容易となる。

（３） 前記分岐間隔は、前記反射ミラー部の幅を超えない（１）または（２）項に記載の光走査装置。

特開平１０−１０４５４３号公報には、共振現象を利用して反射ミラー部を振動させる共振型の光走査装置の従来例が記載されている。この従来例は、可動部と固定部とそれらを互いに連結するはり部とを含むように構成された振動体を備えている。可動部にはミラー面が形成されている。一方、固定部には圧電素子が装着されており、その圧電素子によって振動体が加振されると、可動部と共にミラー面が振動させられ、それにより、そのミラー面からの反射光が走査される。

この従来例においては、振動体の共振振動モードの周波数でその振動体が加振されることにより、ミラー面が揺動させられる。さらに、この従来例においては、ミラー面からの反射光を高速で走査するため、振動体の共振振動モードのうち高次のものを利用してその振動体が振動させられるようになっている。

しかしながら、この従来例においては、振動体の高次の振動モードが利用されるため、振動体の振動周波数が高く設定される。そのため、高速での光走査は可能であるが、不要な高次の振動モードの重なり、外乱の進入等の理由により、安定した光走査が困難であった。

さらに、この従来例においては、振動体の高次の振動モードが利用されるため、振動体の振幅を確保するために弾性変形部としてのばね部の剛性を低下させることが必要であった。そのため、振動体が破損し易いという傾向があった。

一方、共振型の光走査装置においては、それの反射ミラー部からの反射光すなわち走査光の直進性を安定化させることが重要である。

これに対し、文献「２次元マイクロ磁気スキャナの実用化に関する考察（（社）日本応用磁気学会 第１１７回研究会「薄膜アクチュエータの応用と新展開」−磁気工学における将来展望−上田譲、浅田規裕著 平成１３年１２月２２日 資料 ｐ．３９−４４）」には、両持ちはりで支持された振動体に反射ミラーが形成されたマイクロ磁気スキャナにおいて、高速かつ大振幅の光走査を実用化するための従来技術が記載されている。

この従来技術によれば、振動体のねじり共振モードの共振周波数が、その他の振動モード（例えば、垂直並進共振モード、水平並進共振モード、回転共振モード、傾斜共振モード等）の共振周波数より低下させられる。

しかしながら、この従来技術に従い、走査光の直進性を安定化させるため、ねじり共振モードの共振周波数をその他の振動モードの共振周波数より低下させると、ねじり共振周波数が低下してしまう。そのため、この従来技術を採用する場合には、高速な光走査を実現することは困難である。

本発明者らは、走査光の直進性を向上させることを目的とし、後に詳述する数値解析を行うなどして、種々の研究を行った。その結果、本発明者らは、次の知見を得た。

すなわち、光走査装置を、前記（１）または（２）項における振動体の構成を採用したうえで、複数の第２のばね部の分岐間隔を反射ミラー部の幅を超えないように設定すれば、振動体に発生し得る複数種類の振動モードのうち、必要な振動モードであるねじり振動モードの固有振動数より低い周波数範囲内において、不要な振動モードである垂直振動モードあるいは水平振動モードのうち高次のものの発生が抑制されるという知見を得たのである。

このように分岐間隔を設定すれば、ねじり振動モードの固有振動数が、他の振動モードの固有振動数から大きく隔たることになるため、振動体のねじり共振時に、その振動体に振動モードの重なりが発生せず、走査光の直進性が向上する。

さらに、このように分岐間隔を設定すれば、振動体を高周波かつ大走査角で振動させる際に、不要な振動モードの発生あるいは必要な振動モードと不要な振動モードとの重なりが原因で振動体が破損してしまう可能性が軽減される。

以上説明した知見に基づき、本項に係る光走査装置においては、前記（１）または（２）項における振動体の構成が採用されたうえで、複数の第２のばね部の分岐間隔が反射ミラー部の幅を超えないようにされている。

（４） 前記複数の第２のばね部は、各板厚方向に対して平行な面内における曲げ振動が発生させられる（１）ないし（３）項のいずれかに記載の光走査装置。

（５） 前記複数の第２のばね部は、互いに逆位相で曲げ振動が発生させられる（４）項に記載の光走査装置。

この装置によれば、複数の第２のばね部に各曲げ振動が、各曲げ振動から変換される第１のばね部のねじり振動を互いに強め合う状態で発生させられるため、反射ミラー部の振れ角すなわち走査角を増加させることが容易となる。

（６） 前記複数の第２のばね部は、機械的な力により、互いに逆位相で曲げ振動が発生させられる（５）項に記載の光走査装置。

（７） 前記駆動源は、前記複数の第２のばね部のうちの少なくとも一方である対象ばね部に装着される（６）項に記載の光走査装置。

（８） 前記駆動源は、前記対象ばね部の両面のうちの少なくとも一方である対象面に固着される（７）項に記載の光走査装置。

（９） 前記駆動源は、前記対象面と、前記固定枠部のうち前記対象ばね部と隣接した部分の両面のうち前記対象面に対応するものとに跨る姿勢で前記対象面に固着される（８）項に記載の光走査装置。

前記（８）項に係る装置は、駆動源が対象面に、固定枠部には及ばない姿勢で固着される態様で実施することが可能である。しかし、この態様を採用する場合には、第２のばね部と固定枠部との連結点に振動の節が安定的に位置する状態で振動体が振動させられるとは限らない。

これに対し、本項に係る装置においては、駆動源が対象面に、固定枠部に及ぶ姿勢で固着される。したがって、この装置によれば、第２のばね部と固定枠部との連結点に振動体の振動の節が安定的に位置する状態で振動体が振動させられることになる。

よって、この装置によれば、振動体の振動の節が、第２のばね部と固定枠部との連結点より、第２のばね部の側にずれた位置に位置する状態で振動体が振動させられる場合とは異なり、振動体の振動状態が安定する。

さらに、この装置によれば、第２のばね部の全体が、曲げ変形およびねじり変形の発生に関与し得ることとなる。したがって、この装置によれば、第２のばね部の全体を有効に利用することにより、駆動源の振動を第２のばね部に効率よく伝達することが容易となる。よって、この装置によれば、同じ駆動源の振動によって大きな走査角を実現することが容易となる。

なお付言するに、本項に記載の技術的特徴、すなわち、振動の節に位置的に一致するように駆動源を配置するという特徴は、先行する他の項に記載の技術的特徴から分離して実施することが可能である。

（１０） 前記駆動源は、薄膜形成法により、前記対象面に固着される（８）または（９）項に記載の光走査装置。

この装置によれば、駆動源を対象面に、接着剤を用いずに装着することが可能となる。よって、この装置によれば、駆動源を対象面に、接着層を介在させることなく、一体的にかつ強固に装着することが可能となる。

したがって、この装置によれば、駆動源と対象面との間に接着層が介在することから派生するずれや剥離という問題を心配せずに済み、振動体の振動を安定化させることが容易となる。

（１１） 前記薄膜形成法は、ＣＶＤと、スパッタリングと、水熱合成と、ゾルゲルと、微粒子吹き付けとのいずれかである（１０）項に記載の光走査装置。

ここに、「ＣＶＤ」は、よく知られているように、ガス−固体またはガス−液体の化学反応によって基板の表面に層または膜を被着させる化学気相成長技術である。スパッタリングは、真空中の放電により、基板の表面に層または膜を被着させる技術である。水熱合成は、高温高圧で水溶液中のイオンを結晶析出させて被膜を作製する技術である。微粒子吹き付けは、ガスと混合された超微粒子を、細いノズルを通して、基板上に加速して吹き付けて被膜を形成する技術である。

（１２） 前記駆動源は、前記対象ばね部に沿って延び、かつ、その延びる方向に伸縮させられる（７）ないし（１１）項のいずれかに記載の光走査装置。

（１３） 前記駆動源は、前記振動体を直接的に加振する（２）項に記載の光走査装置。

（１４） 前記駆動源は、前記振動体を間接的に加振する（２）項に記載の光走査装置。

（１５） 前記駆動源は、前記振動体をその共振周波数と同じ周波数で加振する（１）ないし（１４）項のいずれかに記載の光走査装置。

この装置によれば、振動体が共振状態にあることによって振動的に安定した状態においてその振動体が揺動させられるため、安定した光走査を行うことが容易となる。

（１６） 前記反射ミラー部は、前記ねじり振動により、揺動軸線まわりに揺動させられ、
前記振動体は、さらに、前記第１のばね部と、前記複数の第２のばね部とを互いに連結する連結部を含み、それら第１のばね部と複数の第２のばね部と連結部とが連結体を構成し、
その連結体は、前記振動体に、前記反射ミラー部を隔てて前記揺動軸線の方向において互いに対向する２個の対向位置にそれぞれ配置される（１）ないし（１５）項のいずれかに記載の光走査装置。

この装置によれば、反射ミラー部を隔てて互いに対向する２個の連結体により、反射ミラー部がそれの両側において加振されるため、一側においてのみ反射ミラー部が加振される場合より、反射ミラー部の反射面の角度を安定化させることが容易となる。

なお付言するに、本項および下記の各項における「連結部」は、例えば、その連結部が属する連結体における第２のばね部の一部を構成するものとして定義することも、その連結部が属する連結体における第１のばね部の一部を構成するものとして定義することも可能である。

さらに付言するに、本項に記載の技術的特徴、すなわち、ばね部の対向配置は、先行する他の項に記載の技術的特徴から分離して実施することが可能である。

（１７） 前記２個の対向位置にそれぞれ配置された２個の連結体は、前記反射ミラー部の位置に関して互いに対称的に配置される（１６）項に記載の光走査装置。

（１８） 前記振動体は、さらに、前記第１のばね部と、前記複数の第２のばね部とを互いに連結する連結部を含み、前記駆動源は、その連結部に装着されない（１）ないし（１７）項のいずれかに記載の光走査装置。

この装置においては、第２のばね部の曲げ振動およびねじり振動が、連結部を経て、第１のばね部にねじり振動として伝達される。連結部はその弾性変形により、その振動伝達機能を果す。この装置においては、そのような振動伝達機能を果たす連結部に駆動源が装着されないようになっている。

したがって、この装置よれば、駆動源が連結部に装着される場合に比較し、駆動源が連結部の弾性変形を阻害してしまう可能性が軽減される。よって、この装置によれば、反射ミラー部の走査角が犠牲になってしまう位置に駆動源が配置されずに済む。

（１９） 前記振動体は、さらに、前記第１のばね部と、前記複数の第２のばね部とを互いに連結する連結部を含み、その連結部は、前記第１のばね部と、前記複数の第２のばね部とにそれぞれ実質的に直角に連結される（１）ないし（１８）項のいずれかに記載の光走査装置。

この装置によれば、連結部が第１のばね部と各第２のばね部とにそれぞれ斜めに連結される場合と比較し、例えば、振動体に所期の振動特性を与えるための設計が複雑にならずに済む。

一方、各第２のばね部の変形のうち曲げ変形のみに着目すると、各第２のばね部と連結部とが互いに直角に連結される状態から、それらが互いに直列に連結される状態に移行するにつれて、各第２のばね部の曲げ変形が、連結部の伸縮に依存する傾向が増加するために、連結部によって阻害される傾向が増加する。

これに対し、本項に係る装置によれば、各第２のばね部と連結部とが互いに実質的に直角に連結されるため、各第２のばね部の変形のうち曲げ変形が連結部によって阻害されずに済む。

なお付言するに、本項に記載の技術的特徴、すなわち、ばね部同士の直交配置は、先行する他の項に記載の技術的特徴から分離して実施することが可能である。

（２０） 光束の走査によって画像を形成する画像形成装置であって、
前記光束を出射する光源と、
（１）ないし（１９）項のいずれかに記載の光走査装置を有し、その光走査装置を使用することにより、前記光源から出射した光束を走査する走査部と
を含む画像形成装置。

この画像形成装置においては、高い走査周波数と大きな走査角との両立を容易に図り得る光走査装置を使用することにより、画像を形成するための光束の走査が行われる。

（２１） 前記走査部は、前記光束を第１方向に走査する第１走査と、その第１方向と交差する第２方向に前記第１走査より低速で走査する第２走査とを行うものであり、前記光走査装置は、前記第１走査を行うために使用される（２０）項に記載の画像形成装置。

この画像形成装置においては、走査部により行われる２種類の走査のうち、より速い走査速度が要求される方が、上記光走査装置を使用して行われる。したがって、この画像形成装置によれば、２種類の走査のうち性能向上のために上記光走査装置を使用することがより適切なものが選択され、その選択された種類の走査に上記光走査装置が使用される。

（２２） さらに、前記走査部によって走査された光束を観察者の網膜に向かって誘導する光学系を含む（２０）または（２１）項に記載の画像形成装置。

以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。

図１には、本発明の第１実施形態に従う光走査装置１を備えた網膜走査型の画像形成装置１００が全体的には系統的に示され、部分的にはブロック図で示されている。

図１に示すように、光走査装置１を備えた画像形成装置１００は、観察者の網膜上に直接画像を投影するように構成されており、観察者の頭部に装着して使用される型式のディスプレイ装置である。

図１に示すように、画像形成装置１００は、光源ユニット部１０１と、走査部としての垂直走査系１０２および水平走査系１０３を備えている。画像形成装置１００は、さらに、リレー光学系１２６，１２７と、コリメトリーレンズ１２２と、ビームディテクタ１２３（これは光センサの一例である。）とを備えている。

図１に示すように、光源ユニット部１０１は、映像信号供給回路１０４と、その映像信号供給回路１０４に接続された光源ドライブ回路１０５と、その光源ドライブ回路１０８により駆動される光源１０６とを備えている。光源ユニット部１０１は、さらに、コリメート光学系１０７と、ダイクロイックミラー１１５，１１５，１１５と、結合光学系１１６と、ＢＤ信号検出回路１１８とを備えている。結合光学系１１６とコリメトリーレンズ１２２とは、光ファイバ１１７により光学的に互いに接続されている。

図１に示すように、映像信号供給回路１０４には、光源ドライブ回路１０５を互いに共同して構成する青色レーザドライバ１０８、緑色レーザドライバ１０９および赤色レーザドライバ１１０が接続されている。映像信号供給回路１０４は、入力された映像信号に基づいて各色の駆動信号をそれらドライバ１０８，１１０，１１２に対して供給する。

図１に示すように、映像信号供給回路１０４は、水平走査系１０３の水平走査駆動回路１２１と、垂直走査系１０２の垂直走査駆動回路１２４とにも接続されており、走査動作の同期に必要な水平同期信号１１９および垂直同期信号１２０をそれぞれ、対応する駆動回路１２１，１２４に供給する。

図１に示すように、映像信号供給回路１０４は、ＢＤ信号検出回路１１８に接続され、そのＢＤ信号検出回路１１８には、光走査装置１の走査光を検出するビームディテクタ１２３が接続されている。

走査光がビームディテクタ１２３に入射すると、そのことを示すＢＤ信号がビームディテクタ１２３から出力される。その出力されたＢＤ信号は、ＢＤ信号検出回路１１８に入力される。映像信号供給回路１０４は、そのＢＤ信号検出回路１１８から入力されたＢＤ信号を利用することにより、形成すべき画像の１フレームを構成する複数本のラインの１ラインごとに、そのフレームを形成するために各色の駆動信号を各ドライバ１０８，１０９，１１０に出力すべきタイミングを決定する。

青色レーザドライバ１０８、緑色レーザドライバ１０９および赤色レーザドライバ１１０はそれぞれ、映像信号供給回路１０４から供給される各色の駆動信号に基づき、各色のレーザ光の強度を変調するための駆動信号を青色レーザ１１１、緑色レーザ１１２および赤色レーザ１１３に供給し、それにより、各レーザ１１１，１１２，１１３を駆動する。青色レーザ１１１、緑色レーザ１１２および赤色レーザ１１３はそれぞれ、青色レーザドライバ１０８、緑色レーザドライバ１０９および赤色レーザドライバ１１０からの各駆動信号に基づき、青色、緑色および赤色の各波長に対応するレーザ光であって強度が変調されたものをレーザ光（レーザビーム）として発生させる。

図１に示すように、コリメート光学系１０７には、コリメートレンズ１１４，１１４，１１４が設けられている。それらコリメートレンズ１１４，１１４，１１４はそれぞれ、青色レーザ１１１、緑色レーザ１１２および赤色レーザ１１３から拡散的に放射された３色のレーザ光を平行光に変換してダイクロイックミラー１１５，１１５，１１５に入射させる。それらダイクロイックミラー１１５，１１５，１１５は、３色のレーザ光を合成し、その合成されたレーザ光は結合光学系１１６に入射する。

結合光学系１１６に入射したレーザ光は、光ファイバ１１７を経由してコリメートレンズ１２２に入射する。光ファイバ１１７の末端から拡散的に放射されたレーザ光は、コリメートレンズ１２２によって平行光に変換される。その平行光化されたレーザ光は、水平走査系１０３に水平走査装置として設けられた光走査装置１の反射ミラー８に入射する。

光走査装置１は、反射ミラー８に入射したレーザ光の反射方向を変化させてレーザ光を水平方向に走査するために利用される。光走査装置１においては、その水平走査のため、映像信号供給回路１０４から供給される水平同期信号１１９に基づいて水平走査駆動回路１２１が制御され、その水平走査駆動回路１２１によって反射ミラー８が振動させられる。その振動によって光走査装置１によって走査されたレーザ光は、リレー光学系１２６を経由して、垂直走査系１０２の反射ミラー部１２５に導かれる。

垂直走査系１０２は、映像信号供給回路１０４から供給される垂直同期信号１２０に基づいて制御される垂直走査駆動回路１２４を備えている。その垂直走査駆動回路１２４は、図示しないアクチュエータを駆動して反射ミラー部１２５を図１において矢印で示す方向に揺動（回転振動）させる。これにより、反射ミラー部１２５に入射したレーザ光の反射方向が変化させられてその反射レーザ光が垂直方向に走査される。

すなわち、本実施形態においては、水平走査系１０３の光走査装置１と垂直走査系１０２の反射ミラー部１２５との共同作用により、レーザ光が２次元的に走査されることになるのである。このようにして走査されたレーザ光は、リレー光学系１２７により整形されて観察者の瞳孔に入射し、網膜上に直接画像として投影される。

図２には、水平走査系１０３の水平走査駆動回路１２１の詳細がブロック図で示されている。水平走査駆動回路１２１は、発振器１２１ａと、位相反転回路１２１ｂと、位相シフタ１２１ｃ，１２１ｄと、アンプ１２１ｅ，１２１ｆとを備えている。

発振器１２１ａには、図１に示す映像信号供給回路１０４から水平同期信号１１９が供給される。その水平同期信号１１９に基づき、発振器１２１ａは正弦波信号を生成し、その生成された正弦波は、位相反転回路１２１ｂと位相シフタ１２１ｃとにそれぞれ入力される。

水平同期信号１１９が入力された位相シフタ１２１ｃは、映像信号供給回路１０４の画像信号と光走査装置１の反射ミラー部１２５との位相を調整するための信号を生成する。その生成された信号がアンプ１２１ｅによって増幅されることにより、光走査装置１に設けられた駆動源ａおよびｂにそれぞれ駆動電圧が供給される。

一方、同じ水平同期信号１１９が発振器１２１ａから入力された位相反転回路１２１ｂは、その入力された水平同期信号１１９の位相を反転させた反転信号を位相シフタ１２１ｄを経てアンプ１２１ｆに供給する。それら位相シフタ１２１ｄおよびアンプ１２１ｆは、上記の場合と同様にして動作する結果、上記反転信号を反映する駆動電圧が、光走査装置１に設けられた駆動源ｃおよびｄにそれぞれ供給される。

本実施形態においては、駆動源ａおよびｂから成る第１組と、駆動源ｃおよびｄから成る第２組とが、互いに逆位相で駆動されることにより、各駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄの各瞬間における変位方向が、それら２組間で互いに逆向きとなる。本実施形態においては、後述のように、それら第１組と第２組とが、反射ミラー８の揺動中心線を隔てて互いに対向するように光走査装置１に配置される。したがって、それら２組が互いに逆位相で駆動されることにより、反射ミラー８がねじり振動によって揺動させられ、その結果、反射ミラー８から反射するレーザ光が水平方向に走査される。

このようにして走査されたレーザ光は、前述のように、リレー光学系１２６を経由して垂直光走査系１０２の反射ミラー部１２５に導かれる。

ここで、図３ないし図５を参照することにより、画像形成装置１００に使用される光走査装置１を詳細に説明する。図３は、光走査装置１の組付状態での斜視図であり、図４は、光走査装置１の分解斜視図であり、図５は、光走査装置１の反射ミラー８の表面の状態を説明するための斜視図である。

図３および図４に示すように、光走査装置１は、略直方体のベース台２を備えており、そのベース台２には凹部２ａがベース台２の上面中央部に開口する状態で形成されている。そのベース台２の上面に振動体５が固着される。

振動体５は、固定枠部７を備えており、その固定枠部７はベース台２の上面に支持される。具体的には、固定枠部７は、ベース台２のうち凹部２ａの周囲に形成された支持部３に支持される。支持部３の上面は、振動体５の固定枠部７と略同一の幅で延びる平面として形成され、かつ、その上面の中央部は空洞とされている。その結果、支持部３には、矩形状の中空枠であって固定枠部７に近似するものが形成されている。

ベース台２の上面に開口する凹部２ａがベース台２に形成されているため、振動体５に形成された反射ミラー８の揺動時（振動時）に反射ミラー８がベース台２に干渉せずに済む。ベース台２は、微細な大きさを有するように形成されており、凹部２ａは、例えばエッチングにより形成される。

ここで、図３および図４を参照することにより、振動体５を詳細に説明する。

振動体５は、平面視で略長方形を成す薄くて小さなシリコン板を基材として形成されている。振動体５の製造方法については後に詳述する。

そのシリコン板に振動体５の複数の構成要素が形成される。それら構成要素には、反射ミラー８と、その反射ミラー８に連結される第１のばね部９，１０と、第１のばね部９に接続される第２のばね部１２，１３と、第１のばね部１０に接続される第２のばね部１５，１６と、第２のばね部１２，１３，１５，１６が接続される固定枠部７とがある。

それら構成要素はエッチングによりシリコン板上に形成される。本実施形態においては、それら構成要素が一体的に形成されることにより、振動体５が構成されている。

図３および図４に示すように、反射ミラー８は、長方形または正方形を成して、振動体５の略中央部に配置されている。この反射ミラー８は、図３および図４において横方向に延びる揺動軸線まわりに揺動させられることにより、その反射ミラー８に入射した光の反射方向を変化させる。

振動体５においては、反射ミラー８の一側には、第１のばね部９から２本の第２のばね部１２，１３が互いに並列に分岐するように第１のばね部９と２本の第２のばね部１２，１３とが互いに連結されて成る第１連結体が配置されている。同様にして、反射ミラー８の他側には、第１のばね部１０から２本の第２のばね部１５，１６が互いに並列に分岐するように第１のばね部１０と２本の第２のばね部１５，１６とが互いに連結されて成る第２連結体が配置されている。それら第１および第２連結体は、反射ミラー８に関して互いに対称となる相対位置関係を有するように配置されている。

第１連結体においては、２本の第２のばね部１２，１３が、共に反射ミラー８の一側に位置して、揺動軸線を隔てて互いに対向し、同様に、第２連結体においては、２本の第２のばね部１５，１６が、共に反射ミラー８の他側に位置して、揺動軸線を隔てて互いに対向している。第１連結体に属する２本の第２のばね部１２，１３に駆動源ａ，ｂがそれぞれ固着される一方、第２連結体に属する２本の第２のばね部１５，１６に駆動源ｃ，ｄがそれぞれ固着されている。

図５に示すように、反射ミラー８の表面には光反射膜８ａが形成されており、高い反射効率が実現されている。光走査のために反射ミラー８を動作する際の振動周波数すなわち動作振動周波数は、反射ミラー８の共振周波数とほぼ等しくなるように設定することが反射ミラー８の振動状態を安定化させるために望ましい。

図３および図４に示すように、第１のばね部９，１０および第２のばね部１２，１３，１５，１６は、固定枠部７の略中央部に配置された反射ミラー８をねじり振動可能に支持するものである。

具体的には、前述の説明から明らかなように、第１のばね部９，１０はそれぞれ、一端部において反射ミラー８の両側縁の幅方向中央位置に連結され、揺動軸線まわりにねじり振動（ねじり変形の反復）させられる。

第２のばね部１２，１３，１５，１６は、それぞれの中心線（長手軸線）まわりにねじり振動（ねじり変形の反復）させられると同時に、各板面に直角な面内において曲げ振動（曲げ変形の反復）させられるように、形状、配向等、幾何学的特徴が予め設定されている。

２本の第２のばね部１２，１３は、共に、第１のばね部９の他端部に連結され、その第１のばね部９の幅より広い間隔でその第１のばね部９から分岐させられている。それら２本の第２のばね部１２，１３は、図３および図４から明らかなように、第１のばね部９の幅より広い隙間であって揺動軸線に沿って延びるものを隔てて互いに対向している。それら２本の第２のばね部１２，１３は、共に、それらの一端部において第１のばね部９の他端部に連結される一方、それらの他端部において固定枠部７に連結されている。

同様にして、２本の第２のばね部１５，１６は、共に、第１のばね部１０の他端部に連結され、その第１のばね部１０の幅より広い間隔でその第１のばね部１０から分岐させられている。それら２本の第２のばね部１５，１６は、図３および図４から明らかなように、第１のばね部１０の幅より広い隙間であって揺動軸線に沿って延びるものを隔てて互いに対向している。それら２本の第２のばね部１５，１６は、共に、それらの一端部において第１のばね部１０の他端部に連結される一方、それらの他端部において固定枠部７に連結されている。

以上要するに、本実施形態においては、第１のばね部９，１０が反射ミラー８をそれの両側において直接に支持する一方、第２のばね部１２，１３は第１のばね部９を介して、第２のばね部１５，１６は第１のばね部１０を介して間接に反射ミラー８を支持しているのである。

上述のように、２本の第２のばね部１２，１３は、第１のばね部９の幅より広い間隔でその第１のばね部９から分岐させられ、同様にして、２本の第２のばね部１５，１６は、第１のばね部１０の幅より広い間隔でその第１のばね部１０から分岐させられている。

ここに、各第１のばね部９，１０の幅寸法をＷ、第１組の第２のばね部１２，１３と第２組の第２のばね部１５，１６とのそれぞれの分岐間隔をＤでそれぞれ表記する。さらに、分岐間隔Ｄを、図２４におけるＬ２と同様に、第１組の第２のばね部１２，１３と第２組の第２のばね部１５，１６とのそれぞれの外縁同士の間隔を意味するように定義する。この定義によれば、分岐間隔Ｄは、幅Ｗの約１０倍としたり（図２４に示す振動体５の場合）、約９ないし１１倍の範囲内の値としたり、約８ないし１２倍の範囲内の値としたり、約２ないし１５倍の範囲内の値とすることが望ましい。

図３および図４に示すように、第２のばね部１２，１３は、平面視でＬ状または逆Ｌ字状を成すように形成されており、各一端部は、第１のばね部９に略垂直に連結され、一方、各他端部は、固定枠部７に略垂直に連結されている。同様に、第２のばね部１５，１６は、平面視でＬ状または逆Ｌ字状を成すように形成されており、各一端部は、第１のばね部１０に略垂直に連結され、一方、各他端部は、固定枠部７に略垂直に連結されている。

本実施形態においては、前述のように、１本の第１のばね部９に２本の第２のばね部１２，１３が一体的に連結され、同様に、１本の第１のばね部１０に２本の第２のばね部１５，１６が一体的に連結されている。そして、第１のばね部９，１０は、反射ミラー８の重心を通る直線（前述の揺動軸線）上に配置され、第２のばね部１２，１３はその直線を中心として対称となるように配置されている。また、第２のばね部１５，１６もその直線を中心として対称となるように配置されている。

したがって、本実施形態によれば、第１のばね部９，１０および第２のばね部１２，１３，１５，１６が上記のように構成されることにより、光走査のために反射ミラー８がねじり振動させられる場合に、振動体５に発生する応力をその全体に分散させて、例えば、第２のばね部１２，１３，１５，１６と固定枠部７との連結点に発生する応力を緩和することが容易となる。

よって、本実施形態によれば、ばね部９，１０，１２，１３，１５，１６がそれ発生する応力に耐えるためにばね部９，１０，１２，１３，１５，１６を徒に太くしたり長くしたりしなくても、反射ミラー８の共振周波数すなわち走査周波数を確保しながら十分に大きなねじり角すなわち走査角を得ることが容易となる。

その結果、本実施形態によれば、光走査装置１ひいてはそれが搭載された画像形成装置１００の小型化を図りつつ、走査周波数の増加と走査角の増加との両立を図ることが容易となる。

さらに、本実施形態によれば、ばね部９，１０，１２，１３，１５，１６の大型化を抑制しつつ所期の目的を達成することが可能となるため、ばね部９，１０，１２，１３，１５，１６の大型化に起因した不要振動モードの発生、すなわち、反射ミラー８にねじり振動モード以外の振動モードが発生することを回避することが容易となる。

なお付言するに、本実施形態においては、振動体５における前述の第１および第２連結体がそれぞれ、１本の第１ばね部と、２本の第２のばね部とにより構成されるが、各第２のばね部は、本来の第２のばね部と、その本来の第２のばね部を第１のばね部に連結させる連結部とが一体的に形成されて構成されると考えることが可能である。

後者の観点を採用すれば、図３においては、例えば、第２のばね部１２を構成するために互いに直交する第１および第２の直線部のうち、第１のばね部９に直角に連結される第１の直線部が、上述の連結部の一例を構成することになる。この第１の連結部は、第１のばね部９にも、第２のばね部１２のうちの第２の直線部にも直角に連結されている。

さらに、本実施形態においては、いずれの第２のばね部１２，１３，１５，１６にも、各駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄが、第１の直線部に及ばない姿勢で装着されており、それにより、第１の直線部のねじり振動および曲げ振動が駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄによって阻害されることが回避されている。

図４に示すように、固定枠部７は、反射ミラー８に連結された第１のばね部９，１０に接続された第２のばね部１２，１３，１５，１６を支持する機能と、振動体５をベース台２に固着する機能とを有するものである。具体的には、固定枠部７は、それの下面においてベース台２の支持部３に固着されている。

ここで、振動体５の製造方法を詳細に説明する。

上記のような構造を有する振動体５を製造するためには、例えば、シリコンウエハ上に固定枠部７、反射ミラー８、第１のばね部９，１０および第２のばね部１２，１３，１５，１６から成る振動体５のパターンを形成し、これをエッチングすることにより、それらを一体形成する。その後、図５に示すように、反射ミラー８となるべき箇所の表面に、金、クロム、白金、アルミ等の材料により反射膜８ａを形成すれば、振動体５が完成する。この製造方法によれば、同じ仕様の振動体５を複数同時に製造することができる。

次に、図３、図４、図６および図７を参照することにより、駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄの形成方法を詳細に説明する。図６は、振動体５を幅方向から見た部分側面図であり、図７は、振動体５を幅方向から見て部分的に示すとともに、代表的な駆動源ｄの構造を詳細に示す部分側面図である。

図３および図４に示すように、駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ、第２のばね部１２，１３，１５，１６上に直接に形成されている。

駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄは、ＰＺＴ、ＺｎＯ、ＢＳＴ等の圧電体を用いて構成されている。圧電体は、電気−機械変換効率の高い素子であることから、駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄに圧電体を用いると、低消費電力化が容易となる。よく知られているように、圧電体に交番電圧が所定周波数で印加されれば、圧電体は、その電圧周波数と同じ周波数で伸縮を繰り返し、その結果、振動する。

ＰＺＴ、ＺｎＯ、ＢＳＴ等の圧電体を用いた駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄの形成には、ＣＶＤ、スパッタリング、水熱合成、ゾルゲル、微粒子吹き付け等の薄膜形成法が用いられ、それにより、駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄがそれぞれ第２のばね部１２，１３，１５，１６上に直接に形成されている。

本実施形態においては、図３，図４，図６および図７に示すように、駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄがそれぞれ、対応する第２のばね部１２，１３，１５，１６の上面と固定枠部７の上面とに跨る（及ぶ）姿勢で振動体５に装着されている。具体的には、図６および図７に示すように、代表的な駆動源ｄが、第２のばね部１３と固定枠部７とが互いに隣接する固定端部１３ａを通過する姿勢で、振動体５に装着されている。

図３および図４に示すように、固定枠部７上には、駆動源ａに駆動電圧を入力するための入力端子ａ１，ａ２と、駆動源ｂに駆動電圧を入力するための入力端子ｂ１，ｂ２と、駆動源ｃに駆動電圧を入力するための入力端子ｃ１，ｃ２と、駆動源ｄに駆動電圧を入力するための入力端子ｄ１，ｄ２とがそれぞれ金属薄膜により形成されている。

本実施形態においては、振動体５を形成する材料の脆弱性が高くてもそれを薄膜化すれば大変形が可能となるため、振動体５は、駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄの厚みと第２のばね部１２，１３，１５，１６の厚みを合計値が２００μｍ以下になるように構成されている。

ここで、駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄの構造を、駆動源ｄを例にとり、図７を参照して詳細に説明する。

図７に示すように、駆動源ｄは、第２のばね部１３から固定枠部７に延びるように形成されている。駆動源ｄは、それの厚さ方向において互いに対向する一対の電極ｄ３，ｄ４によって挟まれており、サンドイッチ構造が形成されている。図７においては、駆動源ｄの下側には下部電極ｄ４が配置され、上側には上部電極ｄ３が配置されている。

図３、図４および図７に示すように、上部電極ｄ３は、入力端子ｄ２に接続され、図３および図４に示すように、下部電極ｄ４は、入力端子ｄ１に接続されている。

なお付言するに、本実施形態においては、各駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄに一対の電極ｄ３，ｄ４が一体的に装着されているため、材料力学的観点からは、一対の電極ｄ３，ｄ４に各駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄがサンドイッチされて成る積層体を駆動源として認識してもよい。

次に、第１のばね部９，１０の剛性と、第２のばね部１２，１３，１５，１６の弾性変形部との剛性との関係を、第１のばね部９と第２のばね部１３との組合せを例にとり、図５および図７を参照することにより、説明する。

本実施形態においては、各第２のばね部１２，１３，１５，１６の弾性変形部は、主に、各第２のばね部１２，１３，１５，１６と、それに固着された駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄとの組合体を意味している。また、剛性は、外力に対する変形の抵抗を意味しており、具体的には、第１のばね部９，１０の剛性は、ねじり剛性を意味し、弾性変形部の剛性は、ねじり剛性と曲げ剛性との双方を意味する。

図７に示す例については、まず、第１のばね部９の断面２次モーメント（図７に示すＡ−Ａ’断面における断面２次モーメント）と、第２のばね部１３の断面２次モーメント（図７に示すＢ−Ｂ’断面における断面２次モーメント）とが互いに比較される。第１のばね部９と第２のばね部１３とは、板厚寸法に関しては互いに共通する。しかし、図５に示すように、幅寸法に関しては、第１のばね部９の方が第２のばね部１３より長い。

一方、図１０に示すように、板厚寸法ｈおよび幅寸法ｂを有する矩形断面のはり部材については一般に、板厚寸法ｈが一定である条件においては、幅寸法ｂが大きいほど、曲げ剛性もねじり剛性も増加し、外力に対する変形抵抗が増加する。このはり部材の曲げ剛性は、縦弾性係数Ｅと、断面２次モーメントＩｚとの積で表わされ、具体的には、

Ｅｂｈ^３／１２

で表わされる。一方、ねじり剛性は、板厚寸法ｈが幅寸法ｂよりかなり小さい条件においては、横弾性係数をＧで表わすと、近似的に、

Ｇｂｈ^３／３

で表わされる。図１０において「ｄＡ」は、はり部材の中立軸（ｘ軸と一致する）からｙの距離にある微小面積要素を意味している。

したがって、本実施形態においては、第２のばね部１３の断面２次モーメントが第１のばね部９の断面２次モーメントより小さい。

一方、そのような断面２次モーメントの関係は、本実施形態においては、第２のばね部１３の幅寸法を第１のばね部９の幅寸法より短い寸法に選定したことに起因する。また、上述のように、矩形断面のはり部材においては、曲げ剛性の計算式にもねじり剛性の計算式にも「ｂｈ^３」なる項が存在し、このことは、はり部材の幅寸法が短いほど、はり部材の曲げ剛性もねじり剛性も低下することを意味する。

したがって、本実施形態においては、第２のばね部１３の方が第１のばね部９より弾性的にねじり変形し易い。第１のばね部９は基本的には曲げ変形させられないが、本実施形態においては、変形の種類の如何を問わず、第２のばね部１３の方が第１のばね部９より弾性変形し易いといえる。

さらに、本実施形態においては、第２のばね部１３と駆動源ｄとの積層体すなわち弾性変形部の断面２次モーメントが第１のばね部９の断面２次モーメントより小さくなるように、第２のばね部１３および駆動源ｄの断面形状および駆動源ｄの弾性係数が予め選定されている。

その結果、本実施形態においては、各弾性変形部（１本の第２のばね部と、それに対応する駆動源との積層体）の曲げ変形およびねじり変形が、第１のばね部９のねじり変形より発生し易いようになっている。

一方、本実施形態においては、反射ミラー８の揺動角すなわち走査角が、第１のばね９のねじり変形量と、弾性変形部のねじり変形量および曲げ変形量とが合成されたものである。

したがって、本実施形態によれば、そのように変形し易い弾性変形部が第１のばね部９と組み合わせて使用されることにより、弾性変形部が存在しない場合に比較し、反射ミラー８の走査角を増加させることが容易となる。

さらに、本実施形態によれば、第１のばね部９が、それより変形し易い弾性変形部を介して固定枠部７に連結されるため、反射ミラー８の揺動時に第１のばね部９に発生する応力を軽減することも容易となる。

次に、上記のように構成された光走査装置１の作動を、図１，図２，図３および図８を参照して説明する。図８は、振動体５を共振状態で示す斜視図である。

図１に示す映像信号供給回路１０４から水平同期信号１１９が光走査装置１に供給され、その供給された水平同期信号１１９は、図２に示す水平走査駆動回路１２１の発振器１２１ａに入力され、その発振器１２１ａにより、水平同期信号１１９に基づいて正弦波が生成される。その生成された正弦波は、位相反転回路１２１ｂおよび位相シフタ１２１ｃにそれぞれ入力される。

その正弦波が位相シフタ１２１ｃに入力されると、その位相シフタ１２１ｃにおいては、画像信号と反射ミラー８との位相を調整するための信号が生成され、その生成された信号に基づき、アンプ１２１ｅとの共同作用により、駆動電圧が入力端子ａ１，ａ２を介して、第２のばね部１２に形成された駆動源ａに供給される。さらに、その駆動電圧と位相が同じ駆動電圧が入力端子ｂ１，ｂ２を介して、第２のばね部１５に形成された駆動源ｂに供給される。

これに対し、上記正弦波が位相反転回路１２１ｂに入力されると、その位相判定回路１２１ｂにおいては、その入力された正弦波の位相が反転され、そのようにして生成された正弦波が位相シフタ１２１ｄに供給される。その位相シフタ１２１ｄにおいては、画像信号と反射ミラー８との位相を調整するための信号が生成され、その生成された信号に基づき、アンプ１２１ｆとの共同作用により、駆動電圧が入力端子ｄ１，ｄ２を介して、第２のばね部１３に形成された駆動源ｄに供給される。さらに、その駆動電圧と位相が同じ駆動電圧が入力端子ｃ１，ｃ２を介して、第２のばね部１６に形成された駆動源ｃに供給される。

したがって、各第２のばね部１２，１５の片面に貼り付けられた各駆動源ａ，ｂが伸長すると、第２のばね部１２，１５が図３において下向きに撓む。それと同時に、各第２のばね部１３，１６の片面に貼り付けられた各駆動源ｃ，ｄが伸長すると、第２のばね部１３，１６が図３において上向きに撓むことになる。

さらに、駆動源ａ，ｂが上向きに撓むと、第２のばね部１２，１５も上向きに撓み、それと同時に、駆動源ｃ，ｄが下向きに撓むと、第２のばね部１３，１６も下向きに撓むことになる。

このように、本実施形態においては、水平走査駆動回路１２１が、図１に示す映像信号供給回路１０４から供給される水平同期信号１１９に基づき、駆動源ａ，ｂおよび駆動源ｃ，ｄにそれぞれ印加される駆動電圧を、反射ミラー８の共振周波数と同じ周波数で互いに逆位相で振動させる。

それにより、振動体５において第２のばね部１２，１５および１３，１６が互いに逆向きに曲がるように撓み、それに伴い、振動体５が共振周波数で共振する。この共振により、第１のばね部９，１０に支持された反射ミラー８が、図８に示す中立位置（静止位置）Ｓと共振時の最大揺動位置（最大変位位置）Ｋとの間で振動を繰り返し、その結果、反射ミラー８に入射して反射するレーザ光が水平方向に走査される。

図１に示すように、反射ミラー８によって水平走査されたレーザ光は、リレー光学系１２６を経由して、垂直走査系１０２の反射ミラー部１２５に導かれる。その反射ミラー部１２５に入射したレーザ光は、垂直走査系１０２によって垂直方向に走査される。垂直走査されたレーザ光は、リレー光学系１２７によりビーム形状がビーム整形されて、観察者の瞳孔に入射され、やがて網膜上に直接に画像が投影される。

以上説明したように、本実施形態においては、駆動源ａが形成された第２のばね部１２と、駆動源ｄが形成された第２のばね部１３との断面２次モーメントがそれぞれ、第１のばね部９の断面２次モーメントより小さくなるように振動体５が構成されている。さらに、駆動源ｂが形成された第２のばね部１５と、駆動源ｃが形成された第２のばね部１６との断面２次モーメントが、第１のばね部１０の断面２次モーメントより小さくなるように振動体５が形成されている。

したがって、本実施形態によれば、駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄおよび第２のばね部１２，１３，１５，１６が相対的に変形し易くなり、その変形が最終的には反射ミラー８のねじりすなわち揺動に反映されるため、反射ミラー８の走査角（振れ角）を増加させることが容易となる。

さらに、本実施形態においては、駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄが第２のばね部１２，１３，１５，１６上に直接、薄膜形成法により形成されている。したがって、本実施形態によれば、各駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄと各第２のばね部１２，１３，１５，１６との間に、合成樹脂等から成る接着剤層を介在させずに済む。よって、本実施形態によれば、各駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄと各第２のばね部１２，１３，１５，１６との接合状態が安定し、振動体５の振動も安定する。

さらに、本実施形態においては、駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄの振動を拡大する機構が振動体５に採用されるため、反射ミラー８を所定の走査周波数および走査角のもとに振動させるのに必要な消費電力を節約することが容易となる。

さらに、本実施形態においては、各第２のばね部１２，１３，１５，１６に直接に各駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄが装着されており、弾性変形部と加振源とが互いに位置的に一致させられている。したがって、本実施形態によれば、各駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄの振動を効率よく振動体５に伝達することが容易となり、消費電力の節約が容易となるとともに、光走査装置１の小型化が容易となる。

さらに、本実施形態においては、図６に示すように、各駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄが、各第２のばね部１２，１３，１５，１６から固定枠部７に延びる姿勢で振動体５に形成されている。よって、本実施形態によれば、振動体５の振動の節が固定端部１３ａに安定的に位置することとなり、振動体５の振動状態が理想的な共振状態で安定する。

したがって、本実施形態によれば、図９に示すように、各駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄが、各第２のばね部１２，１３，１５，１６上のみに形成され、固定枠部７には及ばないように形成される場合と比較し、振動体５の振動状態を安定化させることが容易となる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態と共通する要素が多いため、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、詳細な説明を省略し、異なる要素についてのみ、詳細に説明する。

図１１に示すように、本実施形態に従う光走査装置２００は、第１実施形態に従う光走査装置１と構成が共通する要素として、ベース台２と振動体５とを備えており、ベース台２には、第１実施形態と同様に、図１２に示すように、支持部３が形成されている。本実施形態においては、図１１に示すように、振動体５が、第１実施形態と同様に、固定枠部７と、反射ミラー８と、第１のばね部９，１０と、第２のばね部１２，１３，１５，１６とを備えている。

第１実施形態においては、図３に示すように、駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄの振動が直接に振動体５に伝達されるようになっている。すなわち、振動体５が駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄによって直接に加振されるようになっているのである。

これに対し、本実施形態に従う光走査装置２００においては、図１１に示すように、振動体５が駆動源ｅ，ｆによって間接に加振されるようになっている。すなわち、光走査装置２００が全体的に加振されるようになっているのである。

図１１に示すように、本実施形態においては、ベース台２の下面に駆動源ｅ，ｆが接着により固定されている。それら２個の駆動源ｅ，ｆは、ベース台２の幅方向（ベース台２の長手方向と直角な方向）において互いに対向する２個の対向位置にそれぞれ配置されている。

それら駆動源ｅ，ｆは、共に、積層型の圧電アクチュエータとして構成されている。積層型の圧電アクチュエータは、ベース台２の長手方向に延びるＰＺＴ、ＺｎＯ、ＢＳＴ等の圧電体が複数枚、各板面と直角な方向に積層されて構成されている。圧電体は、電気−機械変換効率の高い素子であることから、駆動源ｅ，ｆに圧電体を用いると、低消費電力化が容易となる。

図１２に示すように、駆動源ｅは、上側の電極ｅ１と、下側の電極ｅ２とによってサンドイッチ状に挟まれている。同様にして、駆動源ｆは、上側の電極ｆ１と、下側の電極ｆ２とによってサンドイッチ状に挟まれている。

駆動源ｅは、電極ｅ１および電極ｅ２間に印加する駆動電圧の極性を所定の周波数で変化させることにより、伸び縮みして振動する。同様にして、駆動源ｆは、電極ｆ１および電極ｆ２間に印加する駆動電圧の極性を所定の周波数で変化させることにより、伸び縮みして振動する。したがって、駆動源ｅおよび駆動源ｆに互いに逆位相で駆動電圧を印加すれば、それら駆動源ｅおよび駆動源ｆが互いに逆位相で振動し、それにより、ベース台２を介して振動体５を、第１実施形態と同様にして振動させることができる。

図１１に示すように、ベース台２には、第１実施形態と基本的に共通するように、ベース台２の上面に開口する凹部が形成されているが、本実施形態においては、それが階段状に形成されている。具体的には、ベース台２の長手方向中央部には、深い底面を有する凹部２ｂが形成され、それを挟む２個の位置にそれぞれ、浅い底面を有する凹部２ｃが形成されている。

図１３には、本実施形態における水平走査駆動回路１２１がブロック図で示されている。この水平走査駆動回路１２１は、第１実施形態と基本的な電気回路が共通しており、第１実施形態との相違点は、アンプ１２１ｅが１個の駆動源ｅに接続されるとともに、アンプ１２１ｆが１個の駆動源ｆに接続される点である。

このように構成された水平走査駆動回路１２１によれば、駆動源ｅおよびｆにそれぞれ駆動電圧が互いに逆位相で印加され、それにより、それら駆動源ｅおよび駆動源ｆが互いに逆位相で振動させられる。その結果、第１のばね部９，１０、第２のばね部１２，１３，１５，１６および反射ミラー８によって構成される振動体５に、それのねじり振動モードの共振周波数に一致する周波数の振動が加えられる。それにより、振動体５が共振して、反射ミラー８が共振周波数かつ大きな揺動角のもとにねじり振動を誘起される。

本発明者らは、以上説明した第１および第２実施形態に共通の振動体５につき、その振動体５の幾何学的特徴である形状寸法と振動特性との関係を解析すべく、コンピュータによるシミュレーションによって数値解析を行った。その数値解析は、有限要素法によるものである。

図１４には、その数値解析のために使用された振動体５の解析モデルが簡略的に示されている。解析モデルは、振動体５を複数の有限要素に分割することによって構成されている。

図１４に示すように、この解析モデルにおいては、反射ミラー８の幅寸法が「Ｌ１」で表記される一方、一対の第２のばね部１２，１３と、別の一対の第２のばね部１５，１６とのそれぞれにつき、分岐間隔が「Ｌ２」で表記されている。ここに、「分岐間隔Ｌ２」は、一対の第２のばね部１２，１３を例にとって説明すれば、それら第２のばね部１２，１３の外縁同士の間隔を意味する。分岐間隔Ｌ２は、各連結部１７，１８の長さと一致する。

なお付言するに、図１４に示す解析モデルにおいては、２本の第２のばね部１２，１３のうち第１のばね部９と連結する部分が、それら２本の第２のばね部１２，１３から名称的に独立して連結部１７と称される。同様にして、２本の第２のばね部１５，１６のうち第１のばね部１０と連結する部分が、それら２本の第２のばね部１５，１６から名称的に独立して連結部１８と称される。

振動体５の振動特性を解析するために上述の解析モデルを用いて第１の数値解析と第２の数値解析と第３の数値解析とが行われた。３種類の数値解析が行われたのであり、それら３種類の数値解析に共通する解析条件は以下のとおりである。

１．反射ミラー８（正方形）の寸法
厚さ：１００μｍ
長さ：１ｍｍ
幅：１ｍｍ

２．第１のばね部９，１０（長方形）の寸法
厚さ：１００μｍ
長さ：０．５ｍｍ
幅：６０μｍ

３．第２のばね部１２，１３，１５，１６（長方形）の寸法
厚さ：１００μｍ
長さ：１．５ｍｍ
幅：４０μｍ

４．連結部１７，１８（長方形）の寸法
厚さ：１００μｍ
幅：４０μｍ

したがって、それら３種類の数値解析を通じて、反射ミラー８の幅Ｌ１は、１ｍｍに維持された。

一方、それら３種類の数値解析は、３種類の分岐間隔Ｌ２のもとに行われた。具体的には、第１の数値解析は、連結部１７，１８の長さが０．６ｍｍであって、分岐間隔Ｌ２も０．６ｍｍである条件のもとに行われた。この数値解析は、結局、反射ミラー８の幅Ｌ１を超えない分岐間隔Ｌ２のもとに行われたことになる。具体的には、この数値解析は、反射ミラー８の幅Ｌ１より小さい（例えば、５０ないし７０パーセントの範囲内、４０ないし８０パーセントの範囲内あるいは３０ないし９０パーセントの範囲内にある）分岐間隔Ｌ２のもとに行われたことになる。

これに対し、第２および第３の数値解析は、共に、分岐間隔Ｌ２が幅Ｌ１を超える条件のもとに実施された。具体的には、第２の数値解析は、分岐間隔Ｌ２が１．１ｍｍである条件のもとに実施され、一方、第３の数値解析は、分岐間隔Ｌ３が２ｍｍである条件のもとに実施された。

図１５には、図１４に示す振動体５の解析モデル（以下、単に「振動体５」ともいう。）が静止状態で示されている。第１の数値解析は、振動体５を４種類の振動モードで模擬的に振動させるべく実施された。それら４種類の振動モードは、振動体５を振動させる振動周波数に関して下記のように異なっている。

振動モード１：１０．６ｋＨｚ
振動モード２：１５．１ｋＨｚ
振動モード３：２１．８ｋＨｚ
振動モード４：２５．２ｋＨｚ

以下、図１６ないし図２３を参照することにより、第１の数値解析の結果を説明する。

それに先立ち、図１６ないし図２３の内容を簡単に説明する。

図１６ないし図１９は、各振動モードの解析結果を単独で示す図である。具体的には、図１６は、振動モード１の解析結果を示す図であり、図１７は、振動モード２の解析結果を示す図であり、図１８は、振動モード３の解析結果を示す図であり、図１９は、振動モード４の解析結果を示す図である。

図２０ないし図２３は、各振動モードの解析結果であって図１６ないし図１９にそれぞれ示されているものを、図１５に示されている静止状態にある振動体５と対比するために便宜上重ね合わせて示す図である。具体的には、図２０は、振動モード１の解析結果を静止状態にある振動体５と対比して示す図であり、図２１は、振動モード２の解析結果を静止状態にある振動体５と対比して示す図であり、図２２は、振動モード３の解析結果を静止状態にある振動体５と対比して示す図であり、図２３は、振動モード４の解析結果を静止状態にある振動体５と対比して示す図である。

図１６および図２０に示すように、振動モード１、すなわち、１０．６ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が反射面８ａに平行な方向に振動（面内振動）して共振する状態となる。

また、図１７および図２１に示すように、振動モード２、すなわち、１５．１ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が反射面８ａに垂直な方向に振動（面外振動）して共振する状態となる。

また、図１８および図２１に示すように、振動モード３、すなわち、２１．８ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が第１のばね部８，９の軸線まわりに回動してねじれ共振する状態となる。

また、図１９および図２３に示すように、振動モード４、すなわち、２５．２ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が反射面８ａの中心点を回転中心として、反射ミラー８が反射面８ａに沿って往復回転して共振する状態となる。

第１の数値解析結果によれば、それら振動モード１ないし４のうち振動モード３が、光の走査に好適に使用できる振動モードである。

図２４には、第２の数値解析が実施された解析条件が示されている。この第２の数値解析においては、振動体５の連結部１７，１８の長さが１．１ｍｍというように、第１の数値解析の場合より長くされている。したがって、分岐間隔Ｌ２も、１．１ｍｍとなり、反射ミラー８の幅寸法Ｌ１である１ｍｍより、僅かではあるが長くなっている。

図２５には、図２４に示す振動体５が静止状態で示されている。第２の数値解析は、振動体５を４種類の振動モードで模擬的に振動させるために実施された。それら４種類の振動モードは、振動体５を振動させる振動周波数に関して下記のように異なっている。

振動モード１：１０．０ｋＨｚ
振動モード２：１４．２ｋＨｚ
振動モード３：２２．０ｋＨｚ
振動モード４：２５．５ｋＨｚ

以下、図２６ないし図３３を参照することにより、第２の数値解析の結果を説明する。

それに先立ち、図２６ないし図３３の内容を簡単に説明する。

図２６ないし図２９は、各振動モードの解析結果を単独で示す図である。具体的には、図２６は、振動モード１の解析結果を示す図であり、図２７は、振動モード２の解析結果を示す図であり、図２８は、振動モード３の解析結果を示す図であり、図２９は、振動モード４の解析結果を示す図である。

図３０ないし図３３は、各振動モードの解析結果であって図２６ないし図２９にそれぞれ示されているものを、図２５に示されている静止状態にある振動体５と対比するために便宜上重ね合わせて示す図である。具体的には、図３０は、振動モード１の解析結果を静止状態にある振動体５と対比して示す図であり、図３１は、振動モード２の解析結果を静止状態にある振動体５と対比して示す図であり、図３２は、振動モード３の解析結果を静止状態にある振動体５と対比して示す図であり、図３３は、振動モード４の解析結果を静止状態にある振動体５と対比して示す図である。

図２６および図３０に示すように、振動モード１、すなわち、１０．０ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が反射面８ａに平行な方向に振動（面内振動）して共振する状態となる。

また、図２７および図３１に示すように、振動モード２、すなわち、１４．２ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が反射面８ａに垂直な方向に振動（面外振動）して共振する状態となる。

また、図２８および図３２に示すように、振動モード３、すなわち、２２．０ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が反射面８ａの中心点を回転中心として、反射ミラー８が反射面８ａに沿って往復回転して共振する状態となる。

また、図２９および図３３に示すように、振動モード４、すなわち、２５．５ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が第１のばね部８，９の軸線まわりに回動してねじれ共振する状態となる。

第２の数値解析結果によれば、それら振動モード１ないし４のうち振動モード４が、光の走査に好適に使用できる振動モードである。

次に、図３４を参照しつつ、振動体５の近似モデルを用いることにより、振動体５の１次ないし３次の振動モードを説明する。

図３４の上部には、振動体５の近似モデルが示されている。この近似モデルにおいては、反射ミラー８の質量が「Ｍ１」、第１のばね部が「無質量」、連結部１７，１８の質量がそれぞれ「Ｍ２」、第２のばね部が「無質量」とされるとともに、２本の第２のばね部が便宜上結合されて１本の第２のばね部とされている。

振動体５をこの近似モデルに近似すると、ばね部の質量を無視すれば、振動体５は、水平方向あるいは鉛直方向に関しては、それぞれ３自由度の振動系に相当する。

光走査を安定して行うには、振動体５の高次（２次以上）の振動モードが、ねじり振動の固有振動数より低い周波数領域において発生しないようにすることが望ましい。図３４には、上部においては近似モデルが静止状態で示され、その下部においては３種類の振動モードがその近似モデルを用いて示されている。それら３種類の振動モードのうち、上段のものが１次モードであり、中段のものが２次モードであり、下段のものが３次モードである。

図１６ないし図３３を参照して説明した数値解析結果から明らかなように、振動体５について固有振動数のモード解析を行うと、垂直並進振動モード（面外振動モード）あるいは水平並進振動モード（面内振動モード）の１次固有振動が低周波数領域で発生する。

図１４に示す振動体５に発生する４種類の振動モードをそれぞれ、図３４に示す３種類の振動モードのいずれかに関連付けると、図１６に示す振動モード１（水平並進振動モード）が図３４に示す１次モードに該当し、図１９に示す振動モード４（回転振動モード）が図３４に示す２次モードに該当する。

今回の数値解析が実施された周波数より高い周波数について別の数値解析を実施すれば、３次モードあるいはそれより高次のモードについてまで振動体５を解析できる。

図３４に示す近似モデルにおいて、Ｍ１の質量とばね部の剛性が一定であると仮定すると、高次のモードの周波数は、Ｍ２の質量に依存することになる。Ｍ２の質量増加は、図３４に示す例においては、１次モードの振動周波数の低下を招き、それに加えて、２次モードの振動周波数の低下も招く。そのため、Ｍ２の質量増加は、高次モードの振動周波数が光走査に必要なねじり固有振動数に接近する要因になっていた。

これに対し、図１４に示す振動体５、すなわち、第１および第２実施形態において使用される振動体５においては、連結部１７，１８の長さ、すなわち、第２のばね部１２，１３および第２のばね部１５，１６の分岐間隔Ｌ２が反射ミラー８の幅Ｌ１より短くされることにより、連結部１７，１８の質量Ｍ２が減少させられている。

したがって、図１４に示す振動体５においては、反射ミラー８の揺動速度の高速化を図るにもかかわらず、振動方向が反射ミラー８に対して水平な方向および垂直な方向である１次モード以外の振動モードの発生が抑制され、その結果、振動体５のねじり振動が安定化し、光走査も安定化させられる。ここに、振動方向が反射ミラー８に対して水平な方向および垂直な方向である１次モードの発生を許容するのは、このモードは、光走査に必要な振動モードではないが、走査光の向きを予定外に変化させてその直進性を阻害してしまう振動モードではないからである。

第１および第２実施形態においては、図１８に示す振動モード３が光走査装置１，２００に好適な振動（共振）モードであり、このモードの固有振動数は２１．８ｋＨｚであった。これより低い周波数においては、図１６に示す振動モード１は反射ミラー８の反射面８ａに対して水平な方向（面内方向）、図１７に示す振動モード２は反射面８ａに対して垂直な方向（面外方向）を振動方向とするモードであり、振動方向が垂直および水平である１次モードしか発生しない。

したがって、第１および第２実施形態によれば、振動体５のねじり振動が安定化し、光走査装置１，２００による光走査も安定化する。

これに対し、図２４に比較例として示すように、連結部１７，１８の長さすなわち分岐間隔Ｌ２を１．１ｍｍにして幅Ｌ１より長くした場合には、必要な振動モード、すなわち、図２９および図３３に示すねじり振動モード４の共振周波数２５．５ｋＨｚより低い周波数である２２．０ｋＨｚで、図２８および図３２に示すように、振動モード３（回転振動モード）に振動モード１（面内振動モード）の２次モードが重畳させられた振動が振動体５に発生している。そのため、振動体５のねじり振動が安定せず、光走査装置１，２００による光走査も安定しない。

図３５には、第３の数値解析が実施された解析条件が示されている。この第３の数値解析においては、振動体５の連結部１７，１８の長さが２ｍｍというように、第１および第２の数値解析の場合より長くされている。したがって、分岐間隔Ｌ２も、２ｍｍとなり、反射ミラー８の幅Ｌ１である１ｍｍの２倍の長さとなっている。

図３６には、図３５に示す振動体５が静止状態で示されている。第３の数値解析は、振動体５を８種類の振動モードで模擬的に振動させるために実施された。それら８種類の振動モードは、振動体５を振動させる振動周波数に関して下記のように異なっている。

振動モード１： ９．０ｋＨｚ
振動モード２：１２．１ｋＨｚ
振動モード３：１５．４ｋＨｚ
振動モード４：１７．６ｋＨｚ
振動モード５：２９．１ｋＨｚ
振動モード６：３２．１ｋＨｚ
振動モード７：６０．４ｋＨｚ
振動モード８：６４．２ｋＨｚ

以下、図３７ないし図４８を参照することにより、第３の数値解析の結果を説明する。

それに先立ち、図３７ないし図４８の内容を簡単に説明する。

図３７ないし図４０は、各振動モードの解析結果を単独で示す図である。具体的には、図３７は、振動モード１の解析結果を示す図であり、図３８は、振動モード２の解析結果を示す図であり、図３９は、振動モード３の解析結果を示す図であり、図４０は、振動モード４の解析結果を示す図である。

図４１ないし図４５は、各振動モードの解析結果であって図３７ないし図４０にそれぞれ示されているものを、図３６に示されている静止状態にある振動体５と対比するために便宜上重ね合わせて示す図である。具体的には、図４１は、振動モード１の解析結果を静止状態にある振動体５と対比して示す図であり、図４２は、振動モード２の解析結果を静止状態にある振動体５と対比して示す図であり、図４３は、振動モード３の解析結果を静止状態にある振動体５と対比して示す図であり、図４４は、振動モード４の解析結果を静止状態にある振動体５と対比して示す図である。

さらに、図４２は、振動モード５の解析結果を単独で示す図であり、図４３は、振動モード６の解析結果を単独で示す図である。図４４は、振動モード５の解析結果を静止状態にある振動体５と対比して示す図であり、図４５は、振動モード６の解析結果を静止状態にある振動体５と対比して示す図である。

図３５ないし図４８に示すように、第３の数値解析結果によれば、分岐間隔Ｌ２が反射ミラー８の幅Ｌ１の２倍である解析例においては、第２の数値解析の結果より多数の非ねじり振動モードが、ねじり振動モードの周波数より低い領域において発生し、そのため、光走査装置１，２００による光走査の安定性が低下することが分かる。

以上説明した３種類の数値解析の結果を総合的に考察すれば、振動体５においては、連結部１７，１８の長さ、すなわち、第２のばね部１２，１３および第２のばね部１５，１６の分岐間隔Ｌ２を反射ミラー８の幅Ｌ１より短くすれば、連結部１７，１８の質量Ｍ２が減少し、反射ミラー８の揺動速度が高速化されるにもかかわらず、非ねじり振動モードのうち、１次の水平方向振動モード（面内振動モード）および垂直方向振動モード（面外振動モード）を除く振動モードの発生が抑制される。そのような振動モードは、反射ミラー８からの反射光の直線性を阻害する振動モードである。

したがって、分岐間隔Ｌ２を幅Ｌ１より短くすれば、振動体５のねじり振動がることができる。

以上、画像形成装置１００に用いられる光走査装置に本発明を適用する場合のいくつかの実施形態を例にとり、本発明を説明したが、レーザプリンタ、バーコードスキャナ、プロジェクタ等、光走査を行う各種装置に用いられる光走査装置に本発明を適用することが可能である。

さらに、以上説明したいくつかの実施形態においては、振動体５が大気に直に曝されているが、レーザ光を透過可能なカバーで覆うことによって振動体５が密封され、その密閉空間が大気圧より減圧されるかまたはその密閉空間に不活性ガスが充填される態様で本発明を実施することが可能である。

以上、本発明の実施形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記［発明の開示］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

本発明の第１実施形態に従う光走査装置１を備えた網膜走査型の画像形成装置１００を示す系統図である。 図１における水平走査駆動回路１２１のブロック図である。 図１における光走査装置１の斜視図である。 図１における光走査装置１の分解斜視図である。 図１における光走査装置１の反射ミラー８の表面の状態を説明するための斜視図である。 図４における振動体５を幅方向に見た状態で示す部分側面図である。 図４における振動体５を幅方向に見て示すとともに図４における駆動源ｄの構造を詳細に示す部分側面図である。 図４における振動体５を共振状態で示す斜視図である。 図５における第２のばね部１３の比較例を示す部分側面図である。 矩形断面を有する部材の断面２次モーメントの計算を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に従う光走査装置２００を示す斜視図である。 図１１に示す光走査装置２００を示す分解斜視図である。 図１１に示す光走査装置２００における水平走査駆動回路１２１を示すブロック図である。 上記第１および第２実施形態における振動体５の振動特性を第１の数値解析条件で数値解析するためのモデルを簡略的に示す正面図である。 図１４に示す振動体５を静止状態を示す斜視図である。 図１４に示す振動体５につき、振動モード１の解析結果を示す斜視図である。 図１４に示す振動体５につき、振動モード２の解析結果を示す斜視図である。 図１４に示す振動体５につき、振動モード３の解析結果を示す斜視図である。 図１４に示す振動体５につき、振動モード４の解析結果を示す斜視図である。 図１４に示す振動体５につき、振動モード１の解析結果を静止状態の振動体５と重ね合わせて示す斜視図である。 図１４に示す振動体５につき、振動モード２の解析結果を静止状態の振動体５と重ね合わせて示す斜視図である。 図１４に示す振動体５につき、振動モード３の解析結果を静止状態の振動体５と重ね合わせて示す斜視図である。 図１４に示す振動体５につき、振動モード４の解析結果を静止状態の振動体５と重ね合わせて示す斜視図である。 上記第１および第２実施形態における振動体５の振動特性を第２の数値解析条件で数値解析するためのモデルを簡略的に示す正面図である。 図２４に示す振動体５を静止状態で示す斜視図である。 図２４に示す振動体５につき、振動モード１の解析結果を示す斜視図である。 図２４に示す振動体５につき、振動モード２の解析結果を示す斜視図である。 図２４に示す振動体５につき、振動モード３の解析結果を示す斜視図である。 図２４に示す振動体５につき、振動モード４の解析結果を示す斜視図である。 図２４に示す振動体５につき、振動モード１の解析結果を静止状態の振動体５と重ね合わせて示す斜視図である。 図２４に示す振動体５につき、振動モード２の解析結果を静止状態の振動体５と重ね合わせて示す斜視図である。 図２４に示す振動体５につき、振動モード３の解析結果を静止状態の振動体５と重ね合わせて示す斜視図である。 図２４に示す振動体５につき、振動モード４の解析結果を静止状態の振動体５と重ね合わせて示す斜視図である。 上記第１および第２実施形態における振動体５の近似モデルを３種類の振動モードと共に示す図である。 上記第１および第２実施形態における振動体５の振動特性を第３の数値解析条件で数値解析するためのモデルを簡略的に示す正面図である。 図３５に示す振動体５を静止状態で示す斜視図である。 図３５に示す振動体５につき、振動モード１の解析結果を示す斜視図である。 図３５に示す振動体５につき、振動モード２の解析結果を示す斜視図である。 図３５に示す振動体５につき、振動モード３の解析結果を示す斜視図である。 図３５に示す振動体５につき、振動モード４の解析結果を示す斜視図である。 図３５に示す振動体５につき、振動モード１の解析結果を静止状態の振動体５と重ね合わせて示す斜視図である。 図３５に示す振動体５につき、振動モード２の解析結果を静止状態の振動体５と重ね合わせて示す斜視図である。 図３５に示す振動体５につき、振動モード３の解析結果を静止状態の振動体５と重ね合わせて示す斜視図である。 図３５に示す振動体５につき、振動モード４の解析結果を静止状態の振動体５と重ね合わせて示す斜視図である。 図３５に示す振動体５につき、振動モード５の解析結果を示す斜視図である。 図３５に示す振動体５につき、振動モード６の解析結果を示す斜視図である。 図３５に示す振動体５につき、振動モード５の解析結果を静止状態の振動体５と重ね合わせて示す斜視図である。 図３５に示す振動体５につき、振動モード６の解析結果を静止状態の振動体５と重ね合わせて示す斜視図である。

符号の説明

１ 光走査装置
５ 振動体
７ 固定枠部
８ 反射ミラー
９，１０ 第１のばね部
１２，１３，１５，１６ 第２のばね部
１７，１８ 連結部
１００ 画像形成装置
１０２ 垂直走査系
１０３ 水平走査系
１０６ 光源
ａ，ｂ，ｃ，ｄ 駆動源

Claims (22)

1. 反射ミラー部を有する振動体の少なくとも一部を振動させることにより、前記反射ミラー部に入射した光の反射方向を変化させて光を走査する光走査装置であって、
   前記振動体は、
   前記反射ミラー部に連結され、ねじり振動が発生させられる第１のばね部と、
   その第１のばね部に連結され、かつ、前記振動体の固定枠部に前記第１のばね部の幅より広い分岐間隔で分岐して連結され、かつ、曲げ振動とねじり振動とが発生させられる複数の第２のばね部と、
   それら複数の第２のばねをそれぞれ振動させる複数の駆動源と
   を含み、
   前記振動体のうち、互いに対応する各第２のばね部と各駆動源とで構成される弾性変形部における断面２次モーメントが前記第１のばね部の断面２次モーメントより小さい光走査装置。
2. 反射ミラー部を有する振動体の少なくとも一部を振動させることにより、前記反射ミラー部に入射した光の反射方向を変化させて光を走査する光走査装置であって、
   前記振動体は、
   前記反射ミラー部に連結され、ねじり振動が発生させられる第１のばね部と、
   その第１のばね部に連結され、かつ、前記振動体の固定枠部に前記第１のばね部の幅より広い分岐間隔で分岐して連結され、かつ、曲げ振動とねじり振動とが発生させられる複数の第２のばね部と
   を含み、
   前記各第２のばね部は、前記第１のばね部と同じ弾性係数を有する一方、その第１のばね部より弾性変形し易い断面形状を有し、
   当該光走査装置は、さらに、前記複数の第２のばねを振動させる駆動源を含む光走査装置。
3. 前記分岐間隔は、前記反射ミラー部の幅を超えない請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 前記複数の第２のばね部は、各板厚方向に対して平行な面内における曲げ振動が発生させられる請求項１ないし３のいずれかに記載の光走査装置。
5. 前記複数の第２のばね部は、互いに逆位相で曲げ振動が発生させられる請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記複数の第２のばね部は、機械的な力により、互いに逆位相で曲げ振動が発生させられる請求項５に記載の光走査装置。
7. 前記駆動源は、前記複数の第２のばね部のうちの少なくとも一方である対象ばね部に装着される請求項６に記載の光走査装置。
8. 前記駆動源は、前記対象ばね部の両面のうちの少なくとも一方である対象面に固着される請求項７に記載の光走査装置。
9. 前記駆動源は、前記対象面と、前記固定枠部のうち前記対象ばね部と隣接した部分の両面のうち前記対象面に対応するものとに跨る姿勢で前記対象面に固着される請求項８に記載の光走査装置。
10. 前記駆動源は、薄膜形成法により、前記対象面に固着される請求項８または９に記載の光走査装置。
11. 前記薄膜形成法は、ＣＶＤと、スパッタリングと、水熱合成と、ゾルゲルと、微粒子吹き付けとのいずれかである請求項１０に記載の光走査装置。
12. 前記駆動源は、前記対象ばね部に沿って延び、かつ、その延びる方向に伸縮させられる請求項７ないし１１のいずれかに記載の光走査装置。
13. 前記駆動源は、前記振動体を直接的に加振する請求項２に記載の光走査装置。
14. 前記駆動源は、前記振動体を間接的に加振する請求項２に記載の光走査装置。
15. 前記駆動源は、前記振動体をその共振周波数と同じ周波数で加振する請求項１ないし１４のいずれかに記載の光走査装置。
16. 前記反射ミラー部は、前記ねじり振動により、揺動軸線まわりに揺動させられ、
    前記振動体は、さらに、前記第１のばね部と、前記複数の第２のばね部とを互いに連結する連結部を含み、それら第１のばね部と複数の第２のばね部と連結部とが連結体を構成し、
    その連結体は、前記振動体に、前記反射ミラー部を隔てて前記揺動軸線の方向において互いに対向する２個の対向位置にそれぞれ配置される請求項１ないし１５のいずれかに記載の光走査装置。
17. 前記２個の対向位置にそれぞれ配置された２個の連結体は、前記反射ミラー部の位置に関して互いに対称的に配置される請求項１６に記載の光走査装置。
18. 前記振動体は、さらに、前記第１のばね部と、前記複数の第２のばね部とを互いに連結する連結部を含み、前記駆動源は、その連結部に装着されない請求項１ないし１７のいずれかに記載の光走査装置。
19. 前記振動体は、さらに、前記第１のばね部と、前記複数の第２のばね部とを互いに連結する連結部を含み、その連結部は、前記第１のばね部と、前記複数の第２のばね部とにそれぞれ実質的に直角に連結される請求項１ないし１８のいずれかに記載の光走査装置。
20. 光束の走査によって画像を形成する画像形成装置であって、
    前記光束を出射する光源と、
    請求項１ないし１９のいずれかに記載の光走査装置を有し、その光走査装置を使用することにより、前記光源から出射した光束を走査する走査部と
    を含む画像形成装置。
21. 前記走査部は、前記光束を第１方向に走査する第１走査と、その第１方向と交差する第２方向に前記第１走査より低速で走査する第２走査とを行うものであり、前記光走査装置は、前記第１走査を行うために使用される請求項２０に記載の画像形成装置。
22. さらに、前記走査部によって走査された光束を観察者の網膜に向かって誘導する光学系を含む請求項２０または２１に記載の画像形成装置。
    
    

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