JP2013114015A - 光スキャナ - Google Patents

Abstract

【課題】構造体において発生する不要な周波数の振動を低減することができる光スキャナを提供する。
【解決手段】光スキャナ１は、構造体２、圧電素子５、基台４、および突出部４４を備える。構造体２は、ミラー部２１、一対の捩れ梁部２２、および本体部２３を有する。ミラー部２１は、揺動軸Ｏを中心として揺動可能に支持される。一対の捩れ梁部２２は、ミラー部２１を揺動可能に支持する。本体部２３には、一対の捩れ梁部２２の各々のうち、ミラー部２１に接続する端部とは反対側の端部が接続される。圧電素子５は、本体部２３の一方の板面に接合され、ミラー部２１を共振揺動させるための振動力を発生させる。突出部４４は、基台４から突出し、本体部２３のうち圧電素子５が接合される板面の反対側の板面に固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ミラー部を振動させることでレーザ等の光を走査する光スキャナに関する。

従来、光スキャナの品質を向上させるための種々の技術が開示されている。例えば、特許文献１が開示している光スキャナは、構造体と一対の基台とを備える。構造体は、光を走査するミラー部を中央部に備える。ミラー部は、構造体に接合された駆動部（例えば、圧電素子）によって共振状態で振動（揺動）する。一対の基台は、共に、ミラー部から延びる一対の捩れ梁部に対して垂直な方向に延びており、互いに離間した状態で構造体を支持する。特許文献１が開示している光スキャナでは、一対の基台に対する構造体の固定位置がずれた場合でも、ミラー部の回転誤差が生じにくい。

特開２０１１−１５８５４６号公報

特許文献１が開示している光スキャナでは、構造体の外周の全てが基台に接触する場合に比べて、構造体と基台の間の接触面積が減少する。従って、構造体が振動しやすくなり、不要な周波数の振動が増加する。その結果、光の走査精度の悪化、騒音の発生等の不具合が生じる場合があった。

本発明は、構造体において発生する不要な周波数の振動を低減することができる光スキャナを提供することを目的とする。

本発明に係る光スキャナは、光を反射する反射面を含み、揺動軸を中心として揺動可能に支持されるミラー部と、前記揺動軸と平行に前記ミラー部の両側から延び、前記ミラー部を揺動可能に支持する一対の捩れ梁部と、前記一対の捩れ梁部の各々のうち、前記ミラー部に接続する端部とは反対側の端部が接続される本体部とを有する平板状の構造体と、前記構造体における前記本体部の一方の板面に接合され、前記ミラー部を共振揺動させるための振動力を発生させる駆動部と、前記本体部の少なくとも一部を支持する基台と、前記基台から突出し、前記本体部のうち前記駆動部が接合される板面の反対側の板面に固定される突出部とを備える。

本発明に係る光スキャナでは、駆動部が接合される本体部の板面に、基台から突出する突出部が固定される。従って、本体部は、突出部が固定されない場合に比べて振動し難くなる。よって、本発明に係る光スキャナは、構造体において発生する不要な周波数の共振振動（不要振動モード）を低減することができ、光の走査精度の悪化、騒音の発生等の不具合を抑制することができる。

前記突出部は、前記本体部において発生する共振振動のうち、前記ミラー部を共振振動させる駆動周波数に対応する共振振動とは異なる共振振動の共振周波数と、前記駆動周波数の倍波周波数の各々との差の最小値が閾値以上となる形状に形成されてもよい。この場合、駆動周波数の倍波周波数によって不要振動モードが励起されることが抑制される。よって、光スキャナは、不要振動モードによる不具合の発生をより確実に防止することができる。

前記突出部は、前記基台から、前記ミラー部と前記本体部との間に形成された中空部まで延びてもよい。中空部まで届かない形状の突出部を設ける場合に比べて、本体部の不要振動モードの発生はさらに抑制される。また、基台に対する構造体の固定位置がずれた場合でも、ミラー部の回転誤差の原因となる突出部と構造体の間の不良接触が生じにくい。

前記本体部のうち、前記揺動軸に垂直な方向において前記ミラー部に対向する部位と反対側の部位が、前記基台に固定されてもよい。この場合、本体部は、ミラー部に対向する部位と反対側の部位が固定されない場合に比べて振動し難くなる。よって、不要振動モードをさらに抑制することができる。

前記本体部は、前記揺動軸に垂直な平面のうち、前記ミラー部の中心を通る仮想平面に対して対称に配置され、各々が前記揺動軸から離間する方向に延びる一対の長孔を備えてもよい。前記長孔の長手方向端部と前記基台との接触部位において、前記基台の前記ミラー部側の端部が、前記長孔の長手方向端部よりも前記長孔の中心側へ向けて張り出した状態で、前記本体部が前記基台に固定されてもよい。この場合、基台に対する構造体の固定位置にずれが発生しても、ミラー部の回転誤差の原因となる基台と構造体の不良接触（板状の構造体の一部が基台から浮いた状態）が生じ難い。よって、不要振動モードを低減しつつ、回転誤差の発生を抑制することができる。

前記本体部のうち、前記揺動軸に垂直な方向において前記ミラー部に対向する部位と反対側の端部と、前記基台の前記ミラー部側の端部との間に隙間が形成された状態で、前記本体部が前記基台に固定されてもよい。この場合、本体部の振動が過度に抑制されることが防止される。よって、駆動電圧を低下させることができる。

光スキャナ１の斜視図である。 光スキャナ１の底面図である。 図１におけるＡ−Ａ線矢視方向断面図である。 図１における領域Ｗの拡大図である。 突出部４４の形状と光スキャナ１の特性との関係を示すグラフである。 光スキャナ５１の斜視図である。 Ｔ固定およびＩ固定によって不要振動モードの数が減少することを確認するための評価シミュレーションの結果を示す図である。 光スキャナ６１の斜視図である。

以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、参照する図面は、本発明が採用し得る技術的特徴を説明するために用いられるものである。図面に記載されている光スキャナの構成等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。

図１から図４を参照して、第一実施形態に係る光スキャナ１の構成について説明する。図１に示すように、光スキャナ１は構造体２および基台４を有する。構造体２のミラー部２１は、圧電素子５によって、揺動軸Ｏを中心として共振状態で振動（揺動）する。揺動するミラー部２１は、入射した光を走査する。図１〜図４では、揺動軸Ｏが延びる方向をＹ軸方向とする。板状である光スキャナ１の厚み方向をＺ軸方向とする。よって、Ｘ軸方向は、構造体２の板面に平行、且つ揺動軸Ｏに垂直な方向となる。

構造体２について説明する。構造体２は、ＳＵＳ等の金属によって形成される平面視矩形の板状部材である。図１および図２に示すように、構造体２は、ミラー部２１、一対の捩れ梁部２２、および本体部２３を有する。

ミラー部２１は、レーザ等の光を反射する反射面を含む。本実施形態では、ミラー部２１の形状は平面視において矩形である。しかし、ミラー部２１の形状は矩形に限定されない。例えば、ミラー部２１を平面視円形、楕円形、多角形等に形成してもよい。反射面は、ミラー部２１の表面が鏡面研磨されることで形成される。しかし、反射面の形成方法も変更できる。例えば、アルミニウム、銀等の金属薄膜が成膜されたサファイヤ、ダイヤモンド等の誘電体を、ミラー部２１の表面に貼り付けることで、反射面を形成してもよい。

一対の捩れ梁部２２の各々の一端は、ミラー部２１のＹ軸方向における両端部に接続される。一対の捩れ梁部２２の各々は、ミラー部２１から離間する方向に延びる。本実施形態では、一対の捩れ梁部２２が延びる方向はＹ軸方向であり、一対の捩れ梁部２２と揺動軸Ｏとが一致する。一対の捩れ梁部２２は、ミラー部２１の両端部を、揺動軸Ｏ回りに揺動可能に弾性的に支持する。つまり、一対の捩れ梁部２２は、ミラー部２１を揺動軸Ｏ回りに揺動可能に支持するトーションバーとして機能する。

本体部２３は、ミラー部２１が揺動するための空間である中空部２４を中央に形成し、ミラー部２１および一対の捩れ梁部２２を中空部２４において保持する。本実施形態では、中空部２４は平面視矩形状である。しかし、中空部２４の形状は変更してもよい。図１に示すように、本体部２３は、一対の対辺２５と、一対の素子固定部２７とを備える。中空部２４は、一対の対辺２５と一対の素子固定部２７とによって囲まれた空間となる。

一対の対辺２５は、ミラー部２１を両者の間に挟むように配置され、共にＸ軸方向（揺動軸Ｏに垂直な方向）に延びる。一対の対辺２５の各々とミラー部２１との距離は等しい。一対の対辺２５の各々の内側（中空部２４に面する側）には、一対の捩れ梁部２２の各々における外側の端部が固定される。その結果、ミラー部２１および一対の捩れ梁部２２が、一対の対辺２５によって保持される。

一対の対辺２５の各々には、揺動軸Ｏから離間する方向（Ｘ軸方向）に延びる長孔２６が形成されている。本実施形態における長孔２６は平面視矩形状であるが、長孔２６の形状は変更してもよい。一対の対辺２５および一対の長孔２６は、揺動軸Ｏに垂直な平面のうちミラー部２１の中心を通る仮想平面に対して対称である。よって、一対の長孔２６の幅、長手方向の長さ、ミラー部２１との間の距離は、全て等しい。また、一対の長孔２６の各々は、揺動軸Ｏに対して対称である。よって、揺動軸Ｏは長孔２６の中心を横切る。

なお、一対の対辺２５は、長孔２６のミラー部２１側（内側）の長辺と、ミラー部２１とは反対側（外側）の長辺とを連結する柱状の節連結部（図示せず）を、長手方向の中心に備えてもよい。節連結部は、１つの長孔２６に１つ設けてもよいし、複数設けてもよい。節連結部を１つとする場合、節連結部と揺動軸Ｏとを同一直線状に配置する。節連結部を複数設ける場合、複数の節連結部を、揺動軸Ｏに対して対称に配置するとよい。節連結部を設けることで、捩れ梁部２２およびミラー部２１のＺ軸方向の変位は抑制される。

一対の素子固定部２７は、中空部２４のＸ軸正方向側、およびＸ軸負方向側の各々に位置する平板状の部位である。図１および図３に示すように、素子固定部２７の上面には、駆動部としての圧電素子５が接合されている。図１に示すように、２つの圧電素子５は、素子固定部２７のＹ軸方向中間位置において、揺動軸Ｏに対して対称となるように配置される。圧電素子５は、例えば、厚さ３０μｍ〜１００μｍの平板状に成形されたチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電材料の両面に、０．２μｍ〜０．６μｍの金、白金等が電極層として積層されることで形成される。圧電素子５は、導電性接着剤で素子固定部２７の板面に接着される。圧電素子５の上面には、金等の金属細線（図示せず）がワイヤボンディング等で接続される。

光スキャナ１の動作について説明する。本実施形態では、構造体２は金属で形成される。よって、圧電素子５の上面の電極層と構造体２との間に電圧を印加することで、圧電素子５を変形させることができる。揺動軸Ｏに対して一方の側に設けられた圧電素子５と、他方の側に設けられた圧電素子５には、交流電圧が逆位相となるように印加される。印加される交流電圧の周波数が、光スキャナ１の共振周波数に相当する場合、圧電素子５の変形に伴って本体部２３に板波が励起される。励起された板波が、本体部２３および一対の捩れ梁部２２を介してミラー部２１に伝達されることで、ミラー部２１は所定の共振周波数で揺動軸Ｏを中心に揺動する。従って、ミラー部２１を共振振動させるための共振周波数を駆動周波数として光スキャナ１を駆動することで、光スキャナ１は安定した光走査を行うことができる。

板状である本体部２３のうち、後述する基台４に接触していない部分は、宙に浮いた状態となる。本体部２３のうち宙に浮いた部分は、光スキャナ１の駆動時に上下方向に変位する。従って、構造体２の本体部２３と基台４との間の接触面積が小さすぎると、構造体２が振動しやすくなり、駆動周波数に対応する共振振動とは異なる不要な共振振動（以下、「不要振動モード」という。）が発生し易くなる。不要振動モードの励起がピークとなる共振周波数（以下、「不要振動モードの共振周波数」という。）と、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数（以下、「倍波周波数」という。）とが近いと、不要振動モードが励起されて、光スキャナ１における光の走査精度の悪化、騒音の発生等の不具合が生じる。特に、人間の可聴域である２０ｋＨｚ以下の不要振動モードは、騒音の直接的な原因となる。従って、不要振動モードの共振周波数の個数自体が少なくなるように（つまり、不要振動モードの数が減少するように）、光スキャナ１を設計することが重要となる。また、不要振動モードの数を「０」にすることは困難である。従って、不要振動モードの励起を抑制するために、不要振動モードの共振周波数と駆動周波数の倍波周波数との差が極力大きくなるように、光スキャナ１を設計することがより望ましい。

基台４について説明する。図２に示すように、基台４の外形は底面視矩形状である。基台４の外形と、構造体２の外形とは一致する。図３に示すように、基台４の厚みは構造体２の厚みに比べて大きい。従って、構造体２が振動しても、基台４は殆ど変形しない。基台４は、ＳＵＳ等によって形成されればよい。

図２に示すように、基台４は、矩形枠状の部材である枠部４１を備える。枠部４１は、４つの直線状の辺によって構成される。枠部４１の４つの辺のうち、Ｙ軸方向に延びる一対の辺の各々には、突出部４４が設けられている。突出部４４は、一対の辺の各々の中央部から、ミラー部２１に近づくように内側へ突出する。突出部４４は、本体部２３における素子固定部２７の板面のうち、圧電素子５（図１および図３参照）が接合される側の反対側の板面に固定される。従って、本体部２３のうち宙に浮いた状態となる部分は、突出部４４が固定されていない場合に比べて減少する。その結果、構造体２において発生する不要振動モードの数が減少し、走査精度の悪化と騒音の発生とが抑制される。

突出部４４は、ミラー部２１と本体部２３との間に形成された中空部２４まで延びる。換言すると、突出部４４の内側（ミラー部２１に近い側）の端部４５は、本体部２３における素子固定部２７のうち中空部２４に面する側の端部２９よりもさらに内側まで延びる。従って、突出部４４の端部４５が中空部２４まで届かない場合に比べて、本体部２３と突出部４４との間の接触面積は大きくなる。よって、光スキャナ１は、本体部における不要振動モードの発生をさらに抑制することができる。また、基台４に対する構造体２の固定位置がＸ軸方向に多少ずれた場合でも、一対の素子固定部２７の一方の端部２９のみが突出部４４から浮いた状態とはなり難い。一対の素子固定部２７の間で、突出部４４から浮いた部分の面積に差が生じる不良接触状態となると、揺動軸Ｏ（図１参照）に対する対称性が乱れ、ミラー部２１の回転誤差が発生する可能性がある。光スキャナ１は、端部４５が端部２９よりも内側に延びることにより、不良接触に起因した回転誤差の発生を抑制することができる。

基台４に対する構造体２の固定構造について説明する。図１に示すように、第一実施形態の光スキャナ１では、構造体２の本体部２３のうち、揺動軸Ｏと垂直な方向においてミラー部２１に対向する部位と反対側の部位（Ｘ軸方向における両端部であり、Ｙ軸方向に延びる一対の端辺）の全体が、基台４に固定される。つまり、図２に示すように、本体部２３の素子固定部２７の底面は、Ｙ軸方向中央部において突出部４４に固定されると共に、Ｘ軸方向における外側の端部全体において基台４の枠部４１に固定される。従って、構造体２と基台４の接触領域は、アルファベットの「Ｔ」が２つ含まれた形状となる。以下、第一実施形態における固定構造を「Ｔ固定」という。Ｔ固定の光スキャナ１では、構造体２の本体部２３は、Ｘ軸方向における両端部の全体が基台４に固定されない場合に比べて振動し難くなる。よって、不要振動モードの数をさらに減少させることができる。

構造体２の長孔２６と基台４の枠部４１との位置関係について説明する。図２に示すように、枠部４１の４つの辺のうちＹ軸方向に延びる一対の辺の距離は、長孔２６の長手方向（Ｘ軸方向）の長さよりも短い。従って、図４に示すように、構造体２を基台４に固定すると、長孔２６の長手方向端部３１と基台４の枠部４１との接触部位では、枠部４１の内側（つまり、ミラー部２１側。図１参照）の端部４２が、長孔２６の長手方向端部３１よりも、長孔２６の中心側へ向けて張り出す。よって、基台４に対する構造体２の固定位置がＸ軸方向に多少ずれた場合でも、長孔２６の長手方向端部３１が基台４から浮いた状態とはなり難い。長孔２６における一対の端部３１の間で、基台４から浮いた部分の面積に差が生じる不良接触状態となると、揺動軸Ｏ（図１参照）に対する対称性が乱れ、ミラー部２１の回転誤差が発生する可能性がある。光スキャナ１は、不要振動モードを低減しつつ、不良接触による回転誤差の発生を抑制することができる。

光スキャナ１の最適な形状について説明する。前述したように、不要振動モードの共振周波数と、駆動周波数の倍波周波数とが近いと、不要振動モードが励起されて不具合が生じる。従って、不要振動モードの共振周波数と駆動周波数の倍波周波数との差が極力大きくなるように、光スキャナ１の材質、形状、大きさを設定するのが望ましい。特に、２０ｋＨｚ以下の不要振動モードが励起されると騒音が発生する。従って、２０ｋＨｚ以下の不要振動モードの共振周波数と、駆動周波数の倍波周波数との差を大きくすると、不具合の影響（例えば、走査精度の低下量、騒音量）を低減できる。

図５は、図１〜図４に示した光スキャナ１における突出部４４の形状と、光スキャナ１の特性との関係を、シミュレーションによって求めた結果を示す。まず、シミュレーションの内容について説明する。図２に示すように、ｘ（ｍｍ）およびｙ（ｍｍ）は、本体部２３における素子固定部２７のうち、枠部４１および突出部４４が固定されていない４つの領域（宙に浮いた部分の領域）の各々の大きさを示すパラメータである。詳細には、ｘ（ｍｍ）は、素子固定部２７の中空部２４に面する側の端部２９から枠部４１までのＸ軸方向の距離である。ｙ（ｍｍ）は、突出部４４のＹ軸方向の端部から長孔２６までの距離である。

このシミュレーションでは、光スキャナ１におけるｘ（ｍｍ）およびｙ（ｍｍ）のみを変化させて、２０ｋＨｚ以下の不要振動モードの共振周波数と、光スキャナ１の駆動電圧（Ｖ）を解析した。次いで、解析した不要振動モードの共振周波数と、この共振周波数に隣接する２つの倍波周波数との間の周波数差（Ｈｚ）を算出した。ここで、「周波数差１」は、解析した不要振動モードの共振周波数よりも大きい倍波周波数のうち、値が最も小さい倍波周波数との間の周波数差を示す。「周波数差２」は、解析した不要振動モードの共振周波数よりも小さい倍波周波数のうち、値が最も大きい倍波周波数との間の周波数差を示す。図５に示すシミュレーションの結果は、「ｘ、ｙと周波数差１の関係」、「ｘ、ｙと周波数差２の関係」、「ｘ、ｙと駆動電圧の関係」である。

なお、本実施形態における光スキャナ１では、不要振動モードが非常に近接した４つのモードのみとなるので、それぞれの不要振動モードに対して「周波数差１」および「周波数差２」を算出し、全ての「周波数差１」の平均値と、全ての「周波数差２」の平均値とをシミュレーションの結果として用いている。また、光スキャナ１における捩れ梁部２２のＹ軸方向の長さは７．３ｍｍ、Ｘ軸方向の幅は０．９ｍｍである。圧電素子５のＹ軸方向の長さは１６．０ｍｍ、Ｘ軸方向の幅は６．０ｍｍである。

図５に示すように、突出部４４のＹ軸方向の幅を狭くしてｙ（ｍｍ）を大きくする程、「周波数差１」は大きくなり、「周波数差２」は小さくなる。不要振動モードの共振周波数と、駆動周波数の倍波周波数との差の最小値（つまり、「周波数差１」および「周波数差２」のうち小さい方の値）は、「周波数差１」のグラフと「周波数差２」のグラフの交点において最大となる。つまり、２つのグラフの交点では、不要振動モードの共振周波数が、隣接する２つの倍波周波数の中間値と一致する。この場合、「周波数差１」および「周波数差２」は、共に駆動周波数の２分の１となる。

以上のように、突出部４４の形状を変更することで、「周波数差１」および「周波数差２」が変化する。従って、駆動周波数の倍波周波数との差の最小値が最大（駆動周波数の２分の１）に近づくように突出部４４の形状を規定し、「周波数差１」および「周波数差２」を共に閾値以上とすることで、不要振動モードの発生を効果的に抑制することができる。閾値は、走査異常および騒音を許容できる程度によって変化する。従って、閾値は、光スキャナ１の走査異常および騒音を許容できる程度に応じて適宜定めればよい。なお、本実施形態の光スキャナ１では、「周波数差１」または「周波数差２」が０．５ｋＨｚ未満となった場合に走査異常が発生することが実験によって確認された。従って、本実施形態では、閾値を０．５ｋＨｚに設定した。

なお、図５に示すように、突出部４４のＹ軸方向の幅を狭くしてｙ（ｍｍ）を大きくする程、必要な駆動電圧は低下する。この理由は、ｙ（ｍｍ）を大きくする程、本体部２３の素子固定部２７と突出部４４との間の接触面積が小さくなり、本体部２３のうち自由に振動できる部分が増加するためである。基台４の枠部４１の幅を狭くしてｘ（ｍｍ）を大きくしても、必要な駆動電圧は低下する。

図６を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態の光スキャナ５１は、基台４に対する構造体２の固定構造のみが、前述した第一実施形態の光スキャナ１と異なるのみである。従って、第一実施形態の構成と同一の構成については、第一実施形態と同一の番号を付し、説明を省略または簡略化する。

図６に示すように、第二実施形態の光スキャナ５１では、構造体２のＸ軸方向における長さは、基台４のＸ軸方向における長さよりも短い。従って、本体部２３の素子固定部２７のうち、揺動軸Ｏと垂直な方向（Ｘ軸方向）においてミラー部２１に対向する部位と反対側の端部と、基台４の枠部４１におけるミラー部側（内側）の端部との間に、隙間５３が形成される。つまり、第二実施形態の光スキャナ５１では、素子固定部２７には突出部４４のみが固定され、枠部４１は固定されない。従って、構造体２と基台４の接触領域は、アルファベットの「Ｉ」が２つ含まれた形状となる。以下、第二実施形態における固定構造を「Ｉ固定」という。

Ｉ固定の光スキャナ５１では、本体部２３の振動が過度に抑制されることが防止される。本体部２３の振動が過度に抑制されると、高い駆動電圧が必要になる。光スキャナ５１は、不要振動モードの数を突出部４４によって減少させつつ、低い駆動電圧で駆動することができる。なお、第二実施形態でも、突出部４４の形状と光スキャナ５１の特性との関係は、第一実施形態と同様である（図５参照）。従って、不要振動モードの共振周波数と、駆動周波数の倍波周波数との差が閾値以上となるように、突出部４４の形状を設定するのが望ましい。

［評価シミュレーション］
Ｔ固定（第一実施形態）およびＩ固定（第二実施形態）によって不要振動モードの数が減少することを確認するために、評価シミュレーションを行った。評価シミュレーションの結果を図７に示す。この評価シミュレーションでは、「従来」、「Ｔ固定」、「Ｉ固定」の３つの光スキャナについて、振動モードの解析を行った。「従来」の光スキャナは、従来の固定構造で構造体２を基台に固定した光スキャナ（図示せず）である。従来の固定構造によると、特開２０１１−１５８５４６号公報に例示されるように、揺動軸Ｏに垂直な方向に延びる一対の基台が、互いに離間した状態で構造体２を支持する。「Ｔ固定」の光スキャナは、第一実施形態の光スキャナ１である（図１から図４参照）。「Ｉ固定」の光スキャナは、第二実施形態の光スキャナ５１である（図６参照）。解析を行った３つの光スキャナは、全て同一の構造体２を備えており、基台の形状のみが互いに異なる。図７では、左右に縦のラインが入った枠で示される振動モードは、本体部２３において生じる不要振動モードであることを示す。左右にラインが無い枠で示される振動モードは、ミラー部２１および一対の捩れ梁部２２において生じる振動モードであることを示す。

図７に示すように、不要振動モードの数は、「従来」が２６、「Ｔ固定」が８、「Ｉ固定」が２０となった。以上より、Ｔ固定およびＩ固定を採用することで、不要振動モードの数を減少させることができることが確認できた。なお、「Ｔ固定」では、「Ｉ固定」よりもさらに不要振動モードの数を減少させることができる。「Ｉ固定」の光スキャナ５１は、前述のように、低い電圧で駆動できるという利点を有する。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、様々な変形が可能であることは言うまでもない。図８を参照して、上記実施形態の変形例について説明する。本変形例に係る光スキャナ６１では、一対の捩れ梁部２２を支持する本体部７３が、揺動軸Ｏに垂直な方向におけるミラー部２１の一方の側にのみ存在する。詳細には、光スキャナ６１の構造体７０は、ミラー部２１、一対の捩れ梁部２２、本体部７３、および一対の支持部７２を備える。ミラー部２１および一対の捩れ梁部２２の構造は、上記実施形態と同一である。本体部７３は平面視矩形の板状であり、Ｙ軸方向中央の上面に圧電素子５を接合する。一対の支持部７２は棒状の部材であり、本体部７３におけるミラー部２１側の２つの角部から、Ｘ軸方向に平行に突出する。各支持部７２のＸ軸方向中心には、一対の捩れ梁部２２の各々における外側の端部が固定される。その結果、ミラー部２１は、本体部７３および一対の支持部７２によって弾性的に支持される。光スキャナ６１の基台８０は、枠部８１と突出部８４を備える。枠部８１はＹ軸方向に直線状に延びる。突出部８４は、枠部８１のＹ軸方向中心からミラー部２１側に突出し、本体部７３のうち圧電素子５が接合される側の反対側の板面に固定される。以上のように、ミラー部２１の片側にのみ本体部７３を有する光スキャナ６１においても、突出部８４を設けることで、本体部７３で発生する不要振動モードの数を減少させることができる。

上記実施形態はその他の変形も可能である。例えば、上記実施形態の光スキャナ１，５１では、ミラー部２１を挟むように２つの圧電素子５が配置されている。つまり、上記実施形態の光スキャナ１，５１の形状は、揺動軸Ｏに対して対称となる。しかし、揺動軸Ｏに垂直な方向におけるミラー部の一方の側に、１つの圧電素子が配置された光スキャナに対しても、本発明は適用できる。１つの圧電素子を備えた光スキャナであっても、基台から突出する突出部を本体部に固定することで、本体部における不要な振動を抑制することができる。

突出部４４の形状および数は変更できる。上記実施形態の突出部４４は、基台４の枠部４１から垂直な方向（Ｘ軸方向）に真っ直ぐに延びる形状である。しかし、突出部４４は枠部４１から斜めに延びてもよいし、湾曲した形状でもよい。また、上記実施形態では、枠部４１のうち、揺動軸Ｏと平行に延びる一対の辺に突出部４４が設けられる。しかし、突出部４４は、枠部４１のうち揺動軸Ｏと垂直に延びる一対の辺に設けてもよい。上記実施形態では、揺動軸Ｏに対して対称となるように２つの突出部４４が設けられるが、突出部４４の数は２つに限られない。つまり、突出部４４は、基台４の枠部４１から突出して本体部２３の板面に固定されるものであればよい。また、前述したように、突出部４４は枠部４１から中空部２４まで延びるのが望ましい。しかし、中空部２４まで延びていない突出部４４を用いることも可能である。

ミラー部２１、捩れ梁部２２、本体部２３等の形状も変更できる。例えば、本体部に接続する箇所が二股に分かれた捩れ梁部を用いてミラー部を支持してもよい。構造体２および基台４の材質も金属に限られず、シリコン等を用いることも可能である。つまり、ミラー部、捩れ梁部、および本体部を有する平板状の構造体が、基台に対して固定される光スキャナであれば、本発明は適用できる。また、上記実施形態では、本発明に係る「駆動部」として圧電素子５が用いられる。しかし、磁石とコイルパターンとの組み合わせによる電磁駆動方式、極板間に働く静電気力による静電駆動方式等、他の駆動方式を採用した光スキャナにも本発明は適用できる。

１，５１，６１ 光スキャナ
２，７０ 構造体
４，８０ 基台
５ 圧電素子
２１ ミラー部
２２ 捩れ梁部
２３，７３ 本体部
２４ 中空部
２６ 長孔
２７ 素子固定部
４１，８１ 枠部
４４，８４ 突出部
５３ 隙間

Claims (6)

1. 光を反射する反射面を含み、揺動軸を中心として揺動可能に支持されるミラー部と、
   前記揺動軸と平行に前記ミラー部の両側から延び、前記ミラー部を揺動可能に支持する一対の捩れ梁部と、
   前記一対の捩れ梁部の各々のうち、前記ミラー部に接続する端部とは反対側の端部が接続される本体部と
   を有する平板状の構造体と、
   前記構造体における前記本体部の一方の板面に接合され、前記ミラー部を共振揺動させるための振動力を発生させる駆動部と、
   前記本体部の少なくとも一部を支持する基台と、
   前記基台から突出し、前記本体部のうち前記駆動部が接合される板面の反対側の板面に固定される突出部と
   を備えたことを特徴とする光スキャナ。
2. 前記突出部は、前記本体部において発生する共振振動のうち、前記ミラー部を共振振動させる駆動周波数に対応する共振振動とは異なる共振振動の共振周波数と、前記駆動周波数の倍波周波数の各々との差の最小値が閾値以上となる形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
3. 前記突出部は、前記基台から、前記ミラー部と前記本体部との間に形成された中空部まで延びることを特徴とする請求項１または２に記載の光スキャナ。
4. 前記本体部のうち、前記揺動軸に垂直な方向において前記ミラー部に対向する部位と反対側の部位が、前記基台に固定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光スキャナ。
5. 前記本体部は、
   前記揺動軸に垂直な平面のうち、前記ミラー部の中心を通る仮想平面に対して対称に配置され、各々が前記揺動軸から離間する方向に延びる一対の長孔を備え、
   前記長孔の長手方向端部と前記基台との接触部位において、前記基台の前記ミラー部側の端部が、前記長孔の長手方向端部よりも前記長孔の中心側へ向けて張り出した状態で、前記本体部が前記基台に固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。
6. 前記本体部のうち、前記揺動軸に垂直な方向において前記ミラー部に対向する部位と反対側の端部と、前記基台の前記ミラー部側の端部との間に隙間が形成された状態で、前記本体部が前記基台に固定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光スキャナ。

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