光走査装置
【課題】捻り振動を用いた光走査装置において、温度変化による走査特性の変化を自律的に抑制する。
【解決手段】光ビームを反射させる反射面を有する光反射部１３と、光反射部１３を捻り振動させるための回転軸となる弾性連結部１６ａ，１６ｂとを備え、上記回転軸を中心にして光反射部１３を振動させることにより、上記反射面により反射された光ビームを走査する光走査装置において、熱アクチュエータ機構を備える。熱アクチュエータ機構は、例えば弾性連結部１６ａ，１６ｂと一体に構成され、熱膨張率が互いに異なる２種類の材料の部材が積層されてなる構造を有し、自身の収縮または膨張により、弾性連結部１６ａ，１６ｂに関して温度変化に伴うバネ定数の変化を相殺する形状に変化させることで、温度変化に伴う共振周波数の変化を抑制することができる。
【解決手段】光ビームを反射させる反射面を有する光反射部１３と、光反射部１３を捻り振動させるための回転軸となる弾性連結部１６ａ，１６ｂとを備え、上記回転軸を中心にして光反射部１３を振動させることにより、上記反射面により反射された光ビームを走査する光走査装置において、熱アクチュエータ機構を備える。熱アクチュエータ機構は、例えば弾性連結部１６ａ，１６ｂと一体に構成され、熱膨張率が互いに異なる２種類の材料の部材が積層されてなる構造を有し、自身の収縮または膨張により、弾性連結部１６ａ，１６ｂに関して温度変化に伴うバネ定数の変化を相殺する形状に変化させることで、温度変化に伴う共振周波数の変化を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを走査する光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光走査装置の小型化を目的として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用した光走査装置が種々提案されている。
これに対して本願出願人は、反射面が表面に形成された光反射部と、光反射部に対し所定の隙間を介して設けられた内ジンバルと、内ジンバルに対し所定の隙間を介して設けられた外ジンバルとを備え、光反射部と内ジンバルと外ジンバルとをそれぞれの回転軸を中心に捻り振動可能に構成することで、３自由度連成振動系を構成した光走査装置を提案している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このように構成された光走査装置では、光反射部に固有の周期的加振力を作用させることにより、３自由度捻り振動子を共振状態にできる。そして、光反射部と内ジンバルそれぞれの振動に対応した周期的加振力を重畳して与えることにより、光反射部と内ジンバルをそれぞれ異なる周波数および振幅で振動させ、さらに光反射部の反射面で光を反射させることで、光を２次元走査することができる。
【０００４】
ところで、このような光走査装置では、図９に示すように、環境温度が変化すると３自由度捻り振動子の共振周波数の特性が変化し、これにより、走査振幅が低下するという問題があった。これは、回転軸を中心に捻り振動可能に構成するために、弾性変形可能な部材（以下「弾性変形部材」という）を上記回転軸として利用しており、環境温度の変化に応じて弾性変形部材のバネ定数が変化することに起因している。
【０００５】
これに対し、環境温度が一定となるように温度制御する構成Ａや、光反射部に作用させる周期的加振力（仕様共振周波数）を能動的に調整する構成Ｂ等、走査振幅の低下の防止を試みる構成が種々提案されている（例えば、特許文献２〜６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１２９０６８号公報
【特許文献２】特許第４１７２６２７号公報
【特許文献３】特開２００４−６９７３１号公報
【特許文献４】特許第３９０２６２２号公報
【特許文献５】特許第４０１２５３５号公報
【特許文献６】特許第４４８７５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記構成Ａを備えた光走査装置では、環境温度に応じてヒータや冷却装置を作動させる必要があるため、消費電力が増大したり、環境温度が目標温度となるまでのタイムラグが生じるため、動作が不安定になったりする可能性があった。
【０００８】
また、上記構成Ｂを備えた光走査装置は、構成Ａと比較して、ヒータや冷却装置を必要としない点で相違するものの、温度を検出する温度センサ、及び、温度検出結果に基づいて周期的加振力の調整を行うための制御回路などを用いる点で共通し、この共通点により、装置構成の複雑化に繋がってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、捻り振動を用いた光走査装置において、温度変化による走査特性の変化を自律的に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の光走査装置は、光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、反射部を捻り振動させるための回転軸を構成する弾性変形部とを備え、上記回転軸を中心にして反射部を振動させることにより、前記反射面により反射された光ビームを走査する光走査装置である。
【００１１】
ところで、弾性変形部を回転軸として反射部を捻り振動させる場合の共振周波数ｆは、下式（１）で表される。
【００１２】
【数１】
なお、式（１）において、ｋは弾性変形部のバネ定数、Ｊは反射部の慣性モーメントである。そして、弾性変形部のバネ定数ｋは、下式（２）で表される。
【００１３】
【数２】
なお、式（２）において、βは、弾性変形部の断面の形状から決まる係数である。また、ａは、弾性変形部の断面の長辺の長さである。また、ｂは、弾性変形部の断面の短辺の長さである。また、Ｅは、ヤング率（横弾性係数）である。また、νは、ポアソン比である。また、ｌは弾性変形部の長さである。即ち、ヤング率Ｅが変化するとバネ定数ｋが変化する。
【００１４】
さらに、ヤング率Ｅは、温度をＴとして、下式（３）で表される。
【００１５】
【数３】
なお、式（３）において、Ｅ0は、０℃でのヤング率である。また、Δｈtは温度係数である。即ち、温度が変化するとヤング率Ｅは変化する。
【００１６】
したがって、温度Ｔの変化に伴いヤング率Ｅが変化し、これに伴い、弾性変形部のバネ定数ｋが変化すると、共振周波数ｆが変化する。
これに対し、請求項１に記載の光走査装置では、熱膨張率が互いに異なる２種類の材料の部材が積層されてなる構造を有する熱アクチュエータ機構が、自身の収縮または膨張により、前記弾性変形部に関して温度変化に伴うバネ定数の変化を相殺する形状に変化させる構成によって、温度変化に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することを可能とした。
【００１７】
よって、請求項１に記載の光走査装置によれば、温度センサや制御回路などを用いることなく、温度変化による走査特性の変化を自律的に抑制することができる。なお、熱膨張率とは、温度の上昇または下降に対応して物体の長さが変化する割合であるものとする。
【００１８】
例えば、図１０に示すように、温度変化に伴いヤング率が変化すると共振周波数が変化する（図１０の曲線Ｌ１を参照）。このときの仕様共振周波数からのずれ量をΔｆａとする。一方、ヤング率が一定という条件の下で、温度変化に伴いバネ定数（ねじりバネ定数）が変化すると、共振周波数が変化する（図１０の曲線Ｌ２を参照）。このときの仕様共振周波数からのずれ量をΔｆｂとする。
【００１９】
したがって、温度変化によりヤング率とバネ定数（ねじりバネ定数）が同時に変化した場合の仕様共振周波数からのずれ量は（Δｆａ−Δｆｂ）となる。このため、（Δｆａ−Δｆｂ）が、許容誤差Δεより小さくなるように設計することによって（図１０の曲線Ｌ３参照）、温度変化に伴う共振周波数の変化を抑制することができる。
【００２０】
なお、以下では、熱アクチュエータ機構を構成する２種類の材料の部材のうち、熱膨張率が大きい方を第１弾性部材、熱膨張率が小さい方を第２弾性部材として説明する。
このように定義すると、請求項１に記載の光走査装置において、請求項２に記載のように、例えば、第１弾性部材は、シリコンを材料とする部材であり、第２弾性部材は、例えばシリコンを熱酸化することにより形成される酸化シリコンを材料とする部材である構造を採用してもよい。
【００２１】
つまり、シリコン及び酸化シリコンの熱膨張率はそれぞれ、（２．６×１０-6）及び（０．５×１０-6）であり、熱膨張率が大きく異なる。そして、シリコンの一部を熱酸化することによって、シリコンと酸化シリコンとが積層された構造を形成することができるため、別々に形成された２つの部材を張り合わせるという工程が不要となり、製造工程を簡略化することができる。
【００２２】
また、請求項１に記載の光走査装置において、請求項３に記載のように、第１弾性部材および第２弾性部材のうち一方は、自身の歪みの大きさが印加電圧によって調整可能な圧電体である構造を採用してもよい。
【００２３】
このような圧電体では、外部から応力を受けない状態で一定電圧を印加したときに生じる歪みの大きさを表す場合の係数として、圧電ｄ定数（圧電歪定数）が用いられる。この圧電歪定数のうち、ｄ３１定数は、物体の長さが変化する割合を表し、温度が高くなるほど大きくなることが知られている（例えば「塩嵜忠著『圧電材料とその応用』シーエムシー出版，２００２年」参照）。
【００２４】
つまり、ｄ３１定数は、熱膨張率（線膨張率）と同義的に、温度の上昇または下降に対応して物体の長さが変化する割合であるといえる。また、一定温度下での物体の歪みの大きさは、印加電圧によって調整可能である。このため、外部環境の温度変化範囲（使用温度範囲）が既知であれば、使用温度範囲における前述のずれ量（Δｆａ−Δｆｂ）が許容誤差Δεより小さくなるｄ３１定数および印加電圧（一定電圧）を選択しておくことによって、温度変化に伴う共振周波数の変化を抑制することができる。
【００２５】
ところで、熱アクチュエータ機構は、温度が低くなると、熱膨張率が大きい方の部材が大きく収縮することにより、熱膨張率が異なる２つの部材との接合面を介して、熱膨張率が小さい方の部材が押し縮められ、これにより、熱膨張率が小さい方の部材の外側面が凸になるように撓む。一方、温度が高くなると、熱膨張率が大きい方の部材が大きく膨張することにより、上記接合面を介して、熱膨張率が小さい方の部材が引き伸ばされ、これにより、熱膨張率が大きい方の部材の外側面が凸になるように撓む。
【００２６】
このため、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光走査装置において、請求項４に記載のように、第１弾性部材および第２弾性部材は、捻り振動前の状態の反射面に対する垂直または平行方向に積層されている構造が好ましい。
【００２７】
このような構造によれば、第１弾性部材および第２弾性部材の収縮または膨張が弾性変形部の形状変化を介して反射部に作用する方向を単純化できる分、第１弾性部材および第２弾性部材の熱膨張率（素材）や長さ、厚み（形状）等の選択に係る設計を比較的容易にすることができる。
【００２８】
また、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光走査装置において、請求項５に記載のように、熱アクチュエータ機構は、弾性変形部に設けられている構成でもよい。即ち、この構成では、弾性変形部が温度変化に伴うバネ定数の変化を相殺する形状に変化することにより、温度に応じた位置に自動的に反射部を変位させることができる。よって、この構成によれば、熱アクチュエータ機構を弾性変形部と別体に設ける場合と比較して、光走査装置の構成を簡略化することができる。
【００２９】
また具体的には、請求項５に記載の光走査装置において、請求項６に記載のように、弾性変形部は、第１弾性部材および第２弾性部材が各々、上記回転軸を中心として対称となるように形成されているとよい。
【００３０】
このように構成された光走査装置によれば、温度変化に伴い、弾性変形部の形状が上記回転軸に直交する方向に変化するので、設計に必要なシミュレーションを立て易くなる。なお、上記シミュレーションとしては、例えば実験モーダル解析により、弾性変形部の形状変化に伴う共振周波数を計算する手法がある。
【００３１】
さらには、請求項６に記載の光走査装置において、請求項７に記載のように、弾性変形部は、第１弾性部材および第２弾性部材が各々、上記回転軸に対する直交方向に分割され、且つ、上記回転軸に対して、第１弾性部材が外側方向、第２弾性部材が内側方向に各々配置されることにより構成されてもよい。
【００３２】
このように構成された光走査装置によれば、温度が低くなると、第１弾性部材が収縮することにより、弾性変形部が上記回転軸に対する内側方向に凸になるように撓むことで、バネ定数ｋの増加分を相殺し、温度が高くなると、第１弾性部材が膨張することにより、弾性変形部が上記回転軸に対する外側方向に凸になるように撓むことで、バネ定数ｋの減少分を相殺することができる。
【００３３】
あるいは、請求項６に記載の光走査装置において、請求項８に記載のように、弾性変形部は、上記回転軸に対して、第１弾性部材が内側方向、第２弾性部材が外側方向に各々配置され、且つ、第１弾性部材がＨ状に形成されてなるＨ状部材と、反射部とＨ状部材とを連結する弾性リンク部とを有し、弾性リンク部は、Ｈ状部材の収縮または膨張に連動して、Ｈ状部材の形状が変化する反対方向に変位するように構成されてもよい。
【００３４】
このように構成された光走査装置では、温度が低くなると、第１弾性部材が収縮することにより、弾性リンク部が上記回転軸に対する内側方向に傾斜することで、バネ定数ｋの増加分を相殺し、温度が高くなると、第１弾性部材が膨張することにより、弾性リンク部が上記回転軸に対する外側方向に傾斜することで、バネ定数ｋの低下分を相殺することができる。また、弾性リンク部が、Ｈ状部材の形状の変化に伴って上記回転軸に対する直交方向に生じる力を吸収することができる。よって、この構成によれば、装置の信頼性を高くすることができる。
【００３５】
なお、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光走査装置において、請求項９に記載のように、熱アクチュエータ機構は、弾性変形部に接続され、温度変化に伴う収縮または膨張による自身の変位を伝達する力学的作用により、弾性変形部の形状を変化させるように構成されてもよい。
【００３６】
この場合、反射部と弾性変形部とを備える既存の構成に変更を加えることなく、熱アクチュエータ機構を配置するだけでよいため、弾性変形部が熱アクチュエータ機構を有する構成と比較して設計の自由度を向上させることができる。
【００３７】
また、請求項９に記載の光走査装置において、請求項１０に記載のように、弾性変形部は、熱アクチュエータ機構に接続され、温度変化に伴う熱アクチュエータ機構の力学的作用によって回転軸に対する外側方向および内側方向に変位する変位部材と、反射部と変位部材とを連結する弾性リンク部とを有し、弾性リンク部は、変位部材の変位に連動して、自身の形状が変化するものであってもよい。
【００３８】
このように構成された光走査装置では、弾性リンク部が、変位部材の変位に伴って上記回転軸に対する直交方向に生じる力を吸収することができるため、装置の信頼性を高くすることができる。
【００３９】
なお、請求項９または請求項１０に記載の光走査装置において、請求項１１に記載のように、熱アクチュエータ機構は、温度変化に伴って収縮または膨張する変形部材と、変形部材の収縮または膨張による変形部材の変位に対して、弾性変形部における反射部側の端部の変位を拡大させる作用を力学的作用として有する変位拡大部とを有するものであってもよい。
【００４０】
このように構成された光走査装置では、変形部材の収縮または膨張による変位が小さい場合であっても、変形部材の構成に変更を加えることなく、変位拡大部を配置するだけでよいため、熱アクチュエータが変形部材だけからなる構成と比較して設計の自由度を向上させることができる。
【００４１】
また、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の光走査装置において、請求項１２に記載のように、反射部に連結された上記弾性変形部としての第１弾性変形部材を有し、第１弾性変形部材の回転軸を第１回転軸として反射部を揺動可能に支持する第１支持部と、第１支持部に連結された上記弾性変形部としての第２弾性変形部材を有し、第２弾性変形部材の回転軸を第２回転軸として第１支持部を揺動可能に支持する第２支持部とを備え、第２回転軸は、第１回転軸と交差するように配置され、第２回転軸を中心にして第１支持部を揺動させることにより、反射面により反射された光ビームを走査するようにしてもよい。
【００４２】
このように構成された光走査装置によれば、第１回転軸を中心とした揺動と、第２回転軸を中心とした揺動によって、反射部で反射する光ビームを２次元的に走査することができる。したがって、光ビームを２次元走査することができる光走査装置において、少なくとも請求項１に記載の光走査装置と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の光走査装置において、反射部に連結された上記弾性変形部としての第１弾性変形部材を有し、第１弾性変形部材の回転軸を第１回転軸として反射部を揺動可能に支持する第１支持部と、第１支持部に連結された上記弾性変形部としての第２弾性変形部材を有し、第２弾性変形部材の回転軸を第２回転軸として第１支持部を揺動可能に支持する第２支持部と、第２支持部に連結された上記弾性変形部としての第３弾性変形部材を有し、第３弾性変形部材の回転軸を第３回転軸として第２支持部を揺動可能に支持する第３支持部とを備え、第２回転軸は、第１回転軸と交差するように配置され、第３回転軸は、第１回転軸及び第２回転軸と交差するように配置され、反射部、第１支持部、第２支持部、第３支持部、第１弾性変形部材、第２弾性変形部材、及び第３弾性変形部材が、固有の周期的外力が作用した場合に大きい回転角で捻り振動する３自由度連成振動系を構成し、３自由度連成振動系に固有の周期的外力を作用させることにより、第３回転軸を中心にして第２支持部を揺動させるとともに、第２回転軸を中心にして第１支持部を揺動させることにより、反射面により反射された光ビームを走査するようにしてもよい。
【００４４】
即ち、上記の光走査装置は、第３支持部を固定端として、第１弾性変形部材、第２弾性変形部材、第３弾性変形部材に対しての捻り自由度を持つ３自由度捻り振動子になっている。
【００４５】
３自由度捻り振動子は、理論上３つの振動モードを持つ。具体的には、３つの振動モードはそれぞれ異なる共振周波数を持ち、各共振周波数に対する反射部、第１支持部、第２支持部の捻り振動の角度振幅の比はそれぞれ異なる（これは振動モードと呼ばれる）。したがって、或る振動モードにおいて、第２支持部の角度振幅が大きくなると、この振動モードにおける角度振幅の比に応じて、反射部および第１支持部の角度振幅が大きくなる。
【００４６】
そして、３自由度連成振動系に固有の周期的外力を作用させることにより、３自由度捻り振動子を共振状態にできる。
また、３つの振動モードの各々に対応した周波数の周期的加振力を与えれば、それぞれの振動モードを励振できる。また、複数の周波数の周期的加振力を重畳して与えれば、複数の振動モードを励振できる。
【００４７】
このため、反射部の角度振幅が大きい振動モードに対応する周期的加振力と、第１支持部の角度振幅が大きい振動モードに対応する周期的加振力とを重畳して与えることにより、反射部で反射する光ビームを２次元的に走査することができる。
【００４８】
したがって、このように構成された光走査装置によれば、光ビームを２次元走査することができる光走査装置において、少なくとも請求項１に記載の光走査装置と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態としての光走査装置１の全体構成を示す平面図である。
【図２】光走査装置１の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】熱アクチュエータ機構における温度に応じた動作の変化を示す第１の説明図である。
【図４】実施例１における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図５】変形例１−１におけるにおける熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図６】捻りバネ部２０及び弾性リンク部２１の動作を示す説明図である。
【図７】変形例１−２におけるにおける熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図８】変形例１−３におけるにおける熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図９】光走査装置における周波数と振幅との関係を示すグラフである。
【図１０】ヤング率及びねじりバネ定数（温度）と共振周波数との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例２における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１２】変形例２−１−１における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１３】変形例２−２（１）における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１４】変形例２−２（２）における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１５】変形例２−２（３）における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１６】変形例２−２（４）における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１７】変形例２−３（１）における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１８】変形例２−３（２）における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１９】熱アクチュエータ機構の変形例を示す構成図である。
【図２０】熱アクチュエータ機構における温度に応じた動作の変化を示す第２の説明図である。
【図２１】変形例２−１−２における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図２２】変形例２−１−３における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図２３】変形例２−１−４における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図２４】変形例２−１−５における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［全体構成］
まず、本発明の実施形態としての光走査装置１の全体構成を説明する。
【００５１】
光走査装置１は、図１に示すように、光ビームを走査する光ビーム走査部２と、光ビーム走査部２を支持する支持部３と、光ビーム走査部２に回転駆動力を印加する駆動部４と、光ビーム走査部２の回転角度を検出する角度検出部５とを備える。
【００５２】
光ビーム走査部２は、外ジンバル１１と内ジンバル１２と光反射部１３と弾性連結部１４ａ，１４ｂと弾性連結部１５ａ，１５ｂと弾性連結部１６ａ，１６ｂと、櫛歯電極部１７，１８，１９，２０とから構成される。
【００５３】
これらのうち光反射部１３は、ミラー３１とミラー支持枠３２とから構成される。ミラー３１は、円形状であり、アルミ薄膜の鏡面部が表面に形成される。またミラー支持枠３２は、円形枠状であり、枠内にミラー３１が配置されて固定される。
【００５４】
また内ジンバル１２は、矩形枠状であり、枠内に光反射部１３が配置される。また外ジンバル１１は、矩形枠状であり、枠内に内ジンバル１２が配置される。
また弾性連結部１６ａは、弾性変形可能な材料で構成されており、内ジンバル１２の枠内に配置され、光反射部１３と内ジンバル１２とを連結する。また弾性連結部１６ｂは、弾性変形可能な材料で構成されており、内ジンバル１２の枠内に配置され、光反射部１３を挟んで弾性連結部１６ａと反対側において、光反射部１３と内ジンバル１２とを連結する。なお、弾性連結部１６ａおよび弾性連結部１６ｂは、光反射部１３の重心ＪＳを通る同一直線上に配置されており、光反射部１３の回転軸ｈとなる。これにより光反射部１３は、回転軸ｈを中心に捻り振動可能に構成される。
【００５５】
また弾性連結部１５ａは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル１１の枠内に配置され、内ジンバル１２と外ジンバル１１とを連結する。また弾性連結部１５ｂは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル１１の枠内に配置され、内ジンバル１２を挟んで弾性連結部１５ａと反対側において、内ジンバル１２と外ジンバル１１とを連結する。なお、弾性連結部１５ａおよび弾性連結部１５ｂは、光反射部１３と内ジンバル１２との重心ＪＳを通る同一直線上に配置されており、光反射部１３の回転軸ｊとなる。これにより内ジンバル１２は、回転軸ｊを中心に捻り振動可能に構成される。
【００５６】
また弾性連結部１４ａは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル１１の上辺１１ａと支持部３とを連結する。また弾性連結部１４ｂは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル１１を挟んで弾性連結部１４ａと反対側において、外ジンバル１１の下辺１１ｂと支持部３とを連結する。なお、弾性連結部１４ａおよび弾性連結部１４
ｂは、光反射部１３と内ジンバル１２と外ジンバル１１との重心ＪＳを通る同一直線上に配置されており、外ジンバル１１の回転軸ｉとなる。これにより外ジンバル１１は、回転軸ｉを中心に捻り振動可能に構成される。
【００５７】
また櫛歯電極部１７は、外ジンバル１１の左辺１１ｃに沿って櫛歯状に形成されている。さらに櫛歯電極部１８は、櫛歯電極部１７の上方において、左辺１１ｃに沿って櫛歯状に形成されている。
【００５８】
また櫛歯電極部１９は、外ジンバル１１の右辺１１ｄに沿って櫛歯状に形成されている。さらに櫛歯電極部２０は、櫛歯電極部１９の上方において、右辺１１ｄに沿って櫛歯状に形成されている。
【００５９】
次に支持部３は、上辺１１ａと連結されていない側の弾性連結部１４ａの端部と連結される上側支持部３ａと、下辺１１ｂと連結されていない側の弾性連結部１４ｂの端部と連結される下側支持部３ｂとから構成される。
【００６０】
さらに駆動部４は、櫛歯電極部１７と一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部４ａと、櫛歯電極部１９と一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部４ｂとから構成される。
【００６１】
また角度検出部５は、櫛歯電極部１８と一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部５ａと、櫛歯電極部２０と一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部５ｂとから構成される。
【００６２】
次に、光走査装置１の電気的構成について説明する。
光走査装置１は、図２に示すように、光ビーム走査部２を回転駆動するための駆動信号としてのパルス電圧を出力する駆動信号発生回路４１と、駆動信号発生回路４１により出力された駆動信号を増幅して櫛歯電極部４ａ，４ｂに印加する増幅回路４２と、櫛歯電極部５ａ，５ｂと櫛歯電極部１９，２０との間の静電容量を電圧値に変換するＣ−Ｖ変換回路４３ａ，４３ｂ（以下、Ｃ−Ｖ変換回路４３ａ，４３ｂをまとめてＣ−Ｖ変換回路４３ともいう）と、光ビームの発光源となる半導体レーザ４４と、Ｃ−Ｖ変換回路４３から出力される電圧をモニタし、この電圧値に基づいて半導体レーザ４４を制御するとともに駆動信号発生回路４１を制御する制御回路４５とを備える。
【００６３】
次に、光走査装置１の動作原理を説明する。
光走査装置１は、支持部３を固定端として、回転軸ｉ，ｊ，ｈに対しての捻り自由度を持つ３自由度捻り振動子になっている。
【００６４】
３自由度捻り振動子は、理論上３つの振動子を持つ。即ち、３つの振動モードはそれぞれ異なる共振周波数を持ち、各共振周波数に対する各フレームの捻り振動の角度振幅の比はそれぞれ異なる（これは振動モードと呼ばれる）。以下、これら３つの振動モードをそれぞれ、振動モード１、振動モード２、振動モード３という。
【００６５】
なお、櫛歯電極部４ａ，４ｂに電圧を印加すると、櫛歯電極部１７，１９との間に静電気力が発生する。また、外ジンバル１１が１周期振動する間に櫛歯電極部１７，１９は櫛歯電極部４ａ，４ｂに２回最接近する。このため、共振周波数の２倍に近い周期的静電気力が加われば、３自由度捻り振動子を共振状態にできる（以下、共振状態にするための加振力を周期的加振力という）。また、櫛歯電極部１７，１９が櫛歯電極部４ａ，４ｂに接近する毎に、周期的加振力を作用させることができる。
【００６６】
そして、振動モード１、振動モード２、振動モード３の各々に対応した周波数の周期的加振力を与えれば、それぞれの振動モードを励振できる。また、複数の周波数の周期的加振力を重畳して与えれば、複数の振動モードを同時に励振できる。
【００６７】
ここで、例えば、
振動モード１の共振周波数ｆ１を１０００Ｈｚ、
振動モード２の共振周波数ｆ２を５０００Ｈｚ，
振動モード３の共振周波数ｆ３を４００００Ｈｚ、
振動モード１における外ジンバル１１、内ジンバル１２、光反射部１３の振幅比ｒ１を「１：−２０：０．５」、
振動モード２における外ジンバル１１、内ジンバル１２、光反射部１３の振幅比ｒ２を「１：０．０１：−５０」、
振動モード３における外ジンバル１１、内ジンバル１２、光反射部１３の振幅比ｒ３を「１：０．０２：−０．０３」、
として設計した場合の、３自由度捻り振動子の動作を説明する。
【００６８】
なお、各振動モードにおける振幅比は、左から外ジンバル１１、内ジンバル１２、光反射部１３の順で記述している。例えば、上記の振幅比ｒ１は、外ジンバル１１の振幅が「１」とすると、内ジンバル１２の振幅が「−２０」、光反射部１３の振幅が「０．５」となることを示す。
【００６９】
また、３自由度捻り振動子の共振状態においては、理論上、各フレーム間（外ジンバル１１−内ジンバル１２間、内ジンバル１２−光反射部１３間）の位相角は０度または１８０度となる。そこで、振幅比を記述する際に、位相角の差が０度の場合は符合を「＋」、１８０度の場合は符合を「−」とする。例えば、上記の振幅比ｒ１は、外ジンバル１１と光反射部１３との位相角の差が０度となり、外ジンバル１１と内ジンバル１２との位相角の差が１８０度となることを示す。
【００７０】
そして、各振動モードの共振周波数と振幅比を上記のように設計すると、例えば、振動モード１では、主に内ジンバル１２と、内ジンバル１２に繋がった光反射部１３とが１０００Ｈｚで大きく捻り振動する。また例えば、振動モード２では、主に光反射部１３が５０００Ｈｚで大きく捻り振動する。
【００７１】
このため、例えば、光反射部１３の鏡面部分でレーザ光を反射させるとともに、振動モード１と振動モード２とを同時に励振させることにより、振動モード２を主走査方向（５０００Ｈｚ）、振動モード１を副走査方向（１０００Ｈｚ）として、２次元的にレーザ光を走査することができる。
【００７２】
次に、光走査装置１の動作について説明する。
制御回路４５による制御に基づいて駆動信号発生回路４１が駆動信号を出力すると、増幅回路４２によりこの駆動信号の電圧値が増幅されて櫛歯電極部４ａ，４ｂに印加される。これにより、櫛歯電極部４ａ，４ｂと、櫛歯電極部１７，１９との間にパルス電圧が印加されて周期的に変化する静電引力が生じ、弾性連結部１４ａ，１４ｂが弾性変形してねじれることにより、光ビーム走査部２が弾性連結部１４ａ，１４ｂを回転軸ｉとして往復振動する。
【００７３】
ここで、駆動信号発生回路４１は、光反射部１３の角度振幅が、外ジンバル１１および内ジンバル１２よりも大きい振動モードの共振周波数の２倍の周波数の駆動信号を出力するようになっており、これにより、光ビーム走査部２と弾性連結部１４ａ，１４ｂとからなる振動系が共振し、光ビーム走査部２が共振周波数で往復振動する。
【００７４】
なお、光ビーム走査部２が往復振動すると、その動力によって、弾性連結部１５ａ，１５ｂが弾性変形してねじれることにより、外ジンバル１１および内ジンバル１２が弾性連結部１５ａ，１５ｂを回転軸ｊとして往復振動するとともに、弾性連結部１６ａ，１６ｂが弾性変形してねじれることにより、内ジンバル１２および光反射部１３が弾性連結部１６ａ，１６ｂを回転軸ｈとして往復振動する。
【００７５】
そして、この状態で光反射部１３に半導体レーザ４４から光ビームが照射されると、その光ビームが光反射部１３の鏡面で反射されることにより出射されるとともに、光反射部１３の往復振動に伴い、光反射部１３の回転角度に応じた方向に走査される。
【００７６】
一方、外ジンバル１１の往復振動に伴い、櫛歯電極部５ａ，５ｂと櫛歯電極部１８，２０との距離も周期的に変化する。これにより、櫛歯電極部５ａ，５ｂと櫛歯電極部１８，２０との間の静電容量が、外ジンバル１１の回転角度に応じて変化する。そして制御回路４５は、これらの静電容量に基づき、外ジンバル１１の回転角度を検出する、なお上述したように、３自由度捻り振動子の共振状態においては、理論上、各フレーム間の位相角は０度または１８０度であるため、外ジンバル１１の回転角度を検出することにより、光反射部１３の回転角度を検出することができる。
【００７７】
ところで、弾性連結部１６ａ，１６ｂまたは弾性連結部１５ａ，１５ｂまたは弾性連結部１４ａ，１４ｂを単独で回転軸（回転軸ｈまたは回転軸ｊまたは回転軸ｉ）として光反射部１３のミラー３１を捻り振動させる場合の共振周波数ｆは、下式（１）で表される。以下では、弾性連結部１６ａ，１６ｂを回転軸ｈとしてミラー３１を捻り振動させる場合を代表して説明するが、弾性連結部１５ａ，１５ｂ、弾性連結部１４ａ，１４ｂも同様である。
【００７８】
【数１】
なお式（１）において、ｋは弾性連結部１６ａ，１６ｂのバネ定数、Ｊはミラー３１の慣性モーメントである。
【００７９】
そして、弾性連結部１６ａ，１６ｂのバネ定数ｋは、下式（２）で表される。
【００８０】
【数２】
なお、式（２）において、βは、弾性連結部１６ａ，１６ｂの断面の形状から決まる係数である。また、ａは、弾性連結部１６ａ，１６ｂの断面の長辺の長さである。また、ｂは、弾性連結部１６ａ，１６ｂの断面の短辺の長さである。また、Ｅは、ヤング率（横弾性係数）である。また、νはポアソン比である。また、ｌは弾性連結部１６ａ，１６ｂの長さである。即ち、バネ定数ｋは、ヤング率Ｅに比例する。
【００８１】
さらに、ヤング率Ｅは、温度をＴとして、下式（３）で表される。
【００８２】
【数３】
なお式（３）において、Ｅ0は、０℃でのヤング率である。また、Δｈtは温度係数である。即ち、温度Ｔが高くなるほどヤング率Ｅは低下し、温度Ｔが低くなるほどヤング率Ｅは増加する。
【００８３】
したがって、温度Ｔの上昇に伴いヤング率Ｅが低下し、弾性連結部１６ａ，１６ｂのバネ定数ｋが低下すると、共振周波数ｆが低下する。また、温度Ｔの下降に伴いヤング率Ｅが増加し、弾性連結部１６ａ，１６ｂのバネ定数ｋが増加すると、共振周波数ｆが増加する。
【００８４】
これに対し、光走査装置１では、熱膨張率が互いに異なる２種類の材料の部材が積層されてなる構造を有し、温度変化に伴う自身の収縮または膨張により、温度変化に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の変化を相殺する形状に弾性連結部１６ａ，１６ｂの形状を変化させる熱アクチュエータ機構Ｘをさらに備える。
【００８５】
［熱アクチュエータ機構］
以下、熱アクチュエータ機構Ｘの構成と動作について説明する。
熱アクチュエータ機構Ｘは、図３（ａ）に示すように、シリコンを材料として棒状に形成された第１棒状部材５１と、酸化シリコンを材料として棒状に形成された第２棒状部材５２とが、その長手方向に直交する方向（以下、積層方向Ｄ１という）に沿って積層されて構成されている。また熱アクチュエータ機構Ｘは、温度が室温である状況下で、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が初期形状として例えば直線状となるように形成されている。なお、熱アクチュエータ機構Ｘの初期形状はこれに限るものではない。
【００８６】
なお、シリコンおよび酸化シリコンの熱膨張率はそれぞれ、（２．６×１０-6）および（０．５×１０-6）である。このため、温度が室温より低い状況下では、図３（ｂ）に示すように、シリコンは、酸化シリコンよりも大きく収縮する（矢印Ｄ２を参照）。これにより、熱アクチュエータ機構Ｘは、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第２棒状部材５２（酸化シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【００８７】
一方、温度が室温より高い状況下では、図３（ｃ）に示すように、シリコンは、酸化シリコンよりも大きく膨張する（矢印Ｄ３を参照）。これにより、熱アクチュエータ機構Ｘは、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【００８８】
以下では、このような熱アクチュエータ機構Ｘの構成と動作とを利用して、温度変化に伴うバネ定数ｋの変化を相殺する形状に弾性連結部１６ａ，１６ｂの形状を変化させる各種の態様を、熱アクチュエータ機構Ｘの変形例の説明後に例示する。
【００８９】
［熱アクチュエータ機構の変形例］
上記例では、第１棒状部材５１がシリコンを材料とする部材であり、第２棒状部材５２が例えばシリコンを熱酸化することにより形成される酸化シリコンを材料とする部材である構成について説明したが、例えば、以下のような熱アクチュエータ機構Ｘの構成も考えられる。
【００９０】
本変形例の熱アクチュエータ機構Ｘは、図１９（ａ）−（ｃ）に示すように、シリコンを材料として棒状に形成された第２棒状部材５２としてのシリコン部材５２ａと、第２棒状部材５２の表面に積層方向Ｄ１に沿って積層された第１棒状部材５１としての圧電体部材５１ａとから構成されている。
【００９１】
圧電体部材５１ａは、絶縁体からなる薄膜圧電素子５１ｂと、薄膜圧電素子５１ｂの表面に積層方向Ｄ１に沿って積層された２つの電極５１ｃ，５１ｄと有している。なお、電極５１ｃ，５１ｄは、薄膜圧電素子５１ｂに比べてさらに厚みが小さく形成されている。
【００９２】
また、本実施形態の圧電体部材５１ａでは、２つの電極５１ｃ，５１ｄのうち、シリコン部材５２ａの上面と薄膜圧電素子５１ｂの下面とに接する方の電極５１ｃとして白金（Ｐｔ）が用いられ、薄膜圧電素子５１ｂの上面に接する方の電極５１ｄとして金（Ａｕ）が用いられる。そして、Ａｕの電極５１ｄを正極、Ｐｔの電極５１ｃを負極（ＧＮＤ）として、一定電圧が印加されるように構成されている。
【００９３】
このように構成された圧電体部材５１ａでは、例えば温度が室温である状況下において、一対の電極５１ｄ，５１ｃ間に一定電圧が印加されると、薄膜圧電素子５１ｂが膨張する。この印加電圧を調整することにより、図２０（ｂ）に示すように、室温状況下における圧電体部材５１ａの歪みの大きさを初期値として決めることができる。
【００９４】
一方、このように外部から応力を受けない状態で一定電圧を印加したときに生じる歪みの大きさを表す場合の係数として、圧電ｄ定数（圧電歪定数）が定義されている。特に、この圧電歪定数のうち、ｄ３１定数は、薄膜圧電素子５１ｂの長さが変化する割合を表し、温度が高くなるほど大きくなることが知られている（例えば「塩嵜忠著『圧電材料とその応用』シーエムシー出版，２００２年」参照）。
【００９５】
つまり、ｄ３１定数は、一定値ではなく、温度依存性を有している。このため、温度が室温より高い状況下では、図２０（ａ）に示すように、薄膜圧電素子５１ｂを室温時の状態から膨張させることができる（矢印Ｄ４を参照）。これにより、熱アクチュエータ機構Ｘでは、温度が室温よりも高くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも大きく凸になるように撓む。
【００９６】
一方、温度が室温より低い状況下では、図２０（ｃ）に示すように、薄膜圧電素子５１ｂを室温時の状態から収縮させることができる（矢印Ｄ５を参照）。これにより、熱アクチュエータ機構Ｘでは、温度が室温よりも低くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも小さく凸になるように撓む。
【００９７】
なお、以下の実施例および変形例では、説明の重複を避けるため、熱アクチュエータ機構Ｘが第１棒状部材５１および第２棒状部材５２を有する構成を前提に説明し、第１棒状部材５１を圧電体部材５１ａ、第２棒状部材５２をシリコン部材５２ａにそれぞれ置き換え可能であるものとする。
【００９８】
［実施例１］
本実施例１では、熱アクチュエータ機構Ｘが、弾性連結部１６ａ，１６ｂに形成されている場合を代表して説明する。なお、熱アクチュエータ機構Ｘは、前述の式（１）〜（３）で説明した通り、弾性連結部１５ａ，１５ｂ、弾性連結部１４ａ，１４ｂについても同様の考え方によって適用される。
【００９９】
本実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂは各々、図４（ａ）に示すように、一対の熱アクチュエータ機構Ｘの両端部が光反射部１３と内ジンバル１２とに接続されて構成される。また一対の熱アクチュエータ機構Ｘは各々、回転軸ｈを中心に所定距離だけ離間して配置されるとともに、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が各々、回転軸ｈを中心として対称となるように配置される。即ち、一対の熱アクチュエータ機構Ｘは、回転軸ｈに
対する直交方向に割り箸が割られたように分割され、各々が互いに平行に配置されて構成される。また一対の熱アクチュエータ機構Ｘは、回転軸ｈに対して、第１棒状部材５１が外側方向、第２棒状部材５２が内側方向に各々配置されてなる。
【０１００】
なお、図４（ａ）に示す熱アクチュエータ機構Ｘでは、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が、動作前の停止した状態のミラー３１の表面に対して、積層方向Ｄ１が平行となるように各々配置されているが、動作前の停止した状態のミラー３１の表面に対して、積層方向Ｄ１が垂直となるように各々配置されてもよい。但し、この場合、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２のうち、一方がミラー３１の表面に対して垂直且つ順方向、他方がミラーの表面に対して垂直且つ逆方向に各々配置されることになる。また、このような置き換えは、以下の変形例および実施例においても適宜行うことができるが、説明の重複を避けるために以下の変形例についてはその説明を省略する。
【０１０１】
このように構成された弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、図４（ｂ）に示すように、例えば、温度が室温である状況下で、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が直線状になる。一方、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第２棒状部材５２（酸化シリコン）の外側面が凸になるように撓み、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【０１０２】
このため、低温時には、一対の熱アクチュエータ機構Ｘが、回転軸ｈに対する内側方向に凸となるように変形することにより、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が減少し、これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が低下する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１０３】
また、高温時には、一対の熱アクチュエータ機構Ｘが、回転軸ｈに対する外側方向に凸となるように変形することにより、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が増加し、これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりバネ定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１０４】
したがって、本実施例１の熱アクチュエータ機構Ｘによれば、自身の収縮または膨張により、温度変化に伴うバネ定数ｋの変化を相殺する形状に弾性連結部１６ａ，１６ｂの形状を変化させることができ、これにより温度変化に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することで、温度変化による走査特性の変化を抑制することができる。
【０１０５】
例えば図１０に示すように、温度変化に伴いヤング率Ｅ（バネ定数ｋ）が変化すると共振周波数が変化する（図１０の曲線Ｌ１を参照）。このときの仕様共振周波数からのずれ量をΔｆａとする。一方、ヤング率Ｅが一定という条件の下で、温度変化に伴いミラー３１の回転軸ｈ周りのバネ定数（ねじりバネ定数）が変化すると、共振周波数が変化する（図１０の曲線Ｌ２を参照）。このときの仕様共振周波数からのずれ量をΔｆｂとする。
【０１０６】
したがって、温度変化によりヤング率Ｅ（バネ定数ｋ）とねじりバネ定数（ねじり剛性）が同時に変化した場合の仕様共振周波数からのずれ量は（Δｆａ−Δｆｂ）となる。このため、（Δｆａ−Δｆｂ）が、許容誤差Δεより小さくなるように設計することによって（図１０の曲線Ｌ３を参照）、温度変化に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１０７】
また熱アクチュエータＸは、熱膨張率が互いに異なる材料からなる第１棒状部材５１と第２棒状部材５２を積層して構成されている。したがって、温度が低くなると、熱膨張率が大きい第１棒状部材５１が大きく収縮することにより、熱アクチュエータＸが、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで、熱膨張率が小さい第２棒状部材５２の外側面が凸になるように撓む。一方、温度が高くなると、熱膨張率が大きい第１棒状部材５１が大きく膨張することにより、熱膨張率が大きい第１棒状部材５１の外側面が凸になるように撓む。これにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂの形状を、温度に応じた形状に自律的に変化させることができる。
【０１０８】
これにより、温度を検出する温度センサ、および温度検出結果に基づいて温度補正を行う制御回路などを用いることなく、温度変化に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができるため、光走査装置１の構成を簡略化することができる。
【０１０９】
また、熱膨張率が互いに異なる材料からなる第１棒状部材５１および第２棒状部材は、シリコンを材料とするシリコン部材と、シリコンを熱酸化することにより形成される酸化シリコンを材料とする酸化シリコン部材である。シリコンおよび酸化シリコンの熱膨張率はそれぞれ、（２．６×１０-6）および（０．５×１０-6）であり、熱膨張率が大きく異なる。そして、シリコンの一部を熱酸化することによって、シリコンと酸化シリコンが積層された構造を形成することができるため、別々に形成された２つの部材を張り合わせるという工程が不要となり、製造工程を簡略化することができる。
【０１１０】
また、第２棒状部材５２をシリコン部材５２ａに置き換えるとともに、第１棒状部材５１として、自身の歪みの大きさが印加電圧によって調整可能な圧電体部材５１ａを採用することができる。この構成によれば、使用温度範囲における前述のずれ量（Δｆａ−Δｆｂ）が許容誤差Δεより小さくなるように印加電圧（一定電圧）を予め調整しておくことができる点で有利である。
【０１１１】
なお、この構成では、前述した通り、印加電圧を調整することにより、室温状況下における圧電体部材５１ａの歪みの大きさを初期値として決めることができる。そして、温度が室温より高い状況下では、薄膜圧電素子５１ｂを室温時の状態から膨張させることができる（矢印Ｄ４を参照）。これにより、熱アクチュエータ機構Ｘでは、温度が室温よりも高くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも大きく凸になるように撓む（図２０（ａ）参照）。
【０１１２】
一方、温度が室温より低い状況下では、薄膜圧電素子５１ｂを室温時の状態から収縮させることができる（矢印Ｄ５を参照）。これにより、熱アクチュエータ機構Ｘでは、温度が室温よりも低くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも小さく凸になるように撓む（図２０（ｃ）参照）。これにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂの形状を、温度に応じた形状に自律的に変化させることができる。
【０１１３】
また、熱アクチュエータ機構Ｘでは、第１棒状部材５１（またはシリコン部材５２ａ）および第２棒状部材５２（または圧電体部材５１ａ）が、動作前の停止した状態のミラー３１の表面に対して、積層方向Ｄ１が平行または垂直となるように各々配置される。
【０１１４】
このような構成によれば、第１棒状部材５１（またはシリコン部材５２ａ）および第２棒状部材５２（または圧電体部材５１ａ）の収縮または膨張が弾性連結部１６ａ，１６ｂの形状変化を介して光反射部１３に作用する方向を単純化できる分、第１弾性部材および第２弾性部材の熱膨張率（素材）や長さ、厚み（形状）、圧電体部材５１ａの素材（ｄ３１定数）や印加電圧等の選択に係る設計を比較的容易にすることができる。
【０１１５】
以上説明した実施形態において、光反射部１３が反射部、回転軸ｈが第１回転軸、回転軸ｊが第２回転軸、回転軸ｉが第３回転軸、弾性連結部１６ａ，１６ｂが第１弾性変形部材、弾性連結部１５ａ，１５ｂが第２弾性変形部材、及び弾性連結部１４ａ，１４ｂが第３弾性変形部材、第１棒状部材５１が第１弾性部材、第２棒状部材５２が第２弾性部材、圧電体部材５１ａが圧電体、内ジンバル１２が第１支持部、外ジンバル１１が第２支持部、支持部３が第３支持部の各例に相当する。
【０１１６】
［変形例１−１］
次に、上記実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂに関する変形例１−１を説明する。
上記実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂは各々、一対の熱アクチュエータ機構Ｘの両端部が光反射部１３と内ジンバル１２とに接続されて構成されていたが、図５に示す変形例１−１のように、熱アクチュエータ機構Ｘの両端部のうち、一方の端部と光反射部１３、他方の端部と内ジンバル１２とを各々連結する弾性リンク部２１を備えて構成されてもよい。
【０１１７】
即ち、本変形例１−１の弾性連結部１６ａ，１６ｂは、一対の熱アクチュエータ機構Ｘに相当する捻りバネ部２０と、捻りバネ部２０の両端部を各々、光反射部１３および内ジンバル１２に連結する弾性リンク部２１とから構成される。
【０１１８】
捻りバネ部２０と弾性リンク部２１とは、捻りバネ部２０が回転軸ｈを中心に捻り変形するのに対し（図６（ａ）参照）、弾性リンク部２１が１自由度で略直線動作する点で相違する（図６（ｂ）参照）。
【０１１９】
このように構成された弾性連結部１６ａ，１６ｂによれば、弾性リンク部２１を設けることにより、捻りバネ部２０が温度変化に伴い変形する際の回転軸ｈ方向の自由度が与えられ、捻りバネ部２０がより変形しやすくなり、上記実施例１の効果を得やすくなる。
【０１２０】
しかしながら、弾性リンク部２１を捻りバネ部２０の両端部に各々設けると、熱アクチュエータ機構Ｘの自由度が増加する分、光反射部１３に対して不安定な動作を引き起こす可能性もある。したがって、弾性リンク部２１を、捻りバネ部２０の両端部のうちの一方の端部にだけ設ける構成であってもよい。
【０１２１】
［変形例１−２］
次に、上記実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂに関する変形例１−２を説明する。
上記実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂは各々、分割された一対の熱アクチュエータ機構Ｘの各部が、平行に配置されて構成されていたが、図７に示す変形例１−２のように、ハの字状またはＶの字状に配置されて構成されてもよい。
【０１２２】
即ち、本変形例１−２の弾性連結部１６ａ，１６ｂは、一対の熱アクチュエータ機構Ｘに相当する捻りバネ部２０と、捻りバネ部２０の一方の端部と光反射部１３とを連結する第１弾性リンク部２１ａと、捻りバネ部２０の他方の端部と内ジンバル１２とを連結する第２弾性リンク部２１ｂとから構成される。
【０１２３】
そして、第１弾性リンク部２１ａおよび第２弾性リンク部２１ｂの各々の両端には、捻りバネ部２０を構成する第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの端部が接続される辺部が形成され、これら辺部と第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂとによって台形の形状をなすように構成される。
【０１２４】
このように構成された弾性連結部１６ａ，１６ｂによれば、捻りバネ部２０の形状にトラス効果が加わり、図７の破線で示すように、回転軸ｈに対する垂直方向の変形自由度に対する剛性が高まり、より安定した捻り振動を得ることができる。なお、第１弾性リンク部２１ａの辺部と第２弾性リンク部２１ｂの辺部とは、長さが異なっていればよく、いずれが長くてもよい。
【０１２５】
［変形例１−３］
次に、上記実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂに関する変形例１−３を説明する。
上記実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂは、一対の熱アクチュエータ機構Ｘが分割されて構成されていたが、図８（ａ）に示す変形例１−３のように、第１捻りバネ部２０ａと第２捻りバネ部２０ｂとが一体に構成されてもよい。
【０１２６】
即ち、本変形例１−３の弾性連結部１６ａ，１６ｂは、一対の熱アクチュエータ機構Ｘに相当する第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂと、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの各一方の端部と光反射部１３とを連結する一対の第１弾性リンク部２１ａと、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの各他方の端部と内ジンバル１２とを連結する一対の第２弾性リンク部２１ｂとから構成される。また第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂは、回転軸ｈに対して、第２棒状部材５２が外側方向、第１棒状部材５１が内側方向に各々配置されてなる。
【０１２７】
そして、第１捻りバネ部２０ａの第１棒状部材５１と第２捻りバネ部２０ｂの第１棒状部材５１とが、Ｈ状となるように一体に形成されて構成される。
このようなＨ状部材として構成された弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、図８（ｂ）に示すように、温度が室温である状況下で、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが直線状になる。一方、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第２棒状部材５２（酸化シリコン）の外側面が凸になるように撓み、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【０１２８】
このため、低温時には、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが、回転軸ｈに対する外側方向に凸となるように変形することにより、第１弾性リンク部２１ａと第２弾性リンク部２１ｂとからなる各々の弾性リンク部２１が、回転軸ｈに対する内側方向に変位（傾斜）する。これにより、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が減少することで、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が低下する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１２９】
また、高温時には、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが、回転軸ｈに
対する内側方向に凸となるように変形することにより、各々の弾性リンク部２１が回転軸ｈに対する外側方向に変位（傾斜）する。これにより、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が増加することで、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりバネ定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１３０】
したがって、このように構成された弾性連結部１６ａ，１６ｂによれば、弾性リンク部２１を設けることにより、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの形状の変化に伴って回転軸ｈに対する直交方向に生じる力を吸収することができる。また、第１捻りバネ部２０ａと第２捻りバネ部２０ｂとを一体に構成することにより、回転軸ｈに対する垂直方向の変形自由度に対する剛性がより高まり、さらに安定した捻り振動を得ることができる。よって、この構成によれば、装置の信頼性を高くすることができる。
【０１３１】
［実施例２］
次に、本実施例２では、熱アクチュエータ機構Ｘが、弾性連結部１６ａ，１６ｂと別体に構成されている場合を代表して説明する。なお、熱アクチュエータ機構Ｘは、前述の式（１）〜（３）で説明した通り、弾性連結部１５ａ，１５ｂ、弾性連結部１４ａ，１４ｂについても同様の考え方によって適用される。
【０１３２】
本実施例２の弾性連結部１６ａ，１６ｂは各々、図１１（ａ）に示すように、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂを備える。また第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの各一方の端部は、光反射部１３に連結されている。また弾性連結部１６ａ，１６ｂは各々、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの各他方の端部と内ジンバル１２とを連結する一対の弾性リンク部２１を備えて構成される。なお、本実施例２の第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂは、熱アクチュエータ機構Ｘに相当しない。
【０１３３】
そして、熱アクチュエータ機構Ｘは、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略垂直に配置される変形部材であり、一方の端部が内ジンバル１２の固定端に接続され、他方の端部が弾性リンク部２１を介して弾性連結部１６ａ，１６ｂに接続されて配置される。また熱アクチュエータ機構Ｘは、光反射部１３に対して、第１棒状部材５１が外側方向、第２棒状部材５２が内側方向に各々配置されてなる。即ち、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が、動作前の停止した状態のミラー３１の表面に対して、積層方向Ｄ１が平行となるように各々配置されている。
【０１３４】
このように配置された熱アクチュエータ機構Ｘによれば、図１１（ｂ）に示すように、温度が室温である状況下で、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が直線状になる。なお、この状態において第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが設計周波数で得られる曲率になる（本実施例では初期形状として外側に撓む）ように配置されている。一方、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第２棒状部材５２（酸化シリコン）の外側面が凸になるように撓み、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【０１３５】
このため、低温時には、弾性リンク部２１が光反射部１３から遠ざかる方向に変位することにより、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが直線状になり、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が減少する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が低下する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりバネ定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１３６】
また、高温時には、弾性リンク部２１が光反射部１３に近づく方向に変位することにより、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが初期形状よりも大きく外側に撓み、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が増加する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりバネ定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１３７】
［変形例２−１−１］
次に、上記実施例２の弾性連結部１６ａ，１６ｂに関する変形例２−１−１を説明する。
【０１３８】
上記実施例２の弾性連結部１６ａ，１６ｂは各々、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが別体に構成されていたが、図１２に示す変形例２−１−１のように、第１捻りバネ部２０ａと第２捻りバネ部２０ｂとが一体に構成されてもよい。
【０１３９】
即ち、本変形例２−１−１の弾性連結部１６ａ，１６ｂは、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂと、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの各一方の端部と光反射部１３とを連結する一対の第１弾性リンク部２１ａと、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの各他方の端部と弾性リンク部２１とを連結する一対の第２弾性リンク部２１ｂとから構成される。
【０１４０】
そして、第１捻りバネ部２０ａと第２捻りバネ部２０ｂとが、Ｈ状となるように一体に形成されて構成される。すなわち、弾性連結部１６ａ，１６ｂがＨ状部材に相当する。
このように配置された熱アクチュエータ機構Ｘによれば、図１１（ｂ）に示すように、温度が室温である状況下で、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が直線状になる。なお、この状態において第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂは初期形状として内側に撓むように配置されている。一方、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第２棒状部材５２（酸化シリコン）の外側面が凸になるように撓み、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【０１４１】
このため、低温時には、弾性リンク部２１が光反射部１３から遠ざかる方向に変位することにより、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが直線状になり、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が減少する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が低下する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりバネ定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１４２】
また、高温時には、弾性リンク部２１が光反射部１３に近づく方向に変位することにより、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが初期形状よりも大きく内側に撓み、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が増加する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりバネ定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１４３】
［変形例２−１−２］
次に、上記実施例２の弾性連結部１６ａ，１６ｂおよび熱アクチュエータ機構Ｘに関する変形例２−１−２を説明する。
【０１４４】
上記実施例２の弾性連結部１６ａ，１６ｂでは各々、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが、弾性リンク部２１および熱アクチュエータ機構Ｘを介して内ジンバル１２の固定端に接続されていたが、図２１に示す変形例２−１−２のように、内ジンバル１２の固定端のうち、回転軸ｈの延長上に位置する固定端６１Ｖに弾性リンク部２１を介して接続され、回転軸ｈに対して略垂直方向に位置する固定端６１Ｈに熱アクチュエータ機構Ｘを介して接続されてもよい。
【０１４５】
また、上記実施例２の熱アクチュエータ機構Ｘでは、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が、ミラー３１の表面に対して、積層方向Ｄ１が平行となるように各々配置されているが、積層方向Ｄ１が垂直となるように各々配置されてもよい。
【０１４６】
また、上記実施例２の熱アクチュエータ機構Ｘにおいて、第１棒状部材５１を圧電体部材５１ａ、第２棒状部材５２をシリコン部材５２ａにそれぞれ置き換えてもよい。
このように構成された熱アクチュエータ機構Ｘでは、温度が室温である状況下では、印加電圧に応じた初期値の大きさで圧電体部材５１ａの外側面が凸になるように圧電体部材５１ａが湾曲しており、温度が室温よりも高くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも大きく凸になるように湾曲する。これにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂ（およびこれに連動して弾性リンク部２１）が固定端６１Ｈの方向に変位する力学的作用を受けるため、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が増加することによって、共振周波数が高くなる方向に向かい、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺されることから、温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１４７】
一方、温度が室温よりも低くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも小さく凸になるように湾曲する。これにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂ（およびこれに連動して弾性リンク部２１）が回転軸ｈの方向に変位する力学的作用を受けるため、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が減少する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が減少することによって、共振周波数が低くなる方向に向かい、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺されることから、温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１４８】
また、このように構成された弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、弾性連結部１６ａ，１６ｂに連動して、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して逆向きに弾性リンク部２１が変位する。このため、圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａの形状の変化に伴って回転軸ｈに対する直交方向に生じる力を吸収できることから、変形自由度に対する剛性が高まり、より安定した捻り振動を得ることができる。
【０１４９】
［変形例２−１−３］
次に、上記変形例２−１−２の弾性連結部１６ａ，１６ｂおよび熱アクチュエータ機構Ｘに関する変形例２−１−３を説明する。
【０１５０】
上記変形例２−１−２の弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが、弾性リンク部２１を介して固定端６１Ｖに接続され、熱アクチュエータ機構Ｘを介して固定端６１Ｈに接続されていたが、図２２に示す変形例２−１−３のように、２種類の熱アクチュエータ機構Ｘを介して固定端６１Ｈに接続されるだけでもよい。
【０１５１】
２種類の熱アクチュエータ機構Ｘは、回転軸ｈに対して略垂直方向となり、互いに平行となるように配置され、このうち、一方の熱アクチュエータ機構Ｘ１が、反射部１３に対する弾性連結部１６ａ，１６ｂの反対側端部と固定端６１Ｈとに接続され、他方の熱アクチュエータ機構Ｘ２が、弾性連結部１６ａ，１６ｂにおける熱アクチュエータ機構Ｘ１よりも反射部１３側の部位と固定端６１Ｈとに接続されている。
【０１５２】
そして、２種類の熱アクチュエータ機構Ｘは、ミラー３１の表面に対して、積層方向Ｄ１が垂直となり、且つ積層方向Ｄ１が互いに逆向きとなるように各々配置されている。例えば、熱アクチュエータ機構Ｘ２において、圧電体部材５１ａが表面、シリコン部材５２ａが裏面となるように各々配置されている場合、熱アクチュエータＸ１においては、シリコン部材５２ａが表面、圧電体部材５１ａが裏面となるように各々配置されることになる。
【０１５３】
このように構成された熱アクチュエータ機構Ｘによれば、温度変化に伴って、熱アクチュエータ機構Ｘ２の湾曲による弾性連結部１６ａ，１６ｂにおけるミラー３１の表面に対する垂直順方向への変位が、熱アクチュエータ機構Ｘ１の湾曲による弾性連結部１６ａ，１６ｂにおけるミラー３１の表面に対する垂直逆方向への変位によって相殺されるため、反射部１３の厚さ方向に対する変位を抑制することができる。これにより、反射部１３のより安定した振動動作を得ることができる。
【０１５４】
［変形例２−１−４］
次に、上記変形例２−１−２の弾性連結部１６ａ，１６ｂおよび熱アクチュエータ機構Ｘに関するもう一つの変形例２−１−４を説明する。
【０１５５】
上記変形例２−１−２の弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの一端が、弾性リンク部２１を介して固定端６１Ｖに接続され、熱アクチュエータ機構Ｘを介して固定端６１Ｈに接続されていたが、図２３に示す変形例２−１−４のように、弾性リンク部２１を介して固定端６１Ｖに接続されるだけでもよい。
【０１５６】
但し、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの略中央部が、棒状部材６３を介して固定端６１Ｈに接続されている。ここで、棒状部材６３は、固定端６１Ｈに対する略垂直方向に配置された部材である。なお、弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの他端が、さらに別の弾性リンク部２１を介して反射部１３に接続されてもよい。
【０１５７】
また、熱アクチュエータ機構Ｘは、前述の棒状部材６３と、圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａとを備えて構成される。このうち、圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａは、自身の長手方向が回転軸ｈに対する垂直方向（棒状部材６３と同方向）となるように配置され、棒状部材６３よりも固定端６１Ｖ側において第１捻りバネ部２０ａと第２捻りバネ部２０ｂとに接続されている。つまり、圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａは、棒状部材６３と固定端６１Ｖ側の弾性リンク部２１との間に配置されている。
【０１５８】
このように構成された熱アクチュエータ機構Ｘでは、温度が室温である状況下では、印加電圧に応じた初期値の大きさで圧電体部材５１ａの外側面が凸になるように圧電体部材５１ａが湾曲しており、温度が室温よりも高くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも大きく凸になるように湾曲する。これにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂ（およびこれに連動して固定端６１Ｖ側の弾性リンク部２１）が回転軸ｈに対する内側方向に変位する。すると、弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、棒状部材６３との接合部を支点として反射部１３側の端部（およびこれに連動して反射部１３側の弾性リンク部２１）が回転軸ｈに対する外側方向に変位する。このとき、反射部１３側の弾性リンク部２１の変位は、弾性連結部１６ａ，１６ｂにおける圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａと棒状部材６３との距離に対する、棒状部材６３と反射部１３側の弾性リンク部２１との距離の比に応じた分だけ拡大されることになる。このように、圧電体部材５１ａの湾曲による変位に比べて、反射部１３側の弾性リンク部２１が固定端６１Ｈの方向への変位を拡大する力学的作用を受けるため、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が効率的に増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数がこのように増加することによって、共振周波数が高くなる方向に向かい、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺されることから、温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１５９】
一方、温度が室温よりも低くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも小さく凸になるように湾曲する。これにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂ（およびこれに連動して固定端６１Ｖ側の弾性リンク部２１）が回転軸ｈに対する外側方向に変位する。すると、弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、棒状部材６３との接合部を支点として反射部１３側の端部（およびこれに連動して反射部１３側の弾性リンク部２１）が回転軸ｈに対する内側方向に変位する。このとき、反射部１３側の弾性リンク部２１の変位は、弾性連結部１６ａ，１６ｂにおける圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａと棒状部材６３との距離に対する、棒状部材６３と反射部１３側の弾性リンク部２１との距離の比に応じた分だけ拡大されることになる。このように、圧電体部材５１ａの湾曲による変位に比べて、反射部１３側の弾性リンク部２１が回転軸ｈの方向への変位を拡大する力学的作用を受けるため、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が効率的に減少する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数がこのように減少することによって、共振周波数が低くなる方向に向かい、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺されることから、温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１６０】
なお、本変形例２−１−４において、圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａが変形部材に相当し、棒状部材６３が変位拡大部に相当する。
［変形例２−１−５］
次に、上記変形例２−１−４の弾性連結部１６ａ，１６ｂおよび熱アクチュエータ機構Ｘに関する変形例２−１−５を説明する。
【０１６１】
上記変形例２−１−４の弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの略中央部が、棒状部材６３を介して固定端６１Ｈに接続されていたが、図２４に示す変形例２−１−５のように、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの一端が固定端６１Ｖに接続され、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの他端が反射部１３に接続されてもよい。
【０１６２】
但し、第１捻りバネ部２０ａの略中央部と第２捻りバネ部２０ｂの略中央部とが熱アクチュエータ機構Ｘに接続されている。
熱アクチュエータ機構Ｘは、圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａからなり、自身の長手方向が回転軸ｈ方向となるように配置された変形部材６５と、第１捻りバネ部２０ａの略中央部（第２捻りバネ部２０ｂの略中央部についても同様）と変形部材６５とに接続された変位変換部６７とを備えて構成される。
【０１６３】
このうち、変位変換部６７は、３つの棒状部材が繋ぎ合わされた形状を有し、各端部が、変形部材６５の両端と第１捻りバネ部２０ａの略中央部（第２捻りバネ部２０ｂの略中央部についても同様）とに接続されている。そして、変形部材６５の収縮または膨張による回転軸ｈ方向の変位を、回転軸ｈに対する垂直方向（且つ、ミラー３１の表面に対する平行方向）に変換し、第１捻りバネ部２０ａの略中央部（第２捻りバネ部２０ｂの略中央部についても同様）に伝達するように構成されている。
【０１６４】
このように構成された熱アクチュエータ機構Ｘでは、温度が室温である状況下では、印加電圧に応じた初期値の大きさで圧電体部材５１ａの外側面が凸になるように圧電体部材５１ａが湾曲しており、温度が室温よりも高くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも大きく凸になるように湾曲する。このとき、変位変換部６７により、弾性連結部１６ａ，１６ｂの略中央部が回転軸ｈに対する外側方向に変位することから、弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が増加する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１６５】
一方、温度が室温よりも低くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも小さく凸になるように湾曲する。このとき、変位変換部６７により、弾性連結部１６ａ，１６ｂの略中央部が回転軸ｈに対する内側方向に変位することから、弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が低下する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が減少する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりバネ定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１６６】
［変形例２−２］
次に、上記実施例２の熱アクチュエータ機構Ｘに関する変形例２−２を説明する。
上記実施例１の熱アクチュエータ機構Ｘは、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略垂直に配置され、且つ、一方の端部が内ジンバル１２の固定端に接続され、他方の端部が弾性リンク部２１に接続されて配置されて構成されていたが、図１３（ａ）に示す変形例２−２（１）のように、配置されて構成されてもよい。
【０１６７】
即ち、本変形例２−２の熱アクチュエータ機構Ｘは、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略平行に配置された第１熱アクチュエータＸ１および第２熱アクチュエータＸ２から構成される。
【０１６８】
また光反射部１３に対する第１弾性リンク部２１ａの反対側端部には、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略垂直に配置された第１可動部材２５ａの一方の端部片面が接続され、その端部他面には第１捻りバネ部２０ａ（第２捻りバネ部２０ｂも同様）の一方の端部が接続されている。また第１可動部材２５ａの他方の端部には、第１熱アクチュエータＸ１の一方の端部が接続され、第１熱アクチュエータＸ１の他方の端部には、光反射部１３のミラー支持枠３２から回転軸ｈに対する垂直方向に突設された突設部材２７の片面が接続されている。
【０１６９】
また内ジンバル１２（固定端）に対する第２弾性リンク部２１ｂの反対側端部には、第１可動部材２５ａよりも内ジンバル１２側に配置された第２可動部材２５ｂの一方の端部方面が接続され、その端部他面には、第１捻りバネ部２０ａ（第２捻りバネ部２０ｂも同様）の他方の端部が接続されている。また第２可動部材２５ｂの他方の端部には、第２熱アクチュエータＸ２の一方の端部が接続され、第２熱アクチュエータＸ２の他方の端部には、内ジンバル１２の固定端から回転軸ｈに対する垂直方向に突設された突設部材２９の片面が接続されている。
【０１７０】
そして、第１熱アクチュエータＸ１および第２熱アクチュエータＸ２は、回転軸ｈに対して、第２棒状部材５２が外側方向、第１棒状部材５１が内側方向に各々配置されてなる。
【０１７１】
このように配置された第１熱アクチュエータＸ１および第２熱アクチュエータＸ２によれば、図１３（ｂ）に示すように、温度が室温である状況下で、第１熱アクチュエータＸ１および第２熱アクチュエータＸ２が直線状になる。一方、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第２棒状部材５２（酸化シリコン）の外側面が凸になるように撓み、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【０１７２】
このため、低温時には、弾性連結部１６ａ，１６ｂが回転軸ｈに近づく方向に変位することにより、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が減少する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が低下する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１７３】
また、高温時には、弾性連結部１６ａ，１６ｂが回転軸ｈから遠ざかる方向に変位することにより、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が増加する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１７４】
なお、本変形例２−２の熱アクチュエータ機構Ｘは、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略平行に配置された第１熱アクチュエータＸ１および第２熱アクチュエータＸ２から構成されていたが、図１４に示すように、第１熱アクチュエータＸ１および第２熱アクチュエータＸ２が、円弧状に形成され、光反射部１３のミラー３１の縁に沿って配置される構成であってもよい。また図１５及び図１６に示すように、第１熱アクチュエータＸ１および第２熱アクチュエータＸ２のいずれか一方だけによって構成されてもよい。
【０１７５】
但し、図１４（変形例２−２（２））および図１６（変形例２−２（４））に示す熱アクチュエータ機構Ｘ（Ｘ１，Ｘ２）は、回転軸ｈ（又は、光反射部１３の中心）に対して、第１棒状部材５１が外側方向、第２棒状部材５２が内側方向に各々配置されてなる点で、上記図１３（変形例２−２（１））および図１５（変形例２−２（３））に示す熱アクチュエータ機構Ｘと相違する。
【０１７６】
［変形例２−３］
次に、上記実施例２の弾性連結部１６ａ，１６ｂに関する変形例２−３を説明する。
上記実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂは各々、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂを備えて構成されていたが、図１７（ａ）に示す変形例２−３（１）のように、１つの捻りバネ部２０を備えて構成されてもよい。
【０１７７】
即ち、本変形例２−３の弾性連結部１６ａ，１６ｂは、捻りバネ部２０と、捻りバネ部２０の一方の端部と熱アクチュエータ機構Ｘとを連結する弾性リンク部２１とから構成される。
【０１７８】
そして、熱アクチュエータ機構Ｘは、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略垂直に配置
され、且つ、両端部が内ジンバル１２の固定端に接続され、中央部が弾性リンク部２１に接続されて配置される。また熱アクチュエータ機構Ｘは、光反射部１３に対して、第２棒状部材５２が外側方向、第１棒状部材５１が内側方向に各々配置されてなる。
【０１７９】
このように配置された熱アクチュエータ機構Ｘによれば、図１７（ｂ）に示すように、温度が室温である状況下で、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が直線状になる。一方、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第２棒状部材５２（酸化シリコン）の外側面が凸になるように撓み、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【０１８０】
このため、低温時には、弾性リンク部２１が光反射部１３に近づく方向に変位することにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂの長さが小さくなる。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が低下する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１８１】
また、高温時には、弾性リンク部２１が光反射部１３から遠ざかる方向に変位することにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂの長さが大きくなる。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１８２】
なお、本変形例２−３の熱アクチュエータ機構Ｘは、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略垂直に配置されて構成されていたが、図１８（ａ）に示すように、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略平行に配置されて構成されてもよい。
【０１８３】
但し、図１８（変形例２−３（２））に示す熱アクチュエータ機構Ｘでは、第１棒状部材５１が、光反射部１３に対する弾性連結部１６ａ，１６ｂの反対側端部と、内ジンバル１２の固定端から光反射部１３側に延設された延設部材２８とに接続され、第２棒状部材５２が、光反射部１３に対して、第１棒状部材５１より外側方向に配置されてなる。
【０１８４】
なお、第１棒状部材５１は、エ字状に形成され、その上辺および下辺において、一方の端部が弾性連結部１６ａ，１６ｂに接続され、他方の端部が第１棒状部材５１に積層されて構成されている。
【０１８５】
このように構成された熱アクチュエータ機構Ｘによれば、図１８（ｂ）に示すように、温度が室温である状況下で、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が直線状になる。一方、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１の上辺および下辺が、光反射部１３に近づく方向に凸となるように変形し、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１の上辺および下辺が、光反射部１３から遠ざかる方向に凸となるように変形する。
【０１８６】
このため、低温時には、第１棒状部材５１に接続された弾性連結部１６ａ，１６ｂの長さが小さくなることにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が低下する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１８７】
また、高温時には、第１棒状部材５１に接続された弾性連結部１６ａ，１６ｂの長さが大きくなることにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１８８】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【０１８９】
例えば上記実施形態においては、熱アクチュエータ機構Ｘとしてシリコンと酸化シリコンとを組み合わせたものを示した。しかし、シリコンに対して熱膨張率の異なる材料であれば、酸化シリコン以外の材料も選択可能であり、例えば、アルミ等の金属材料、ポリイミド、エポキシ等の樹脂材料を用いてもよい。
【０１９０】
また上記実施形態においては、３自由度連成振動系を構成する光走査装置１を適用したものを示したが、これに限らず、少なくとも光反射部１３と弾性連結部１４〜１６のうちの１つと熱アクチュエータ機構Ｘとを備えるものであればよい。
【符号の説明】
【０１９１】
１…光走査装置、２…光ビーム走査部、３…支持部、４…駆動部、１１…外ジンバル、１２…内ジンバル、１３…光反射部、１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ…弾性連結部、２０…捻りバネ部、２１…弾性リンク部、２５ａ…第１可動部材、２５ｂ…第２可動部材、３１…ミラー、３２…ミラー支持枠、５１…第１棒状部材、５１ａ…圧電体部材、５１ｂ…薄膜圧電素子、５１ｃ，５１ｄ…電極、５２…第２棒状部材、５２ａ…シリコン部材、６１Ｖ，６１Ｈ…固定端、６３…棒状部材、６５…変形部材、６７…変位変換部、Ｘ…熱アクチュエータ機構。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを走査する光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光走査装置の小型化を目的として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用した光走査装置が種々提案されている。
これに対して本願出願人は、反射面が表面に形成された光反射部と、光反射部に対し所定の隙間を介して設けられた内ジンバルと、内ジンバルに対し所定の隙間を介して設けられた外ジンバルとを備え、光反射部と内ジンバルと外ジンバルとをそれぞれの回転軸を中心に捻り振動可能に構成することで、３自由度連成振動系を構成した光走査装置を提案している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このように構成された光走査装置では、光反射部に固有の周期的加振力を作用させることにより、３自由度捻り振動子を共振状態にできる。そして、光反射部と内ジンバルそれぞれの振動に対応した周期的加振力を重畳して与えることにより、光反射部と内ジンバルをそれぞれ異なる周波数および振幅で振動させ、さらに光反射部の反射面で光を反射させることで、光を２次元走査することができる。
【０００４】
ところで、このような光走査装置では、図９に示すように、環境温度が変化すると３自由度捻り振動子の共振周波数の特性が変化し、これにより、走査振幅が低下するという問題があった。これは、回転軸を中心に捻り振動可能に構成するために、弾性変形可能な部材（以下「弾性変形部材」という）を上記回転軸として利用しており、環境温度の変化に応じて弾性変形部材のバネ定数が変化することに起因している。
【０００５】
これに対し、環境温度が一定となるように温度制御する構成Ａや、光反射部に作用させる周期的加振力（仕様共振周波数）を能動的に調整する構成Ｂ等、走査振幅の低下の防止を試みる構成が種々提案されている（例えば、特許文献２〜６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１２９０６８号公報
【特許文献２】特許第４１７２６２７号公報
【特許文献３】特開２００４−６９７３１号公報
【特許文献４】特許第３９０２６２２号公報
【特許文献５】特許第４０１２５３５号公報
【特許文献６】特許第４４８７５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記構成Ａを備えた光走査装置では、環境温度に応じてヒータや冷却装置を作動させる必要があるため、消費電力が増大したり、環境温度が目標温度となるまでのタイムラグが生じるため、動作が不安定になったりする可能性があった。
【０００８】
また、上記構成Ｂを備えた光走査装置は、構成Ａと比較して、ヒータや冷却装置を必要としない点で相違するものの、温度を検出する温度センサ、及び、温度検出結果に基づいて周期的加振力の調整を行うための制御回路などを用いる点で共通し、この共通点により、装置構成の複雑化に繋がってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、捻り振動を用いた光走査装置において、温度変化による走査特性の変化を自律的に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の光走査装置は、光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、反射部を捻り振動させるための回転軸を構成する弾性変形部とを備え、上記回転軸を中心にして反射部を振動させることにより、前記反射面により反射された光ビームを走査する光走査装置である。
【００１１】
ところで、弾性変形部を回転軸として反射部を捻り振動させる場合の共振周波数ｆは、下式（１）で表される。
【００１２】
【数１】
なお、式（１）において、ｋは弾性変形部のバネ定数、Ｊは反射部の慣性モーメントである。そして、弾性変形部のバネ定数ｋは、下式（２）で表される。
【００１３】
【数２】
なお、式（２）において、βは、弾性変形部の断面の形状から決まる係数である。また、ａは、弾性変形部の断面の長辺の長さである。また、ｂは、弾性変形部の断面の短辺の長さである。また、Ｅは、ヤング率（横弾性係数）である。また、νは、ポアソン比である。また、ｌは弾性変形部の長さである。即ち、ヤング率Ｅが変化するとバネ定数ｋが変化する。
【００１４】
さらに、ヤング率Ｅは、温度をＴとして、下式（３）で表される。
【００１５】
【数３】
なお、式（３）において、Ｅ0は、０℃でのヤング率である。また、Δｈtは温度係数である。即ち、温度が変化するとヤング率Ｅは変化する。
【００１６】
したがって、温度Ｔの変化に伴いヤング率Ｅが変化し、これに伴い、弾性変形部のバネ定数ｋが変化すると、共振周波数ｆが変化する。
これに対し、請求項１に記載の光走査装置では、熱膨張率が互いに異なる２種類の材料の部材が積層されてなる構造を有する熱アクチュエータ機構が、自身の収縮または膨張により、前記弾性変形部に関して温度変化に伴うバネ定数の変化を相殺する形状に変化させる構成によって、温度変化に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することを可能とした。
【００１７】
よって、請求項１に記載の光走査装置によれば、温度センサや制御回路などを用いることなく、温度変化による走査特性の変化を自律的に抑制することができる。なお、熱膨張率とは、温度の上昇または下降に対応して物体の長さが変化する割合であるものとする。
【００１８】
例えば、図１０に示すように、温度変化に伴いヤング率が変化すると共振周波数が変化する（図１０の曲線Ｌ１を参照）。このときの仕様共振周波数からのずれ量をΔｆａとする。一方、ヤング率が一定という条件の下で、温度変化に伴いバネ定数（ねじりバネ定数）が変化すると、共振周波数が変化する（図１０の曲線Ｌ２を参照）。このときの仕様共振周波数からのずれ量をΔｆｂとする。
【００１９】
したがって、温度変化によりヤング率とバネ定数（ねじりバネ定数）が同時に変化した場合の仕様共振周波数からのずれ量は（Δｆａ−Δｆｂ）となる。このため、（Δｆａ−Δｆｂ）が、許容誤差Δεより小さくなるように設計することによって（図１０の曲線Ｌ３参照）、温度変化に伴う共振周波数の変化を抑制することができる。
【００２０】
なお、以下では、熱アクチュエータ機構を構成する２種類の材料の部材のうち、熱膨張率が大きい方を第１弾性部材、熱膨張率が小さい方を第２弾性部材として説明する。
このように定義すると、請求項１に記載の光走査装置において、請求項２に記載のように、例えば、第１弾性部材は、シリコンを材料とする部材であり、第２弾性部材は、例えばシリコンを熱酸化することにより形成される酸化シリコンを材料とする部材である構造を採用してもよい。
【００２１】
つまり、シリコン及び酸化シリコンの熱膨張率はそれぞれ、（２．６×１０-6）及び（０．５×１０-6）であり、熱膨張率が大きく異なる。そして、シリコンの一部を熱酸化することによって、シリコンと酸化シリコンとが積層された構造を形成することができるため、別々に形成された２つの部材を張り合わせるという工程が不要となり、製造工程を簡略化することができる。
【００２２】
また、請求項１に記載の光走査装置において、請求項３に記載のように、第１弾性部材および第２弾性部材のうち一方は、自身の歪みの大きさが印加電圧によって調整可能な圧電体である構造を採用してもよい。
【００２３】
このような圧電体では、外部から応力を受けない状態で一定電圧を印加したときに生じる歪みの大きさを表す場合の係数として、圧電ｄ定数（圧電歪定数）が用いられる。この圧電歪定数のうち、ｄ３１定数は、物体の長さが変化する割合を表し、温度が高くなるほど大きくなることが知られている（例えば「塩嵜忠著『圧電材料とその応用』シーエムシー出版，２００２年」参照）。
【００２４】
つまり、ｄ３１定数は、熱膨張率（線膨張率）と同義的に、温度の上昇または下降に対応して物体の長さが変化する割合であるといえる。また、一定温度下での物体の歪みの大きさは、印加電圧によって調整可能である。このため、外部環境の温度変化範囲（使用温度範囲）が既知であれば、使用温度範囲における前述のずれ量（Δｆａ−Δｆｂ）が許容誤差Δεより小さくなるｄ３１定数および印加電圧（一定電圧）を選択しておくことによって、温度変化に伴う共振周波数の変化を抑制することができる。
【００２５】
ところで、熱アクチュエータ機構は、温度が低くなると、熱膨張率が大きい方の部材が大きく収縮することにより、熱膨張率が異なる２つの部材との接合面を介して、熱膨張率が小さい方の部材が押し縮められ、これにより、熱膨張率が小さい方の部材の外側面が凸になるように撓む。一方、温度が高くなると、熱膨張率が大きい方の部材が大きく膨張することにより、上記接合面を介して、熱膨張率が小さい方の部材が引き伸ばされ、これにより、熱膨張率が大きい方の部材の外側面が凸になるように撓む。
【００２６】
このため、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光走査装置において、請求項４に記載のように、第１弾性部材および第２弾性部材は、捻り振動前の状態の反射面に対する垂直または平行方向に積層されている構造が好ましい。
【００２７】
このような構造によれば、第１弾性部材および第２弾性部材の収縮または膨張が弾性変形部の形状変化を介して反射部に作用する方向を単純化できる分、第１弾性部材および第２弾性部材の熱膨張率（素材）や長さ、厚み（形状）等の選択に係る設計を比較的容易にすることができる。
【００２８】
また、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光走査装置において、請求項５に記載のように、熱アクチュエータ機構は、弾性変形部に設けられている構成でもよい。即ち、この構成では、弾性変形部が温度変化に伴うバネ定数の変化を相殺する形状に変化することにより、温度に応じた位置に自動的に反射部を変位させることができる。よって、この構成によれば、熱アクチュエータ機構を弾性変形部と別体に設ける場合と比較して、光走査装置の構成を簡略化することができる。
【００２９】
また具体的には、請求項５に記載の光走査装置において、請求項６に記載のように、弾性変形部は、第１弾性部材および第２弾性部材が各々、上記回転軸を中心として対称となるように形成されているとよい。
【００３０】
このように構成された光走査装置によれば、温度変化に伴い、弾性変形部の形状が上記回転軸に直交する方向に変化するので、設計に必要なシミュレーションを立て易くなる。なお、上記シミュレーションとしては、例えば実験モーダル解析により、弾性変形部の形状変化に伴う共振周波数を計算する手法がある。
【００３１】
さらには、請求項６に記載の光走査装置において、請求項７に記載のように、弾性変形部は、第１弾性部材および第２弾性部材が各々、上記回転軸に対する直交方向に分割され、且つ、上記回転軸に対して、第１弾性部材が外側方向、第２弾性部材が内側方向に各々配置されることにより構成されてもよい。
【００３２】
このように構成された光走査装置によれば、温度が低くなると、第１弾性部材が収縮することにより、弾性変形部が上記回転軸に対する内側方向に凸になるように撓むことで、バネ定数ｋの増加分を相殺し、温度が高くなると、第１弾性部材が膨張することにより、弾性変形部が上記回転軸に対する外側方向に凸になるように撓むことで、バネ定数ｋの減少分を相殺することができる。
【００３３】
あるいは、請求項６に記載の光走査装置において、請求項８に記載のように、弾性変形部は、上記回転軸に対して、第１弾性部材が内側方向、第２弾性部材が外側方向に各々配置され、且つ、第１弾性部材がＨ状に形成されてなるＨ状部材と、反射部とＨ状部材とを連結する弾性リンク部とを有し、弾性リンク部は、Ｈ状部材の収縮または膨張に連動して、Ｈ状部材の形状が変化する反対方向に変位するように構成されてもよい。
【００３４】
このように構成された光走査装置では、温度が低くなると、第１弾性部材が収縮することにより、弾性リンク部が上記回転軸に対する内側方向に傾斜することで、バネ定数ｋの増加分を相殺し、温度が高くなると、第１弾性部材が膨張することにより、弾性リンク部が上記回転軸に対する外側方向に傾斜することで、バネ定数ｋの低下分を相殺することができる。また、弾性リンク部が、Ｈ状部材の形状の変化に伴って上記回転軸に対する直交方向に生じる力を吸収することができる。よって、この構成によれば、装置の信頼性を高くすることができる。
【００３５】
なお、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光走査装置において、請求項９に記載のように、熱アクチュエータ機構は、弾性変形部に接続され、温度変化に伴う収縮または膨張による自身の変位を伝達する力学的作用により、弾性変形部の形状を変化させるように構成されてもよい。
【００３６】
この場合、反射部と弾性変形部とを備える既存の構成に変更を加えることなく、熱アクチュエータ機構を配置するだけでよいため、弾性変形部が熱アクチュエータ機構を有する構成と比較して設計の自由度を向上させることができる。
【００３７】
また、請求項９に記載の光走査装置において、請求項１０に記載のように、弾性変形部は、熱アクチュエータ機構に接続され、温度変化に伴う熱アクチュエータ機構の力学的作用によって回転軸に対する外側方向および内側方向に変位する変位部材と、反射部と変位部材とを連結する弾性リンク部とを有し、弾性リンク部は、変位部材の変位に連動して、自身の形状が変化するものであってもよい。
【００３８】
このように構成された光走査装置では、弾性リンク部が、変位部材の変位に伴って上記回転軸に対する直交方向に生じる力を吸収することができるため、装置の信頼性を高くすることができる。
【００３９】
なお、請求項９または請求項１０に記載の光走査装置において、請求項１１に記載のように、熱アクチュエータ機構は、温度変化に伴って収縮または膨張する変形部材と、変形部材の収縮または膨張による変形部材の変位に対して、弾性変形部における反射部側の端部の変位を拡大させる作用を力学的作用として有する変位拡大部とを有するものであってもよい。
【００４０】
このように構成された光走査装置では、変形部材の収縮または膨張による変位が小さい場合であっても、変形部材の構成に変更を加えることなく、変位拡大部を配置するだけでよいため、熱アクチュエータが変形部材だけからなる構成と比較して設計の自由度を向上させることができる。
【００４１】
また、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の光走査装置において、請求項１２に記載のように、反射部に連結された上記弾性変形部としての第１弾性変形部材を有し、第１弾性変形部材の回転軸を第１回転軸として反射部を揺動可能に支持する第１支持部と、第１支持部に連結された上記弾性変形部としての第２弾性変形部材を有し、第２弾性変形部材の回転軸を第２回転軸として第１支持部を揺動可能に支持する第２支持部とを備え、第２回転軸は、第１回転軸と交差するように配置され、第２回転軸を中心にして第１支持部を揺動させることにより、反射面により反射された光ビームを走査するようにしてもよい。
【００４２】
このように構成された光走査装置によれば、第１回転軸を中心とした揺動と、第２回転軸を中心とした揺動によって、反射部で反射する光ビームを２次元的に走査することができる。したがって、光ビームを２次元走査することができる光走査装置において、少なくとも請求項１に記載の光走査装置と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の光走査装置において、反射部に連結された上記弾性変形部としての第１弾性変形部材を有し、第１弾性変形部材の回転軸を第１回転軸として反射部を揺動可能に支持する第１支持部と、第１支持部に連結された上記弾性変形部としての第２弾性変形部材を有し、第２弾性変形部材の回転軸を第２回転軸として第１支持部を揺動可能に支持する第２支持部と、第２支持部に連結された上記弾性変形部としての第３弾性変形部材を有し、第３弾性変形部材の回転軸を第３回転軸として第２支持部を揺動可能に支持する第３支持部とを備え、第２回転軸は、第１回転軸と交差するように配置され、第３回転軸は、第１回転軸及び第２回転軸と交差するように配置され、反射部、第１支持部、第２支持部、第３支持部、第１弾性変形部材、第２弾性変形部材、及び第３弾性変形部材が、固有の周期的外力が作用した場合に大きい回転角で捻り振動する３自由度連成振動系を構成し、３自由度連成振動系に固有の周期的外力を作用させることにより、第３回転軸を中心にして第２支持部を揺動させるとともに、第２回転軸を中心にして第１支持部を揺動させることにより、反射面により反射された光ビームを走査するようにしてもよい。
【００４４】
即ち、上記の光走査装置は、第３支持部を固定端として、第１弾性変形部材、第２弾性変形部材、第３弾性変形部材に対しての捻り自由度を持つ３自由度捻り振動子になっている。
【００４５】
３自由度捻り振動子は、理論上３つの振動モードを持つ。具体的には、３つの振動モードはそれぞれ異なる共振周波数を持ち、各共振周波数に対する反射部、第１支持部、第２支持部の捻り振動の角度振幅の比はそれぞれ異なる（これは振動モードと呼ばれる）。したがって、或る振動モードにおいて、第２支持部の角度振幅が大きくなると、この振動モードにおける角度振幅の比に応じて、反射部および第１支持部の角度振幅が大きくなる。
【００４６】
そして、３自由度連成振動系に固有の周期的外力を作用させることにより、３自由度捻り振動子を共振状態にできる。
また、３つの振動モードの各々に対応した周波数の周期的加振力を与えれば、それぞれの振動モードを励振できる。また、複数の周波数の周期的加振力を重畳して与えれば、複数の振動モードを励振できる。
【００４７】
このため、反射部の角度振幅が大きい振動モードに対応する周期的加振力と、第１支持部の角度振幅が大きい振動モードに対応する周期的加振力とを重畳して与えることにより、反射部で反射する光ビームを２次元的に走査することができる。
【００４８】
したがって、このように構成された光走査装置によれば、光ビームを２次元走査することができる光走査装置において、少なくとも請求項１に記載の光走査装置と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態としての光走査装置１の全体構成を示す平面図である。
【図２】光走査装置１の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】熱アクチュエータ機構における温度に応じた動作の変化を示す第１の説明図である。
【図４】実施例１における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図５】変形例１−１におけるにおける熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図６】捻りバネ部２０及び弾性リンク部２１の動作を示す説明図である。
【図７】変形例１−２におけるにおける熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図８】変形例１−３におけるにおける熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図９】光走査装置における周波数と振幅との関係を示すグラフである。
【図１０】ヤング率及びねじりバネ定数（温度）と共振周波数との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例２における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１２】変形例２−１−１における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１３】変形例２−２（１）における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１４】変形例２−２（２）における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１５】変形例２−２（３）における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１６】変形例２−２（４）における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１７】変形例２−３（１）における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１８】変形例２−３（２）における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図１９】熱アクチュエータ機構の変形例を示す構成図である。
【図２０】熱アクチュエータ機構における温度に応じた動作の変化を示す第２の説明図である。
【図２１】変形例２−１−２における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図２２】変形例２−１−３における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図２３】変形例２−１−４における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【図２４】変形例２−１−５における熱アクチュエータ機構の構成及び動作を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［全体構成］
まず、本発明の実施形態としての光走査装置１の全体構成を説明する。
【００５１】
光走査装置１は、図１に示すように、光ビームを走査する光ビーム走査部２と、光ビーム走査部２を支持する支持部３と、光ビーム走査部２に回転駆動力を印加する駆動部４と、光ビーム走査部２の回転角度を検出する角度検出部５とを備える。
【００５２】
光ビーム走査部２は、外ジンバル１１と内ジンバル１２と光反射部１３と弾性連結部１４ａ，１４ｂと弾性連結部１５ａ，１５ｂと弾性連結部１６ａ，１６ｂと、櫛歯電極部１７，１８，１９，２０とから構成される。
【００５３】
これらのうち光反射部１３は、ミラー３１とミラー支持枠３２とから構成される。ミラー３１は、円形状であり、アルミ薄膜の鏡面部が表面に形成される。またミラー支持枠３２は、円形枠状であり、枠内にミラー３１が配置されて固定される。
【００５４】
また内ジンバル１２は、矩形枠状であり、枠内に光反射部１３が配置される。また外ジンバル１１は、矩形枠状であり、枠内に内ジンバル１２が配置される。
また弾性連結部１６ａは、弾性変形可能な材料で構成されており、内ジンバル１２の枠内に配置され、光反射部１３と内ジンバル１２とを連結する。また弾性連結部１６ｂは、弾性変形可能な材料で構成されており、内ジンバル１２の枠内に配置され、光反射部１３を挟んで弾性連結部１６ａと反対側において、光反射部１３と内ジンバル１２とを連結する。なお、弾性連結部１６ａおよび弾性連結部１６ｂは、光反射部１３の重心ＪＳを通る同一直線上に配置されており、光反射部１３の回転軸ｈとなる。これにより光反射部１３は、回転軸ｈを中心に捻り振動可能に構成される。
【００５５】
また弾性連結部１５ａは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル１１の枠内に配置され、内ジンバル１２と外ジンバル１１とを連結する。また弾性連結部１５ｂは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル１１の枠内に配置され、内ジンバル１２を挟んで弾性連結部１５ａと反対側において、内ジンバル１２と外ジンバル１１とを連結する。なお、弾性連結部１５ａおよび弾性連結部１５ｂは、光反射部１３と内ジンバル１２との重心ＪＳを通る同一直線上に配置されており、光反射部１３の回転軸ｊとなる。これにより内ジンバル１２は、回転軸ｊを中心に捻り振動可能に構成される。
【００５６】
また弾性連結部１４ａは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル１１の上辺１１ａと支持部３とを連結する。また弾性連結部１４ｂは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル１１を挟んで弾性連結部１４ａと反対側において、外ジンバル１１の下辺１１ｂと支持部３とを連結する。なお、弾性連結部１４ａおよび弾性連結部１４
ｂは、光反射部１３と内ジンバル１２と外ジンバル１１との重心ＪＳを通る同一直線上に配置されており、外ジンバル１１の回転軸ｉとなる。これにより外ジンバル１１は、回転軸ｉを中心に捻り振動可能に構成される。
【００５７】
また櫛歯電極部１７は、外ジンバル１１の左辺１１ｃに沿って櫛歯状に形成されている。さらに櫛歯電極部１８は、櫛歯電極部１７の上方において、左辺１１ｃに沿って櫛歯状に形成されている。
【００５８】
また櫛歯電極部１９は、外ジンバル１１の右辺１１ｄに沿って櫛歯状に形成されている。さらに櫛歯電極部２０は、櫛歯電極部１９の上方において、右辺１１ｄに沿って櫛歯状に形成されている。
【００５９】
次に支持部３は、上辺１１ａと連結されていない側の弾性連結部１４ａの端部と連結される上側支持部３ａと、下辺１１ｂと連結されていない側の弾性連結部１４ｂの端部と連結される下側支持部３ｂとから構成される。
【００６０】
さらに駆動部４は、櫛歯電極部１７と一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部４ａと、櫛歯電極部１９と一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部４ｂとから構成される。
【００６１】
また角度検出部５は、櫛歯電極部１８と一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部５ａと、櫛歯電極部２０と一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部５ｂとから構成される。
【００６２】
次に、光走査装置１の電気的構成について説明する。
光走査装置１は、図２に示すように、光ビーム走査部２を回転駆動するための駆動信号としてのパルス電圧を出力する駆動信号発生回路４１と、駆動信号発生回路４１により出力された駆動信号を増幅して櫛歯電極部４ａ，４ｂに印加する増幅回路４２と、櫛歯電極部５ａ，５ｂと櫛歯電極部１９，２０との間の静電容量を電圧値に変換するＣ−Ｖ変換回路４３ａ，４３ｂ（以下、Ｃ−Ｖ変換回路４３ａ，４３ｂをまとめてＣ−Ｖ変換回路４３ともいう）と、光ビームの発光源となる半導体レーザ４４と、Ｃ−Ｖ変換回路４３から出力される電圧をモニタし、この電圧値に基づいて半導体レーザ４４を制御するとともに駆動信号発生回路４１を制御する制御回路４５とを備える。
【００６３】
次に、光走査装置１の動作原理を説明する。
光走査装置１は、支持部３を固定端として、回転軸ｉ，ｊ，ｈに対しての捻り自由度を持つ３自由度捻り振動子になっている。
【００６４】
３自由度捻り振動子は、理論上３つの振動子を持つ。即ち、３つの振動モードはそれぞれ異なる共振周波数を持ち、各共振周波数に対する各フレームの捻り振動の角度振幅の比はそれぞれ異なる（これは振動モードと呼ばれる）。以下、これら３つの振動モードをそれぞれ、振動モード１、振動モード２、振動モード３という。
【００６５】
なお、櫛歯電極部４ａ，４ｂに電圧を印加すると、櫛歯電極部１７，１９との間に静電気力が発生する。また、外ジンバル１１が１周期振動する間に櫛歯電極部１７，１９は櫛歯電極部４ａ，４ｂに２回最接近する。このため、共振周波数の２倍に近い周期的静電気力が加われば、３自由度捻り振動子を共振状態にできる（以下、共振状態にするための加振力を周期的加振力という）。また、櫛歯電極部１７，１９が櫛歯電極部４ａ，４ｂに接近する毎に、周期的加振力を作用させることができる。
【００６６】
そして、振動モード１、振動モード２、振動モード３の各々に対応した周波数の周期的加振力を与えれば、それぞれの振動モードを励振できる。また、複数の周波数の周期的加振力を重畳して与えれば、複数の振動モードを同時に励振できる。
【００６７】
ここで、例えば、
振動モード１の共振周波数ｆ１を１０００Ｈｚ、
振動モード２の共振周波数ｆ２を５０００Ｈｚ，
振動モード３の共振周波数ｆ３を４００００Ｈｚ、
振動モード１における外ジンバル１１、内ジンバル１２、光反射部１３の振幅比ｒ１を「１：−２０：０．５」、
振動モード２における外ジンバル１１、内ジンバル１２、光反射部１３の振幅比ｒ２を「１：０．０１：−５０」、
振動モード３における外ジンバル１１、内ジンバル１２、光反射部１３の振幅比ｒ３を「１：０．０２：−０．０３」、
として設計した場合の、３自由度捻り振動子の動作を説明する。
【００６８】
なお、各振動モードにおける振幅比は、左から外ジンバル１１、内ジンバル１２、光反射部１３の順で記述している。例えば、上記の振幅比ｒ１は、外ジンバル１１の振幅が「１」とすると、内ジンバル１２の振幅が「−２０」、光反射部１３の振幅が「０．５」となることを示す。
【００６９】
また、３自由度捻り振動子の共振状態においては、理論上、各フレーム間（外ジンバル１１−内ジンバル１２間、内ジンバル１２−光反射部１３間）の位相角は０度または１８０度となる。そこで、振幅比を記述する際に、位相角の差が０度の場合は符合を「＋」、１８０度の場合は符合を「−」とする。例えば、上記の振幅比ｒ１は、外ジンバル１１と光反射部１３との位相角の差が０度となり、外ジンバル１１と内ジンバル１２との位相角の差が１８０度となることを示す。
【００７０】
そして、各振動モードの共振周波数と振幅比を上記のように設計すると、例えば、振動モード１では、主に内ジンバル１２と、内ジンバル１２に繋がった光反射部１３とが１０００Ｈｚで大きく捻り振動する。また例えば、振動モード２では、主に光反射部１３が５０００Ｈｚで大きく捻り振動する。
【００７１】
このため、例えば、光反射部１３の鏡面部分でレーザ光を反射させるとともに、振動モード１と振動モード２とを同時に励振させることにより、振動モード２を主走査方向（５０００Ｈｚ）、振動モード１を副走査方向（１０００Ｈｚ）として、２次元的にレーザ光を走査することができる。
【００７２】
次に、光走査装置１の動作について説明する。
制御回路４５による制御に基づいて駆動信号発生回路４１が駆動信号を出力すると、増幅回路４２によりこの駆動信号の電圧値が増幅されて櫛歯電極部４ａ，４ｂに印加される。これにより、櫛歯電極部４ａ，４ｂと、櫛歯電極部１７，１９との間にパルス電圧が印加されて周期的に変化する静電引力が生じ、弾性連結部１４ａ，１４ｂが弾性変形してねじれることにより、光ビーム走査部２が弾性連結部１４ａ，１４ｂを回転軸ｉとして往復振動する。
【００７３】
ここで、駆動信号発生回路４１は、光反射部１３の角度振幅が、外ジンバル１１および内ジンバル１２よりも大きい振動モードの共振周波数の２倍の周波数の駆動信号を出力するようになっており、これにより、光ビーム走査部２と弾性連結部１４ａ，１４ｂとからなる振動系が共振し、光ビーム走査部２が共振周波数で往復振動する。
【００７４】
なお、光ビーム走査部２が往復振動すると、その動力によって、弾性連結部１５ａ，１５ｂが弾性変形してねじれることにより、外ジンバル１１および内ジンバル１２が弾性連結部１５ａ，１５ｂを回転軸ｊとして往復振動するとともに、弾性連結部１６ａ，１６ｂが弾性変形してねじれることにより、内ジンバル１２および光反射部１３が弾性連結部１６ａ，１６ｂを回転軸ｈとして往復振動する。
【００７５】
そして、この状態で光反射部１３に半導体レーザ４４から光ビームが照射されると、その光ビームが光反射部１３の鏡面で反射されることにより出射されるとともに、光反射部１３の往復振動に伴い、光反射部１３の回転角度に応じた方向に走査される。
【００７６】
一方、外ジンバル１１の往復振動に伴い、櫛歯電極部５ａ，５ｂと櫛歯電極部１８，２０との距離も周期的に変化する。これにより、櫛歯電極部５ａ，５ｂと櫛歯電極部１８，２０との間の静電容量が、外ジンバル１１の回転角度に応じて変化する。そして制御回路４５は、これらの静電容量に基づき、外ジンバル１１の回転角度を検出する、なお上述したように、３自由度捻り振動子の共振状態においては、理論上、各フレーム間の位相角は０度または１８０度であるため、外ジンバル１１の回転角度を検出することにより、光反射部１３の回転角度を検出することができる。
【００７７】
ところで、弾性連結部１６ａ，１６ｂまたは弾性連結部１５ａ，１５ｂまたは弾性連結部１４ａ，１４ｂを単独で回転軸（回転軸ｈまたは回転軸ｊまたは回転軸ｉ）として光反射部１３のミラー３１を捻り振動させる場合の共振周波数ｆは、下式（１）で表される。以下では、弾性連結部１６ａ，１６ｂを回転軸ｈとしてミラー３１を捻り振動させる場合を代表して説明するが、弾性連結部１５ａ，１５ｂ、弾性連結部１４ａ，１４ｂも同様である。
【００７８】
【数１】
なお式（１）において、ｋは弾性連結部１６ａ，１６ｂのバネ定数、Ｊはミラー３１の慣性モーメントである。
【００７９】
そして、弾性連結部１６ａ，１６ｂのバネ定数ｋは、下式（２）で表される。
【００８０】
【数２】
なお、式（２）において、βは、弾性連結部１６ａ，１６ｂの断面の形状から決まる係数である。また、ａは、弾性連結部１６ａ，１６ｂの断面の長辺の長さである。また、ｂは、弾性連結部１６ａ，１６ｂの断面の短辺の長さである。また、Ｅは、ヤング率（横弾性係数）である。また、νはポアソン比である。また、ｌは弾性連結部１６ａ，１６ｂの長さである。即ち、バネ定数ｋは、ヤング率Ｅに比例する。
【００８１】
さらに、ヤング率Ｅは、温度をＴとして、下式（３）で表される。
【００８２】
【数３】
なお式（３）において、Ｅ0は、０℃でのヤング率である。また、Δｈtは温度係数である。即ち、温度Ｔが高くなるほどヤング率Ｅは低下し、温度Ｔが低くなるほどヤング率Ｅは増加する。
【００８３】
したがって、温度Ｔの上昇に伴いヤング率Ｅが低下し、弾性連結部１６ａ，１６ｂのバネ定数ｋが低下すると、共振周波数ｆが低下する。また、温度Ｔの下降に伴いヤング率Ｅが増加し、弾性連結部１６ａ，１６ｂのバネ定数ｋが増加すると、共振周波数ｆが増加する。
【００８４】
これに対し、光走査装置１では、熱膨張率が互いに異なる２種類の材料の部材が積層されてなる構造を有し、温度変化に伴う自身の収縮または膨張により、温度変化に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の変化を相殺する形状に弾性連結部１６ａ，１６ｂの形状を変化させる熱アクチュエータ機構Ｘをさらに備える。
【００８５】
［熱アクチュエータ機構］
以下、熱アクチュエータ機構Ｘの構成と動作について説明する。
熱アクチュエータ機構Ｘは、図３（ａ）に示すように、シリコンを材料として棒状に形成された第１棒状部材５１と、酸化シリコンを材料として棒状に形成された第２棒状部材５２とが、その長手方向に直交する方向（以下、積層方向Ｄ１という）に沿って積層されて構成されている。また熱アクチュエータ機構Ｘは、温度が室温である状況下で、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が初期形状として例えば直線状となるように形成されている。なお、熱アクチュエータ機構Ｘの初期形状はこれに限るものではない。
【００８６】
なお、シリコンおよび酸化シリコンの熱膨張率はそれぞれ、（２．６×１０-6）および（０．５×１０-6）である。このため、温度が室温より低い状況下では、図３（ｂ）に示すように、シリコンは、酸化シリコンよりも大きく収縮する（矢印Ｄ２を参照）。これにより、熱アクチュエータ機構Ｘは、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第２棒状部材５２（酸化シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【００８７】
一方、温度が室温より高い状況下では、図３（ｃ）に示すように、シリコンは、酸化シリコンよりも大きく膨張する（矢印Ｄ３を参照）。これにより、熱アクチュエータ機構Ｘは、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【００８８】
以下では、このような熱アクチュエータ機構Ｘの構成と動作とを利用して、温度変化に伴うバネ定数ｋの変化を相殺する形状に弾性連結部１６ａ，１６ｂの形状を変化させる各種の態様を、熱アクチュエータ機構Ｘの変形例の説明後に例示する。
【００８９】
［熱アクチュエータ機構の変形例］
上記例では、第１棒状部材５１がシリコンを材料とする部材であり、第２棒状部材５２が例えばシリコンを熱酸化することにより形成される酸化シリコンを材料とする部材である構成について説明したが、例えば、以下のような熱アクチュエータ機構Ｘの構成も考えられる。
【００９０】
本変形例の熱アクチュエータ機構Ｘは、図１９（ａ）−（ｃ）に示すように、シリコンを材料として棒状に形成された第２棒状部材５２としてのシリコン部材５２ａと、第２棒状部材５２の表面に積層方向Ｄ１に沿って積層された第１棒状部材５１としての圧電体部材５１ａとから構成されている。
【００９１】
圧電体部材５１ａは、絶縁体からなる薄膜圧電素子５１ｂと、薄膜圧電素子５１ｂの表面に積層方向Ｄ１に沿って積層された２つの電極５１ｃ，５１ｄと有している。なお、電極５１ｃ，５１ｄは、薄膜圧電素子５１ｂに比べてさらに厚みが小さく形成されている。
【００９２】
また、本実施形態の圧電体部材５１ａでは、２つの電極５１ｃ，５１ｄのうち、シリコン部材５２ａの上面と薄膜圧電素子５１ｂの下面とに接する方の電極５１ｃとして白金（Ｐｔ）が用いられ、薄膜圧電素子５１ｂの上面に接する方の電極５１ｄとして金（Ａｕ）が用いられる。そして、Ａｕの電極５１ｄを正極、Ｐｔの電極５１ｃを負極（ＧＮＤ）として、一定電圧が印加されるように構成されている。
【００９３】
このように構成された圧電体部材５１ａでは、例えば温度が室温である状況下において、一対の電極５１ｄ，５１ｃ間に一定電圧が印加されると、薄膜圧電素子５１ｂが膨張する。この印加電圧を調整することにより、図２０（ｂ）に示すように、室温状況下における圧電体部材５１ａの歪みの大きさを初期値として決めることができる。
【００９４】
一方、このように外部から応力を受けない状態で一定電圧を印加したときに生じる歪みの大きさを表す場合の係数として、圧電ｄ定数（圧電歪定数）が定義されている。特に、この圧電歪定数のうち、ｄ３１定数は、薄膜圧電素子５１ｂの長さが変化する割合を表し、温度が高くなるほど大きくなることが知られている（例えば「塩嵜忠著『圧電材料とその応用』シーエムシー出版，２００２年」参照）。
【００９５】
つまり、ｄ３１定数は、一定値ではなく、温度依存性を有している。このため、温度が室温より高い状況下では、図２０（ａ）に示すように、薄膜圧電素子５１ｂを室温時の状態から膨張させることができる（矢印Ｄ４を参照）。これにより、熱アクチュエータ機構Ｘでは、温度が室温よりも高くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも大きく凸になるように撓む。
【００９６】
一方、温度が室温より低い状況下では、図２０（ｃ）に示すように、薄膜圧電素子５１ｂを室温時の状態から収縮させることができる（矢印Ｄ５を参照）。これにより、熱アクチュエータ機構Ｘでは、温度が室温よりも低くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも小さく凸になるように撓む。
【００９７】
なお、以下の実施例および変形例では、説明の重複を避けるため、熱アクチュエータ機構Ｘが第１棒状部材５１および第２棒状部材５２を有する構成を前提に説明し、第１棒状部材５１を圧電体部材５１ａ、第２棒状部材５２をシリコン部材５２ａにそれぞれ置き換え可能であるものとする。
【００９８】
［実施例１］
本実施例１では、熱アクチュエータ機構Ｘが、弾性連結部１６ａ，１６ｂに形成されている場合を代表して説明する。なお、熱アクチュエータ機構Ｘは、前述の式（１）〜（３）で説明した通り、弾性連結部１５ａ，１５ｂ、弾性連結部１４ａ，１４ｂについても同様の考え方によって適用される。
【００９９】
本実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂは各々、図４（ａ）に示すように、一対の熱アクチュエータ機構Ｘの両端部が光反射部１３と内ジンバル１２とに接続されて構成される。また一対の熱アクチュエータ機構Ｘは各々、回転軸ｈを中心に所定距離だけ離間して配置されるとともに、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が各々、回転軸ｈを中心として対称となるように配置される。即ち、一対の熱アクチュエータ機構Ｘは、回転軸ｈに
対する直交方向に割り箸が割られたように分割され、各々が互いに平行に配置されて構成される。また一対の熱アクチュエータ機構Ｘは、回転軸ｈに対して、第１棒状部材５１が外側方向、第２棒状部材５２が内側方向に各々配置されてなる。
【０１００】
なお、図４（ａ）に示す熱アクチュエータ機構Ｘでは、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が、動作前の停止した状態のミラー３１の表面に対して、積層方向Ｄ１が平行となるように各々配置されているが、動作前の停止した状態のミラー３１の表面に対して、積層方向Ｄ１が垂直となるように各々配置されてもよい。但し、この場合、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２のうち、一方がミラー３１の表面に対して垂直且つ順方向、他方がミラーの表面に対して垂直且つ逆方向に各々配置されることになる。また、このような置き換えは、以下の変形例および実施例においても適宜行うことができるが、説明の重複を避けるために以下の変形例についてはその説明を省略する。
【０１０１】
このように構成された弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、図４（ｂ）に示すように、例えば、温度が室温である状況下で、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が直線状になる。一方、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第２棒状部材５２（酸化シリコン）の外側面が凸になるように撓み、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【０１０２】
このため、低温時には、一対の熱アクチュエータ機構Ｘが、回転軸ｈに対する内側方向に凸となるように変形することにより、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が減少し、これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が低下する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１０３】
また、高温時には、一対の熱アクチュエータ機構Ｘが、回転軸ｈに対する外側方向に凸となるように変形することにより、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が増加し、これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりバネ定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１０４】
したがって、本実施例１の熱アクチュエータ機構Ｘによれば、自身の収縮または膨張により、温度変化に伴うバネ定数ｋの変化を相殺する形状に弾性連結部１６ａ，１６ｂの形状を変化させることができ、これにより温度変化に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することで、温度変化による走査特性の変化を抑制することができる。
【０１０５】
例えば図１０に示すように、温度変化に伴いヤング率Ｅ（バネ定数ｋ）が変化すると共振周波数が変化する（図１０の曲線Ｌ１を参照）。このときの仕様共振周波数からのずれ量をΔｆａとする。一方、ヤング率Ｅが一定という条件の下で、温度変化に伴いミラー３１の回転軸ｈ周りのバネ定数（ねじりバネ定数）が変化すると、共振周波数が変化する（図１０の曲線Ｌ２を参照）。このときの仕様共振周波数からのずれ量をΔｆｂとする。
【０１０６】
したがって、温度変化によりヤング率Ｅ（バネ定数ｋ）とねじりバネ定数（ねじり剛性）が同時に変化した場合の仕様共振周波数からのずれ量は（Δｆａ−Δｆｂ）となる。このため、（Δｆａ−Δｆｂ）が、許容誤差Δεより小さくなるように設計することによって（図１０の曲線Ｌ３を参照）、温度変化に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１０７】
また熱アクチュエータＸは、熱膨張率が互いに異なる材料からなる第１棒状部材５１と第２棒状部材５２を積層して構成されている。したがって、温度が低くなると、熱膨張率が大きい第１棒状部材５１が大きく収縮することにより、熱アクチュエータＸが、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで、熱膨張率が小さい第２棒状部材５２の外側面が凸になるように撓む。一方、温度が高くなると、熱膨張率が大きい第１棒状部材５１が大きく膨張することにより、熱膨張率が大きい第１棒状部材５１の外側面が凸になるように撓む。これにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂの形状を、温度に応じた形状に自律的に変化させることができる。
【０１０８】
これにより、温度を検出する温度センサ、および温度検出結果に基づいて温度補正を行う制御回路などを用いることなく、温度変化に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができるため、光走査装置１の構成を簡略化することができる。
【０１０９】
また、熱膨張率が互いに異なる材料からなる第１棒状部材５１および第２棒状部材は、シリコンを材料とするシリコン部材と、シリコンを熱酸化することにより形成される酸化シリコンを材料とする酸化シリコン部材である。シリコンおよび酸化シリコンの熱膨張率はそれぞれ、（２．６×１０-6）および（０．５×１０-6）であり、熱膨張率が大きく異なる。そして、シリコンの一部を熱酸化することによって、シリコンと酸化シリコンが積層された構造を形成することができるため、別々に形成された２つの部材を張り合わせるという工程が不要となり、製造工程を簡略化することができる。
【０１１０】
また、第２棒状部材５２をシリコン部材５２ａに置き換えるとともに、第１棒状部材５１として、自身の歪みの大きさが印加電圧によって調整可能な圧電体部材５１ａを採用することができる。この構成によれば、使用温度範囲における前述のずれ量（Δｆａ−Δｆｂ）が許容誤差Δεより小さくなるように印加電圧（一定電圧）を予め調整しておくことができる点で有利である。
【０１１１】
なお、この構成では、前述した通り、印加電圧を調整することにより、室温状況下における圧電体部材５１ａの歪みの大きさを初期値として決めることができる。そして、温度が室温より高い状況下では、薄膜圧電素子５１ｂを室温時の状態から膨張させることができる（矢印Ｄ４を参照）。これにより、熱アクチュエータ機構Ｘでは、温度が室温よりも高くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも大きく凸になるように撓む（図２０（ａ）参照）。
【０１１２】
一方、温度が室温より低い状況下では、薄膜圧電素子５１ｂを室温時の状態から収縮させることができる（矢印Ｄ５を参照）。これにより、熱アクチュエータ機構Ｘでは、温度が室温よりも低くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも小さく凸になるように撓む（図２０（ｃ）参照）。これにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂの形状を、温度に応じた形状に自律的に変化させることができる。
【０１１３】
また、熱アクチュエータ機構Ｘでは、第１棒状部材５１（またはシリコン部材５２ａ）および第２棒状部材５２（または圧電体部材５１ａ）が、動作前の停止した状態のミラー３１の表面に対して、積層方向Ｄ１が平行または垂直となるように各々配置される。
【０１１４】
このような構成によれば、第１棒状部材５１（またはシリコン部材５２ａ）および第２棒状部材５２（または圧電体部材５１ａ）の収縮または膨張が弾性連結部１６ａ，１６ｂの形状変化を介して光反射部１３に作用する方向を単純化できる分、第１弾性部材および第２弾性部材の熱膨張率（素材）や長さ、厚み（形状）、圧電体部材５１ａの素材（ｄ３１定数）や印加電圧等の選択に係る設計を比較的容易にすることができる。
【０１１５】
以上説明した実施形態において、光反射部１３が反射部、回転軸ｈが第１回転軸、回転軸ｊが第２回転軸、回転軸ｉが第３回転軸、弾性連結部１６ａ，１６ｂが第１弾性変形部材、弾性連結部１５ａ，１５ｂが第２弾性変形部材、及び弾性連結部１４ａ，１４ｂが第３弾性変形部材、第１棒状部材５１が第１弾性部材、第２棒状部材５２が第２弾性部材、圧電体部材５１ａが圧電体、内ジンバル１２が第１支持部、外ジンバル１１が第２支持部、支持部３が第３支持部の各例に相当する。
【０１１６】
［変形例１−１］
次に、上記実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂに関する変形例１−１を説明する。
上記実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂは各々、一対の熱アクチュエータ機構Ｘの両端部が光反射部１３と内ジンバル１２とに接続されて構成されていたが、図５に示す変形例１−１のように、熱アクチュエータ機構Ｘの両端部のうち、一方の端部と光反射部１３、他方の端部と内ジンバル１２とを各々連結する弾性リンク部２１を備えて構成されてもよい。
【０１１７】
即ち、本変形例１−１の弾性連結部１６ａ，１６ｂは、一対の熱アクチュエータ機構Ｘに相当する捻りバネ部２０と、捻りバネ部２０の両端部を各々、光反射部１３および内ジンバル１２に連結する弾性リンク部２１とから構成される。
【０１１８】
捻りバネ部２０と弾性リンク部２１とは、捻りバネ部２０が回転軸ｈを中心に捻り変形するのに対し（図６（ａ）参照）、弾性リンク部２１が１自由度で略直線動作する点で相違する（図６（ｂ）参照）。
【０１１９】
このように構成された弾性連結部１６ａ，１６ｂによれば、弾性リンク部２１を設けることにより、捻りバネ部２０が温度変化に伴い変形する際の回転軸ｈ方向の自由度が与えられ、捻りバネ部２０がより変形しやすくなり、上記実施例１の効果を得やすくなる。
【０１２０】
しかしながら、弾性リンク部２１を捻りバネ部２０の両端部に各々設けると、熱アクチュエータ機構Ｘの自由度が増加する分、光反射部１３に対して不安定な動作を引き起こす可能性もある。したがって、弾性リンク部２１を、捻りバネ部２０の両端部のうちの一方の端部にだけ設ける構成であってもよい。
【０１２１】
［変形例１−２］
次に、上記実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂに関する変形例１−２を説明する。
上記実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂは各々、分割された一対の熱アクチュエータ機構Ｘの各部が、平行に配置されて構成されていたが、図７に示す変形例１−２のように、ハの字状またはＶの字状に配置されて構成されてもよい。
【０１２２】
即ち、本変形例１−２の弾性連結部１６ａ，１６ｂは、一対の熱アクチュエータ機構Ｘに相当する捻りバネ部２０と、捻りバネ部２０の一方の端部と光反射部１３とを連結する第１弾性リンク部２１ａと、捻りバネ部２０の他方の端部と内ジンバル１２とを連結する第２弾性リンク部２１ｂとから構成される。
【０１２３】
そして、第１弾性リンク部２１ａおよび第２弾性リンク部２１ｂの各々の両端には、捻りバネ部２０を構成する第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの端部が接続される辺部が形成され、これら辺部と第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂとによって台形の形状をなすように構成される。
【０１２４】
このように構成された弾性連結部１６ａ，１６ｂによれば、捻りバネ部２０の形状にトラス効果が加わり、図７の破線で示すように、回転軸ｈに対する垂直方向の変形自由度に対する剛性が高まり、より安定した捻り振動を得ることができる。なお、第１弾性リンク部２１ａの辺部と第２弾性リンク部２１ｂの辺部とは、長さが異なっていればよく、いずれが長くてもよい。
【０１２５】
［変形例１−３］
次に、上記実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂに関する変形例１−３を説明する。
上記実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂは、一対の熱アクチュエータ機構Ｘが分割されて構成されていたが、図８（ａ）に示す変形例１−３のように、第１捻りバネ部２０ａと第２捻りバネ部２０ｂとが一体に構成されてもよい。
【０１２６】
即ち、本変形例１−３の弾性連結部１６ａ，１６ｂは、一対の熱アクチュエータ機構Ｘに相当する第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂと、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの各一方の端部と光反射部１３とを連結する一対の第１弾性リンク部２１ａと、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの各他方の端部と内ジンバル１２とを連結する一対の第２弾性リンク部２１ｂとから構成される。また第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂは、回転軸ｈに対して、第２棒状部材５２が外側方向、第１棒状部材５１が内側方向に各々配置されてなる。
【０１２７】
そして、第１捻りバネ部２０ａの第１棒状部材５１と第２捻りバネ部２０ｂの第１棒状部材５１とが、Ｈ状となるように一体に形成されて構成される。
このようなＨ状部材として構成された弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、図８（ｂ）に示すように、温度が室温である状況下で、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが直線状になる。一方、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第２棒状部材５２（酸化シリコン）の外側面が凸になるように撓み、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【０１２８】
このため、低温時には、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが、回転軸ｈに対する外側方向に凸となるように変形することにより、第１弾性リンク部２１ａと第２弾性リンク部２１ｂとからなる各々の弾性リンク部２１が、回転軸ｈに対する内側方向に変位（傾斜）する。これにより、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が減少することで、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が低下する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１２９】
また、高温時には、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが、回転軸ｈに
対する内側方向に凸となるように変形することにより、各々の弾性リンク部２１が回転軸ｈに対する外側方向に変位（傾斜）する。これにより、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が増加することで、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりバネ定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１３０】
したがって、このように構成された弾性連結部１６ａ，１６ｂによれば、弾性リンク部２１を設けることにより、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの形状の変化に伴って回転軸ｈに対する直交方向に生じる力を吸収することができる。また、第１捻りバネ部２０ａと第２捻りバネ部２０ｂとを一体に構成することにより、回転軸ｈに対する垂直方向の変形自由度に対する剛性がより高まり、さらに安定した捻り振動を得ることができる。よって、この構成によれば、装置の信頼性を高くすることができる。
【０１３１】
［実施例２］
次に、本実施例２では、熱アクチュエータ機構Ｘが、弾性連結部１６ａ，１６ｂと別体に構成されている場合を代表して説明する。なお、熱アクチュエータ機構Ｘは、前述の式（１）〜（３）で説明した通り、弾性連結部１５ａ，１５ｂ、弾性連結部１４ａ，１４ｂについても同様の考え方によって適用される。
【０１３２】
本実施例２の弾性連結部１６ａ，１６ｂは各々、図１１（ａ）に示すように、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂを備える。また第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの各一方の端部は、光反射部１３に連結されている。また弾性連結部１６ａ，１６ｂは各々、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの各他方の端部と内ジンバル１２とを連結する一対の弾性リンク部２１を備えて構成される。なお、本実施例２の第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂは、熱アクチュエータ機構Ｘに相当しない。
【０１３３】
そして、熱アクチュエータ機構Ｘは、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略垂直に配置される変形部材であり、一方の端部が内ジンバル１２の固定端に接続され、他方の端部が弾性リンク部２１を介して弾性連結部１６ａ，１６ｂに接続されて配置される。また熱アクチュエータ機構Ｘは、光反射部１３に対して、第１棒状部材５１が外側方向、第２棒状部材５２が内側方向に各々配置されてなる。即ち、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が、動作前の停止した状態のミラー３１の表面に対して、積層方向Ｄ１が平行となるように各々配置されている。
【０１３４】
このように配置された熱アクチュエータ機構Ｘによれば、図１１（ｂ）に示すように、温度が室温である状況下で、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が直線状になる。なお、この状態において第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが設計周波数で得られる曲率になる（本実施例では初期形状として外側に撓む）ように配置されている。一方、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第２棒状部材５２（酸化シリコン）の外側面が凸になるように撓み、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【０１３５】
このため、低温時には、弾性リンク部２１が光反射部１３から遠ざかる方向に変位することにより、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが直線状になり、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が減少する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が低下する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりバネ定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１３６】
また、高温時には、弾性リンク部２１が光反射部１３に近づく方向に変位することにより、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが初期形状よりも大きく外側に撓み、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が増加する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりバネ定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１３７】
［変形例２−１−１］
次に、上記実施例２の弾性連結部１６ａ，１６ｂに関する変形例２−１−１を説明する。
【０１３８】
上記実施例２の弾性連結部１６ａ，１６ｂは各々、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが別体に構成されていたが、図１２に示す変形例２−１−１のように、第１捻りバネ部２０ａと第２捻りバネ部２０ｂとが一体に構成されてもよい。
【０１３９】
即ち、本変形例２−１−１の弾性連結部１６ａ，１６ｂは、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂと、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの各一方の端部と光反射部１３とを連結する一対の第１弾性リンク部２１ａと、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの各他方の端部と弾性リンク部２１とを連結する一対の第２弾性リンク部２１ｂとから構成される。
【０１４０】
そして、第１捻りバネ部２０ａと第２捻りバネ部２０ｂとが、Ｈ状となるように一体に形成されて構成される。すなわち、弾性連結部１６ａ，１６ｂがＨ状部材に相当する。
このように配置された熱アクチュエータ機構Ｘによれば、図１１（ｂ）に示すように、温度が室温である状況下で、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が直線状になる。なお、この状態において第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂは初期形状として内側に撓むように配置されている。一方、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第２棒状部材５２（酸化シリコン）の外側面が凸になるように撓み、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【０１４１】
このため、低温時には、弾性リンク部２１が光反射部１３から遠ざかる方向に変位することにより、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが直線状になり、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が減少する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が低下する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりバネ定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１４２】
また、高温時には、弾性リンク部２１が光反射部１３に近づく方向に変位することにより、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが初期形状よりも大きく内側に撓み、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が増加する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりバネ定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１４３】
［変形例２−１−２］
次に、上記実施例２の弾性連結部１６ａ，１６ｂおよび熱アクチュエータ機構Ｘに関する変形例２−１−２を説明する。
【０１４４】
上記実施例２の弾性連結部１６ａ，１６ｂでは各々、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが、弾性リンク部２１および熱アクチュエータ機構Ｘを介して内ジンバル１２の固定端に接続されていたが、図２１に示す変形例２−１−２のように、内ジンバル１２の固定端のうち、回転軸ｈの延長上に位置する固定端６１Ｖに弾性リンク部２１を介して接続され、回転軸ｈに対して略垂直方向に位置する固定端６１Ｈに熱アクチュエータ機構Ｘを介して接続されてもよい。
【０１４５】
また、上記実施例２の熱アクチュエータ機構Ｘでは、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が、ミラー３１の表面に対して、積層方向Ｄ１が平行となるように各々配置されているが、積層方向Ｄ１が垂直となるように各々配置されてもよい。
【０１４６】
また、上記実施例２の熱アクチュエータ機構Ｘにおいて、第１棒状部材５１を圧電体部材５１ａ、第２棒状部材５２をシリコン部材５２ａにそれぞれ置き換えてもよい。
このように構成された熱アクチュエータ機構Ｘでは、温度が室温である状況下では、印加電圧に応じた初期値の大きさで圧電体部材５１ａの外側面が凸になるように圧電体部材５１ａが湾曲しており、温度が室温よりも高くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも大きく凸になるように湾曲する。これにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂ（およびこれに連動して弾性リンク部２１）が固定端６１Ｈの方向に変位する力学的作用を受けるため、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が増加することによって、共振周波数が高くなる方向に向かい、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺されることから、温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１４７】
一方、温度が室温よりも低くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも小さく凸になるように湾曲する。これにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂ（およびこれに連動して弾性リンク部２１）が回転軸ｈの方向に変位する力学的作用を受けるため、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が減少する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が減少することによって、共振周波数が低くなる方向に向かい、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺されることから、温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１４８】
また、このように構成された弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、弾性連結部１６ａ，１６ｂに連動して、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して逆向きに弾性リンク部２１が変位する。このため、圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａの形状の変化に伴って回転軸ｈに対する直交方向に生じる力を吸収できることから、変形自由度に対する剛性が高まり、より安定した捻り振動を得ることができる。
【０１４９】
［変形例２−１−３］
次に、上記変形例２−１−２の弾性連結部１６ａ，１６ｂおよび熱アクチュエータ機構Ｘに関する変形例２−１−３を説明する。
【０１５０】
上記変形例２−１−２の弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂが、弾性リンク部２１を介して固定端６１Ｖに接続され、熱アクチュエータ機構Ｘを介して固定端６１Ｈに接続されていたが、図２２に示す変形例２−１−３のように、２種類の熱アクチュエータ機構Ｘを介して固定端６１Ｈに接続されるだけでもよい。
【０１５１】
２種類の熱アクチュエータ機構Ｘは、回転軸ｈに対して略垂直方向となり、互いに平行となるように配置され、このうち、一方の熱アクチュエータ機構Ｘ１が、反射部１３に対する弾性連結部１６ａ，１６ｂの反対側端部と固定端６１Ｈとに接続され、他方の熱アクチュエータ機構Ｘ２が、弾性連結部１６ａ，１６ｂにおける熱アクチュエータ機構Ｘ１よりも反射部１３側の部位と固定端６１Ｈとに接続されている。
【０１５２】
そして、２種類の熱アクチュエータ機構Ｘは、ミラー３１の表面に対して、積層方向Ｄ１が垂直となり、且つ積層方向Ｄ１が互いに逆向きとなるように各々配置されている。例えば、熱アクチュエータ機構Ｘ２において、圧電体部材５１ａが表面、シリコン部材５２ａが裏面となるように各々配置されている場合、熱アクチュエータＸ１においては、シリコン部材５２ａが表面、圧電体部材５１ａが裏面となるように各々配置されることになる。
【０１５３】
このように構成された熱アクチュエータ機構Ｘによれば、温度変化に伴って、熱アクチュエータ機構Ｘ２の湾曲による弾性連結部１６ａ，１６ｂにおけるミラー３１の表面に対する垂直順方向への変位が、熱アクチュエータ機構Ｘ１の湾曲による弾性連結部１６ａ，１６ｂにおけるミラー３１の表面に対する垂直逆方向への変位によって相殺されるため、反射部１３の厚さ方向に対する変位を抑制することができる。これにより、反射部１３のより安定した振動動作を得ることができる。
【０１５４】
［変形例２−１−４］
次に、上記変形例２−１−２の弾性連結部１６ａ，１６ｂおよび熱アクチュエータ機構Ｘに関するもう一つの変形例２−１−４を説明する。
【０１５５】
上記変形例２−１−２の弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの一端が、弾性リンク部２１を介して固定端６１Ｖに接続され、熱アクチュエータ機構Ｘを介して固定端６１Ｈに接続されていたが、図２３に示す変形例２−１−４のように、弾性リンク部２１を介して固定端６１Ｖに接続されるだけでもよい。
【０１５６】
但し、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの略中央部が、棒状部材６３を介して固定端６１Ｈに接続されている。ここで、棒状部材６３は、固定端６１Ｈに対する略垂直方向に配置された部材である。なお、弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの他端が、さらに別の弾性リンク部２１を介して反射部１３に接続されてもよい。
【０１５７】
また、熱アクチュエータ機構Ｘは、前述の棒状部材６３と、圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａとを備えて構成される。このうち、圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａは、自身の長手方向が回転軸ｈに対する垂直方向（棒状部材６３と同方向）となるように配置され、棒状部材６３よりも固定端６１Ｖ側において第１捻りバネ部２０ａと第２捻りバネ部２０ｂとに接続されている。つまり、圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａは、棒状部材６３と固定端６１Ｖ側の弾性リンク部２１との間に配置されている。
【０１５８】
このように構成された熱アクチュエータ機構Ｘでは、温度が室温である状況下では、印加電圧に応じた初期値の大きさで圧電体部材５１ａの外側面が凸になるように圧電体部材５１ａが湾曲しており、温度が室温よりも高くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも大きく凸になるように湾曲する。これにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂ（およびこれに連動して固定端６１Ｖ側の弾性リンク部２１）が回転軸ｈに対する内側方向に変位する。すると、弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、棒状部材６３との接合部を支点として反射部１３側の端部（およびこれに連動して反射部１３側の弾性リンク部２１）が回転軸ｈに対する外側方向に変位する。このとき、反射部１３側の弾性リンク部２１の変位は、弾性連結部１６ａ，１６ｂにおける圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａと棒状部材６３との距離に対する、棒状部材６３と反射部１３側の弾性リンク部２１との距離の比に応じた分だけ拡大されることになる。このように、圧電体部材５１ａの湾曲による変位に比べて、反射部１３側の弾性リンク部２１が固定端６１Ｈの方向への変位を拡大する力学的作用を受けるため、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が効率的に増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数がこのように増加することによって、共振周波数が高くなる方向に向かい、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺されることから、温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１５９】
一方、温度が室温よりも低くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも小さく凸になるように湾曲する。これにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂ（およびこれに連動して固定端６１Ｖ側の弾性リンク部２１）が回転軸ｈに対する外側方向に変位する。すると、弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、棒状部材６３との接合部を支点として反射部１３側の端部（およびこれに連動して反射部１３側の弾性リンク部２１）が回転軸ｈに対する内側方向に変位する。このとき、反射部１３側の弾性リンク部２１の変位は、弾性連結部１６ａ，１６ｂにおける圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａと棒状部材６３との距離に対する、棒状部材６３と反射部１３側の弾性リンク部２１との距離の比に応じた分だけ拡大されることになる。このように、圧電体部材５１ａの湾曲による変位に比べて、反射部１３側の弾性リンク部２１が回転軸ｈの方向への変位を拡大する力学的作用を受けるため、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が効率的に減少する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数がこのように減少することによって、共振周波数が低くなる方向に向かい、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺されることから、温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１６０】
なお、本変形例２−１−４において、圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａが変形部材に相当し、棒状部材６３が変位拡大部に相当する。
［変形例２−１−５］
次に、上記変形例２−１−４の弾性連結部１６ａ，１６ｂおよび熱アクチュエータ機構Ｘに関する変形例２−１−５を説明する。
【０１６１】
上記変形例２−１−４の弾性連結部１６ａ，１６ｂでは、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの略中央部が、棒状部材６３を介して固定端６１Ｈに接続されていたが、図２４に示す変形例２−１−５のように、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの一端が固定端６１Ｖに接続され、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂの他端が反射部１３に接続されてもよい。
【０１６２】
但し、第１捻りバネ部２０ａの略中央部と第２捻りバネ部２０ｂの略中央部とが熱アクチュエータ機構Ｘに接続されている。
熱アクチュエータ機構Ｘは、圧電体部材５１ａおよびシリコン部材５２ａからなり、自身の長手方向が回転軸ｈ方向となるように配置された変形部材６５と、第１捻りバネ部２０ａの略中央部（第２捻りバネ部２０ｂの略中央部についても同様）と変形部材６５とに接続された変位変換部６７とを備えて構成される。
【０１６３】
このうち、変位変換部６７は、３つの棒状部材が繋ぎ合わされた形状を有し、各端部が、変形部材６５の両端と第１捻りバネ部２０ａの略中央部（第２捻りバネ部２０ｂの略中央部についても同様）とに接続されている。そして、変形部材６５の収縮または膨張による回転軸ｈ方向の変位を、回転軸ｈに対する垂直方向（且つ、ミラー３１の表面に対する平行方向）に変換し、第１捻りバネ部２０ａの略中央部（第２捻りバネ部２０ｂの略中央部についても同様）に伝達するように構成されている。
【０１６４】
このように構成された熱アクチュエータ機構Ｘでは、温度が室温である状況下では、印加電圧に応じた初期値の大きさで圧電体部材５１ａの外側面が凸になるように圧電体部材５１ａが湾曲しており、温度が室温よりも高くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも大きく凸になるように湾曲する。このとき、変位変換部６７により、弾性連結部１６ａ，１６ｂの略中央部が回転軸ｈに対する外側方向に変位することから、弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が増加する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１６５】
一方、温度が室温よりも低くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも小さく凸になるように湾曲する。このとき、変位変換部６７により、弾性連結部１６ａ，１６ｂの略中央部が回転軸ｈに対する内側方向に変位することから、弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が低下する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が減少する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりバネ定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１６６】
［変形例２−２］
次に、上記実施例２の熱アクチュエータ機構Ｘに関する変形例２−２を説明する。
上記実施例１の熱アクチュエータ機構Ｘは、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略垂直に配置され、且つ、一方の端部が内ジンバル１２の固定端に接続され、他方の端部が弾性リンク部２１に接続されて配置されて構成されていたが、図１３（ａ）に示す変形例２−２（１）のように、配置されて構成されてもよい。
【０１６７】
即ち、本変形例２−２の熱アクチュエータ機構Ｘは、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略平行に配置された第１熱アクチュエータＸ１および第２熱アクチュエータＸ２から構成される。
【０１６８】
また光反射部１３に対する第１弾性リンク部２１ａの反対側端部には、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略垂直に配置された第１可動部材２５ａの一方の端部片面が接続され、その端部他面には第１捻りバネ部２０ａ（第２捻りバネ部２０ｂも同様）の一方の端部が接続されている。また第１可動部材２５ａの他方の端部には、第１熱アクチュエータＸ１の一方の端部が接続され、第１熱アクチュエータＸ１の他方の端部には、光反射部１３のミラー支持枠３２から回転軸ｈに対する垂直方向に突設された突設部材２７の片面が接続されている。
【０１６９】
また内ジンバル１２（固定端）に対する第２弾性リンク部２１ｂの反対側端部には、第１可動部材２５ａよりも内ジンバル１２側に配置された第２可動部材２５ｂの一方の端部方面が接続され、その端部他面には、第１捻りバネ部２０ａ（第２捻りバネ部２０ｂも同様）の他方の端部が接続されている。また第２可動部材２５ｂの他方の端部には、第２熱アクチュエータＸ２の一方の端部が接続され、第２熱アクチュエータＸ２の他方の端部には、内ジンバル１２の固定端から回転軸ｈに対する垂直方向に突設された突設部材２９の片面が接続されている。
【０１７０】
そして、第１熱アクチュエータＸ１および第２熱アクチュエータＸ２は、回転軸ｈに対して、第２棒状部材５２が外側方向、第１棒状部材５１が内側方向に各々配置されてなる。
【０１７１】
このように配置された第１熱アクチュエータＸ１および第２熱アクチュエータＸ２によれば、図１３（ｂ）に示すように、温度が室温である状況下で、第１熱アクチュエータＸ１および第２熱アクチュエータＸ２が直線状になる。一方、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第２棒状部材５２（酸化シリコン）の外側面が凸になるように撓み、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【０１７２】
このため、低温時には、弾性連結部１６ａ，１６ｂが回転軸ｈに近づく方向に変位することにより、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が減少する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が低下する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１７３】
また、高温時には、弾性連結部１６ａ，１６ｂが回転軸ｈから遠ざかる方向に変位することにより、回転軸ｈを中心とする弾性連結部１６ａ，１６ｂの径の平均値（曲率）が増加する。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１７４】
なお、本変形例２−２の熱アクチュエータ機構Ｘは、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略平行に配置された第１熱アクチュエータＸ１および第２熱アクチュエータＸ２から構成されていたが、図１４に示すように、第１熱アクチュエータＸ１および第２熱アクチュエータＸ２が、円弧状に形成され、光反射部１３のミラー３１の縁に沿って配置される構成であってもよい。また図１５及び図１６に示すように、第１熱アクチュエータＸ１および第２熱アクチュエータＸ２のいずれか一方だけによって構成されてもよい。
【０１７５】
但し、図１４（変形例２−２（２））および図１６（変形例２−２（４））に示す熱アクチュエータ機構Ｘ（Ｘ１，Ｘ２）は、回転軸ｈ（又は、光反射部１３の中心）に対して、第１棒状部材５１が外側方向、第２棒状部材５２が内側方向に各々配置されてなる点で、上記図１３（変形例２−２（１））および図１５（変形例２−２（３））に示す熱アクチュエータ機構Ｘと相違する。
【０１７６】
［変形例２−３］
次に、上記実施例２の弾性連結部１６ａ，１６ｂに関する変形例２−３を説明する。
上記実施例１の弾性連結部１６ａ，１６ｂは各々、第１捻りバネ部２０ａおよび第２捻りバネ部２０ｂを備えて構成されていたが、図１７（ａ）に示す変形例２−３（１）のように、１つの捻りバネ部２０を備えて構成されてもよい。
【０１７７】
即ち、本変形例２−３の弾性連結部１６ａ，１６ｂは、捻りバネ部２０と、捻りバネ部２０の一方の端部と熱アクチュエータ機構Ｘとを連結する弾性リンク部２１とから構成される。
【０１７８】
そして、熱アクチュエータ機構Ｘは、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略垂直に配置
され、且つ、両端部が内ジンバル１２の固定端に接続され、中央部が弾性リンク部２１に接続されて配置される。また熱アクチュエータ機構Ｘは、光反射部１３に対して、第２棒状部材５２が外側方向、第１棒状部材５１が内側方向に各々配置されてなる。
【０１７９】
このように配置された熱アクチュエータ機構Ｘによれば、図１７（ｂ）に示すように、温度が室温である状況下で、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が直線状になる。一方、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第２棒状部材５２（酸化シリコン）の外側面が凸になるように撓み、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【０１８０】
このため、低温時には、弾性リンク部２１が光反射部１３に近づく方向に変位することにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂの長さが小さくなる。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が低下する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１８１】
また、高温時には、弾性リンク部２１が光反射部１３から遠ざかる方向に変位することにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂの長さが大きくなる。これにより弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１８２】
なお、本変形例２−３の熱アクチュエータ機構Ｘは、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略垂直に配置されて構成されていたが、図１８（ａ）に示すように、弾性連結部１６ａ，１６ｂに対して略平行に配置されて構成されてもよい。
【０１８３】
但し、図１８（変形例２−３（２））に示す熱アクチュエータ機構Ｘでは、第１棒状部材５１が、光反射部１３に対する弾性連結部１６ａ，１６ｂの反対側端部と、内ジンバル１２の固定端から光反射部１３側に延設された延設部材２８とに接続され、第２棒状部材５２が、光反射部１３に対して、第１棒状部材５１より外側方向に配置されてなる。
【０１８４】
なお、第１棒状部材５１は、エ字状に形成され、その上辺および下辺において、一方の端部が弾性連結部１６ａ，１６ｂに接続され、他方の端部が第１棒状部材５１に積層されて構成されている。
【０１８５】
このように構成された熱アクチュエータ機構Ｘによれば、図１８（ｂ）に示すように、温度が室温である状況下で、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が直線状になる。一方、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１の上辺および下辺が、光反射部１３に近づく方向に凸となるように変形し、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１の上辺および下辺が、光反射部１３から遠ざかる方向に凸となるように変形する。
【０１８６】
このため、低温時には、第１棒状部材５１に接続された弾性連結部１６ａ，１６ｂの長さが小さくなることにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が低下する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が減少することによって、温度低下に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の増加分が相殺され、これにより温度低下に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１８７】
また、高温時には、第１棒状部材５１に接続された弾性連結部１６ａ，１６ｂの長さが大きくなることにより、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじり剛性（ねじりバネ定数）が増大する。即ち、弾性連結部１６ａ，１６ｂのねじりばね定数が増加することによって、温度上昇に伴うバネ定数ｋ（ヤング率Ｅ）の減少分が相殺され、これにより温度上昇に伴う共振周波数ｆの変化を抑制することができる。
【０１８８】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【０１８９】
例えば上記実施形態においては、熱アクチュエータ機構Ｘとしてシリコンと酸化シリコンとを組み合わせたものを示した。しかし、シリコンに対して熱膨張率の異なる材料であれば、酸化シリコン以外の材料も選択可能であり、例えば、アルミ等の金属材料、ポリイミド、エポキシ等の樹脂材料を用いてもよい。
【０１９０】
また上記実施形態においては、３自由度連成振動系を構成する光走査装置１を適用したものを示したが、これに限らず、少なくとも光反射部１３と弾性連結部１４〜１６のうちの１つと熱アクチュエータ機構Ｘとを備えるものであればよい。
【符号の説明】
【０１９１】
１…光走査装置、２…光ビーム走査部、３…支持部、４…駆動部、１１…外ジンバル、１２…内ジンバル、１３…光反射部、１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ…弾性連結部、２０…捻りバネ部、２１…弾性リンク部、２５ａ…第１可動部材、２５ｂ…第２可動部材、３１…ミラー、３２…ミラー支持枠、５１…第１棒状部材、５１ａ…圧電体部材、５１ｂ…薄膜圧電素子、５１ｃ，５１ｄ…電極、５２…第２棒状部材、５２ａ…シリコン部材、６１Ｖ，６１Ｈ…固定端、６３…棒状部材、６５…変形部材、６７…変位変換部、Ｘ…熱アクチュエータ機構。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、
前記反射部を捻り振動させるための回転軸を構成する弾性変形部とを備え、
前記回転軸を中心にして前記反射部を振動させることにより、前記反射面により反射された光ビームを走査する光走査装置であって、
熱膨張率が互いに異なる２種類の材料の部材が積層されてなる構造を有し、自身の収縮または膨張により、前記弾性変形部に関して温度変化に伴うバネ定数の変化を相殺する形状に変化させる熱アクチュエータ機構を備えることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記熱アクチュエータ機構を構成する２種類の材料の部材のうち、熱膨張率が大きい方を第１弾性部材、熱膨張率が小さい方を第２弾性部材として、
前記第１弾性部材は、シリコンを材料とする部材であり、
前記第２弾性部材は、酸化シリコンを材料とする部材であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記熱アクチュエータ機構を構成する２種類の材料の部材のうち、熱膨張率が大きい方を第１弾性部材、熱膨張率が小さい方を第２弾性部材として、
前記第１弾性部材および前記第２弾性部材のうち一方は、自身の歪みの大きさが印加電圧によって調整可能な圧電体であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記熱アクチュエータ機構を構成する２種類の材料の部材のうち、熱膨張率が大きい方を第１弾性部材、熱膨張率が小さい方を第２弾性部材として、
前記第１弾性部材および前記第２弾性部材は、捻り振動前の状態の前記反射面に対して垂直または平行に積層されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記熱アクチュエータ機構は、前記弾性変形部に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記熱アクチュエータ機構を構成する２種類の材料の部材のうち、熱膨張率が大きい方を第１弾性部材、熱膨張率が小さい方を第２弾性部材として、
前記弾性変形部は、前記第１弾性部材および前記第２弾性部材が各々、前記回転軸を中心として対称となるように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記弾性変形部は、前記第１弾性部材および前記第２弾性部材が各々、前記回転軸に対する直交方向に分割され、且つ、前記回転軸に対して、前記第１弾性部材が外側方向、前記第２弾性部材が内側方向に各々配置されてなることを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記弾性変形部は、
前記回転軸に対して、前記第１弾性部材が内側方向、前記第２弾性部材が外側方向に各々配置され、且つ、前記第１弾性部材がＨ状に形成されてなるＨ状部材と、
前記反射部と前記Ｈ状部材とを連結する弾性リンク部とを有し、
前記弾性リンク部は、該Ｈ状部材の収縮または膨張に連動して、該Ｈ状部材の形状が変化する反対方向に変位することを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
【請求項９】
前記熱アクチュエータ機構は、前記弾性変形部に接続され、前記温度変化に伴う収縮または膨張による自身の変位を伝達する力学的作用により、前記弾性変形部の形状を変化させることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記弾性変形部は、
前記熱アクチュエータ機構に接続され、前記温度変化に伴う該熱アクチュエータ機構の前記力学的作用によって前記回転軸に対する外側方向および内側方向に変位する変位部材と、
前記反射部と前記変位部材とを連結する弾性リンク部とを有し、
前記弾性リンク部は、前記変位部材の変位に連動して、自身の形状が変化することを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
【請求項１１】
前記熱アクチュエータ機構は、
前記温度変化に伴って収縮または膨張する変形部材と、
前記変形部材の収縮または膨張による該変形部材の変位に対して、前記弾性変形部における前記反射部側の端部の変位を拡大させる作用を前記力学的作用として有する変位拡大部と、
を有することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の光走査装置。
【請求項１２】
前記反射部に連結された前記弾性変形部としての第１弾性変形部材を有し、該第１弾性変形部材の回転軸を第１回転軸として前記反射部を揺動可能に支持する第１支持部と、
前記第１支持部に連結された前記弾性変形部としての第２弾性変形部材を有し、該第２弾性変形部材の回転軸を第２回転軸として前記第１支持部を揺動可能に支持する第２支持部と、
を備え、
前記第２回転軸は、前記第１回転軸と交差するように配置され、
前記第２回転軸を中心にして前記第１支持部を揺動させることにより、前記反射面により反射された光ビームを走査することを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項１】
光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、
前記反射部を捻り振動させるための回転軸を構成する弾性変形部とを備え、
前記回転軸を中心にして前記反射部を振動させることにより、前記反射面により反射された光ビームを走査する光走査装置であって、
熱膨張率が互いに異なる２種類の材料の部材が積層されてなる構造を有し、自身の収縮または膨張により、前記弾性変形部に関して温度変化に伴うバネ定数の変化を相殺する形状に変化させる熱アクチュエータ機構を備えることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記熱アクチュエータ機構を構成する２種類の材料の部材のうち、熱膨張率が大きい方を第１弾性部材、熱膨張率が小さい方を第２弾性部材として、
前記第１弾性部材は、シリコンを材料とする部材であり、
前記第２弾性部材は、酸化シリコンを材料とする部材であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記熱アクチュエータ機構を構成する２種類の材料の部材のうち、熱膨張率が大きい方を第１弾性部材、熱膨張率が小さい方を第２弾性部材として、
前記第１弾性部材および前記第２弾性部材のうち一方は、自身の歪みの大きさが印加電圧によって調整可能な圧電体であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記熱アクチュエータ機構を構成する２種類の材料の部材のうち、熱膨張率が大きい方を第１弾性部材、熱膨張率が小さい方を第２弾性部材として、
前記第１弾性部材および前記第２弾性部材は、捻り振動前の状態の前記反射面に対して垂直または平行に積層されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記熱アクチュエータ機構は、前記弾性変形部に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記熱アクチュエータ機構を構成する２種類の材料の部材のうち、熱膨張率が大きい方を第１弾性部材、熱膨張率が小さい方を第２弾性部材として、
前記弾性変形部は、前記第１弾性部材および前記第２弾性部材が各々、前記回転軸を中心として対称となるように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記弾性変形部は、前記第１弾性部材および前記第２弾性部材が各々、前記回転軸に対する直交方向に分割され、且つ、前記回転軸に対して、前記第１弾性部材が外側方向、前記第２弾性部材が内側方向に各々配置されてなることを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記弾性変形部は、
前記回転軸に対して、前記第１弾性部材が内側方向、前記第２弾性部材が外側方向に各々配置され、且つ、前記第１弾性部材がＨ状に形成されてなるＨ状部材と、
前記反射部と前記Ｈ状部材とを連結する弾性リンク部とを有し、
前記弾性リンク部は、該Ｈ状部材の収縮または膨張に連動して、該Ｈ状部材の形状が変化する反対方向に変位することを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
【請求項９】
前記熱アクチュエータ機構は、前記弾性変形部に接続され、前記温度変化に伴う収縮または膨張による自身の変位を伝達する力学的作用により、前記弾性変形部の形状を変化させることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記弾性変形部は、
前記熱アクチュエータ機構に接続され、前記温度変化に伴う該熱アクチュエータ機構の前記力学的作用によって前記回転軸に対する外側方向および内側方向に変位する変位部材と、
前記反射部と前記変位部材とを連結する弾性リンク部とを有し、
前記弾性リンク部は、前記変位部材の変位に連動して、自身の形状が変化することを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
【請求項１１】
前記熱アクチュエータ機構は、
前記温度変化に伴って収縮または膨張する変形部材と、
前記変形部材の収縮または膨張による該変形部材の変位に対して、前記弾性変形部における前記反射部側の端部の変位を拡大させる作用を前記力学的作用として有する変位拡大部と、
を有することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の光走査装置。
【請求項１２】
前記反射部に連結された前記弾性変形部としての第１弾性変形部材を有し、該第１弾性変形部材の回転軸を第１回転軸として前記反射部を揺動可能に支持する第１支持部と、
前記第１支持部に連結された前記弾性変形部としての第２弾性変形部材を有し、該第２弾性変形部材の回転軸を第２回転軸として前記第１支持部を揺動可能に支持する第２支持部と、
を備え、
前記第２回転軸は、前記第１回転軸と交差するように配置され、
前記第２回転軸を中心にして前記第１支持部を揺動させることにより、前記反射面により反射された光ビームを走査することを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の光走査装置。
【図１】
【図２】
【図９】
【図１０】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図９】
【図１０】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−８０２０８（Ｐ２０１３−８０２０８Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１７５０７６（Ｐ２０１２−１７５０７６）
【出願日】平成２４年８月７日（２０１２．８．７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月７日（２０１２．８．７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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