圧電アクチュエータ
【課題】短絡を防止しつつ、駆動効率を向上することができる圧電アクチュエータを提供すること。
【解決手段】圧電アクチュエータ３９に、板状の圧電体４１と、前記圧電体４１の一方の面４１ｂに設けられた第１の電極４３と、圧電体４１の他方の面４３ａに設けられた第２の電極４４と、を含む圧電素子４０と、貫通孔１６ｈが設けられた導電性の振動板１６と、振動板１６と第１の電極４３とを接着する接着部５０と、を備え、貫通孔１６ｈは、振動板１６の片側の面１６ａにおいて貫通され、その片側の面１６ａと面４３ｂとの間の領域に設けられ、接着部５０は、貫通孔１６ｈの周りを囲むように設けられ、片側の面１６ａと面４３ｂとを接着する絶縁性接着部５２と、貫通孔１６ｈの内部に設けられ，面４３ｂと貫通孔１６ｈの内周とを接着する導電性接着部５１と、を設ける。
【解決手段】圧電アクチュエータ３９に、板状の圧電体４１と、前記圧電体４１の一方の面４１ｂに設けられた第１の電極４３と、圧電体４１の他方の面４３ａに設けられた第２の電極４４と、を含む圧電素子４０と、貫通孔１６ｈが設けられた導電性の振動板１６と、振動板１６と第１の電極４３とを接着する接着部５０と、を備え、貫通孔１６ｈは、振動板１６の片側の面１６ａにおいて貫通され、その片側の面１６ａと面４３ｂとの間の領域に設けられ、接着部５０は、貫通孔１６ｈの周りを囲むように設けられ、片側の面１６ａと面４３ｂとを接着する絶縁性接着部５２と、貫通孔１６ｈの内部に設けられ，面４３ｂと貫通孔１６ｈの内周とを接着する導電性接着部５１と、を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ、その圧電アクチュエータを用いた光スキャナ、に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータとは、圧電素子を用いた可動装置のことである。圧電素子とは、圧電体が電圧の印加により変形する現象（以下、逆圧電効果と称する）を利用した受動素子である。
【０００３】
圧電アクチュエータは、光スキャナ、圧電スピーカ等に用いられ、プリンタ、プロジェクタ、スピーカ等に用いられている。圧電アクチュエータの例として、ここでは光スキャナを取り上げる。
【０００４】
例えば、導電性の基板を通して圧電体に電圧を印加することができる光スキャナが、特許文献１に開示されている。
【０００５】
また例えば、圧電層を挟んで両側に電極を有するバルクの圧電素子が接着部を介して基板に接着された光スキャナが、特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２９３１１６号公報（段落〔００１４〕、〔００１８〕、図２）
【特許文献２】特開２００７−２７１７８８号公報（段落〔０００３〕〜〔０００７〕、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そして、特許文献１に開示されている導電性の基板と、特許文献２に開示されているバルクの圧電素子と、が導電性接着部を介して接着されていた場合を考える。
【０００８】
圧電素子と基板との接着工程において、圧電素子と基板とを導電性接着部を介して密着させるために、作業者は圧電素子に圧力をかける。このとき、導電性接着部の量が多すぎる、もしくは圧電素子にかける圧力が大きすぎる等の理由により、圧電素子と基板とに挟まれた導電性接着部は、一方の電極の外側にあふれ出し、一方の電極から圧電体を飛び越えて他方の電極に接触してしまう可能性がある。電極同士が導電性接着部を通して接触してしまうと、駆動電圧が電源から電極に印加された際に、電極間に短絡が起こってしまう。圧電アクチュエータの電極間に短絡が起こってしまうと、圧電アクチュエータが動作しなくなる恐れがある。これを踏まえ、電極間の短絡を防止する方法を考える。
【０００９】
例えば基板に塗布する導電性接着部の量を少なくする方法が考えられる。導電性接着部の量を少なくすると、圧電素子に圧力をかけた際にも、導電性接着部が第１の電極の外側に出にくい。このため、導電性接着部が第１の電極から第２の電極に接触しにくくなる。これにより、駆動電圧が印加された際に、第１の電極と第２の電極との間の短絡が起こりにくくなる。このように、基板に塗布する導電性接着部の量を十分少なくすることで、第１の電極と第２の電極との間の短絡を防止することができる。
【００１０】
しかしながら、基板に塗布する導電性接着部の量を少なくすると、導電性接着部を通した基板と圧電素子との接触面積が小さくなる。このため、駆動電圧を印加したことによる圧電素子の変形が導電性接着部を通して、基板に伝わりにくくなる。その結果、所望の基板の変位量を得るために必要な駆動電圧（以下、駆動効率と称する）が大きくなるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、短絡を防止しつつ、駆動効率を向上することができる圧電アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の圧電アクチュエータは、所定の方向に厚みを有す板状の圧電体と、前記圧電体の前記所定の方向と交差する両面のうち、一方の面に設けられた第１の電極と、前記圧電体の前記所定の方向と交差する両面のうち、他方の面に設けられた第２の電極と、を含む圧電素子と、前記圧電素子の伸縮により曲げ変形可能であり、少なくとも１つの貫通孔が設けられた導電性の振動板と、前記振動板と前記第１の電極とを接着する接着部と、を備え、前記貫通孔の少なくとも一部は、前記振動板の両面のうち、前記第１の電極の面に対向する片側の面において貫通され、その片側の面と前記第１の電極の面との間の領域に設けられ、前記接着部は、前記貫通孔の周りを囲むように設けられ、前記片側の面と前記第１の電極の面とを接着する絶縁性接着部と、前記貫通孔の内部に設けられ、前記第１の電極の面と前記貫通孔の内周とを接着する導電性接着部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の圧電アクチュエータは、請求項１に係る圧電アクチュエータにおいて、前記貫通孔の縁の形状が曲線からなることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の圧電アクチュエータは、請求項１または２に係る圧電アクチュエータにおいて、前記絶縁性接着部の弾性率は、前記導電性接着部の弾性率より大きいことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の光スキャナは、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備える光スキャナであって、入射した光束を反射するミラーを有す板状のミラー部と、前記ミラー部の揺動軸線に沿って延び、前記ミラー部の両端を支持する１対の梁部と、前記１対の梁部に連結され、前記ミラー部と同一平面上において前記１対の梁部と交差する方向に延びる１対の支持梁部と、前記１対の支持梁部を支持し、前記振動板を含み、四角い板形状を有する基体部と、前記基体部の両側部のうち、前記１対の支持梁部が設けられる側部とは反対側の側部に設けられ、前記１対の梁部と交差する方向に前記基体部の反対側の側部から離れるにつれ、狭くなるように形成されているテーパー部と、前記テーパー部に接続され、前記１対の支持梁部が延びる方向と同方向に延びる接続延出部と、を備える基板と、前記接続延出部を支持する筐体と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の光スキャナは、請求項４に係る光スキャナにおいて、前記貫通孔が、前記ミラー部の重心を通り前記１対の梁部と交差する方向と平行な線に対して、対称な形状を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の光走査装置は、請求項５に記載の光スキャナと、前記圧電素子に駆動電圧を印加する駆動制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の光走査型画像表示装置は、画像信号に応じた光束を出射する光源制御部と、前記光源制御部から出射された光束を前記ミラーに反射させ、第１方向に走査する請求項４または５に記載の光スキャナと、前記光スキャナによって前記第１方向に走査された光束を、前記第１方向と略直交する第２方向に走査するスキャナ部と、前記スキャナ部によって前記第２方向に走査された光束を被投射対象に投射する投射部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の圧電アクチュエータによれば、絶縁性接着部が振動板の貫通孔の周りを囲むように設けられ、導電性接着部が振動板の貫通孔の内部に形成されていることを特徴とする。絶縁性接着部は絶縁性であるため、圧電素子と振動板との接着工程において、絶縁性接着部が、第１の電極の外側にあふれ出し、第１の電極から圧電体を飛び越えて第２の電極に接触してしまったとしても、短絡が起こることはない。また、絶縁性接着部が貫通孔の周りを囲むように設けられているため、圧電素子と振動板との接着工程において、導電性接着部が第１の電極の外側にあふれ出すことはない。また、振動板の貫通孔の内周と第１の電極の面とは導電性接着部を介して接着されている。このため、振動板と第１の電極とが電気的に接続される。その結果、駆動電圧を印加した際に、振動板を通して第１の電極に駆動電圧を印加しつつ、第１の電極と第２の電極との間に発生する短絡を防止することができる。
【００２０】
また、請求項１に記載の圧電アクチュエータによれば、振動板の片側の面と第１の電極の面との間の領域において貫通孔が振動板に設けられている。このため、圧電素子と振動板とが絶縁性接着部により接着されていない箇所がある。ゆえに、同じ値の駆動電圧が印加された際に、貫通孔が振動板に設けられていない場合と比較して、圧電素子は大きく伸縮することができる。これにより、貫通孔が振動板に設けられていない場合と比較して、圧電アクチュエータの駆動効率を向上させることができる。
【００２１】
請求項２に記載の圧電アクチュエータによれば、貫通孔の縁の形状は曲線からなることを特徴とする。これにより、圧電素子は駆動電圧が印加された際に、貫通孔の縁の形状が曲線ではない場合と比較して、貫通孔の縁にかかる応力を分散させることができる。これにより、貫通孔の縁の形状が曲線ではない場合と比較して、応力集中による圧電素子の破壊や接着剤のはがれを抑制することができる。
【００２２】
請求項３に記載の圧電アクチュエータによれば、絶縁性接着部の弾性率は、導電性接着部の弾性率より大きいことを特徴とする。これにより、圧電素子に同じ値の駆動電圧が印加された際に、絶縁性接着部の弾性率が導電性接着部の弾性率以下である場合と比較して、圧電素子の伸縮をさらに多く振動板に伝えることができる。これにより、絶縁性接着部の弾性率が導電性接着部の弾性率以下である場合と比較して、圧電アクチュエータの駆動効率をさらに向上させることができる。
【００２３】
請求項４に記載の光スキャナによれば、ミラー部と１対の梁部と１対の支持梁部と基体部とテーパー部と接続延出部とを備える基板と筺体とを持つことを特徴とする。これにより、圧電素子に電圧を印加することで、基体部に貫通孔が設けられているため、圧電素子を大きく伸縮することができ、基体部を大きく振動することができる。基体部の振動が、１対の支持梁部、１対の梁部を介してミラー部に伝わることで、同じ値の駆動電圧を圧電素子に印加した場合、貫通孔が基体部に設けられていない場合と比較して、ミラーの振れ角を大きくすることができる。即ち、所望のミラー振れ角でミラー部を揺動させるための駆動電圧を小さくすることができる。また、絶縁性接着部は絶縁性であるため、圧電素子と基板との接着工程において、絶縁性接着部が、第１の電極の外側にあふれ出し、第１の電極から圧電体を飛び越えて第２の電極に接触してしまったとしても、短絡が起こることはない。さらに、絶縁性接着部が貫通孔の周りを囲むように設けられているため、圧電素子と基板との接着工程において、導電性接着部が第１の電極の外側にあふれ出すことはない。また、基板の貫通孔の内周と第１の電極の面とは導電性接着部を介して接着されている。このため、基板と第１の電極とが電気的に接続される。その結果、駆動電圧を印加した際に、基板を通して第１の電極に駆動電圧を印加しつつ、第１の電極と第２の電極との間に発生する短絡を防止することができる。その結果、導電性接着部の接触による電極間の短絡を防止しつつ、所望のミラー振れ角で揺動させるための駆動電圧を小さくすることができる。
【００２４】
請求項５に記載の光スキャナによれば、貫通孔が、ミラー部の重心を通り１対の支持梁部が延びる方向と平行な線に対して、対称な形状を有することを特徴とする。これにより、ミラー部を前記平行な線に対し対称に共振揺動させることができる。その結果、ミラー部に入射させた光束を所望の方向へ精度よく走査することができる。
【００２５】
請求項６に記載の光走査装置によれば、光スキャナと駆動制御部とを持つことを特徴とする。これにより、駆動制御部から圧電素子に駆動電圧を印加することで、基体部に貫通孔が設けられているため、圧電素子を大きく伸縮することができ、基体部を大きく振動することができる。基体部の振動が、１対の支持梁部、１対の梁部を介してミラー部に伝わることで、駆動制御部から同じ値の駆動電圧を圧電素子に印加した場合、貫通孔が基体部に設けられていない場合と比較して、ミラーの振れ角を大きくすることができる。即ち、所望のミラー振れ角でミラー部を揺動させるための駆動電圧を小さくすることができる。また、絶縁性接着部は絶縁性であるため、圧電素子と基板との接着工程において、絶縁性接着部が、第１の電極の外側にあふれ出し、第１の電極から圧電体を飛び越えて第２の電極に接触してしまったとしても、短絡が起こることはない。さらに、絶縁性接着部が貫通孔の周りを囲むように設けられているため、圧電素子と基板との接着工程において、導電性接着部が第１の電極の外側にあふれ出すことはない。また、基板の貫通孔の内周と第１の電極の面とは導電性接着部を介して接着されている。このため、基板と第１の電極とが電気的に接続される。その結果、駆動制御部から駆動電圧を印加した際に、基板を通して第１の電極に駆動電圧を印加しつつ、第１の電極と第２の電極との間に発生する短絡を防止することができる。その結果、導電性接着部の接触による電極間の短絡を防止しつつ、所望のミラー振れ角で揺動させるための駆動制御部により生成される駆動電圧を小さくすることができる。これにより、駆動制御部の負荷を低減することができる。
【００２６】
請求項７に記載の光走査型画像表示装置によれば、光源制御部と光スキャナとスキャナ部と投射部とを持つことを特徴とする。これにより、駆動制御部から圧電素子に駆動電圧を印加することで、基体部に貫通孔が設けられているため、圧電素子を大きく伸縮することができ、基体部を大きく振動することができる。基体部の振動が、１対の支持梁部、１対の梁部を介してミラー部に伝わることで、駆動制御部から同じ値の駆動電圧を圧電素子に印加した場合、貫通孔が基体部に設けられていない場合と比較して、ミラーの振れ角を大きくすることができる。即ち、所望のミラー振れ角でミラー部を揺動させるための駆動電圧を小さくすることができる。また、絶縁性接着部は絶縁性であるため、圧電素子と基板との接着工程において、絶縁性接着部が、第１の電極の外側にあふれ出し、第１の電極から圧電体を飛び越えて第２の電極に接触してしまったとしても、短絡が起こることはない。さらに、絶縁性接着部が貫通孔の周りを囲むように設けられているため、圧電素子と基板との接着工程において、導電性接着部が第１の電極の外側にあふれ出すことはない。また、基板の貫通孔の内周と第１の電極の面とは導電性接着部を介して接着されている。このため、基板と第１の電極とが電気的に接続される。その結果、駆動制御部から駆動電圧を印加した際に、基板を通して第１の電極に駆動電圧を印加しつつ、第１の電極と第２の電極との間に発生する短絡を防止することができる。その結果、導電性接着部の接触による電極間の短絡を防止しつつ、所望のミラー振れ角で揺動させるための駆動制御部からの駆動電圧を小さくすることができる。これにより、所望の画像を被投射対象に表示するための電力を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態の光スキャナ２の概観を示す斜視図である。
【図２】光スキャナ２の圧電アクチュエータ３９をＺ軸方向の両面から見た平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】圧電アクチュエータ３９の貫通孔１６ｈ周りを示す断面図である。
【図５】圧電素子４０と基板１０との接着工程を示す説明図である。
【図６】光スキャナ２が用いられる網膜走査ディスプレイ１０１の構成を示すブロック図である。
【図７】基板１０を示す平面図である。
【図８】基体部１６ｂに貫通孔１６ｉが設けられた基板１０ｂを示す平面図である。
【図９】基体部１６ｃに貫通孔１６ｊ、１６ｋが設けられた基板１０ｃを示す平面図である。
【図１０】基体部１６ｄに貫通孔１６ｌ、１６ｍが設けられた基板１０ｄを示す平面図である。
【図１１】導電性接着部５１ａ，絶縁性接着部５２ａが設けられた圧電アクチュエータ３９ａを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータが組み込まれた光スキャナについて図面を参照しつつ説明する。
【００２９】
〔光走査装置概観〕
まず図１を用いて、光走査装置について説明する。光走査装置１は、光スキャナ２と水平走査ドライバ３０とを有する。図１は、本実施形態の光スキャナ２と水平走査ドライバ３０との概観を示す斜視図である。光スキャナ２について説明する。図１に示される光スキャナ２は、基板１０と、筐体２０と、圧電素子４０と、接着部５０と、を備える。本実施形態における光走査装置１、光スキャナ２は、本発明の光走査装置、光スキャナの一例である。
【００３０】
本実施形態における方向を定義する。同一平面上において直交する方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向とする。また、そのＸ軸Ｙ軸がなす平面に直交する方向をＺ軸方向とする。本実施形態におけるＺ軸方向、Ｙ軸方向は、順に本発明の所定の方向、一対の梁部と交差する方向の一例である。
【００３１】
基板１０は、導電性を有す部材であるステンレスにて形成される。基板１０は、厚みが１００μｍの板形状を有す。基板１０は、ミラー部１１と、梁部１２、１３と、支持梁部１４、１５と、基体部１６と、テーパー部１７と、接続延出部１８と、を備える。ミラー部１１は、円板形状を有している。さらに、ミラー１１ｍが、ミラー部１１の両面のうち一方の面に形成されている。梁部１２、１３は、ミラー部１１からそれぞれ揺動軸線１９に沿って延び、ミラー部１１を支持している。支持梁部１４、１５は、梁部１２、１３にそれぞれ接続され、Ｙ軸方向に延びる。基体部１６は、支持梁部１４、１５にそれぞれ接続され、四角い板形状を有する。さらに、基体部１６の片側の面に、接着部５０を介して、圧電素子４０と接着されている。この基体部１６の片側の面を基体部１６の接着面１６ａと称する。さらに、貫通孔１６ｈが、基体部１６のＺ軸方向に対して円形状に設けられている。テーパー部１７は、等脚台形状を有する。テーパー部１７は、基体部１６と接続されている。テーパー部１７は、Ｙ軸方向で基体部１６から離れるにつれ、狭くなっている。接続延出部１８は、Ｙ軸方向に延び、筺体２０と接続されている。ミラー部１１と、梁部１２、１３と、支持梁部１４、１５と、基体部１６と、テーパー部１７と、接続延出部１８と、貫通孔１６ｈとは、ミラー１１ｍの重心を通りＹ軸方向と平行な線ＰＬに対して、対称な形状を有する。本実施形態における接着面１６ａは、本発明の片側の面の一例である。本実施形態における基板１０、ミラー部１１、ミラー１１ｍ、基体部１６、貫通孔１６ｈ、テーパー部１７、接続延出部１８、揺動軸線１９は、順に本発明の基板、ミラー部、ミラー、基体部、貫通孔、テーパー部、接続延出部、揺動軸線の一例である。本実施形態における梁部１２、１３は、本発明の１対の梁部の一例である。本実施形態における支持梁部１４、１５は、本発明の１対の支持梁部の一例である。
【００３２】
筐体２０は、接続延出部１８を支持している。本実施形態における筐体２０は、本発明の筐体の一例である。
【００３３】
次に、同じく図１を用いて水平走査ドライバ３０について説明する。図１に示される水平走査ドライバ３０は、駆動電圧を制御する装置である。そして、水平走査ドライバ３０は、配線３１を経由して基板１０に電気的に接続される。さらに、水平走査ドライバ３０は、配線３２を経由して、圧電素子４０に電気的に接続される。本実施形態における水平走査ドライバ３０は、本発明の駆動制御部の一例である。
【００３４】
〔圧電アクチュエータ概観〕
次に、図２、図３、図４を用いて、光スキャナ２の圧電アクチュエータ３９について説明する。図２は、光スキャナ２の圧電アクチュエータ３９をＺ軸方向の両面から見た平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図４は、圧電アクチュエータ３９の貫通孔１６ｈ周りを示す断面図である。圧電アクチュエータ３９は、圧電素子４０と、接着部５０と、基板１０の基体部１６の一部と、を含む。本実施形態における基体部１６の一部は、本発明の振動板の一例である。本実施形態における圧電アクチュエータ３９は、本発明の圧電アクチュエータの一例である。
【００３５】
圧電素子４０のＸ軸方向の距離を圧電素子４０の横幅Ｐｘ、圧電素子４０のＹ軸方向の距離を圧電素子４０の縦幅Ｐｙ、圧電素子４０のＺ軸方向の距離を圧電素子４０の厚みＰｚと称する。図２（Ａ）に示すように、圧電素子４０は、基体部１６の接着面１６ａに形成される。圧電素子４０は、圧電素子４０の横幅Ｐｘが３ｍｍ、圧電素子４０の縦幅Ｐｙが３ｍｍ、圧電素子４０の厚みＰｚが０．０６ｍｍである四角い板形状を有す。図２（Ｂ）に示すように、導電性接着部５１は、貫通孔１６ｈの内部に設けられている。
【００３６】
さらに、図３に示すように、圧電素子４０は、基体部１６の接着面１６ａに設けられ、貫通孔１６ｈを塞ぐように設けられる。圧電素子４０は、圧電体４１と、１対の電極４２と、を備える。圧電体４１の材料は、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴと称する）を含む。圧電体４１は、板形状を有す。１対の電極４２は、圧電体４１のＺ軸方向と交差する両面に設けられる。１対の電極４２は、導電性を有す材質である金にて形成される。１対の電極４２は、第１の電極４３と第２の電極４４とを有す。第２の電極４４は、配線３２を経由して、水平走査ドライバ３０と接続されている。図４に示すように、第１の電極４３は圧電体４１のＺ軸方向と交差する両面のうち一方の面４１ｂに設けられ、第２の電極４４は圧電体４１のＺ軸方向と交差する両面のうち他方の面４１ａに設けられる。本実施形態における圧電素子４０、圧電体４１、第１の電極４３、第２の電極４４、一方の面４１ｂ、他方の面４１ａは、順に本発明の圧電素子、圧電体、第１の電極、第２の電極、一方の面、他方の面の一例である。
【００３７】
図３に示すように、接着部５０は、熱硬化性を有している。接着部５０は、導電性接着部５１と、絶縁性接着部５２と、を有す。図４に示すように、絶縁性接着部５２は、第１の電極４３のＺ軸方向と交差する両面のうち圧電体４１が設けられる面４３ａとは反対側の面４３ｂと、基体部１６の接着面１６ａと、の間の領域に設けられている。絶縁性接着部５２は、第１の電極４３の面４３ｂと、基体部１６の接着面１６ａと、を接着している。絶縁性接着部５２は、圧電体４１の伸縮を基体部１６に十分伝えることができる程度の弾性率を有する。導電性接着部５１は、貫通孔１６ｈの内部に設けられる。導電性接着部５１は、貫通孔１６ｈの内周と第１の電極４３の面４３ｂとを接着している。また、絶縁性接着部５２の弾性率は、導電性接着部５１の弾性率より大きい。本実施形態における面４３ｂ、接着部５０、導電性接着部５１、絶縁性接着部５２は、順に本発明の第１の電極の面、接着部、導電性接着部、絶縁性接着部の一例である。
【００３８】
接着部５０の距離について図４を用いて説明する。第１の電極４３の面４３ｂと基体部１６の接着面１６ａとの間における絶縁性接着部５２のＺ軸方向の距離（以下、絶縁性接着部の厚みＢｉｚと称する。）は１０μｍである。
【００３９】
また、圧電素子４０の距離について図４を用いて説明する。第１の電極４３のＺ軸方向の距離（以下、第１の電極４３の厚みＰｅ１ｚと称する）は１μｍ、圧電体４１のＺ軸方向の距離（以下、圧電体４１の厚みＰｂｚと称する）は６０μｍ、第２の電極４４のＺ軸方向の距離（以下、第２の電極４４の厚みＰｅ２ｚと称する）は１μｍであった。さらに、第１の電極４３の厚みＰｅ１ｚと圧電体４１の厚みＰｂｚと第２の電極４４の厚みＰｅ２ｚとを足した距離（以下、圧電素子４０の厚みＰｚと称する。）は、６２μｍであった。また、貫通孔１６ｈの直径ＨＤは、２．０ｍｍであった。
【００４０】
〔光スキャナの製造方法〕
次に、作業者が光スキャナ２を製造する方法について図５を用いて説明する。
【００４１】
まず、図５（Ａ）に示すように、作業者は基板１０の元となる基材９を用意する。
【００４２】
次に、図５（Ｂ）に示すように、作業者は、エッチング処理により、基板１０を形成する。具体的には、作業者は、基材９の一方の面にレジストを塗布する。そして、作業者はミラー部１１、梁部１２，１３、支持梁部１４，１５、貫通孔１６ｈが設けられる部分以外の基体部１６、テーパー部１７、接続延出部１８にマスクを施した上で露光現像処理を行う。そして、作業者は、レジストを剥離する。これにより、作業者はミラー部１１、梁部１２，１３、支持梁部１４，１５、貫通孔１６ｈが設けられる部分以外の基体部１６、テーパー部１７、接続延出部１８を備えた基板１０を一体形成することができる。
【００４３】
次に、図５（Ｃ）に示すように、作業者は、ディスペンサにより、絶縁性接着部５２を基体部１６の接着面１６ａ上の貫通孔１６ｈの周りを囲むように塗布する。
【００４４】
圧電素子４０を用意する。そして、図５（Ｄ）に示すように、作業者は、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ製ＦＬＩＰ ＣＨＩＰ ＢＯＮＤＥＲ ＦＢ３０Ｔ−Ｍを用いて、圧電素子４０を基体部１６に実装する。具体的には、作業者は、Ｚ軸方向で基体部１６の接着面１６ａと第１の電極４３の面４３ｂとが近づく向きに、絶縁性接着部５２と第１の電極４３とが接触するまで、第１の電極４３を基体部１６の接着面１６ａに近づける。さらに、作業者は、Ｚ軸方向で基体部１６の接着面１６ａと第１の電極４３とが近づく向きに、圧電素子４０の第２の電極４４側から例えば２ｋｇｆの圧力を１２０ｓｅｃかける。これにより、圧電素子４０と絶縁性接着部５２とが密着する。
【００４５】
さらに、図５（Ｅ）に示すように、作業者は、ディスペンサにより、接着面１６ａとは反対側の面から貫通孔１６ｈの内部に導電性接着部５１を充填する。
【００４６】
さらに、作業者は、基板１０をオーブンに投入し、例えば１５０℃の状態で計３０分間保持する。これにより、導電性接着部５１及び絶縁性接着部５２が硬化される。そして、作業者は、ワイヤーボンディング装置により、第２の電極４４と水平走査ドライバ３０との間に配線３２を接続する。さらに、ワイヤーボンディング装置により、作業者は、基体部１６と水平走査ドライバ３０との間に配線３１を接続する。さらに、作業者は、基板１０と筐体２０とを接続する。このようにして、作業者は、光スキャナ２を製造する。
【００４７】
〔光スキャナの動作〕
光スキャナ２の動作について説明する。水平走査ドライバ３０内にて駆動電圧が生成される。第２の電極４４側では、駆動電圧が、水平走査ドライバ３０から配線３２を経由して第２の電極４４へ印加される。基体部１６側では、駆動電圧が、水平走査ドライバ３０から配線３１を経由して基体部１６に印加される。基体部１６と第１の電極４３とは、導電性接着部５１を介して電気的に接続されている。ゆえに、駆動電圧が、基体部１６から導電性接着部５１を経由して圧電素子４０の第１の電極４３へ印加される。駆動電圧が圧電素子４０の第１の電極４３と第２の電極４４とに印加されると、逆圧電効果が第１の電極４３と第２の電極４４とに挟まれた圧電体４１内に生じる。圧電素子４０と基体部１６とは絶縁性接着部５２で接着されている。このため、圧電素子４０の伸縮が、絶縁性接着部５２を経由して、基体部１６に伝えられ、基体部１６がたわむ。このたわみが基体部１６から支持梁部１４、１５、梁部１２、１３を介してミラー部１１へと伝わり、結果的にミラー部１１が梁部１２、１３の長手方向を揺動軸線１９として共振揺動される。ミラー１１ｍが揺動された状態で光束がミラー１１ｍに入射される。すると、光束がミラー１１ｍに反射され、結果的に１方向に走査される。このように、光スキャナ２に水平走査ドライバ３０から駆動電圧を印加することで、所望の方向に光束を走査することができる。
【００４８】
〔光スキャナの使用例〕
本実施形態に係る光スキャナ２は、網膜走査ディスプレイ等に用いられる。図６は、光スキャナ２が用いられた網膜走査ディスプレイ１０１の構成を示す図である。
【００４９】
図６に示すように、網膜走査ディスプレイ１０１は、光源制御部１０２を備える。光源制御部１０２は、映像信号供給回路１０３を備える。映像信号２０１、水平同期信号２０２、及び、垂直同期信号２０３は、映像信号供給回路１０３から出力される。本実施形態における網膜走査ディスプレイ１０１、光源制御部１０２は、順に本発明の光走査型画像表示装置、光源制御部の一例である。
【００５０】
光源制御部１０２は、光源としてのＲレーザ１１３，Ｇレーザ１１２，Ｂレーザ１１１と、その各光源を駆動するためのＲレーザドライバ１１０，Ｇレーザドライバ１０９，Ｂレーザドライバ１０８と、各光源より出射された光束をそれぞれ平行光化するように設けられたコリメート光学系１１４と、それぞれ平行光化された光束を合波するダイクロイックミラー１１５と、合波された光束を光ファイバ１１７に導くファイバ結合光学系１１６とを備える。
【００５１】
また、網膜走査ディスプレイ１０１は、光束を光源制御部１０２から伝搬する光ファイバ１１７と、光ファイバから出射された光束を受けるコリメート光学系１１８と、コリメート光学系１１８によって平行光化された光束を水平方向に走査する水平走査系１１９と、水平走査系１１９によって走査された光束を垂直走査系１２１に導く第１リレー光学系１２０と、水平走査系１１９によって走査され第１リレー光学系１２０を介して入射された光束を垂直方向に走査する垂直走査系１２１と、垂直走査系１２１に走査された光束を観察者の瞳孔１２４に導く第２リレー光学系１２２と、を有している。
【００５２】
水平走査系１１９は、表示すべき画像の１フレームごとに、光束を水平方向に走査する光学系である。また、水平走査系１１９は、水平走査を行う光スキャナ２と、その光スキャナ２に設けられ、入射された光束を反射するミラー１１ｍ、その光スキャナ２の駆動制御を行う水平走査ドライバ３０とを備えている。本実施形態における水平方向は、本発明の第１方向の一例である。
【００５３】
これに対し、垂直走査系１２１は、水平走査系１１９にて水平走査された光束を垂直方向に走査する光学系である。また、垂直走査系１２１は、光束を垂直方向に走査するスキャナ部１２１ａと、そのスキャナ部１２１ａに設けられ、入射された光束を反射する垂直走査ミラー１２１ｂ、そのスキャナ部１２１ａの駆動制御を行う垂直走査ドライバ１２１ｃとを備えている。本実施形態における垂直方向は、本発明の第２方向の一例である。本実施形態におけるスキャナ部１２１ａは、本発明のスキャナ部の一例である。
【００５４】
第１リレー光学系１２０は、凸レンズ１４１、１４２を有している。第２リレー光学系１２２は、凸レンズ１５１、１５２を有している。第１リレー光学系１２０は、水平走査系１１９の光スキャナ２と、垂直走査系１２１のスキャナ部１２１ａとが共役となるように、また、第２リレー光学系１２２は、スキャナ部１２１ａと、観察者の瞳孔１２４とが共役となるように、各々設けられている。本実施形態における第２リレー光学系１２２は、本発明の投射部の一例である。
【００５５】
よって、水平走査系１１９と垂直走査系１２１とは互いに直交する方向に走査を行うようになっている。
【００５６】
また、水平走査系１１９，垂直走査系１２１は、各々映像信号供給回路１０３に接続され、映像信号供給回路１０３より出力される水平同期信号２０２，垂直同期信号２０３にそれぞれ同期して光束を走査するように設けられている。
【００５７】
次に、本発明の一実施形態の網膜走査ディスプレイ１０１が、映像信号供給回路１０３が外部からの映像信号を受けてから、観察者の網膜上に映像を投影するまでの過程について図６を用いて説明する。
【００５８】
図６に示すように、光源制御部１０２に設けられた映像信号供給回路１０３が外部からの映像信号の供給を受ける。すると、映像信号供給回路１０３は、赤，緑，青の各色の光束出力を制御するためのＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号からなる映像信号２０１と、水平同期信号２０２と、垂直同期信号２０３とを出力する。Ｒレーザドライバ１１０，Ｇレーザドライバ１０９，Ｂレーザドライバ１０８は、映像信号供給回路１０３から各々入力されたＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号に基づいてＲレーザ１１３，Ｇレーザ１１２，Ｂレーザ１１１に対してそれぞれ駆動信号を出力する。この駆動信号に基づいて、Ｒレーザ１１３，Ｇレーザ１１２，Ｂレーザ１１１はそれぞれ強度変調された光束を生成する。Ｒレーザ１１３，Ｇレーザ１１２，Ｂレーザ１１１によって生成された各々の光束は、コリメート光学系１１４に各々出力される。出力された光束は、コリメート光学系１１４によってそれぞれ平行光化される。コリメート光学系１１４によって平行光化された光束は、ダイクロイックミラー１１５に入射され１つの光束となるよう合波される。ダイクロイックミラー１１５によって合波された光束は、ファイバ結合光学系１１６によって光ファイバ１１７に入射されるよう導かれる。
【００５９】
光ファイバ１１７によって伝搬された光束は、光ファイバ１１７からコリメート光学系１１８によって平行光化され水平走査系１１９に出射される。水平走査系１１９に出射された光束は、水平走査系１１９の光スキャナ２のミラー１１ｍに入射される。光スキャナ２のミラー１１ｍに入射された光束は水平同期信号２０２に同期して水平方向に走査される。水平方向に走査された光束は、第１リレー光学系１２０を介し、垂直走査系１２１のスキャナ部１２１ａの垂直走査ミラー１２１ｂに入射される。スキャナ部１２１ａに入射された光束は、垂直同期信号２０３に同期して、スキャナ部１２１ａによって垂直方向に走査される。水平走査系１１９及び垂直走査系１２１によって水平方向及び垂直方向に２次元走査された光束は、第２リレー光学系１２２により観察者の瞳孔１２４へ入射され、網膜上に投影される。このようにして、観察者は２次元走査されて網膜上に投影された光束による画像を認識することができる。本実施形態における瞳孔１２４は、本発明の被投射対象の一例である。
【００６０】
網膜走査ディスプレイ１０１は、観察者の頭部に搭載する頭部搭載型画像表示装置である。ゆえに、例えばめがね形状、ゴーグル形状、ヘルメット形状等の図示しない筐体に搭載され、観察者の頭部に装着した状態で使用する。
【００６１】
〔本実施形態の効果〕
図５（Ｄ）に示すように、絶縁性接着部５２を基体部１６の接着面１６ａ上の貫通孔１６ｈの周りを囲むように設けた状態で、図５（Ｅ）に示すように、導電性接着部５１を基体部１６の接着面１６ａとは反対側の面から貫通孔１６ｈの内部に充填する。ゆえに、圧電素子４０を基板１０に実装する際に、仮に絶縁性接着部５２が第１の電極４３の外側にあふれだし、第１の電極４３から圧電体４１を飛び越えて第２の電極４４に接触してしまったとしても、絶縁性接着部５２は絶縁性であるため、駆動電圧が水平走査ドライバ３０から圧電素子４０に印加された際に、短絡が起こることはない。また、仮に導電性接着部５１を貫通孔１６ｈの内部に多く充填してしまったとしても、絶縁性接着部５２が基体部１６の接着面１６ａ上の貫通孔１６ｈの周りを囲むように設けられているため、導電性接着部５１が第１の電極４３の外側にあふれだすことはない。ゆえに、駆動電圧が圧電素子４０に印加された際に、導電性接着部５１によって第１の電極４３と第２の電極４４との間に短絡が起こることはない。従って、短絡により光スキャナ２が動作しなくなる恐れがなくなる。よって、導電性接着部の接触による電極間の短絡が起こらない圧電アクチュエータを提供することができる。本実施形態における光スキャナ及び光走査装置及び光走査型画像表示装置はこの圧電アクチュエータ３９を用いているため、同様の効果が得られる。即ち、導電性接着部の接触による電極間の短絡が起こらない光スキャナ、光走査装置、光走査型画像表示装置を提供することができる。
【００６２】
圧電体４１の伸縮による基体部１６への応力の伝達について説明する。圧電素子４０の第１の電極４３と第２の電極４４とに電圧が印加されると、圧電素子４０は伸縮する。このとき、貫通孔１６ｈが基体部１６に設けられていない場合、第１の電極４３の面４３ｂと接着面１６ａとが全面に渡って接触される。このため、圧電素子４０の伸縮を制限する可能性がある。しかしながら、本実施形態の光スキャナ２においては、貫通孔１６ｈが基体部１６に設けられている。このため、圧電素子４０が伸縮した際に、貫通孔１６ｈが設けられている箇所においては第１の電極４３の面４３ｂと接着面１６ａとが接触しておらず、圧電素子４０が自由に伸縮することができる。即ち、第１の電極４３の面４３ｂと接着面１６ａとの間の領域に貫通孔１６ｈを設けることで、圧電素子４０の伸縮量を大きくすることができる。これにより、相対的に圧電素子４０から基体部１６へ伝わる応力が大きくなり、基体部１６が大きくたわむ。従って、圧電アクチュエータ３９の駆動効率を、貫通孔１６ｈが設けられていない場合と比較して、高くすることができる。
【００６３】
さらに、基体部１６ｈが大きくたわむことにより、その変形力が支持梁部１４，１５、梁部１２、１３を介してミラー部１１に伝わる。これにより、ミラー部１１が一層大きく揺動される。即ち、貫通孔１６ｈが基体部１６に設けられていない場合と比較して、ミラー１１の振れ角を大きくすることができる。言い換えると、貫通孔１６ｈが基体部１６に設けられていない場合と比較して、光スキャナ２を所望のミラー振れ角で揺動させるための駆動電圧を小さくすることができる。
【００６４】
【表１】
【００６５】
また、貫通孔１６ｈの有無による光スキャナ２の駆動効率の差異を明確化するため、シミュレーションを行った。表１は、貫通孔１６ｈの直径と所望の変位（ミラー振れ角２５°）で共振揺動させるために必要な駆動電圧との関係を表す表である。圧電素子４０の横幅Ｐｘを３ｍｍ、圧電素子４０の縦幅Ｐｙを３ｍｍ、圧電素子４０の厚みＰｚを６０μｍ、圧電素子４０の中心に設けられた丸い貫通孔１６ｈの直径ＨＤを０ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍと変化させ、シミュレーションソフトはＩｎｔｅｌｌｉＳｕｉｔｅを用いて、シミュレーションを行った。表１を見てみると、貫通孔１６ｈの直径ＨＤが１．０ｍｍ、２．０ｍｍの場合は、貫通孔１６ｈが設けられていない（直径０ｍｍ）場合と比較して、駆動電圧が小さい。また、貫通孔１６ｈの直径ＨＤが０〜２．０ｍｍの間においては、貫通孔１６ｈの直径ＨＤが大きくなると、駆動電圧が小さくなっている。即ち、貫通孔１６ｈが設けられている方が、貫通孔１６ｈが設けられていない場合と比較して、光スキャナ２の駆動効率が高くなっていると考えられる。このように、上記シミュレーション結果からも、貫通孔１６ｈを設けることで、駆動効率が高くなることは明らかである。
【００６６】
また、光スキャナ２は、網膜走査ディスプレイ１０１等の光走査型画像表示装置に用いられる。これにより、圧電素子４０に駆動電圧を印加することで、貫通孔１６ｈが設けられている箇所においては第１の電極４３の面４３ｂと接着面１６ａとが接触していないため、圧電素子４０が自由に伸縮することができ、結果として基体部１６が大きく振動する。基体部１６の振動が、支持梁部１４，１５、梁部１２、１３を介してミラー部１１に伝わる。このため、貫通孔１６ｈが基体部１６に設けられていない場合と比較して、ミラー１１の振れ角を大きくすることができる。これにより、網膜走査ディスプレイ１０１を用いて所望の画像を表示するために光スキャナ２のミラー１１ｍを揺動させる際に、所望のミラー振れ角でミラー１１ｍを揺動させるための駆動電圧を小さくすることができる。これにより網膜に画像を表示するために必要な電力を低減させることができる。
【００６７】
貫通孔１６ｈの縁の形状について説明する。貫通孔１６ｈの形状が四角い場合、即ち貫通孔１６ｈの縁に角がある場合、圧電素子４０の伸縮による応力が基体部１６の貫通孔１６ｈの角に集中する。応力が貫通孔１６ｈの角に集中すると、応力集中部において圧電素子４０が破壊されたり、接着部５０が圧電素子４０からはがれたりする可能性がある。しかしながら、本実施形態の光スキャナ２においては、図７に示すように、貫通孔１６ｈの縁の形状は丸い、即ち貫通孔１６ｈの縁は曲線からなる。ゆえに、応力が基体部１６の一箇所に集中することはなく、貫通孔１６ｈの縁に角がある場合と比較して、圧電素子の破壊や接着部のはがれが起きにくい圧電アクチュエータを提供することができる。
【００６８】
貫通孔１６ｈの形成位置について説明する。貫通孔１６ｈがミラー部１１の重心ＭＧを通り支持梁部１４，１５が延びる方向と平行な線ＰＬに対して非対称な形状である場合、圧電素子４０の伸縮により、応力が基体部１６からミラー部１１に伝わる過程において、梁部１２からミラー部１１に伝わる応力と梁部１３からミラー部１１に伝わる応力とが均等にならない。このため、ミラー部１１の揺動軸線方向と梁部１２，１３の延びる方向とが一致せず、ミラー１１ｍに入射された光束を所望の方向に走査できない可能性がある。しかしながら、本実施形態の光スキャナ２は、図７に示すように、貫通孔１６ｈがミラー１１ｍの重心ＭＧを通り支持梁部１４，１５が延びる方向と平行な線ＰＬに対して対称な形状である。ゆえに、線ＰＬに対して、ミラー部１１、梁部１２、１３、支持梁部１４，１５、基体部１６、テーパー部１７、接続延出部１８、圧電素子４０の形状が対称な形状である場合、梁部１２からミラー部１１に伝わる応力と梁部１３からミラー部１１に伝わる応力が均等に伝わる。このため、ミラー部１１の揺動軸線方向と梁部１２，１３の延びる方向とが一致し、ミラー１１ｍに入射された光束を所望の方向に走査することができる。
【００６９】
接着部５０の弾性率について説明する。絶縁性接着部５２は、圧電体４１の伸縮を基体部１６に伝える。一方、導電性接着部５１は、圧電体４１の伸縮を基体部１６に伝える役割はなく、第１の電極４３と基体部１６とを電気的に接続することさえできればよい。ゆえに、絶縁性接着部５２の弾性率が導電性接着部５１の弾性率より小さいと、圧電体４１の伸縮が基体部１６に十分伝わらない恐れがある。ゆえに、基体部１６に貫通孔１６ｈを設けたとしても、圧電アクチュエータ３９の駆動効率が高くならない可能性がある。しかしながら、絶縁性接着部５２の弾性率は、導電性接着部５１の弾性率より大きい。ゆえに、絶縁性接着部５２の弾性率が導電性接着部５１の弾性率以下である場合と比較して、圧電体４１の伸縮を絶縁性接着部５２を介して基体部１６に伝えることができる。従って、絶縁性接着部５２の弾性率が導電性接着部５１の弾性率以下である場合と比較して、圧電アクチュエータの駆動効率が高くすることができる。
【００７０】
接着部５０の材料について説明する。圧電素子４０と基板１０との接着工程においては、圧電素子４０と基板１０との接着を早く行い、一定時間に光スキャナ２を生産する数（以下、光スキャナ２の生産効率と称する。）を向上させることが求められる。一方、接着部５０は、熱硬化性を有している。このため、作業者が、圧電素子４０と基板１０とを接着した直後の接着部５０に熱を十分加えることで素早く硬化させることができる。接着部５０を素早く硬化させることができるので、光スキャナ２の生産効率を向上させることができる。
【００７１】
〔変形例〕
なお、以上のように、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００７２】
本実施形態においては、圧電素子４０の大きさ、基板１０の厚み等を具体的数値を用いて説明したが、この具体的数値はその一例を示すものであり、これに限定されないことは言うまでもない。
【００７３】
本実施形態においては、圧電素子４０と基板１０との接着を行うために、作業者は、ディスペンサを用いて接着部を塗布し、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ製ＦＬＩＰ ＣＨＩＰ ＢＯＮＤＥＲ ＦＢ３０Ｔ−Ｍを用いて実装し、オーブンを用いて接着部を硬化させ、ワイヤーボンディング装置を用いて配線を接続した。しかしながら、これに限らず、圧電素子４０と基板１０とを高精度に接着することができる装置であるならば、何でもよい。また、装置を用いずとも、人間が手動で、基板１０に接着部５０を塗布し、圧電素子４０を基板１０に実装し、配線を接続してもよい。しかし、圧電素子４０と基板１０との接着は、比較的高い精度が求められる。このため、人間が手動で接着を行う方法は好適ではない。
【００７４】
本実施形態においては、接着部５０は、熱硬化性を有している。しかしながら、これに限らず、接着部５０は、熱硬化性を有していなくてもよい。しかし、光スキャナ２の生産効率を考慮すると、接着部５０は、熱硬化性を有していることが望ましい。
【００７５】
本実施形態においては、絶縁性接着部５２の厚みＢｉｚは１０μｍであった。しかしながら、これに限らず、圧電体４１の伸縮を基体部１６に十分伝えることができる程度の厚みであれば、絶縁性接着部５２の厚みＢｉｚが１０μｍより薄くても厚くてもよい。
【００７６】
本実施形態においては、圧電体４１は、ＰＺＴを含む。しかしながら、ＰＺＴに限らず、圧電体４１が、水晶、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム、窒化アルミニウム等の種種の圧電材料のうち１種類を含んでいるならば、何でもよい。
【００７７】
本実施形態においては、基板１０はステンレスにて形成される。しかしながら、ステンレスに限らず、基板１０は、チタン、鉄等であってもよい。導電性を有す部材から形成され、かつ圧電体１１の伸縮により十分可動可能な弾性率を有しているのであれば、何でもよい。
【００７８】
本実施形態においては、１対の電極４２は金にて形成される。しかしながら、金に限らず、白金であってもよい。１対の電極４２は、導電性を有す部材から形成され、かつ圧電体１１の伸縮により十分変形可能な弾性率を有しているのであれば、何でもよい。
【００７９】
本実施形態においては、圧電素子４０は１対の電極４２を有すいわゆるバイモルフ型の圧電素子を用いた。しかしながら、バイモルフ型に限らず、積層型の圧電素子を用いてもよい。
【００８０】
本実施形態においては、圧電素子４０はいずれも四角い板形状を有し、ミラー部１１は円板形状を有している。しかしながら、円、四角に限らず、多角形、楕円形等であっても、かつ板形状を有しているならば、何でもよい。
【００８１】
本実施形態においては、貫通孔１６ｈは、円形状を有している。しかしながら、円に限らず、多角形、楕円形等であっても圧電素子４０の第１の電極４３の面４３ｂより小さい形であればよい。
【００８２】
本実施形態においては、基体部１６に設けられる貫通孔１６ｈは第１の電極４３の面４３ｂと接着面１６ａとの間の領域の内側に収まるように設けられた。しかしながら、図８の基板１０ｂに示すように、四角い貫通孔１６ｉが基体部１６ｂの前記領域からＹ軸方向にはみ出して設けられていてもよい。また、Ｙ軸方向ではなく、Ｘ軸方向にはみ出して設けてもよい。少なくとも貫通孔の一部が、接着面１６ａと第１の電極４３の面４３ｂとの間の領域に設けられており、圧電素子４０の対向する両辺が絶縁性接着部５２によって接着されているならば、何でもよい。なお好適には、線ＰＬに対して、貫通孔１６ｉが対称形状であることが好ましい。
【００８３】
本実施形態においては、基体部１６に設けられる貫通孔１６ｈは１つであった。しかしながら、図９の基板１０ｃに示すように、楕円形状を有する２つの貫通孔１６ｊ、１６ｋが線ＰＬを挟んで１つずつ基体部１６ｃの前記領域の内側に収まるように設けられていてもよい。また、図１０の基板１０ｄに示すように、基体部１６ｄの前記領域の内側に収まるように、線ＰＬを跨いで２つの貫通孔１６ｌ、１６ｍを設けてもよい。さらに、貫通孔は２つに限らず３つ以上であっても構わない。なお好適には、線ＰＬに対して、貫通孔が対称形状に配置されていることが好ましい。
【００８４】
本実施形態においては、基体部１６の接着面１６ａに設けられる絶縁性接着部５２が第１の電極４３の面４３ｂと接着面１６ａとの間の領域に収まるように設けられた。しかしながら、図１１（Ａ）の圧電アクチュエータ３９ａに示すように、絶縁性接着部５２ａを前記領域の外側にはみ出して設けてもよい。絶縁性接着部が貫通孔１６ｈが設けられている部分を除く前記領域全面に設けられているならば、何でもよい。また、本実施形態においては、導電性接着部５１が貫通孔１６ｈの内部の一箇所に設けられていた。しかしながら、これに限らず、図１１（Ｂ）の圧電アクチュエータ３９ａに示すように、導電性接着部５１ａを貫通孔１６ｈの内部全体を埋めるように設けてもよい。導電性接着部５１が、第１の電極４３の面４３ｂと貫通孔１６ｈの内周とを接着しているならば、何でもよい。
【００８５】
上述した実施形態においては、光束は先に水平走査系１１９によって水平方向に走査され、その後に、垂直走査系１２１によって垂直方向に走査される構成であった。しかしながら、これに限らず、光束を先に垂直走査系１２１によって垂直方向に走査し、その後に、水平走査系１１９によって水平方向に走査する構成であってもよい。
【００８６】
また、図６においては光スキャナ２を網膜走査ディスプレイ１０１に適用した例を説明した。しかしながら、これに限らず、第２リレー光学系１２２を投射レンズ系に変更し、瞳孔１２４に変えて投影スクリーンあるいは建物の壁等とすれば、レーザプロジェクタとして使用することができる。本実施形態におけるレーザプロジェクタは、本発明の光走査型画像表示装置の一例である。本実施形態における投影スクリーン、建物の壁は、本発明の被投射対象の一例である。
【００８７】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８８】
１ 光走査装置
２ 光スキャナ
９ 基材
１０ 基板
１１ ミラー部
１１ｍ ミラー
１２、１３ 梁部
１４、１５ 支持梁部
１６ 基体部
１６ａ 接着面
１６ｈ 貫通孔
１７ テーパー部
１８ 接続延出部
１９ 揺動軸線
２０ 筐体
３０ 水平走査ドライバ
３１、３２ 配線
３９ 圧電アクチュエータ
４０ 圧電素子
４１ 圧電体
４２ １対の電極
４３ 第１の電極
４４ 第２の電極
５０ 接着部
５１ 導電性接着部
５２ 絶縁性接着部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ、その圧電アクチュエータを用いた光スキャナ、に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータとは、圧電素子を用いた可動装置のことである。圧電素子とは、圧電体が電圧の印加により変形する現象（以下、逆圧電効果と称する）を利用した受動素子である。
【０００３】
圧電アクチュエータは、光スキャナ、圧電スピーカ等に用いられ、プリンタ、プロジェクタ、スピーカ等に用いられている。圧電アクチュエータの例として、ここでは光スキャナを取り上げる。
【０００４】
例えば、導電性の基板を通して圧電体に電圧を印加することができる光スキャナが、特許文献１に開示されている。
【０００５】
また例えば、圧電層を挟んで両側に電極を有するバルクの圧電素子が接着部を介して基板に接着された光スキャナが、特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２９３１１６号公報（段落〔００１４〕、〔００１８〕、図２）
【特許文献２】特開２００７−２７１７８８号公報（段落〔０００３〕〜〔０００７〕、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そして、特許文献１に開示されている導電性の基板と、特許文献２に開示されているバルクの圧電素子と、が導電性接着部を介して接着されていた場合を考える。
【０００８】
圧電素子と基板との接着工程において、圧電素子と基板とを導電性接着部を介して密着させるために、作業者は圧電素子に圧力をかける。このとき、導電性接着部の量が多すぎる、もしくは圧電素子にかける圧力が大きすぎる等の理由により、圧電素子と基板とに挟まれた導電性接着部は、一方の電極の外側にあふれ出し、一方の電極から圧電体を飛び越えて他方の電極に接触してしまう可能性がある。電極同士が導電性接着部を通して接触してしまうと、駆動電圧が電源から電極に印加された際に、電極間に短絡が起こってしまう。圧電アクチュエータの電極間に短絡が起こってしまうと、圧電アクチュエータが動作しなくなる恐れがある。これを踏まえ、電極間の短絡を防止する方法を考える。
【０００９】
例えば基板に塗布する導電性接着部の量を少なくする方法が考えられる。導電性接着部の量を少なくすると、圧電素子に圧力をかけた際にも、導電性接着部が第１の電極の外側に出にくい。このため、導電性接着部が第１の電極から第２の電極に接触しにくくなる。これにより、駆動電圧が印加された際に、第１の電極と第２の電極との間の短絡が起こりにくくなる。このように、基板に塗布する導電性接着部の量を十分少なくすることで、第１の電極と第２の電極との間の短絡を防止することができる。
【００１０】
しかしながら、基板に塗布する導電性接着部の量を少なくすると、導電性接着部を通した基板と圧電素子との接触面積が小さくなる。このため、駆動電圧を印加したことによる圧電素子の変形が導電性接着部を通して、基板に伝わりにくくなる。その結果、所望の基板の変位量を得るために必要な駆動電圧（以下、駆動効率と称する）が大きくなるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、短絡を防止しつつ、駆動効率を向上することができる圧電アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の圧電アクチュエータは、所定の方向に厚みを有す板状の圧電体と、前記圧電体の前記所定の方向と交差する両面のうち、一方の面に設けられた第１の電極と、前記圧電体の前記所定の方向と交差する両面のうち、他方の面に設けられた第２の電極と、を含む圧電素子と、前記圧電素子の伸縮により曲げ変形可能であり、少なくとも１つの貫通孔が設けられた導電性の振動板と、前記振動板と前記第１の電極とを接着する接着部と、を備え、前記貫通孔の少なくとも一部は、前記振動板の両面のうち、前記第１の電極の面に対向する片側の面において貫通され、その片側の面と前記第１の電極の面との間の領域に設けられ、前記接着部は、前記貫通孔の周りを囲むように設けられ、前記片側の面と前記第１の電極の面とを接着する絶縁性接着部と、前記貫通孔の内部に設けられ、前記第１の電極の面と前記貫通孔の内周とを接着する導電性接着部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の圧電アクチュエータは、請求項１に係る圧電アクチュエータにおいて、前記貫通孔の縁の形状が曲線からなることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の圧電アクチュエータは、請求項１または２に係る圧電アクチュエータにおいて、前記絶縁性接着部の弾性率は、前記導電性接着部の弾性率より大きいことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の光スキャナは、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備える光スキャナであって、入射した光束を反射するミラーを有す板状のミラー部と、前記ミラー部の揺動軸線に沿って延び、前記ミラー部の両端を支持する１対の梁部と、前記１対の梁部に連結され、前記ミラー部と同一平面上において前記１対の梁部と交差する方向に延びる１対の支持梁部と、前記１対の支持梁部を支持し、前記振動板を含み、四角い板形状を有する基体部と、前記基体部の両側部のうち、前記１対の支持梁部が設けられる側部とは反対側の側部に設けられ、前記１対の梁部と交差する方向に前記基体部の反対側の側部から離れるにつれ、狭くなるように形成されているテーパー部と、前記テーパー部に接続され、前記１対の支持梁部が延びる方向と同方向に延びる接続延出部と、を備える基板と、前記接続延出部を支持する筐体と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の光スキャナは、請求項４に係る光スキャナにおいて、前記貫通孔が、前記ミラー部の重心を通り前記１対の梁部と交差する方向と平行な線に対して、対称な形状を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の光走査装置は、請求項５に記載の光スキャナと、前記圧電素子に駆動電圧を印加する駆動制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の光走査型画像表示装置は、画像信号に応じた光束を出射する光源制御部と、前記光源制御部から出射された光束を前記ミラーに反射させ、第１方向に走査する請求項４または５に記載の光スキャナと、前記光スキャナによって前記第１方向に走査された光束を、前記第１方向と略直交する第２方向に走査するスキャナ部と、前記スキャナ部によって前記第２方向に走査された光束を被投射対象に投射する投射部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の圧電アクチュエータによれば、絶縁性接着部が振動板の貫通孔の周りを囲むように設けられ、導電性接着部が振動板の貫通孔の内部に形成されていることを特徴とする。絶縁性接着部は絶縁性であるため、圧電素子と振動板との接着工程において、絶縁性接着部が、第１の電極の外側にあふれ出し、第１の電極から圧電体を飛び越えて第２の電極に接触してしまったとしても、短絡が起こることはない。また、絶縁性接着部が貫通孔の周りを囲むように設けられているため、圧電素子と振動板との接着工程において、導電性接着部が第１の電極の外側にあふれ出すことはない。また、振動板の貫通孔の内周と第１の電極の面とは導電性接着部を介して接着されている。このため、振動板と第１の電極とが電気的に接続される。その結果、駆動電圧を印加した際に、振動板を通して第１の電極に駆動電圧を印加しつつ、第１の電極と第２の電極との間に発生する短絡を防止することができる。
【００２０】
また、請求項１に記載の圧電アクチュエータによれば、振動板の片側の面と第１の電極の面との間の領域において貫通孔が振動板に設けられている。このため、圧電素子と振動板とが絶縁性接着部により接着されていない箇所がある。ゆえに、同じ値の駆動電圧が印加された際に、貫通孔が振動板に設けられていない場合と比較して、圧電素子は大きく伸縮することができる。これにより、貫通孔が振動板に設けられていない場合と比較して、圧電アクチュエータの駆動効率を向上させることができる。
【００２１】
請求項２に記載の圧電アクチュエータによれば、貫通孔の縁の形状は曲線からなることを特徴とする。これにより、圧電素子は駆動電圧が印加された際に、貫通孔の縁の形状が曲線ではない場合と比較して、貫通孔の縁にかかる応力を分散させることができる。これにより、貫通孔の縁の形状が曲線ではない場合と比較して、応力集中による圧電素子の破壊や接着剤のはがれを抑制することができる。
【００２２】
請求項３に記載の圧電アクチュエータによれば、絶縁性接着部の弾性率は、導電性接着部の弾性率より大きいことを特徴とする。これにより、圧電素子に同じ値の駆動電圧が印加された際に、絶縁性接着部の弾性率が導電性接着部の弾性率以下である場合と比較して、圧電素子の伸縮をさらに多く振動板に伝えることができる。これにより、絶縁性接着部の弾性率が導電性接着部の弾性率以下である場合と比較して、圧電アクチュエータの駆動効率をさらに向上させることができる。
【００２３】
請求項４に記載の光スキャナによれば、ミラー部と１対の梁部と１対の支持梁部と基体部とテーパー部と接続延出部とを備える基板と筺体とを持つことを特徴とする。これにより、圧電素子に電圧を印加することで、基体部に貫通孔が設けられているため、圧電素子を大きく伸縮することができ、基体部を大きく振動することができる。基体部の振動が、１対の支持梁部、１対の梁部を介してミラー部に伝わることで、同じ値の駆動電圧を圧電素子に印加した場合、貫通孔が基体部に設けられていない場合と比較して、ミラーの振れ角を大きくすることができる。即ち、所望のミラー振れ角でミラー部を揺動させるための駆動電圧を小さくすることができる。また、絶縁性接着部は絶縁性であるため、圧電素子と基板との接着工程において、絶縁性接着部が、第１の電極の外側にあふれ出し、第１の電極から圧電体を飛び越えて第２の電極に接触してしまったとしても、短絡が起こることはない。さらに、絶縁性接着部が貫通孔の周りを囲むように設けられているため、圧電素子と基板との接着工程において、導電性接着部が第１の電極の外側にあふれ出すことはない。また、基板の貫通孔の内周と第１の電極の面とは導電性接着部を介して接着されている。このため、基板と第１の電極とが電気的に接続される。その結果、駆動電圧を印加した際に、基板を通して第１の電極に駆動電圧を印加しつつ、第１の電極と第２の電極との間に発生する短絡を防止することができる。その結果、導電性接着部の接触による電極間の短絡を防止しつつ、所望のミラー振れ角で揺動させるための駆動電圧を小さくすることができる。
【００２４】
請求項５に記載の光スキャナによれば、貫通孔が、ミラー部の重心を通り１対の支持梁部が延びる方向と平行な線に対して、対称な形状を有することを特徴とする。これにより、ミラー部を前記平行な線に対し対称に共振揺動させることができる。その結果、ミラー部に入射させた光束を所望の方向へ精度よく走査することができる。
【００２５】
請求項６に記載の光走査装置によれば、光スキャナと駆動制御部とを持つことを特徴とする。これにより、駆動制御部から圧電素子に駆動電圧を印加することで、基体部に貫通孔が設けられているため、圧電素子を大きく伸縮することができ、基体部を大きく振動することができる。基体部の振動が、１対の支持梁部、１対の梁部を介してミラー部に伝わることで、駆動制御部から同じ値の駆動電圧を圧電素子に印加した場合、貫通孔が基体部に設けられていない場合と比較して、ミラーの振れ角を大きくすることができる。即ち、所望のミラー振れ角でミラー部を揺動させるための駆動電圧を小さくすることができる。また、絶縁性接着部は絶縁性であるため、圧電素子と基板との接着工程において、絶縁性接着部が、第１の電極の外側にあふれ出し、第１の電極から圧電体を飛び越えて第２の電極に接触してしまったとしても、短絡が起こることはない。さらに、絶縁性接着部が貫通孔の周りを囲むように設けられているため、圧電素子と基板との接着工程において、導電性接着部が第１の電極の外側にあふれ出すことはない。また、基板の貫通孔の内周と第１の電極の面とは導電性接着部を介して接着されている。このため、基板と第１の電極とが電気的に接続される。その結果、駆動制御部から駆動電圧を印加した際に、基板を通して第１の電極に駆動電圧を印加しつつ、第１の電極と第２の電極との間に発生する短絡を防止することができる。その結果、導電性接着部の接触による電極間の短絡を防止しつつ、所望のミラー振れ角で揺動させるための駆動制御部により生成される駆動電圧を小さくすることができる。これにより、駆動制御部の負荷を低減することができる。
【００２６】
請求項７に記載の光走査型画像表示装置によれば、光源制御部と光スキャナとスキャナ部と投射部とを持つことを特徴とする。これにより、駆動制御部から圧電素子に駆動電圧を印加することで、基体部に貫通孔が設けられているため、圧電素子を大きく伸縮することができ、基体部を大きく振動することができる。基体部の振動が、１対の支持梁部、１対の梁部を介してミラー部に伝わることで、駆動制御部から同じ値の駆動電圧を圧電素子に印加した場合、貫通孔が基体部に設けられていない場合と比較して、ミラーの振れ角を大きくすることができる。即ち、所望のミラー振れ角でミラー部を揺動させるための駆動電圧を小さくすることができる。また、絶縁性接着部は絶縁性であるため、圧電素子と基板との接着工程において、絶縁性接着部が、第１の電極の外側にあふれ出し、第１の電極から圧電体を飛び越えて第２の電極に接触してしまったとしても、短絡が起こることはない。さらに、絶縁性接着部が貫通孔の周りを囲むように設けられているため、圧電素子と基板との接着工程において、導電性接着部が第１の電極の外側にあふれ出すことはない。また、基板の貫通孔の内周と第１の電極の面とは導電性接着部を介して接着されている。このため、基板と第１の電極とが電気的に接続される。その結果、駆動制御部から駆動電圧を印加した際に、基板を通して第１の電極に駆動電圧を印加しつつ、第１の電極と第２の電極との間に発生する短絡を防止することができる。その結果、導電性接着部の接触による電極間の短絡を防止しつつ、所望のミラー振れ角で揺動させるための駆動制御部からの駆動電圧を小さくすることができる。これにより、所望の画像を被投射対象に表示するための電力を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態の光スキャナ２の概観を示す斜視図である。
【図２】光スキャナ２の圧電アクチュエータ３９をＺ軸方向の両面から見た平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】圧電アクチュエータ３９の貫通孔１６ｈ周りを示す断面図である。
【図５】圧電素子４０と基板１０との接着工程を示す説明図である。
【図６】光スキャナ２が用いられる網膜走査ディスプレイ１０１の構成を示すブロック図である。
【図７】基板１０を示す平面図である。
【図８】基体部１６ｂに貫通孔１６ｉが設けられた基板１０ｂを示す平面図である。
【図９】基体部１６ｃに貫通孔１６ｊ、１６ｋが設けられた基板１０ｃを示す平面図である。
【図１０】基体部１６ｄに貫通孔１６ｌ、１６ｍが設けられた基板１０ｄを示す平面図である。
【図１１】導電性接着部５１ａ，絶縁性接着部５２ａが設けられた圧電アクチュエータ３９ａを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータが組み込まれた光スキャナについて図面を参照しつつ説明する。
【００２９】
〔光走査装置概観〕
まず図１を用いて、光走査装置について説明する。光走査装置１は、光スキャナ２と水平走査ドライバ３０とを有する。図１は、本実施形態の光スキャナ２と水平走査ドライバ３０との概観を示す斜視図である。光スキャナ２について説明する。図１に示される光スキャナ２は、基板１０と、筐体２０と、圧電素子４０と、接着部５０と、を備える。本実施形態における光走査装置１、光スキャナ２は、本発明の光走査装置、光スキャナの一例である。
【００３０】
本実施形態における方向を定義する。同一平面上において直交する方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向とする。また、そのＸ軸Ｙ軸がなす平面に直交する方向をＺ軸方向とする。本実施形態におけるＺ軸方向、Ｙ軸方向は、順に本発明の所定の方向、一対の梁部と交差する方向の一例である。
【００３１】
基板１０は、導電性を有す部材であるステンレスにて形成される。基板１０は、厚みが１００μｍの板形状を有す。基板１０は、ミラー部１１と、梁部１２、１３と、支持梁部１４、１５と、基体部１６と、テーパー部１７と、接続延出部１８と、を備える。ミラー部１１は、円板形状を有している。さらに、ミラー１１ｍが、ミラー部１１の両面のうち一方の面に形成されている。梁部１２、１３は、ミラー部１１からそれぞれ揺動軸線１９に沿って延び、ミラー部１１を支持している。支持梁部１４、１５は、梁部１２、１３にそれぞれ接続され、Ｙ軸方向に延びる。基体部１６は、支持梁部１４、１５にそれぞれ接続され、四角い板形状を有する。さらに、基体部１６の片側の面に、接着部５０を介して、圧電素子４０と接着されている。この基体部１６の片側の面を基体部１６の接着面１６ａと称する。さらに、貫通孔１６ｈが、基体部１６のＺ軸方向に対して円形状に設けられている。テーパー部１７は、等脚台形状を有する。テーパー部１７は、基体部１６と接続されている。テーパー部１７は、Ｙ軸方向で基体部１６から離れるにつれ、狭くなっている。接続延出部１８は、Ｙ軸方向に延び、筺体２０と接続されている。ミラー部１１と、梁部１２、１３と、支持梁部１４、１５と、基体部１６と、テーパー部１７と、接続延出部１８と、貫通孔１６ｈとは、ミラー１１ｍの重心を通りＹ軸方向と平行な線ＰＬに対して、対称な形状を有する。本実施形態における接着面１６ａは、本発明の片側の面の一例である。本実施形態における基板１０、ミラー部１１、ミラー１１ｍ、基体部１６、貫通孔１６ｈ、テーパー部１７、接続延出部１８、揺動軸線１９は、順に本発明の基板、ミラー部、ミラー、基体部、貫通孔、テーパー部、接続延出部、揺動軸線の一例である。本実施形態における梁部１２、１３は、本発明の１対の梁部の一例である。本実施形態における支持梁部１４、１５は、本発明の１対の支持梁部の一例である。
【００３２】
筐体２０は、接続延出部１８を支持している。本実施形態における筐体２０は、本発明の筐体の一例である。
【００３３】
次に、同じく図１を用いて水平走査ドライバ３０について説明する。図１に示される水平走査ドライバ３０は、駆動電圧を制御する装置である。そして、水平走査ドライバ３０は、配線３１を経由して基板１０に電気的に接続される。さらに、水平走査ドライバ３０は、配線３２を経由して、圧電素子４０に電気的に接続される。本実施形態における水平走査ドライバ３０は、本発明の駆動制御部の一例である。
【００３４】
〔圧電アクチュエータ概観〕
次に、図２、図３、図４を用いて、光スキャナ２の圧電アクチュエータ３９について説明する。図２は、光スキャナ２の圧電アクチュエータ３９をＺ軸方向の両面から見た平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図４は、圧電アクチュエータ３９の貫通孔１６ｈ周りを示す断面図である。圧電アクチュエータ３９は、圧電素子４０と、接着部５０と、基板１０の基体部１６の一部と、を含む。本実施形態における基体部１６の一部は、本発明の振動板の一例である。本実施形態における圧電アクチュエータ３９は、本発明の圧電アクチュエータの一例である。
【００３５】
圧電素子４０のＸ軸方向の距離を圧電素子４０の横幅Ｐｘ、圧電素子４０のＹ軸方向の距離を圧電素子４０の縦幅Ｐｙ、圧電素子４０のＺ軸方向の距離を圧電素子４０の厚みＰｚと称する。図２（Ａ）に示すように、圧電素子４０は、基体部１６の接着面１６ａに形成される。圧電素子４０は、圧電素子４０の横幅Ｐｘが３ｍｍ、圧電素子４０の縦幅Ｐｙが３ｍｍ、圧電素子４０の厚みＰｚが０．０６ｍｍである四角い板形状を有す。図２（Ｂ）に示すように、導電性接着部５１は、貫通孔１６ｈの内部に設けられている。
【００３６】
さらに、図３に示すように、圧電素子４０は、基体部１６の接着面１６ａに設けられ、貫通孔１６ｈを塞ぐように設けられる。圧電素子４０は、圧電体４１と、１対の電極４２と、を備える。圧電体４１の材料は、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴと称する）を含む。圧電体４１は、板形状を有す。１対の電極４２は、圧電体４１のＺ軸方向と交差する両面に設けられる。１対の電極４２は、導電性を有す材質である金にて形成される。１対の電極４２は、第１の電極４３と第２の電極４４とを有す。第２の電極４４は、配線３２を経由して、水平走査ドライバ３０と接続されている。図４に示すように、第１の電極４３は圧電体４１のＺ軸方向と交差する両面のうち一方の面４１ｂに設けられ、第２の電極４４は圧電体４１のＺ軸方向と交差する両面のうち他方の面４１ａに設けられる。本実施形態における圧電素子４０、圧電体４１、第１の電極４３、第２の電極４４、一方の面４１ｂ、他方の面４１ａは、順に本発明の圧電素子、圧電体、第１の電極、第２の電極、一方の面、他方の面の一例である。
【００３７】
図３に示すように、接着部５０は、熱硬化性を有している。接着部５０は、導電性接着部５１と、絶縁性接着部５２と、を有す。図４に示すように、絶縁性接着部５２は、第１の電極４３のＺ軸方向と交差する両面のうち圧電体４１が設けられる面４３ａとは反対側の面４３ｂと、基体部１６の接着面１６ａと、の間の領域に設けられている。絶縁性接着部５２は、第１の電極４３の面４３ｂと、基体部１６の接着面１６ａと、を接着している。絶縁性接着部５２は、圧電体４１の伸縮を基体部１６に十分伝えることができる程度の弾性率を有する。導電性接着部５１は、貫通孔１６ｈの内部に設けられる。導電性接着部５１は、貫通孔１６ｈの内周と第１の電極４３の面４３ｂとを接着している。また、絶縁性接着部５２の弾性率は、導電性接着部５１の弾性率より大きい。本実施形態における面４３ｂ、接着部５０、導電性接着部５１、絶縁性接着部５２は、順に本発明の第１の電極の面、接着部、導電性接着部、絶縁性接着部の一例である。
【００３８】
接着部５０の距離について図４を用いて説明する。第１の電極４３の面４３ｂと基体部１６の接着面１６ａとの間における絶縁性接着部５２のＺ軸方向の距離（以下、絶縁性接着部の厚みＢｉｚと称する。）は１０μｍである。
【００３９】
また、圧電素子４０の距離について図４を用いて説明する。第１の電極４３のＺ軸方向の距離（以下、第１の電極４３の厚みＰｅ１ｚと称する）は１μｍ、圧電体４１のＺ軸方向の距離（以下、圧電体４１の厚みＰｂｚと称する）は６０μｍ、第２の電極４４のＺ軸方向の距離（以下、第２の電極４４の厚みＰｅ２ｚと称する）は１μｍであった。さらに、第１の電極４３の厚みＰｅ１ｚと圧電体４１の厚みＰｂｚと第２の電極４４の厚みＰｅ２ｚとを足した距離（以下、圧電素子４０の厚みＰｚと称する。）は、６２μｍであった。また、貫通孔１６ｈの直径ＨＤは、２．０ｍｍであった。
【００４０】
〔光スキャナの製造方法〕
次に、作業者が光スキャナ２を製造する方法について図５を用いて説明する。
【００４１】
まず、図５（Ａ）に示すように、作業者は基板１０の元となる基材９を用意する。
【００４２】
次に、図５（Ｂ）に示すように、作業者は、エッチング処理により、基板１０を形成する。具体的には、作業者は、基材９の一方の面にレジストを塗布する。そして、作業者はミラー部１１、梁部１２，１３、支持梁部１４，１５、貫通孔１６ｈが設けられる部分以外の基体部１６、テーパー部１７、接続延出部１８にマスクを施した上で露光現像処理を行う。そして、作業者は、レジストを剥離する。これにより、作業者はミラー部１１、梁部１２，１３、支持梁部１４，１５、貫通孔１６ｈが設けられる部分以外の基体部１６、テーパー部１７、接続延出部１８を備えた基板１０を一体形成することができる。
【００４３】
次に、図５（Ｃ）に示すように、作業者は、ディスペンサにより、絶縁性接着部５２を基体部１６の接着面１６ａ上の貫通孔１６ｈの周りを囲むように塗布する。
【００４４】
圧電素子４０を用意する。そして、図５（Ｄ）に示すように、作業者は、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ製ＦＬＩＰ ＣＨＩＰ ＢＯＮＤＥＲ ＦＢ３０Ｔ−Ｍを用いて、圧電素子４０を基体部１６に実装する。具体的には、作業者は、Ｚ軸方向で基体部１６の接着面１６ａと第１の電極４３の面４３ｂとが近づく向きに、絶縁性接着部５２と第１の電極４３とが接触するまで、第１の電極４３を基体部１６の接着面１６ａに近づける。さらに、作業者は、Ｚ軸方向で基体部１６の接着面１６ａと第１の電極４３とが近づく向きに、圧電素子４０の第２の電極４４側から例えば２ｋｇｆの圧力を１２０ｓｅｃかける。これにより、圧電素子４０と絶縁性接着部５２とが密着する。
【００４５】
さらに、図５（Ｅ）に示すように、作業者は、ディスペンサにより、接着面１６ａとは反対側の面から貫通孔１６ｈの内部に導電性接着部５１を充填する。
【００４６】
さらに、作業者は、基板１０をオーブンに投入し、例えば１５０℃の状態で計３０分間保持する。これにより、導電性接着部５１及び絶縁性接着部５２が硬化される。そして、作業者は、ワイヤーボンディング装置により、第２の電極４４と水平走査ドライバ３０との間に配線３２を接続する。さらに、ワイヤーボンディング装置により、作業者は、基体部１６と水平走査ドライバ３０との間に配線３１を接続する。さらに、作業者は、基板１０と筐体２０とを接続する。このようにして、作業者は、光スキャナ２を製造する。
【００４７】
〔光スキャナの動作〕
光スキャナ２の動作について説明する。水平走査ドライバ３０内にて駆動電圧が生成される。第２の電極４４側では、駆動電圧が、水平走査ドライバ３０から配線３２を経由して第２の電極４４へ印加される。基体部１６側では、駆動電圧が、水平走査ドライバ３０から配線３１を経由して基体部１６に印加される。基体部１６と第１の電極４３とは、導電性接着部５１を介して電気的に接続されている。ゆえに、駆動電圧が、基体部１６から導電性接着部５１を経由して圧電素子４０の第１の電極４３へ印加される。駆動電圧が圧電素子４０の第１の電極４３と第２の電極４４とに印加されると、逆圧電効果が第１の電極４３と第２の電極４４とに挟まれた圧電体４１内に生じる。圧電素子４０と基体部１６とは絶縁性接着部５２で接着されている。このため、圧電素子４０の伸縮が、絶縁性接着部５２を経由して、基体部１６に伝えられ、基体部１６がたわむ。このたわみが基体部１６から支持梁部１４、１５、梁部１２、１３を介してミラー部１１へと伝わり、結果的にミラー部１１が梁部１２、１３の長手方向を揺動軸線１９として共振揺動される。ミラー１１ｍが揺動された状態で光束がミラー１１ｍに入射される。すると、光束がミラー１１ｍに反射され、結果的に１方向に走査される。このように、光スキャナ２に水平走査ドライバ３０から駆動電圧を印加することで、所望の方向に光束を走査することができる。
【００４８】
〔光スキャナの使用例〕
本実施形態に係る光スキャナ２は、網膜走査ディスプレイ等に用いられる。図６は、光スキャナ２が用いられた網膜走査ディスプレイ１０１の構成を示す図である。
【００４９】
図６に示すように、網膜走査ディスプレイ１０１は、光源制御部１０２を備える。光源制御部１０２は、映像信号供給回路１０３を備える。映像信号２０１、水平同期信号２０２、及び、垂直同期信号２０３は、映像信号供給回路１０３から出力される。本実施形態における網膜走査ディスプレイ１０１、光源制御部１０２は、順に本発明の光走査型画像表示装置、光源制御部の一例である。
【００５０】
光源制御部１０２は、光源としてのＲレーザ１１３，Ｇレーザ１１２，Ｂレーザ１１１と、その各光源を駆動するためのＲレーザドライバ１１０，Ｇレーザドライバ１０９，Ｂレーザドライバ１０８と、各光源より出射された光束をそれぞれ平行光化するように設けられたコリメート光学系１１４と、それぞれ平行光化された光束を合波するダイクロイックミラー１１５と、合波された光束を光ファイバ１１７に導くファイバ結合光学系１１６とを備える。
【００５１】
また、網膜走査ディスプレイ１０１は、光束を光源制御部１０２から伝搬する光ファイバ１１７と、光ファイバから出射された光束を受けるコリメート光学系１１８と、コリメート光学系１１８によって平行光化された光束を水平方向に走査する水平走査系１１９と、水平走査系１１９によって走査された光束を垂直走査系１２１に導く第１リレー光学系１２０と、水平走査系１１９によって走査され第１リレー光学系１２０を介して入射された光束を垂直方向に走査する垂直走査系１２１と、垂直走査系１２１に走査された光束を観察者の瞳孔１２４に導く第２リレー光学系１２２と、を有している。
【００５２】
水平走査系１１９は、表示すべき画像の１フレームごとに、光束を水平方向に走査する光学系である。また、水平走査系１１９は、水平走査を行う光スキャナ２と、その光スキャナ２に設けられ、入射された光束を反射するミラー１１ｍ、その光スキャナ２の駆動制御を行う水平走査ドライバ３０とを備えている。本実施形態における水平方向は、本発明の第１方向の一例である。
【００５３】
これに対し、垂直走査系１２１は、水平走査系１１９にて水平走査された光束を垂直方向に走査する光学系である。また、垂直走査系１２１は、光束を垂直方向に走査するスキャナ部１２１ａと、そのスキャナ部１２１ａに設けられ、入射された光束を反射する垂直走査ミラー１２１ｂ、そのスキャナ部１２１ａの駆動制御を行う垂直走査ドライバ１２１ｃとを備えている。本実施形態における垂直方向は、本発明の第２方向の一例である。本実施形態におけるスキャナ部１２１ａは、本発明のスキャナ部の一例である。
【００５４】
第１リレー光学系１２０は、凸レンズ１４１、１４２を有している。第２リレー光学系１２２は、凸レンズ１５１、１５２を有している。第１リレー光学系１２０は、水平走査系１１９の光スキャナ２と、垂直走査系１２１のスキャナ部１２１ａとが共役となるように、また、第２リレー光学系１２２は、スキャナ部１２１ａと、観察者の瞳孔１２４とが共役となるように、各々設けられている。本実施形態における第２リレー光学系１２２は、本発明の投射部の一例である。
【００５５】
よって、水平走査系１１９と垂直走査系１２１とは互いに直交する方向に走査を行うようになっている。
【００５６】
また、水平走査系１１９，垂直走査系１２１は、各々映像信号供給回路１０３に接続され、映像信号供給回路１０３より出力される水平同期信号２０２，垂直同期信号２０３にそれぞれ同期して光束を走査するように設けられている。
【００５７】
次に、本発明の一実施形態の網膜走査ディスプレイ１０１が、映像信号供給回路１０３が外部からの映像信号を受けてから、観察者の網膜上に映像を投影するまでの過程について図６を用いて説明する。
【００５８】
図６に示すように、光源制御部１０２に設けられた映像信号供給回路１０３が外部からの映像信号の供給を受ける。すると、映像信号供給回路１０３は、赤，緑，青の各色の光束出力を制御するためのＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号からなる映像信号２０１と、水平同期信号２０２と、垂直同期信号２０３とを出力する。Ｒレーザドライバ１１０，Ｇレーザドライバ１０９，Ｂレーザドライバ１０８は、映像信号供給回路１０３から各々入力されたＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号に基づいてＲレーザ１１３，Ｇレーザ１１２，Ｂレーザ１１１に対してそれぞれ駆動信号を出力する。この駆動信号に基づいて、Ｒレーザ１１３，Ｇレーザ１１２，Ｂレーザ１１１はそれぞれ強度変調された光束を生成する。Ｒレーザ１１３，Ｇレーザ１１２，Ｂレーザ１１１によって生成された各々の光束は、コリメート光学系１１４に各々出力される。出力された光束は、コリメート光学系１１４によってそれぞれ平行光化される。コリメート光学系１１４によって平行光化された光束は、ダイクロイックミラー１１５に入射され１つの光束となるよう合波される。ダイクロイックミラー１１５によって合波された光束は、ファイバ結合光学系１１６によって光ファイバ１１７に入射されるよう導かれる。
【００５９】
光ファイバ１１７によって伝搬された光束は、光ファイバ１１７からコリメート光学系１１８によって平行光化され水平走査系１１９に出射される。水平走査系１１９に出射された光束は、水平走査系１１９の光スキャナ２のミラー１１ｍに入射される。光スキャナ２のミラー１１ｍに入射された光束は水平同期信号２０２に同期して水平方向に走査される。水平方向に走査された光束は、第１リレー光学系１２０を介し、垂直走査系１２１のスキャナ部１２１ａの垂直走査ミラー１２１ｂに入射される。スキャナ部１２１ａに入射された光束は、垂直同期信号２０３に同期して、スキャナ部１２１ａによって垂直方向に走査される。水平走査系１１９及び垂直走査系１２１によって水平方向及び垂直方向に２次元走査された光束は、第２リレー光学系１２２により観察者の瞳孔１２４へ入射され、網膜上に投影される。このようにして、観察者は２次元走査されて網膜上に投影された光束による画像を認識することができる。本実施形態における瞳孔１２４は、本発明の被投射対象の一例である。
【００６０】
網膜走査ディスプレイ１０１は、観察者の頭部に搭載する頭部搭載型画像表示装置である。ゆえに、例えばめがね形状、ゴーグル形状、ヘルメット形状等の図示しない筐体に搭載され、観察者の頭部に装着した状態で使用する。
【００６１】
〔本実施形態の効果〕
図５（Ｄ）に示すように、絶縁性接着部５２を基体部１６の接着面１６ａ上の貫通孔１６ｈの周りを囲むように設けた状態で、図５（Ｅ）に示すように、導電性接着部５１を基体部１６の接着面１６ａとは反対側の面から貫通孔１６ｈの内部に充填する。ゆえに、圧電素子４０を基板１０に実装する際に、仮に絶縁性接着部５２が第１の電極４３の外側にあふれだし、第１の電極４３から圧電体４１を飛び越えて第２の電極４４に接触してしまったとしても、絶縁性接着部５２は絶縁性であるため、駆動電圧が水平走査ドライバ３０から圧電素子４０に印加された際に、短絡が起こることはない。また、仮に導電性接着部５１を貫通孔１６ｈの内部に多く充填してしまったとしても、絶縁性接着部５２が基体部１６の接着面１６ａ上の貫通孔１６ｈの周りを囲むように設けられているため、導電性接着部５１が第１の電極４３の外側にあふれだすことはない。ゆえに、駆動電圧が圧電素子４０に印加された際に、導電性接着部５１によって第１の電極４３と第２の電極４４との間に短絡が起こることはない。従って、短絡により光スキャナ２が動作しなくなる恐れがなくなる。よって、導電性接着部の接触による電極間の短絡が起こらない圧電アクチュエータを提供することができる。本実施形態における光スキャナ及び光走査装置及び光走査型画像表示装置はこの圧電アクチュエータ３９を用いているため、同様の効果が得られる。即ち、導電性接着部の接触による電極間の短絡が起こらない光スキャナ、光走査装置、光走査型画像表示装置を提供することができる。
【００６２】
圧電体４１の伸縮による基体部１６への応力の伝達について説明する。圧電素子４０の第１の電極４３と第２の電極４４とに電圧が印加されると、圧電素子４０は伸縮する。このとき、貫通孔１６ｈが基体部１６に設けられていない場合、第１の電極４３の面４３ｂと接着面１６ａとが全面に渡って接触される。このため、圧電素子４０の伸縮を制限する可能性がある。しかしながら、本実施形態の光スキャナ２においては、貫通孔１６ｈが基体部１６に設けられている。このため、圧電素子４０が伸縮した際に、貫通孔１６ｈが設けられている箇所においては第１の電極４３の面４３ｂと接着面１６ａとが接触しておらず、圧電素子４０が自由に伸縮することができる。即ち、第１の電極４３の面４３ｂと接着面１６ａとの間の領域に貫通孔１６ｈを設けることで、圧電素子４０の伸縮量を大きくすることができる。これにより、相対的に圧電素子４０から基体部１６へ伝わる応力が大きくなり、基体部１６が大きくたわむ。従って、圧電アクチュエータ３９の駆動効率を、貫通孔１６ｈが設けられていない場合と比較して、高くすることができる。
【００６３】
さらに、基体部１６ｈが大きくたわむことにより、その変形力が支持梁部１４，１５、梁部１２、１３を介してミラー部１１に伝わる。これにより、ミラー部１１が一層大きく揺動される。即ち、貫通孔１６ｈが基体部１６に設けられていない場合と比較して、ミラー１１の振れ角を大きくすることができる。言い換えると、貫通孔１６ｈが基体部１６に設けられていない場合と比較して、光スキャナ２を所望のミラー振れ角で揺動させるための駆動電圧を小さくすることができる。
【００６４】
【表１】
【００６５】
また、貫通孔１６ｈの有無による光スキャナ２の駆動効率の差異を明確化するため、シミュレーションを行った。表１は、貫通孔１６ｈの直径と所望の変位（ミラー振れ角２５°）で共振揺動させるために必要な駆動電圧との関係を表す表である。圧電素子４０の横幅Ｐｘを３ｍｍ、圧電素子４０の縦幅Ｐｙを３ｍｍ、圧電素子４０の厚みＰｚを６０μｍ、圧電素子４０の中心に設けられた丸い貫通孔１６ｈの直径ＨＤを０ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍと変化させ、シミュレーションソフトはＩｎｔｅｌｌｉＳｕｉｔｅを用いて、シミュレーションを行った。表１を見てみると、貫通孔１６ｈの直径ＨＤが１．０ｍｍ、２．０ｍｍの場合は、貫通孔１６ｈが設けられていない（直径０ｍｍ）場合と比較して、駆動電圧が小さい。また、貫通孔１６ｈの直径ＨＤが０〜２．０ｍｍの間においては、貫通孔１６ｈの直径ＨＤが大きくなると、駆動電圧が小さくなっている。即ち、貫通孔１６ｈが設けられている方が、貫通孔１６ｈが設けられていない場合と比較して、光スキャナ２の駆動効率が高くなっていると考えられる。このように、上記シミュレーション結果からも、貫通孔１６ｈを設けることで、駆動効率が高くなることは明らかである。
【００６６】
また、光スキャナ２は、網膜走査ディスプレイ１０１等の光走査型画像表示装置に用いられる。これにより、圧電素子４０に駆動電圧を印加することで、貫通孔１６ｈが設けられている箇所においては第１の電極４３の面４３ｂと接着面１６ａとが接触していないため、圧電素子４０が自由に伸縮することができ、結果として基体部１６が大きく振動する。基体部１６の振動が、支持梁部１４，１５、梁部１２、１３を介してミラー部１１に伝わる。このため、貫通孔１６ｈが基体部１６に設けられていない場合と比較して、ミラー１１の振れ角を大きくすることができる。これにより、網膜走査ディスプレイ１０１を用いて所望の画像を表示するために光スキャナ２のミラー１１ｍを揺動させる際に、所望のミラー振れ角でミラー１１ｍを揺動させるための駆動電圧を小さくすることができる。これにより網膜に画像を表示するために必要な電力を低減させることができる。
【００６７】
貫通孔１６ｈの縁の形状について説明する。貫通孔１６ｈの形状が四角い場合、即ち貫通孔１６ｈの縁に角がある場合、圧電素子４０の伸縮による応力が基体部１６の貫通孔１６ｈの角に集中する。応力が貫通孔１６ｈの角に集中すると、応力集中部において圧電素子４０が破壊されたり、接着部５０が圧電素子４０からはがれたりする可能性がある。しかしながら、本実施形態の光スキャナ２においては、図７に示すように、貫通孔１６ｈの縁の形状は丸い、即ち貫通孔１６ｈの縁は曲線からなる。ゆえに、応力が基体部１６の一箇所に集中することはなく、貫通孔１６ｈの縁に角がある場合と比較して、圧電素子の破壊や接着部のはがれが起きにくい圧電アクチュエータを提供することができる。
【００６８】
貫通孔１６ｈの形成位置について説明する。貫通孔１６ｈがミラー部１１の重心ＭＧを通り支持梁部１４，１５が延びる方向と平行な線ＰＬに対して非対称な形状である場合、圧電素子４０の伸縮により、応力が基体部１６からミラー部１１に伝わる過程において、梁部１２からミラー部１１に伝わる応力と梁部１３からミラー部１１に伝わる応力とが均等にならない。このため、ミラー部１１の揺動軸線方向と梁部１２，１３の延びる方向とが一致せず、ミラー１１ｍに入射された光束を所望の方向に走査できない可能性がある。しかしながら、本実施形態の光スキャナ２は、図７に示すように、貫通孔１６ｈがミラー１１ｍの重心ＭＧを通り支持梁部１４，１５が延びる方向と平行な線ＰＬに対して対称な形状である。ゆえに、線ＰＬに対して、ミラー部１１、梁部１２、１３、支持梁部１４，１５、基体部１６、テーパー部１７、接続延出部１８、圧電素子４０の形状が対称な形状である場合、梁部１２からミラー部１１に伝わる応力と梁部１３からミラー部１１に伝わる応力が均等に伝わる。このため、ミラー部１１の揺動軸線方向と梁部１２，１３の延びる方向とが一致し、ミラー１１ｍに入射された光束を所望の方向に走査することができる。
【００６９】
接着部５０の弾性率について説明する。絶縁性接着部５２は、圧電体４１の伸縮を基体部１６に伝える。一方、導電性接着部５１は、圧電体４１の伸縮を基体部１６に伝える役割はなく、第１の電極４３と基体部１６とを電気的に接続することさえできればよい。ゆえに、絶縁性接着部５２の弾性率が導電性接着部５１の弾性率より小さいと、圧電体４１の伸縮が基体部１６に十分伝わらない恐れがある。ゆえに、基体部１６に貫通孔１６ｈを設けたとしても、圧電アクチュエータ３９の駆動効率が高くならない可能性がある。しかしながら、絶縁性接着部５２の弾性率は、導電性接着部５１の弾性率より大きい。ゆえに、絶縁性接着部５２の弾性率が導電性接着部５１の弾性率以下である場合と比較して、圧電体４１の伸縮を絶縁性接着部５２を介して基体部１６に伝えることができる。従って、絶縁性接着部５２の弾性率が導電性接着部５１の弾性率以下である場合と比較して、圧電アクチュエータの駆動効率が高くすることができる。
【００７０】
接着部５０の材料について説明する。圧電素子４０と基板１０との接着工程においては、圧電素子４０と基板１０との接着を早く行い、一定時間に光スキャナ２を生産する数（以下、光スキャナ２の生産効率と称する。）を向上させることが求められる。一方、接着部５０は、熱硬化性を有している。このため、作業者が、圧電素子４０と基板１０とを接着した直後の接着部５０に熱を十分加えることで素早く硬化させることができる。接着部５０を素早く硬化させることができるので、光スキャナ２の生産効率を向上させることができる。
【００７１】
〔変形例〕
なお、以上のように、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００７２】
本実施形態においては、圧電素子４０の大きさ、基板１０の厚み等を具体的数値を用いて説明したが、この具体的数値はその一例を示すものであり、これに限定されないことは言うまでもない。
【００７３】
本実施形態においては、圧電素子４０と基板１０との接着を行うために、作業者は、ディスペンサを用いて接着部を塗布し、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ製ＦＬＩＰ ＣＨＩＰ ＢＯＮＤＥＲ ＦＢ３０Ｔ−Ｍを用いて実装し、オーブンを用いて接着部を硬化させ、ワイヤーボンディング装置を用いて配線を接続した。しかしながら、これに限らず、圧電素子４０と基板１０とを高精度に接着することができる装置であるならば、何でもよい。また、装置を用いずとも、人間が手動で、基板１０に接着部５０を塗布し、圧電素子４０を基板１０に実装し、配線を接続してもよい。しかし、圧電素子４０と基板１０との接着は、比較的高い精度が求められる。このため、人間が手動で接着を行う方法は好適ではない。
【００７４】
本実施形態においては、接着部５０は、熱硬化性を有している。しかしながら、これに限らず、接着部５０は、熱硬化性を有していなくてもよい。しかし、光スキャナ２の生産効率を考慮すると、接着部５０は、熱硬化性を有していることが望ましい。
【００７５】
本実施形態においては、絶縁性接着部５２の厚みＢｉｚは１０μｍであった。しかしながら、これに限らず、圧電体４１の伸縮を基体部１６に十分伝えることができる程度の厚みであれば、絶縁性接着部５２の厚みＢｉｚが１０μｍより薄くても厚くてもよい。
【００７６】
本実施形態においては、圧電体４１は、ＰＺＴを含む。しかしながら、ＰＺＴに限らず、圧電体４１が、水晶、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム、窒化アルミニウム等の種種の圧電材料のうち１種類を含んでいるならば、何でもよい。
【００７７】
本実施形態においては、基板１０はステンレスにて形成される。しかしながら、ステンレスに限らず、基板１０は、チタン、鉄等であってもよい。導電性を有す部材から形成され、かつ圧電体１１の伸縮により十分可動可能な弾性率を有しているのであれば、何でもよい。
【００７８】
本実施形態においては、１対の電極４２は金にて形成される。しかしながら、金に限らず、白金であってもよい。１対の電極４２は、導電性を有す部材から形成され、かつ圧電体１１の伸縮により十分変形可能な弾性率を有しているのであれば、何でもよい。
【００７９】
本実施形態においては、圧電素子４０は１対の電極４２を有すいわゆるバイモルフ型の圧電素子を用いた。しかしながら、バイモルフ型に限らず、積層型の圧電素子を用いてもよい。
【００８０】
本実施形態においては、圧電素子４０はいずれも四角い板形状を有し、ミラー部１１は円板形状を有している。しかしながら、円、四角に限らず、多角形、楕円形等であっても、かつ板形状を有しているならば、何でもよい。
【００８１】
本実施形態においては、貫通孔１６ｈは、円形状を有している。しかしながら、円に限らず、多角形、楕円形等であっても圧電素子４０の第１の電極４３の面４３ｂより小さい形であればよい。
【００８２】
本実施形態においては、基体部１６に設けられる貫通孔１６ｈは第１の電極４３の面４３ｂと接着面１６ａとの間の領域の内側に収まるように設けられた。しかしながら、図８の基板１０ｂに示すように、四角い貫通孔１６ｉが基体部１６ｂの前記領域からＹ軸方向にはみ出して設けられていてもよい。また、Ｙ軸方向ではなく、Ｘ軸方向にはみ出して設けてもよい。少なくとも貫通孔の一部が、接着面１６ａと第１の電極４３の面４３ｂとの間の領域に設けられており、圧電素子４０の対向する両辺が絶縁性接着部５２によって接着されているならば、何でもよい。なお好適には、線ＰＬに対して、貫通孔１６ｉが対称形状であることが好ましい。
【００８３】
本実施形態においては、基体部１６に設けられる貫通孔１６ｈは１つであった。しかしながら、図９の基板１０ｃに示すように、楕円形状を有する２つの貫通孔１６ｊ、１６ｋが線ＰＬを挟んで１つずつ基体部１６ｃの前記領域の内側に収まるように設けられていてもよい。また、図１０の基板１０ｄに示すように、基体部１６ｄの前記領域の内側に収まるように、線ＰＬを跨いで２つの貫通孔１６ｌ、１６ｍを設けてもよい。さらに、貫通孔は２つに限らず３つ以上であっても構わない。なお好適には、線ＰＬに対して、貫通孔が対称形状に配置されていることが好ましい。
【００８４】
本実施形態においては、基体部１６の接着面１６ａに設けられる絶縁性接着部５２が第１の電極４３の面４３ｂと接着面１６ａとの間の領域に収まるように設けられた。しかしながら、図１１（Ａ）の圧電アクチュエータ３９ａに示すように、絶縁性接着部５２ａを前記領域の外側にはみ出して設けてもよい。絶縁性接着部が貫通孔１６ｈが設けられている部分を除く前記領域全面に設けられているならば、何でもよい。また、本実施形態においては、導電性接着部５１が貫通孔１６ｈの内部の一箇所に設けられていた。しかしながら、これに限らず、図１１（Ｂ）の圧電アクチュエータ３９ａに示すように、導電性接着部５１ａを貫通孔１６ｈの内部全体を埋めるように設けてもよい。導電性接着部５１が、第１の電極４３の面４３ｂと貫通孔１６ｈの内周とを接着しているならば、何でもよい。
【００８５】
上述した実施形態においては、光束は先に水平走査系１１９によって水平方向に走査され、その後に、垂直走査系１２１によって垂直方向に走査される構成であった。しかしながら、これに限らず、光束を先に垂直走査系１２１によって垂直方向に走査し、その後に、水平走査系１１９によって水平方向に走査する構成であってもよい。
【００８６】
また、図６においては光スキャナ２を網膜走査ディスプレイ１０１に適用した例を説明した。しかしながら、これに限らず、第２リレー光学系１２２を投射レンズ系に変更し、瞳孔１２４に変えて投影スクリーンあるいは建物の壁等とすれば、レーザプロジェクタとして使用することができる。本実施形態におけるレーザプロジェクタは、本発明の光走査型画像表示装置の一例である。本実施形態における投影スクリーン、建物の壁は、本発明の被投射対象の一例である。
【００８７】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８８】
１ 光走査装置
２ 光スキャナ
９ 基材
１０ 基板
１１ ミラー部
１１ｍ ミラー
１２、１３ 梁部
１４、１５ 支持梁部
１６ 基体部
１６ａ 接着面
１６ｈ 貫通孔
１７ テーパー部
１８ 接続延出部
１９ 揺動軸線
２０ 筐体
３０ 水平走査ドライバ
３１、３２ 配線
３９ 圧電アクチュエータ
４０ 圧電素子
４１ 圧電体
４２ １対の電極
４３ 第１の電極
４４ 第２の電極
５０ 接着部
５１ 導電性接着部
５２ 絶縁性接着部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に厚みを有す板状の圧電体と、
前記圧電体の前記所定の方向と交差する両面のうち、一方の面に設けられた第１の電極と、
前記圧電体の前記所定の方向と交差する両面のうち、他方の面に設けられた第２の電極と、
を含む圧電素子と、
前記圧電素子の伸縮により曲げ変形可能であり、少なくとも１つの貫通孔が設けられた導電性の振動板と、
前記振動板と前記第１の電極とを接着する接着部と、を備え、
前記貫通孔の少なくとも一部は、前記振動板の両面のうち、前記第１の電極の面に対向する片側の面において貫通され、その片側の面と前記第１の電極の面との間の領域に設けられ、
前記接着部は、
前記貫通孔の周りを囲むように設けられ、前記片側の面と前記第１の電極の面とを接着する絶縁性接着部と、
前記貫通孔の内部に設けられ、前記第１の電極の面と前記貫通孔の内周とを接着する導電性接着部と、を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記貫通孔の縁の形状が曲線からなることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記絶縁性接着部の弾性率は、前記導電性接着部の弾性率より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備える光スキャナであって、
入射した光束を反射するミラーを有す板状のミラー部と、
前記ミラー部の揺動軸線に沿って延び、前記ミラー部の両端を支持する１対の梁部と、
前記１対の梁部に連結され、前記ミラー部と同一平面上において前記１対の梁部と交差する方向に延びる１対の支持梁部と、
前記１対の支持梁部を支持し、前記振動板を含み、四角い板形状を有する基体部と、
前記基体部の両側部のうち、前記１対の支持梁部が設けられる側部とは反対側の側部に設けられ、前記１対の梁部と交差する方向に前記基体部の反対側の側部から離れるにつれ、狭くなるように形成されているテーパー部と、
前記テーパー部に接続され、前記１対の支持梁部が延びる方向と同方向に延びる接続延出部と、
を備える基板と、
前記接続延出部を支持する筐体と、
を備えることを特徴とする光スキャナ。
【請求項５】
前記貫通孔が、前記ミラー部の重心を通り前記１対の梁部と交差する方向と平行な線に対して、対称な形状を有することを特徴とする請求項４に記載の光スキャナ。
【請求項６】
請求項５に記載の光スキャナと、
前記圧電素子に駆動電圧を印加する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
画像信号に応じた光束を出射する光源制御部と、
前記光源制御部から出射された光束を前記ミラーに反射させ、第１方向に走査する請求項４または５に記載の光スキャナと、
前記光スキャナによって前記第１方向に走査された光束を、前記第１方向と略直交する第２方向に走査するスキャナ部と、
前記スキャナ部によって前記第２方向に走査された光束を被投射対象に投射する投射部と、
を備えることを特徴とする光走査型画像表示装置。
【請求項１】
所定の方向に厚みを有す板状の圧電体と、
前記圧電体の前記所定の方向と交差する両面のうち、一方の面に設けられた第１の電極と、
前記圧電体の前記所定の方向と交差する両面のうち、他方の面に設けられた第２の電極と、
を含む圧電素子と、
前記圧電素子の伸縮により曲げ変形可能であり、少なくとも１つの貫通孔が設けられた導電性の振動板と、
前記振動板と前記第１の電極とを接着する接着部と、を備え、
前記貫通孔の少なくとも一部は、前記振動板の両面のうち、前記第１の電極の面に対向する片側の面において貫通され、その片側の面と前記第１の電極の面との間の領域に設けられ、
前記接着部は、
前記貫通孔の周りを囲むように設けられ、前記片側の面と前記第１の電極の面とを接着する絶縁性接着部と、
前記貫通孔の内部に設けられ、前記第１の電極の面と前記貫通孔の内周とを接着する導電性接着部と、を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記貫通孔の縁の形状が曲線からなることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記絶縁性接着部の弾性率は、前記導電性接着部の弾性率より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備える光スキャナであって、
入射した光束を反射するミラーを有す板状のミラー部と、
前記ミラー部の揺動軸線に沿って延び、前記ミラー部の両端を支持する１対の梁部と、
前記１対の梁部に連結され、前記ミラー部と同一平面上において前記１対の梁部と交差する方向に延びる１対の支持梁部と、
前記１対の支持梁部を支持し、前記振動板を含み、四角い板形状を有する基体部と、
前記基体部の両側部のうち、前記１対の支持梁部が設けられる側部とは反対側の側部に設けられ、前記１対の梁部と交差する方向に前記基体部の反対側の側部から離れるにつれ、狭くなるように形成されているテーパー部と、
前記テーパー部に接続され、前記１対の支持梁部が延びる方向と同方向に延びる接続延出部と、
を備える基板と、
前記接続延出部を支持する筐体と、
を備えることを特徴とする光スキャナ。
【請求項５】
前記貫通孔が、前記ミラー部の重心を通り前記１対の梁部と交差する方向と平行な線に対して、対称な形状を有することを特徴とする請求項４に記載の光スキャナ。
【請求項６】
請求項５に記載の光スキャナと、
前記圧電素子に駆動電圧を印加する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
画像信号に応じた光束を出射する光源制御部と、
前記光源制御部から出射された光束を前記ミラーに反射させ、第１方向に走査する請求項４または５に記載の光スキャナと、
前記光スキャナによって前記第１方向に走査された光束を、前記第１方向と略直交する第２方向に走査するスキャナ部と、
前記スキャナ部によって前記第２方向に走査された光束を被投射対象に投射する投射部と、
を備えることを特徴とする光走査型画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２１７４４７（Ｐ２０１１−２１７４４７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８０７８１（Ｐ２０１０−８０７８１）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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