JP7649964B2 - 光学反射素子及び光制御システム - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光などの照射位置を往復動させる光学反射素子及び光制御システムに関する。

従来のレーザ光の照射位置を往復動させる光学反射素子は、例えば特許文献１に示されるように、レーザ光などを反射する反射体と、この反射体に接続されて自らがねじれることにより反射体を回転揺動させる接続体と、接続体に往復のねじれを発生させるために反射体の回転軸と交差する方向に延在する二本のアーム状の振動体と、これらの振動体をそれぞれ振動させる圧電素子などを備えた駆動体とを備えている。このような光学反射素子は、接続体のねじれ方向にのみ反射体が回転するようになっている。

特開２００９－２４４６０２号公報

本発明は、光学反射素子の性能を高めることを目的とする。

本開示の一態様に係る光学反射素子は、光を反射して往復動させる光学反射素子であって、光を反射する反射体と、それぞれ第一軸に沿って反射体を挟む位置に配置され、反射体を揺動させるための第一揺動部及び第二揺動部と、第一揺動部及び第二揺動部を揺動させるための第三揺動部と、を備え、第一揺動部及び第二揺動部のそれぞれは、第一軸に沿って配置され、反射体と先端部が連結される第一接続体と、第一軸と交差する方向に延在し、第一接続体の基端部に連結される第一振動体と、第一軸に対し第一振動体の逆側において第一軸と交差する方向に延在し、第一接続体の基端部に連結される第二振動体と、第一軸に沿って延在し、基端部が第一振動体の先端部に連結され、第一振動体を介して第一接続体を動作させる第一駆動体と、第一軸に沿って延在し、基端部が第二振動体の先端部に連結され、第二振動体を介して第一接続体を動作させる第二駆動体と、第一軸と交差する方向に延在した支持体と、支持体に対し第一振動体及び第二振動体を振動自在に接続する第二接続体とを備え、第三揺動部は、第一軸を挟む位置に配置された一対の基体のうち一方の基体に対して、第一揺動部の支持体と、第二揺動部の支持体とを接続して動作させる第一補助体と、一対の基体のうち他方の基体に対して、第一揺動部の支持体と、第二揺動部の支持体とを接続して動作させる第二補助体と、を備える。

本開示の他の態様に係る光制御システムは、上記光学反射素子と、光学反射素子を制御する制御装置とを備えた光制御システムであって、制御装置は、第一揺動部及び第二揺動部が第一軸回りに同じ方向に回転揺動するように、第一揺動部の第一駆動体及び第二駆動体と、第二揺動部の第一駆動体及び第二駆動体と、第三揺動部の第一補助体及び第二補助体とを振動させる。

本開示の一態様に係る光学反射素子は、光を反射して往復動させる光学反射素子であって、光を反射する反射体と、第一軸に沿って反射体と並び、当該反射体を揺動させるための主揺動部と、第一軸に沿って配置され、主揺動部の揺動を反射体に伝えるための第一接続体と、主揺動部を揺動させるための副揺動部と、を備え、主揺動部は、第一軸と交差する方向に延在し、第一接続体の基端部に連結される第一振動体と、第一軸に対し、第一振動体の逆側において前記第一軸と交差する方向に延在し、第一接続体の基端部に連結される第二振動体と、第一軸に沿って延在し、基端部が第一振動体の先端部に連結され、第一振動体を介して第一接続体を動作させる第一駆動体と、第一軸に沿って延在し、基端部が第二振動体の先端部に連結され、第二振動体を介して第一接続体を動作させる第二駆動体と、第一軸と交差する方向に延在した支持体と、支持体に対し第一振動体及び前記第二振動体を振動自在に接続する第二接続体とを備え、副揺動部は、一対の基体と、一対の基体のうち一方の基体に対して、主揺動部の支持体を接続して動作させる第一補助体と、一対の基体のうち他方の基体に対して、主揺動部の支持体を接続して動作させる第二補助体と、を備える。

本開示の他の態様に係る光制御システムは、上記光学反射素子と、光学反射素子を制御する制御装置とを備えた光制御システムであって、制御装置は、主揺動部が第一軸回りに回転揺動するように、主揺動部の第一駆動体及び第二駆動体と、副揺動部の第一補助体及び第二補助体とを振動させる。

本発明により、光学反射素子の性能を高めることができる。

図１は、実施の形態１に係る光学反射素子を示す平面図である。 図２は、実施の形態１に係る光制御システムの制御構成を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１に係る光学反射素子を動作させるための駆動信号の一例を示す説明図である。 図４は、実施の形態１に係る光学反射素子が動作している際の各部の状態を示す斜視図である。 図５は、実施の形態１に係る駆動体に対して第１モードの共振周波数を付与した場合と、第２モードの共振周波数を付与した場合との各振動を模式的に示したグラフである。 図６は、実施の形態２に係る光学反射素子に発生した節を示す模式図である。 図７は、実施の形態３に係る光学反射素子を示す平面図である。 図８は、実施の形態４に係る光学反射素子を示す平面図である。 図９は、実施の形態５に係る反射体を示す平面図である。 図１０は、実施の形態５に係る反射体の変形例を示す平面図である。

次に、本発明に係る光制御システムの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

また、以下の説明及び図面中において、光学反射素子の厚み方向をＺ軸方向と定義する。光学反射素子の第一軸と平行な方向をＹ軸方向と定義し、第一軸に交差する方向をＸ軸方向と定義する。これらＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに交差（以下実施の形態では、直交）する方向である。さらに、平行及び直交などの、相対的な方向または姿勢を示す表現は、厳密には、その方向または姿勢ではない場合も含む。例えば、２つの方向が直交している、とは、当該２つの方向が完全に直交していることを意味するだけでなく、実質的に直交していること、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。

［実施の形態１］
（光学反射素子）
まず、本発明に係る光学反射素子１００について説明する。図１は、実施の形態１に係る光学反射素子１００を示す平面図である。

光学反射素子１００は、レーザ光などの光の反射角度を周期的に変更して光の照射位置を周期的に掃引する装置である。図１に示すように、光学反射素子１００は、一対の基体１０５と、反射体１１０と、反射体１１０を揺動させるための第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０と、第三揺動部２３０とを備えている。本実施の形態では、反射体１１０の一部と、第一揺動部２１０の一部と、第二揺動部２２０の一部と、第三揺動部２３０の一部と、一対の基体１０５とは、１つの基板から不要部分を除去することにより一体的に成形されたものである。具体的に例えば、半導体製造過程で用いられるエッチング技術を用いてシリコン基板の不要部分を除去することで、反射体１１０の一部と、第一揺動部２１０の一部と、第二揺動部２２０の一部と、第三揺動部２３０の一部と、一対の基体１０５とが一体的に形成されている。光学反射素子１００は、いわゆるＭＥＭＳ（メムス：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）である。

ここで、基板を構成する材料は、特に限定されるものではないが、金属、結晶体、ガラス、樹脂など機械的強度及び高いヤング率を有する材料が好ましい。具体的には、シリコン、チタン、ステンレス、エリンバー、黄銅合金などの金属や合金などが例示される。これら金属、合金などを用いれば、振動特性、加工性に優れた光学反射素子１００を実現できる。

反射体１１０は、揺動することで光を反射する部分である。反射体１１０の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、反射体１１０は円形の板状であり、反射対象の光を高い反射率で反射することができる反射部１１１を表面に備えている。反射部１１１の材質は、任意に選定することができ、例えば、金、銀、銅、アルミニウムなどの金属や金属化合物などが挙げられる。また、反射部１１１は複数層で構成されたものでもよい。さらに、反射部１１１は、反射体１１０の表面を平滑に磨くことにより形成されてもかまわない。反射部１１１は、平面ばかりでなく曲面であってもよい。第一軸１１は、反射体１１０の中心を通過する中心軸である。

第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０は、それぞれ第一軸に沿って反射体１１０を挟む位置に配置されている。具体的には、第一揺動部２１０は、反射体１１０よりもＹ軸マイナス方向に配置されており、第二揺動部２２０は、反射体１１０よりもＹ軸プラス方向に配置されている。

第一揺動部２１０と第二揺動部２２０とは、基本的な構成は同様であり、光学反射素子１００の中心点を基準とした点対称となるように配置されている。このため、第一揺動部２１０の具体的構成について詳細に説明し、第二揺動部２２０の具体的構造については簡単に説明する。

第一揺動部２１０は、第一接続体２１１と、第一振動体２１２と、第二振動体２１３と、第一駆動体２１４と、第二駆動体２１５と、第二接続体２１６と、支持体２１１１とを備えている。

第一接続体２１１は、第一軸１１に沿って延設された長尺棒状の部位である。第一接続体２１１の先端部には、反射体１１０が連結されており、第一接続体２１１の基端部には、第一振動体２１２の基端部及び第二振動体２１３の基端部のそれぞれが連結されている。第一接続体２１１は、先端部で保持した反射体１１０に対して、動力を伝達するための部位である。具体的には、第一接続体２１１が第一軸１１を中心にねじれた場合には、反射体１１０に対して第一軸１１を中心とした回転揺動を伝達する。

第一接続体２１１の形状は、特に限定されるものではないが、自身がねじれることにより反射体１１０を回転揺動させる部材であるため、反射体１１０よりも幅（図中Ｘ軸方向の長さ）の狭い細い棒状となっている。

「第一軸１１に沿う」とは、本実施の形態のように、第一接続体２１１が真っ直ぐに沿う場合ばかりでなく、第一接続体２１１が蛇行状に湾曲したり、ジグザグに屈曲したりしていても、仮想的に真っ直ぐな第一軸１１に全体として沿う場合は、含まれるものとしている。

また、本明細書、及び請求の範囲において「交差」とは、二本の線が接触する交差ばかりでなく二本の線が接触しない立体交差も含むものとして用いている。

第一振動体２１２及び第二振動体２１３を含む振動体は、Ｘ軸方向に延在する部位であり、振動することにより反射体１１０を動作させるためのアーム状の部位である。具体的には、第一振動体２１２及び第二振動体２１３は、第一軸１１を中心とする周方向に振動することにより、第一軸１１を中心に反射体１１０を回転揺動させるためのトルクを発生させる。

第一振動体２１２は、第一軸１１と交差する方向に配置され、第一接続体２１１の基端部に連結されている。第二振動体２１３は、第一軸１１に対し第一振動体２１２の逆側において第一軸１１と交差する方向に配置され、第一接続体２１１の基端部に連結されている。

本実施の形態の場合、第一振動体２１２は、Ｘ軸方向に延在する矩形棒状の部材であり、第二振動体２１３は、Ｘ軸方向において第一振動体２１２の逆方向に延在する矩形棒状の部材である。

また、第一振動体２１２の基端部と第二振動体２１３の基端部とは連結体２１７により一体に連結されている。これにより、第一振動体２１２と第二振動体２１３とは、第一軸１１を中心にして直交方向に延在する真っ直ぐな棒状となっている。

第一駆動体２１４及び第二駆動体２１５を含む駆動体は、振動体を振動させるための駆動力を発生させる部材である。第一駆動体２１４は、第一振動体２１２の先端部に連結され、第一振動体２１２を振動させる部材である。第二駆動体２１５は、第二振動体２１３の先端部に連結され、第二振動体２１３を振動させる部材である。

第一駆動体２１４は、第一駆動本体部２１４１と、第一圧電素子２１４２とを備えている。第一駆動本体部２１４１は、基端部が第一振動体２１２の先端部に一体に連結され、第一軸１１に沿って反射体１１０に向かって延在した棒状体である。第一駆動本体部２１４１の全長（Ｙ軸方向の長さ）は、第一振動体２１２の全長（Ｘ軸方向の長さ）よりも長い。第一駆動本体部２１４１の表面には、第一圧電素子２１４２が設けられている。

第一圧電素子２１４２は、第一駆動本体部２１４１の表面に第一軸１１に沿って配置された細長い板形状の圧電素子である。第一圧電素子２１４２は、第一駆動体２１４の中央部を含む位置に配置されている。具体的には、第一圧電素子２１４２は、第一駆動本体部２１４１の全長にわたって配置されている。

この第一圧電素子２１４２に周期的に変動する電圧を印加することにより第一圧電素子２１４２が伸縮を繰り返す。この第一圧電素子２１４２の動きに対応して第一駆動本体部２１４１が湾曲と復帰とを繰り返す。第一駆動本体部２１４１は、第一振動体２１２に連結している基端部よりも突出している先端部が大きく振動し、第一駆動体２１４全体の振動エネルギーが第一振動体２１２の先端に伝達する。

第二駆動体２１５も第一駆動体２１４と同様に、第二駆動本体部２１５１と第二圧電素子２１５２とを備え、第一軸１１を含み反射体１１０の表面に直交する仮想的な面に対し第一駆動体２１４と対称の位置に配置されている。第二駆動体２１５は、基端部が第二振動体２１３の先端に接続されている。また、第二駆動体２１５の動作も第一駆動体２１４の動作と同様である。

本実施の形態の場合、圧電素子は、例えば、薄膜積層型圧電アクチュエータである。薄膜積層型圧電アクチュエータは、駆動本体部の表面に形成された、電極と圧電体とを厚さ方向に積層した積層体構造からなる。これによって、駆動体をより薄型にすることができる。

なお、駆動体は、圧電素子の歪により振動するものばかりでなくともよい。その他の駆動体としては、例えば、磁場、電場との相互作用により力が発生する部材、装置などを備え、外部装置により発生させた磁場及び電場の少なくとも一方を変化させ、また自身が発生させる磁場及び電場の少なくとも一方を変化させることにより振動するものでもかまわない。また、圧電体を構成する材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの高い圧電定数を有する圧電体材料を例示することができる。

第二接続体２１６は、第一振動体２１２及び第二振動体２１３を振動自在に接続する部位である。第二接続体２１６は、第一軸１１に沿って配置されており、基端部が支持体２１１１に連結され、先端部が連結体２１７を介して第一振動体２１２の基端部及び第二振動体２１３の基端部に連結されている。

第二接続体２１６の形状は、特に限定されるものではないが、第一振動体２１２及び第二振動体２１３の振動により自身がねじれることにより、支持体２１１１に対して第一接続体２１１のねじれを許容する部材であるため、第一接続体２１１よりもねじり剛性が高い棒状となっている。

なお、第二接続体２１６も第一接続体２１１と同様、第一軸１１に真っ直ぐに沿う場合ばかりでなく、蛇行状に湾曲したり、ジグザグに屈曲したりしていてもかまわない。このような場合も、第一軸１１回りのねじり剛性を、第一接続体２１１と第二接続体２１６とで比較した場合、第一接続体２１１のねじり剛性が弱い。

支持体２１１１は、Ｘ軸方向に長尺な部位であり、その中央部に第二接続体２１６の基端部が連結されている。支持体２１１１の両端部には、それぞれ第三揺動部２３０の第一補助体２３１と第二補助体２３２とが連結されている。

次に、第二揺動部２２０の具体的構造について説明する。上述したように、第二揺動部２２０は、第一揺動部２１０と基本的な構成は同様である。第二揺動部２２０は、第一揺動部２１０に対して、光学反射素子１００の中心点を基準とした点対称となるように配置されている。このため、第二揺動部２２０の各部と、第一揺動部２１０の各部との対応関係を中心に説明する。

第二揺動部２２０は、第一接続体２２１と、第一振動体２２２と、第二振動体２２３と、第一駆動体２２４と、第二駆動体２２５と、第二接続体２２６と、支持体２２１１とを備えている。

第一接続体２２１は、第一揺動部２１０の第一接続体２１１に対応する部位である。第一振動体２２２は、第一揺動部２１０の第一振動体２１２に対応する部位であり、第二振動体２２３は、第一揺動部２１０の第二振動体２１３に対応する部位である。第一振動体２２２及び第二振動体２２３は、第一揺動部２１０の第一振動体２１２及び第二振動体２１３に対してＸ軸方向における位置関係が逆となっている。第一振動体２２２の基端部と第二振動体２２３の基端部とは連結体２２７により一体に連結されている。

第一駆動体２２４は、第一揺動部２１０の第一駆動体２１４に対応する部位であり、第二駆動体２２５は、第一揺動部２１０の第二駆動体２１５に対応する部位である。第一駆動体２２４及び第二駆動体２２５は、第一揺動部２１０の第一駆動体２１４及び第二駆動体２２５に対してＸ軸方向における位置関係が逆となっている。第一駆動体２２４は、第一駆動本体部２２４１と第一圧電素子２２４２とを有しており、これらが第一駆動体２１４の第一駆動本体部２１４１と第一圧電素子２１４２に対応している。第二駆動体２２５は、第二駆動本体部２２５１と第二圧電素子２２５２とを有しており、これらが第二駆動体２１５の第二駆動本体部２１５１と第二圧電素子２１５２に対応している。

第二接続体２２６は、第一揺動部２１０の第二接続体２１６に対応する部位である。第二接続体２２６は、第一軸１１に沿って配置されており、基端部が支持体２２１１に連結され、先端部が連結体２２７を介して第一振動体２２２の基端部及び第二振動体２２３の基端部に連結されている。

支持体２２１１は、第一揺動部２１０の支持体２１１１に対応する部位である。支持体２２１１は、Ｘ軸方向に長尺な部位であり、その中央部に第二接続体２２６の基端部が連結されている。支持体２２１１の両端部には、それぞれ第三揺動部２３０の第一補助体２３１と第二補助体２３２とが連結されている。

一対の基体１０５は、光学反射素子１００を外部の構造部材などに取り付けるための部材であり、Ｙ軸方向に長尺な棒形状を有している。具体的には、一対の基体１０５は、第一軸１１を挟む位置に配置されている。一対の基体１０５の一方には、第三揺動部２３０の第一補助体２３１が連結され、他方には第二補助体２３２が連結されている。

次に、第三揺動部２３０の具体的構造について説明する。

第三揺動部２３０は、第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０が第一軸１１回りに同方向に回転揺動する際に、自らが振動することで第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０に対して補助的な力を作用させる部位である。第三揺動部２３０は、第一補助体２３１と、第二補助体２３２とを備えている。

第一補助体２３１は、第一軸１１よりもＸ軸マイナス方向に配置されており、一対の基体１０５のうち、Ｘ軸マイナス方向に配置された一方の基体１０５に対して、第一揺動部２１０の支持体２１１１と第二揺動部２２０の支持体２２１１とを接続して動作させる。

具体的には、第一補助体２３１は、第一補助本体２３１１と、第三圧電素子２３１２とを備えている。第一補助本体２３１１は、一方の基体１０５から各支持体２１１１、２２１１まで連続的に延設された、Ｙ軸方向に長尺な矩形状の部位である。つまり、第一補助本体２３１１のＸ軸マイナス側の端部は、Ｙ軸方向の全長にわたって一方の基体１０５に連結されている。第一補助本体２３１１のＸ軸プラス側の端部は、そのＹ軸方向マイナス側の角部が第一揺動部２１０の支持体２１１１に連結され、Ｘ軸マイナス側の角部が第二揺動部２２０の支持体２２１１に連結されている。第一補助本体２３１１は、第一揺動部２１０の第二駆動体２１５及び第二揺動部２２０の第一駆動体２２４のそれぞれとＸ軸方向で離間して配置されている。

第三圧電素子２３１２は、第一補助本体２３１１の表面に第一軸１１に沿って配置された細長い板形状の圧電素子である。第三圧電素子２３１２は、第一補助本体２３１１の中央部を含む位置に配置されている。具体的には、第三圧電素子２３１２は、第一補助本体２３１１の表面の略全体にわたって平面状に広がって配置されている。

この第三圧電素子２３１２に周期的に変動する電圧を印加することにより第三圧電素子２３１２が伸縮を繰り返す。この第三圧電素子２３１２の動きに対応して第一補助本体２３１１が湾曲と復帰とを繰り返す。第一補助本体２３１１は、その全体の振動エネルギーが第一揺動部２１０の支持体２１１１と第二揺動部２２０の支持体２２１１とに伝達される。これにより、第一揺動部２１０の支持体２１１１と第二揺動部２２０の支持体２２１１とを揺動させることができる。

第二補助体２３２は、第一軸１１よりもＸ軸プラス方向に配置されており、一対の基体１０５のうち、Ｘ軸プラス方向に配置された他方の基体１０５に対して、第一揺動部２１０の支持体２１１１と第二揺動部２２０の支持体２２１１とを接続して動作させる。

第二補助体２３２は、第一補助体２３１と基本的な構成は同様である。第二補助体２３２は、第一軸１１を含み反射体１１０の表面に直交する仮想的な面に対し、第一補助体２３１と対称となるように配置されている。このため、第二補助体２３２の各部と、第一補助体２３１の各部との対応関係を中心に説明する。

第二補助体２３２は、第二補助本体２３２１と、第四圧電素子２３２２とを備えている。第二補助本体２３２１は、第一補助本体２３１１に対応する部位であり、第四圧電素子２３２２は、第三圧電素子２３１２に対応する部位である。

第二補助本体２３２１は、他方の基体１０５から各支持体２１１１、２２１１まで連続的に延設されている。第四圧電素子２３２２に周期的に変動する電圧を印加することにより第四圧電素子２３２２が伸縮を繰り返す。この第四圧電素子２３２２の動きに対応して第二補助本体２３２１が湾曲と復帰とを繰り返す。第二補助本体２３２１は、その全体の振動エネルギーが第一揺動部２１０の支持体２１１１と第二揺動部２２０の支持体２２１１とに伝達される。これにより、第一揺動部２１０の支持体２１１１と第二揺動部２２０の支持体２２１１とを揺動させることができる。

なお、補助体は、圧電素子の歪により振動するものばかりでなくともよい。その他の補助体としては、例えば、磁場、電場との相互作用により力が発生する部材、装置などを備え、外部装置により発生させた磁場及び電場の少なくとも一方を変化させ、また自身が発生させる磁場及び電場の少なくとも一方を変化させることにより振動するものでもかまわない。

（光制御システム）
次に、上記の光学反射素子１００を備えた光制御システム１０について説明する。図２は、実施の形態１に係る光制御システム１０の制御構成を示すブロック図である。

図２に示すように、光制御システム１０は、光学反射素子１００と、光学反射素子１００を制御する制御装置２０とを備えている。光学反射素子１００には、複数のモニタ素子が適切な位置に取り付けられている。モニタ素子は、各振動体の湾曲状態を歪みとして検出する素子である。モニタ素子からの出力を測定することにより反射体１１０の揺動の状態を正確にモニタリングすることができる。具体的には、第一揺動部２１０には、第一振動体２１２の歪みを検出する第一モニタ素子２１８と、第二振動体２１３の歪みを検出する第二モニタ素子２１９とが設けられている。第二揺動部２２０には、第一振動体２２２の歪みを検出する第一モニタ素子２２８と、第二振動体２２３の歪みを検出する第二モニタ素子２２９とが設けられている。

制御装置２０は、角度検出回路２１と、駆動回路２２と、制御回路２３とを備えている。角度検出回路２１は、各モニタ素子（第一モニタ素子２１８、２２８、第二モニタ素子２１９、２２９）からの検出信号を受信し、当該検出信号に基づいて、反射体１１０の角度情報を検出し、当該角度情報を制御回路２３に出力する回路である。

駆動回路２２は、制御回路２３からの駆動信号に基づいて、各圧電素子（第一圧電素子２１４２、２２４２、第二圧電素子２１５２、２２５２、第三圧電素子２３１２、第四圧電素子２３２２）に周期的な電圧を出力する回路である。

制御回路２３は、角度検出回路２１から入力された反射体１１０の角度情報に基づき、反射体１１０が任意の角度となるように、駆動回路２２に出力する駆動信号を調整する回路である。

なお、ここでは、角度検出回路２１と、駆動回路２２と、制御回路２３とが専用の回路である場合を例示した。しかしながら、制御装置２０は、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、又はＬＳＩ（large scale integration）を含む一つ又は一つ以上の電子回路によって実行されてもよい。ＬＳＩ又はＩＣは、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。

また、モニタ素子は、反射体１１０に設けられていてもよいし、光学反射素子１００に設けられていなくてもよい。

（動作）
次に、光学反射素子１００の動作について説明する。光学反射素子１００は、制御装置２０の制御に基づき動作する。制御装置２０は、反射体１１０を第一軸１１回りに回転揺動させる。つまり、制御装置２０は、第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０を、第一軸１１回りに同じ方向に回転揺動させる。このとき、制御装置２０は、第一揺動部２１０の第一駆動体２１４及び第二駆動体２１５のそれぞれにおいて、光学反射素子１００の厚み方向での振動の方向が逆方向となる第一部位及び第二部位を発生させるように、第一揺動部２１０の第一駆動体２１４及び第二駆動体２１５を振動させる。同様に、制御装置２０は、第二揺動部２２０の第一駆動体２２４及び第二駆動体２２５のそれぞれにおいて、厚み方向での振動の方向が逆方向となる第三部位及び第四部位を発生させるように、第二揺動部２２０の第一駆動体２２４及び第二駆動体２２５を振動させる。

ここで、制御装置２０は、第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０の回転揺動を増幅させるように、第三揺動部２３０の第一補助体２３１及び第二補助体２３２を振動させる。

以下、制御装置２０による制御方法について説明する。

図３は、実施の形態１に係る光学反射素子１００を動作させるための駆動信号の一例を示す説明図である。駆動信号は、各圧電素子を周期的に変動するＡＣ電圧を印加するための信号であり、各駆動体を振動可能な共振周波数となっている。図３では、駆動信号の一例として、第一駆動信号Ｗ１の波形と、第二駆動信号Ｗ２の波形とを一周期だけ図示している。第二駆動信号Ｗ２は、第一駆動信号Ｗ１に対して逆位相の波形となっている。制御装置２０は、第一揺動部２１０の第一圧電素子２１４２と第二揺動部２２０の第二圧電素子２２５２とに第一駆動信号Ｗ１を付与し、第一揺動部２１０の第二圧電素子２１５２と第二揺動部２２０の第一圧電素子２２４２とに第二駆動信号Ｗ２を付与する。これにより、第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０が、第一軸１１回りに同方向に回転揺動する。

このとき、制御装置２０は、第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０の回転揺動を増幅させるように、第三揺動部２３０の第一補助体２３１及び第二補助体２３２とを振動させる。具体的には、制御装置２０は、第一補助体２３１の第三圧電素子２３１２に第二駆動信号Ｗ２を付与し、第四圧電素子２３２２に第一駆動信号Ｗ１を付与する。これにより、第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０が振動するので、当該振動が第一揺動部２１０の支持体２１１１と、第二揺動部２２０の支持体２２１１とに伝達されて、第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０の回転揺動が増幅される。

ここで、第一揺動部２１０を例示して、第一駆動信号Ｗ１と第二駆動信号Ｗ２との具体例について説明する。第一駆動信号Ｗ１は、第一揺動部２１０の第一駆動体２１４及び第二駆動体２１５のそれぞれにおいて、厚み方向での振動の方向が逆方向となる第一部位２１４ａ、２１５ａ及び第二部位２１４ｂ、２１５ｂを発生させるようなモードで共振する共振周波数に設定されている。つまり、第一駆動信号Ｗ１は、第一揺動部２１０の固有振動数に基づいて決定されているとも言える。第二駆動信号Ｗ２は、第一駆動信号Ｗ１に対して逆位相であるものの実質的に同じ周波数に設定されている。本実施の形態では、第一駆動信号Ｗ１と第二駆動信号Ｗ２とは、第一揺動部２１０の第一駆動体２１４及び第二駆動体２１５のそれぞれにおいて、第一部位２１４ａ、２１５ａと第二部位２１４ｂ、２１５ｂとの間に１つの変曲点を有するような固有モードで共振する周波数としている。なお、第一駆動信号Ｗ１と第二駆動信号Ｗ２とは、第一部位２１４ａ、２１５ａと第二部位２１４ｂ、２１５ｂとの間に２つ以上の変曲点を有するような固有モードで共振する周波数であってもよい。

第二揺動部２２０においては、第一駆動信号Ｗ１が第二駆動体２２５に対応し、第二駆動信号Ｗ２が第一駆動体２２４に対応する。

図４は、実施の形態１に係る光学反射素子１００が動作している際の各部の状態を示す斜視図である。図４では、第三揺動部２３０の第一補助体２３１及び第二補助体２３２を破線で示している。

図４に示すように、第一揺動部２１０では、制御装置２０によって、第一圧電素子２１４２に第一駆動信号Ｗ１が付与され、第二圧電素子２１５２に第二駆動信号Ｗ２が付与されると、第一駆動体２１４及び第二駆動体２１５のそれぞれに、厚み方向で振動の方向が逆となる第一部位２１４ａ、２１５ａ及び第二部位２１４ｂ、２１５ｂが発生する。具体的には、第一駆動体２１４では、第一部位２１４ａは第一駆動体２１４の基端部であり、第二部位２１４ｂは、第一駆動体２１４の先端部である。第一駆動体２１４の第一部位２１４ａがＺ軸プラス方向に移動する（図４中、矢印Ｚ１１）と、第二部位２１４ｂがＺ軸マイナス方向に移動する（図４中、矢印Ｚ１２）。逆に、第一駆動体２１４の第一部位２１４ａがＺ軸マイナス方向に移動すると、第二部位２１４ｂがＺ軸プラス方向に移動する。

第二駆動体２１５では、第一部位２１５ａは第二駆動体２１５の先端部であり、第二部位２１５ｂは、第二駆動体２１５の基端部である。第二駆動体２１５の第一部位２１５ａがＺ軸プラス方向に移動する（図４中、矢印Ｚ２１）と、第二部位２１５ｂがＺ軸マイナス方向に移動する（図４中、矢印Ｚ２２）。逆に、第二駆動体２１５の第一部位２１５ａがＺ軸マイナス方向に移動すると、第二部位２１５ｂがＺ軸プラス方向に移動する。

これにより、第一揺動部２１０では、第一駆動体２１４及び第一振動体２１２と、第二駆動体２１５及び第二振動体２１３とが第一軸１１を中心にした周方向で、同一方向に回転揺動する。

一方、第二揺動部２２０では、制御装置２０によって、第二圧電素子２２５２に第一駆動信号Ｗ１が付与され、第一圧電素子２２４２に第二駆動信号Ｗ２が付与されると、第一駆動体２２４及び第二駆動体２２５のそれぞれに、厚み方向での振動の方向が逆となる第三部位２２４ｃ、２２５ｃ及び第四部位２２４ｄ、２２５ｄが発生する。具体的には、第一駆動体２２４では、第三部位２２４ｃは第一駆動体２２４の先端部であり、第四部位２２４ｄは、第一駆動体２２４の基端部である。第一駆動体２２４の第三部位２２４ｃがＺ軸プラス方向に移動（図４中、矢印Ｚ３１）すると、第四部位２２４ｄがＺ軸マイナス方向に移動する（図４中、矢印Ｚ３２参照）。逆に、第一駆動体２２４の第三部位２２４ｃがＺ軸マイナス方向に移動すると、第四部位２２４ｄがＺ軸プラス方向に移動する。

第二駆動体２２５では、第三部位２２５ｃは第二駆動体２２５の基端部であり、第四部位２２５ｄは、第二駆動体２２５の先端部である。第二駆動体２２５の第三部位２２５ｃがＺ軸プラス方向に移動する（図４中、矢印Ｚ４１）と、第四部位２２５ｄがＺ軸マイナス方向に移動する（図４中、矢印Ｚ４２）。逆に、第二駆動体２２５の第三部位２２５ｃがＺ軸マイナス方向に移動すると、第四部位２２５ｄがＺ軸プラス方向に移動する。つまり、第二揺動部２２０においても、第一揺動部２１０と同様に、第一駆動体２２４及び第一振動体２２２と、第二駆動体２２５及び第二振動体２２３とが第一軸１１を中心にした周方向で、同一方向に回転揺動する。

このように、第一揺動部２１０と第二揺動部２２０とが第一軸１１回りに同じ方向に回転揺動すると、第一接続体２１１、２２１には、第一軸１１を中心としたねじれが生じるので、反射体１１０も第一軸１１を中心にして回転揺動することなる（図１における矢印Ｙ１参照）。本実施の形態では、第一揺動部２１０と第二揺動部２２０とが第一軸１１回りに同じ方向で回転揺動すると、反射体１１０もこれらと同じ方向で第一軸１１を中心にして回転揺動する。

図５は、実施の形態１に係る駆動体（第一駆動体２１４、２２４及び第二駆動体２１５、２２５）に対して、変曲点を発生させない共振周波数を付与した場合（第１モード）と、変曲点を発生させる共振周波数を付与した場合（第２モード）との各振動を模式的に示したグラフである。第１モードよりも第２モードの方が、駆動体の基端部の変位が大きいことがわかる。これにより、第一振動体２１２、２２２及び第二振動体２１３、２２３も大きく回転揺動するので、第一接続体２１１、２２１も大きくねじられる。したがって、反射体１１０の触れ角も大きくなる。

第三揺動部２３０では、制御装置２０によって、第三圧電素子２３１２に第二駆動信号Ｗ２が付与され、第四圧電素子２３２２に第一駆動信号Ｗ１が付与されると、第一補助体２３１と第二補助体２３２とが厚み方向で逆方向に振動する。具体的には、第一補助体２３１がＺ軸マイナス方向に移動した場合（図４中、矢印Ｚ５２）には、第二補助体２３２がＺ軸プラス方向に移動する（図４中、矢印Ｚ５１）。逆に、第一補助体２３１がＺ軸プラス方向に移動した場合には、第二補助体２３２がＺ軸マイナス方向に移動する。この振動が繰り返されることで、第一揺動部２１０の支持体２１１１及び第二揺動部の支持体２２１１が第一軸１１を中心にした周方向で回転揺動する（図４中、矢印Ｚ６０）。支持体２１１１、２２１１の回転揺動は、第一揺動部２１０と第二揺動部２２０との回転揺動と同じ方向である。このため、支持体２１１１、２２１１の回転揺動が、第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０に伝達されることで、第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０の回転揺動が増幅される。つまり、反射体１１０の回転揺動も増幅される。

（効果など）
以上のように、本実施の形態によれば、光を反射して往復動させる光学反射素子１００は、光を反射する反射体１１０と、それぞれ第一軸１１に沿って反射体１１０を挟む位置に配置され、反射体１１０を揺動させるための第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０と、第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０を揺動させるための第三揺動部２３０と、を備えている。第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０のそれぞれは、第一軸１１に沿って配置され、反射体１１０と先端部が連結される第一接続体２１１、２２１と、第一軸１１と交差する方向に延在し、第一接続体２１１、２２１の基端部に連結される第一振動体２１２、２２２と、第一軸１１に対し第一振動体２１２、２２２の逆側において第一軸１１と交差する方向に延在し、第一接続体２１１、２２１の基端部に連結される第二振動体２１３、２２３と、第一軸１１に沿って延在し、基端部が第一振動体２１２、２２２の先端部に連結され、第一振動体２１２、２２２を介して第一接続体２１１、２２１を動作させる第一駆動体２１４、２２４と、第一軸１１に沿って延在し、基端部が第二振動体２１３、２２３の先端部に連結され、第二振動体２１３、２２３を介して第一接続体２１１、２２１を動作させる第二駆動体２１５、２２５と、第一軸１１と交差する方向に延在した支持体２１１１、２２１１と、支持体２１１１、２２１１に対し第一振動体２１２、２２２及び第二振動体２１３、２２３を振動自在に接続する第二接続体２１６、２２６とを備えている。第三揺動部２３０は、第一軸１１を挟む位置に配置された一対の基体のうち一方の基体１０５に対して、第一揺動部２１０の支持体２１１１と、第二揺動部２２０の支持体２２１１とを接続して動作させる第一補助体２３１と、一対の基体１０５のうち他方の基体１０５に対して、第一揺動部２１０の支持体２１１１と、第二揺動部２２０の支持体２２１１とを接続して動作させる第二補助体２３２と、を備えている。

また、本実施の形態によれば、光制御システム１０は、上記光学反射素子１００と、光学反射素子１００を制御する制御装置２０とを備えている。制御装置２０は、第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０が第一軸１１回りに同じ方向に回転揺動するように、第一揺動部２１０の第一駆動体２１４及び第二駆動体２１５と、第二揺動部２２０の第一駆動体２２４及び第二駆動体２２５と、第三揺動部２３０の第一補助体２３１及び第二補助体２３２とを振動させる。

これによれば、第三揺動部２３０の第一補助体２３１が第一揺動部２１０の支持体２１１１と第二揺動部２２０の支持体２２１１とに接続されるとともに、第二補助体２３２が第一揺動部２１０の支持体２１１１と第二揺動部２２０の支持体２２１１とに接続されている。このため、制御装置２０が第一補助体２３１と第二補助体２３２とを厚み方向で逆方向に振動させれば、その振動が支持体２１１１、２２１１を介して第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０に伝達される。つまり、第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０の回転揺動を増幅することができる。これにより、第一接続体２１１、２２１も大きくねじられて、反射体１１０の触れ角も大きくすることができる。したがって、反射体１１０の揺動範囲を広げることができ、光学反射素子１００の性能を高めることが可能である。

また、第一駆動体２１４、２２４は第一圧電素子２１４２、２２４２を備え、第二駆動体２１５、２２５は第二圧電素子２１５２、２２５２を備えている。第一補助体２３１は、一方の基体１０５から第一揺動部２１０の支持体２１１１及び第二揺動部２２０の支持体２２１１まで連続的に延設された第一補助本体２３１１と、第一補助本体２３１１の表面の略全体に積層された第三圧電素子２３１２とを備えている。第二補助体２３２は、他方の基体１０５から第一揺動部２１０の支持体２１１１及び第二揺動部２２０の支持体２２１１まで連続的に延設された第二補助本体２３２１と、第二補助本体２３２１の表面の略全体に積層された第四圧電素子２３２２とを備えている。

これによれば、第三圧電素子２３１２が第一補助本体２３１１の表面の略全体に積層され、第四圧電素子２３２２が第二補助本体２３２１の表面の略全体に積層されているので、第三圧電素子２３１２及び第四圧電素子２３２２を広範囲に積層することができる。これにより、第三圧電素子２３１２及び第四圧電素子２３２２の体積を比較的大きくすることができる。第三圧電素子２３１２及び第四圧電素子２３２２の体積が大きければそれだけ大きな振動を発生できるので、結果として第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０の回転揺動をより増幅することができる。したがって、反射体１１０の揺動範囲をより広げることができ、光学反射素子１００の性能をより高めることが可能である。

また、第一駆動体２１４、２２４及び第二駆動体２１５、２２５のそれぞれの全長は、第一振動体２１２、２２２及び第二振動体２１３、２２３のそれぞれの全長よりも長い。

これによれば、例えば、第一駆動体２１４の全長が、第一振動体２１２の全長よりも長いので、第一駆動体２１４の基端部に対する回転トルクを大きくすることができる。これは、他の駆動体（第一駆動体２２４、第二駆動体２１５、２２５）においても同様である。このように、各第一駆動体の基端部に対する回転トルクが増加されるので、駆動効率を高めることが可能である。

なお、駆動体（第一駆動体２１４、２２４、第二駆動体２１５、２２５）の全長と、振動体（第一振動体２１２、２２２、第二振動体２１３、２２３）の全長との比率は、０．１５以上０．５以下であることが好ましい。この関係性であれば駆動体の基端部に対する回転トルクを好適に増加させることが可能である。また、各振動体よりも全長の長い各駆動体においては、その全長にわたって圧電素子（第一圧電素子２１４２、２２４２、第二圧電素子２１５２、２２５２）が設けられている。このため、圧電素子の体積を比較的大きくすることができる。圧電素子の体積が大きければそれだけ大きな振動を各駆動体に発生させることができるので、駆動効率も高められる。

［実施の形態２］
次に、実施の形態２について説明する。なお、以降の説明において、上記実施の形態１と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

実施の形態１では、第一揺動部２１０と第二揺動部２２０とが第一軸１１回りに同じ方向に回転揺動すると、反射体１１０もこれらと同じ方向に第一軸１１を中心にして回転揺動する場合を例示した。実施の形態２では、第一揺動部２１０と第二揺動部２２０とが第一軸１１回りに同じ方向に回転揺動すると、反射体１１０がこれらとは逆方向に回転揺動する場合について説明する。また、実施の形態２では、実施の形態１の光学反射素子１００を例示してその制御方法について説明する。

具体的には、各第一接続体２１１、２２１は、例えば、第一駆動信号Ｗ１と第二駆動信号Ｗ２とが、第一駆動体２１４、２２４及び第二駆動体２１５、２２５に付与された場合に、奇数の節が発生する形状を有している。例えば、各第一接続体２１１、２２１の全長、断面形状、外形などを調整することにより、奇数の節が発生する形状としている。

図６は、実施の形態２に係る光学反射素子１００に発生した節を示す模式図である。図６では、第三揺動部２３０の図示は省略している。図６に示すように、第一接続体２１１、２２１のそれぞれの中間位置に１つの節２１１ｓ、２２１ｓが発生している。ここで、「節」とは、その周辺位置で第一接続体２１１、２２１のねじれの方向が反転する部位を言う。

制御装置２０の制御によって、第一接続体２１１、２２１の基端部で、第一軸１１回りに反時計回りの回転（図６の矢印Ｙ１１）が生まれる際には、節２１１ｓ、２２１ｓよりも先端部では第一軸１１回りに時計回りの回転（図６の矢印Ｙ１２）が生まれる。これにより、反射体１１０も時計回りに回転する。逆に、第一接続体２１１、２２１の基端部で、第一軸１１回りに時計回りの回転が生まれる際には、節２１１ｓ、２２１ｓよりも先端部では第一軸１１回りに反時計回りの回転が生まれる。これにより、反射体１１０も反時計回りに回転する。

つまり、これらの動作が繰り返し行われることで、第一揺動部２１０と第二揺動部２２０とが第一軸１１回りに同じ方向に回転揺動すると、反射体１１０は、第一揺動部２１０と第二揺動部２２０とは逆方向に回転揺動する。

（効果など）
以上のように、本実施の形態によれば、第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０のそれぞれの第一接続体２１１、２２１は、第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０が同じ方向に回転揺動される際に、奇数の節２１１ｓ、２２１ｓが発生する形状を有する。

これによれば、第一揺動部２１０と第二揺動部２２０とが第一軸１１回りに同じ方向に回転揺動すると、反射体１１０は、これらとは逆方向に回転揺動する。このとき、第一接続体２１１、２２１内では、節２１１ｓ、２２１ｓを基準としてねじれの方向が反転しているので、振動の閉じ込め効果が発生する。これにより、反射体１１０を回転させるための共振モード、つまり光学反射素子１００が有する共振モード（駆動モード）の共振尖鋭度（Ｑ値）が高くなる。共振尖鋭度（Ｑ値）が高くなれば、反射体１１０の振れ角特性を高くすることができる。つまり、実施の形態３では、実施の形態１の反射体１１０よりも大きな範囲で反射体１１０を回転揺動させることが可能である。

なお、本実施の形態では、第一接続体２１１、２２１のそれぞれに１つの節２１１ｓ、２２１ｓが発生する場合を例示したが、１つの接続体に対する節の発生個数は３以上の奇数であってもよい。節の発生個数が奇数であれば、第一揺動部２１０と第二揺動部２２０とが第一軸１１回りに同じ方向に回転揺動すると、反射体１１０が、これらとは逆方向に回転揺動することになる。

また、制御装置２０は、第一揺動部２１０及び第二揺動部２２０を同じ方向に揺動させる際に、第一揺動部２１０の第一駆動体２１４及び第二駆動体２１５のそれぞれにおいて、厚み方向での振動の方向が逆方向となる第一部位２１４ａ、２１５ａ及び第二部位２１４ｂ、２１５ｂを発生させるように、第一揺動部２１０の第一駆動体２１４及び第二駆動体２１５を振動させるとともに、第二揺動部２２０の第一駆動体２２４及び第二駆動体２２５のそれぞれにおいて、厚み方向での振動の方向が逆方向となる第三部位２２４ｃ、２２５ｃ及び第四部位２２４ｄ、２２５ｄを発生させるように、第二揺動部２２０の第一駆動体２２４及び第二駆動体２２５を振動させる。

これによれば、第一揺動部２１０の第一駆動体２１４及び第二駆動体２１５のそれぞれにおいて、厚み方向での振動の方向が逆方向となる第一部位２１４ａ、２１５ａ及び第二部位２１４ｂ、２１５ｂが発生する。これにより、第一駆動体２１４及び第二駆動体２１５のそれぞれの基端部での変位を大きくすることができる。

一方、第二揺動部２２０の第一駆動体２２４及び第二駆動体２２５のそれぞれにおいて、厚み方向での振動の方向が逆方向となる第三部位２２４ｃ、２２５ｃ及び第四部位２２４ｄ、２２５ｄが発生する。これにより、第一駆動体２２４及び第二駆動体２２５のそれぞれの基端部での変位を大きくすることができる。

これらのことにより、第一振動体２１２、２２２及び第二振動体２１３、２２３も大きく回転揺動するので、第一接続体２１１、２２１も大きくねじられて、反射体１１０の触れ角もより大きくすることができる。したがって、反射体１１０の揺動範囲をより広げることができ、光学反射素子１００の性能を一層高めることが可能である。

［実施の形態３］
次に、実施の形態３について説明する。なお、以降の説明において、上記実施の形態１と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

上記実施の形態では、第三揺動部２３０において第一補助体２３１と第二補助体２３２とが、第一揺動部２１０の支持体２１１１から第二揺動部２２０の支持体２２１１まで連続している場合を例示した。しかしながら、第一補助体及び第二補助体のそれぞれは分割されていてもよい。

図７は、実施の形態３に係る光学反射素子１００Ａを示す平面図である。図７に示すように、実施の形態３に係る光学反射素子１００Ａでは、第三揺動部２３０ａにおける第一補助体２３１ａ及び第二補助体２３２ａのそれぞれがＹ軸方向で分割されている。

具体的には、第一補助体２３１ａは、一対の第一補助本体２３１１ａと、一対の第三圧電素子２３１２ａとを備えている。一対の第一補助本体２３１１は、Ｙ軸方向で離間して配置されている。一対の第一補助本体２３１１のうち、一方の第一補助本体２３１１は、Ｘ軸方向に長尺な形状であり、第一揺動部２１０の支持体２１１１と一方の基体１０５とを連結している。一方の第一補助本体２３１１の表面には、一対の第三圧電素子２３１２ａのうち一方の第三圧電素子２３１２ａが積層されている。

また、一対の第一補助本体２３１１のうち、他方の第一補助本体２３１１は、Ｘ軸方向に長尺な形状であり、第二揺動部２２０の支持体２２１１と一方の基体１０５とを連結している。他方の第一補助本体２３１１の表面には、一対の第三圧電素子２３１２ａのうち他方の第三圧電素子２３１２ａが積層されている。

また、第二補助体２３２ａは、一対の第二補助本体２３２１ａと、一対の第四圧電素子２３２２ａとを備えている。第二補助体２３２ａは、基本的には第一補助体２３１ａと同様なので詳細については省略する。

この場合、第一揺動部２１０と第二揺動部２２０とが第一軸１１回りに同じ方向に回転揺動する際に、制御装置２０が、一対の第四圧電素子２３２２ａに第一駆動信号Ｗ１を付与し、一対の第三圧電素子２３１２ａに第二駆動信号Ｗ２を付与することで、第一揺動部２１０と第二揺動部２２０との回転揺動を増幅することが可能である。

なお、本実施の形態では、第一補助体２３１ａ及び第二補助体２３２ａのそれぞれがＹ軸方向で分割されている場合を例示したが、Ｘ軸方向で分割されていてもよい。

［実施の形態４］
次に、実施の形態４について説明する。なお、以降の説明において、上記実施の形態１と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

実施の形態４では、第一振動体及び第二振動体に圧電素子が設けられた光学反射素子１００Ｂを例示する。図８は、実施の形態４に係る光学反射素子１００Ｂを示す平面図である。具体的には、図８は図１に対応する図である。なお、ここでは、補助体についての説明は省略する。

図８に示すように、光学反射素子１００Ｂの第一揺動部２１０ｂでは、第一振動体２１２ｂが第五圧電素子２１２２を備え、第二振動体２１３ｂが第六圧電素子２１３２を備えている。具体的には、第一振動体２１２ｂの表面には、第五圧電素子２１２２が配置されている。第五圧電素子２１２２は、第一振動体２１２ｂの中央部を含む位置に配置されている。本実施の形態では、第五圧電素子２１２２は、第一振動体２１２ｂの全長にわたって配置されている。前述したように第一圧電素子２１４２は、第一駆動体２１４の全長にわたって配置されている。このため、第一駆動体２１４と第一振動体２１２ｂとが振動したときに発生する第一駆動体２１４と第一振動体２１２ｂとの全体における変曲点は、第一圧電素子２１４２内に含まれている。つまり、第一振動体２１２ｂの基点と、変曲点との間には、第五圧電素子２１２２の全体と、第一圧電素子２１４２の少なくとも一部とが含まれることになる。

一方、第二振動体２１３ｂの表面には、第六圧電素子２１３２が配置されている。第六圧電素子２１３２は、第二振動体２１３ｂの中央部を含む位置に配置されている。本実施の形態では、第六圧電素子２１３２は、第二振動体２１３ｂの全長にわたって配置されている。前述したように第二圧電素子２１５２は、第二駆動体２１５の全長にわたって配置されている。このため、第二駆動体２１５と第二振動体２１３ｂとが振動したときに発生する第二駆動体２１５と第二振動体２１３ｂとの全体における変曲点は、第二圧電素子２１５２内に含まれている。つまり、第二振動体２１３ｂの基点と、変曲点との間には、第六圧電素子２１３２の全体と、第二圧電素子２１５２の少なくとも一部とが含まれることになる。

なお、第二揺動部２２０ｂにおいても、第一振動体２２２ｂが第六圧電素子２２２２を備え、第二振動体２２３ｂが第六圧電素子２２３２を備えているが、基本的には、第一揺動部２１０ｂと同様なのでそれらの説明については省略する。

これらの第五圧電素子２１２２、２２２２と、第六圧電素子２１３２、２２３２とは、それぞれ制御装置２０に電気的に接続されている。制御装置２０は、第一揺動部２１０ｂ及び第二揺動部２２０ｂを、第一軸１１回りに同じ方向に回転するように回転揺動させる際に、第五圧電素子２１２２、２２２２と、第六圧電素子２１３２、２２３２とを振動させる。

具体的には、制御装置２０は、第一揺動部２１０ｂの第一圧電素子２１４２と第六圧電素子２１３２と、第二揺動部２２０ｂの第二圧電素子２２５２と第五圧電素子２２２２とに第一駆動信号Ｗ１を付与し、第一揺動部２１０ｂの第二圧電素子２１５２と第五圧電素子２１２２と、第二揺動部２２０ｂの第一圧電素子２２４２と第六圧電素子２２３２とに第二駆動信号Ｗ２を付与する。

これにより、第一揺動部２１０ｂでは、第一振動体２１２ｂが第一駆動体２１４とは厚み方向とは逆方向に振動し、第二振動体２１３ｂが第二駆動体２１５とは厚み方向で逆方向に振動する。一方、第二揺動部２２０ｂでは、第一振動体２２２ａが第一駆動体２２４とは厚み方向で逆方向に振動しながら、第二振動体２２３ｂが第二駆動体２２５とは厚み方向で逆方向に振動する。これにより、例えば、第一駆動体２１４では、第一振動体２１２ｂの振動の刺激によって励振されるので、より大きく振動する。これは、各駆動体でも同様であるので、第一揺動部２１０ｂ及び第二揺動部２２０ｂのそれぞれが大きく回転揺動することになる。

（効果など）
以上のように、本実施の形態によれば、制御装置２０は、第一揺動部２１０ｂの第一振動体２１２ｂを第一駆動体２１４とは厚み方向で逆方向に振動させながら、第一揺動部２１０ｂの第二振動体２１３ｂを第二駆動体２１５とは厚み方向で逆方向に振動させるとともに、第二揺動部２２０ｂの第一振動体２２２ｂを第一駆動体２２４とは厚み方向で逆方向に振動させながら、第二揺動部２２０ｂの第二振動体２２３ｂを第二駆動体２２５とは厚み方向で逆方向に振動させる。

これによれば、各振動体の振動が各駆動体を励振させるので、各駆動体の振動を増幅することができる。したがって、第一揺動部２１０ｂ及び第二揺動部２２０ｂのそれぞれが大きく回転揺動することになり、駆動効率を高めることができる。

また、第一振動体２１２ｂ、２２２ｂは、第五圧電素子２１２２、２２２２を備えている。第二振動体２１３ｂ、２２３ｂは、第六圧電素子２１３２、２２３２を備えている。第一圧電素子２１４２、２２４２は、第一駆動体２１４、２２４及び第一振動体２１２ｂ、２２２ｂの全体において、振動時における変曲点を含む位置に配置されている。第二圧電素子２１５２、２２５２は、第二駆動体２１５、２２５及び第二振動体２１３ｂ、２２３ｂの全体において、振動時における変曲点を含む位置に配置されている。

これによれば、第一駆動体２１４、２２４と第一振動体２１２ｂ、２２２ｂとの全体において、第一振動体２１２ｂ、２２２ｂの基点と変曲点との間には、第五圧電素子２１２２、２２２２の全体と第一圧電素子２１４２、２２４２の少なくとも一部とが含まれることになる。つまり、第一振動体２１２ｂ、２２２ｂの基点と変曲点との間に複数の圧電素子が含まれるので、第一駆動体２１４、２２４と第一振動体２１２ｂ、２２２ｂとを励振させやすくすることができる。

同様に、第二駆動体２１５、２２５と第二振動体２１３ｂ、２２３ｂとの全体において、第二振動体２１３ｂ、２２３ｂの基点と変曲点との間には、第六圧電素子２１３２、２２３２の全体と第二圧電素子２１５２、２２５２の少なくとも一部とが含まれることになる。つまり、第二振動体２１３ｂ、２２３ｂの基点と変曲点との間に複数の圧電素子が含まれるので、第二駆動体２１５、２２５と第二振動体２１３ｂ、２２３ｂとを励振させやすくすることができる。

［実施の形態５］
次に、実施の形態５について説明する。なお、以降の説明において、上記実施の形態１と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

上記実施の形態１では、円板状の反射体１１０を例示したが、この実施の形態５では、円板状の反射体１１０よりも応力緩和効果の高い反射体１１０ｂについて説明する。

図９は、実施の形態５に係る反射体１１０ｂを示す平面図である。図９に示すように、反射体１１０ｂは、反射体本体１１４と、複数の柱部１１５と、枠体１１６とを備えている。

反射体本体１１４は、円板状であり、その表面に反射部１１１が設けられている。複数の柱部１１５は、反射体本体１１４の周縁から周方向に所定の間隔をあけて配置されている。各柱部１１５は、反射体本体１１４の外周面から外方に向けて突出している。枠体１１６は、円環状であり、反射体本体１１４と同心円上となるように配置されている。枠体１１６は、複数の柱部１１５の先端部に連結されている。枠体１１６の外周面には、第一揺動部２１０の第一接続体２１１の先端部と、第二揺動部２２０の第一接続体２２１の先端部とが接続されている。このため、第一接続体２１１、２２１からのねじれや振動は、枠体１１６及び複数の柱部１１５を介して、反射体本体１１４に伝達される。つまり、反射体本体１１４には、第一接続体２１１、２２１からのねじれや振動が直接的に伝達されないために、反射体本体１１４に付与される応力が緩和されている。

なお、応力緩和効果が得られるのであれば、反射体の形状は如何様でもよい。図１０は、実施の形態５に係る反射体１１０ｃの変形例を示す平面図である。図１０に示すように、反射体１１０ｃは、柱部を有しておらず、枠体１１６ｃが略六角環状である。枠体１１６ｃには、Ｙ軸方向で対向する一対の角部に、第一揺動部２１０の第一接続体２１１の先端部と、第二揺動部２２０の第一接続体２２１の先端部とが接合されている。また、枠体１１６ｃの内方には、Ｘ軸方向で対向する一対の辺に反射体本体１１４ｃが接合されている。このように枠体１１６ｃの一部と、反射体本体１１４ｃとの間に隙間を有した反射体１１０ｃにおいても応力緩和効果を得ることができる。

［その他］
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば、上記実施の形態１では、第一揺動部２１０の第一駆動体２１４及び第二駆動体２１５のそれぞれにおいて、厚み方向で逆方向に振動する第一部位２１４ａ、２１５ａ及び第二部位２１４ｂ、２１５ｂが発生していた。つまり、例えば、第一駆動体２１４では、逆方向に振動する箇所が二箇所（第一部位２１４ａ、第二部位２１４ｂ）発生し、第二駆動体２１５では、逆方向に振動する箇所が二箇所（第一部位２１５ａ、第二部位２１５ｂ）発生している場合を例示した。しかしながら、１つの駆動体内において、逆方向に振動する箇所は、３箇所以上設けられていてもよい。これは、第二揺動部２２０の第一駆動体２２４及び第二駆動体２２５のそれぞれにおいても同様である。

また、上記実施の形態１では、第一揺動部２１０と第二揺動部２２０との２つの揺動部を備えた光制御システム１０を例示した。しかしながら、光制御システムには揺動部が一つのみ備えられていてもよい。

つまり、光学反射素子は、光を反射する反射体と、第一軸に沿って反射体と並び、当該反射体を揺動させるための主揺動部と、第一軸に沿って配置され、主揺動部の揺動を反射体に伝えるための第一接続体と、主揺動部を揺動させるための副揺動部と、を備えている。主揺動部は、第一軸と交差する方向に延在し、第一接続体の基端部に連結される第一振動体と、第一軸に対し、第一振動体の逆側において第一軸と交差する方向に延在し、第一接続体の基端部に連結される第二振動体と、第一軸に沿って延在し、基端部が第一振動体の先端部に連結され、第一振動体を介して第一接続体を動作させる第一駆動体と、第一軸に沿って延在し、基端部が第二振動体の先端部に連結され、第二振動体を介して第一接続体を動作させる第二駆動体と、副揺動部の支持体に対し第一振動体及び第二振動体を振動自在に接続する第二接続体とを備えている。副揺動部は、第一軸と交差する方向に延在した支持体と、一対の基体と、一対の基体のうち一方の基体に対して、支持体を接続して動作させる第一補助体と、一対の基体のうち他方の基体に対して、支持体を接続して動作させる第二補助体と、を備えていてもよい。

このとき、光制御システムの制御装置は、主揺動部が第一軸回りに回転揺動するように、主揺動部の第一駆動体及び第二駆動体と、副揺動部の第一補助体及び第二補助体とを振動させる。

例えば、上記実施の形態１から第二揺動部２２０を除いた場合、主揺動部は第一揺動部２１０に対応し、副揺動部は、一対の基体１０５及び第三揺動部２３０に対応する。なお、この場合、支持体２１１１を副揺動部の一部とすることで、主揺動部と副揺動部とのそれぞれの振動を効果的に重畳させることができる。

この場合においても、副揺動部の回転揺動によって主揺動部の回転揺動を増幅することができる。これにより、第一接続体も大きくねじられて、反射体の触れ角も大きくすることができる。したがって、反射体の揺動範囲を広げることができ、光学反射素子の性能を高めることが可能である。

また、この場合、主揺動部と副揺動部との共振周波数が同一であれば、安定した増幅効果が得られ、好ましい。特に、主揺動部と副揺動部とを連結した構造体と、反射体と第一接続体とを連結した構造体との共振周波数が同一であれば、より好ましい。

本発明は、例えば小型のディスプレイ装置、小型のプロジェクタ、車載用のヘッドアップディスプレイ装置、電子写真方式の複写機、レーザープリンタ、光学スキャナ、光学レーダーなどの光学装置に利用することができる。

１０ 光制御システム
１１ 第一軸
２０ 制御装置
２１ 角度検出回路
２２ 駆動回路
２３ 制御回路
１００、１００Ａ 光学反射素子
１０５ 基体
１１０、１１０ｂ、１１０ｃ 反射体
１１１ 反射部
１１４、１１４ｃ 反射体本体
１１５ 柱部
１１６、１１６ｃ 枠体
２１０、２１０ａ、２１０ｂ 第一揺動部
２１１、２２１ 第一接続体
２１１ｓ、２２１ｓ 節
２１２、２１２ｂ、２２２、２２２ｂ 第一振動体
２１３、２１３ｂ、２２３、２２３ｂ 第二振動体
２１４、２２４ 第一駆動体
２１４ａ、２１５ａ 第一部位
２１４ｂ、２１５ｂ 第二部位
２１５、２２５ 第二駆動体
２１６、２２６ 第二接続体
２１７、２２７ 連結体
２１８、２２８ 第一モニタ素子
２１９、２２９ 第二モニタ素子
２２０、２２０ａ、２２０ｂ 第二揺動部
２２４ｃ、２２５ｃ 第三部位
２２４ｄ、２２５ｄ 第四部位
２３０、２３０ａ 第三揺動部
２３１、２３１ａ 第一補助体
２３２、２３２ａ 第二補助体
２１１１、２２１１ 支持体
２１２２、２２２２ 第五圧電素子
２１３２、２２３２ 第六圧電素子
２１４１、２２４１ 第一駆動本体部
２１４２、２２４２ 第一圧電素子
２１５１、２２５１ 第二駆動本体部
２１５２、２２５２ 第二圧電素子
２３１１、２３１１ａ 第一補助本体
２３１２、２３１２ａ 第三圧電素子
２３２１、２３２１ａ 第二補助本体
２３２２、２３２２ａ 第四圧電素子
Ｗ１ 第一駆動信号
Ｗ２ 第二駆動信号

Claims (17)

1. 光を反射して往復動させる光学反射素子であって、
   前記光を反射する反射体と、
   それぞれ第一軸に沿って前記反射体を挟む位置に配置され、前記反射体を揺動させるための第一揺動部及び第二揺動部と、前記第一揺動部及び前記第二揺動部を揺動させるための第三揺動部と、を備え、
   前記第一揺動部及び前記第二揺動部のそれぞれは、
   前記第一軸に沿って配置され、前記反射体と先端部が連結される第一接続体と、
   前記第一軸と交差する方向に延在し、前記第一接続体の基端部に連結される第一振動体と、
   前記第一軸に対し前記第一振動体の逆側において前記第一軸と交差する方向に延在し、前記第一接続体の基端部に連結される第二振動体と、
   前記第一軸に沿って延在し、基端部が前記第一振動体の先端部に連結され、前記第一振動体を介して前記第一接続体を動作させる第一駆動体と、
   前記第一軸に沿って延在し、基端部が前記第二振動体の先端部に連結され、前記第二振動体を介して前記第一接続体を動作させる第二駆動体と、
   前記第一軸と交差する方向に延在した支持体と、
   前記支持体に対し前記第一振動体及び前記第二振動体を振動自在に接続する第二接続体とを備え、
   前記第三揺動部は、
   前記第一軸を挟む位置に配置された一対の基体のうち一方の基体に対して、前記第一揺動部の前記支持体と、前記第二揺動部の支持体とを接続して動作させる第一補助体と、
   前記一対の基体のうち他方の基体に対して、前記第一揺動部の前記支持体と、前記第二揺動部の支持体とを接続して動作させる第二補助体と、を備え、
   前記第一駆動体は、第一圧電素子を備え、
   前記第二駆動体は、第二圧電素子を備え、
   前記第一補助体は、前記一方の基体から前記第一揺動部の前記支持体及び前記第二揺動部の支持体まで連続的に延設された第一補助本体と、前記第一補助本体の表面の略全体に積層された第三圧電素子とを備え、
   前記第二補助体は、前記他方の基体から前記第一揺動部の前記支持体及び前記第二揺動部の支持体まで連続的に延設された第二補助本体と、前記第二補助本体の表面の略全体に積層された第四圧電素子とを備えている
   光学反射素子。
2. 前記第一振動体は、第五圧電素子を備え、
   前記第二振動体は、第六圧電素子を備えている
   請求項１に記載の光学反射素子。
3. 前記第一圧電素子は、前記第一駆動体及び前記第一振動体の全体において、振動時における変曲点を含む位置に配置されており、
   前記第二圧電素子は、前記第二駆動体及び前記第二振動体の全体において、振動時における変曲点を含む位置に配置されている
   請求項１または２に記載の光学反射素子。
4. 前記第一駆動体及び前記第二駆動体のそれぞれの全長は、前記第一振動体及び前記第二振動体のそれぞれの全長よりも長い
   請求項１～３のいずれか一項に記載の光学反射素子。
5. 前記第一揺動部及び前記第二揺動部のそれぞれの前記第一接続体は、前記第一揺動部及び前記第二揺動部が同じ方向に揺動される際に、奇数の節が発生する形状を有する
   請求項１～４のいずれか一項に記載の光学反射素子。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の光学反射素子と、前記光学反射素子を制御する制御装置とを備えた光制御システムであって、
   前記制御装置は、前記第一揺動部及び前記第二揺動部が前記第一軸回りに同じ方向に回転揺動するように、前記第一揺動部の前記第一駆動体及び前記第二駆動体と、前記第二揺動部の前記第一駆動体及び前記第二駆動体と、前記第三揺動部の前記第一補助体及び前記第二補助体とを振動させる
   光制御システム。
7. 前記制御装置は、前記第一揺動部及び前記第二揺動部を前記第一軸回りに同じ方向で回転揺動させる際に、
   前記第一揺動部の前記第一駆動体及び前記第二駆動体のそれぞれにおいて、前記光学反射素子の厚み方向での振動の方向が逆方向となる第一部位及び第二部位を発生させるように、前記第一揺動部の前記第一駆動体及び前記第二駆動体を振動させるとともに、
   前記第二揺動部の前記第一駆動体及び前記第二駆動体のそれぞれにおいて、前記厚み方向での振動の方向が逆方向となる第三部位及び第四部位を発生させるように、前記第二揺動部の前記第一駆動体及び前記第二駆動体を振動させる
   請求項６に記載の光制御システム。
8. 光を反射して往復動させる光学反射素子であって、
   前記光を反射する反射体と、
   第一軸に沿って前記反射体と並び、当該反射体を揺動させるための主揺動部と、
   前記第一軸に沿って配置され、前記主揺動部の揺動を反射体に伝えるための第一接続体と、
   前記主揺動部を揺動させるための副揺動部と、を備え、
   前記主揺動部は、
   前記第一軸と交差する方向に延在し、前記第一接続体の基端部に連結される第一振動体と、
   前記第一軸に対し、前記第一振動体の逆側において前記第一軸と交差する方向に延在し、前記第一接続体の基端部に連結される第二振動体と、
   前記第一軸に沿って延在し、基端部が前記第一振動体の先端部に連結され、前記第一振動体を介して前記第一接続体を動作させる第一駆動体と、
   前記第一軸に沿って延在し、基端部が前記第二振動体の先端部に連結され、前記第二振動体を介して前記第一接続体を動作させる第二駆動体と、
   前記副揺動部の支持体に対し前記第一振動体及び前記第二振動体を振動自在に接続する第二接続体とを備え、
   前記副揺動部は、
   前記第一軸と交差する方向に延在した支持体と、
   一対の基体と、
   前記一対の基体のうち一方の基体に対して、前記支持体を接続して動作させる第一補助体と、
   前記一対の基体のうち他方の基体に対して、前記支持体を接続して動作させる第二補助体と、を備え、
   前記第一駆動体は、第一圧電素子を備え、
   前記第二駆動体は、第二圧電素子を備え、
   前記第一補助体は、
   前記一方の基体から前記支持体まで連続的に延設された第一補助本体と、前記第一補助本体の表面の略全体に積層された第三圧電素子とを備え、
   前記第二補助体は、
   前記他方の基体から前記支持体まで連続的に延設された第二補助本体と、前記第二補助本体の表面の略全体に積層された第四圧電素子とを備えている
   光学反射素子。
9. 前記主揺動部と前記副揺動部との共振周波数が同一である
   請求項８に記載の光学反射素子。
10. 前記主揺動部と前記副揺動部とを連結した構造体と、前記反射体と前記第一接続体とを連結した構造体との共振周波数が同一である
    請求項９に記載の光学反射素子。
11. 前記第一振動体は、第五圧電素子を備え、
    前記第二振動体は、第六圧電素子を備えている
    請求項８～１０のいずれか一項に記載の光学反射素子
12. 前記第一圧電素子は、前記第一駆動体及び前記第一振動体の全体において、振動時における変曲点を含む位置に配置されており、
    前記第二圧電素子は、前記第二駆動体及び前記第二振動体の全体において、振動時における変曲点を含む位置に配置されている
    請求項８～１１のいずれか一項に記載の光学反射素子。
13. 前記第一駆動体及び前記第二駆動体のそれぞれの全長は、前記第一振動体及び前記第二振動体のそれぞれの全長よりも長い
    請求項８～１２のいずれか一項に記載の光学反射素子。
14. 前記主揺動部の前記第一接続体は、前記主揺動部が揺動される際に、奇数の節が発生する形状を有する
    請求項８～１３のいずれか一項に記載の光学反射素子。
15. 光を反射して往復動させる光学反射素子であって、
    前記光を反射する反射体と、
    第一軸に沿って前記反射体と並び、当該反射体を揺動させるための主揺動部と、
    前記第一軸に沿って配置され、前記主揺動部の揺動を反射体に伝えるための第一接続体と、
    前記主揺動部を揺動させるための副揺動部と、を備え、
    前記主揺動部は、
    前記第一軸と交差する方向に延在し、前記第一接続体の基端部に連結される第一振動体と、
    前記第一軸に対し、前記第一振動体の逆側において前記第一軸と交差する方向に延在し、前記第一接続体の基端部に連結される第二振動体と、
    前記第一軸に沿って延在し、基端部が前記第一振動体の先端部に連結され、前記第一振動体を介して前記第一接続体を動作させる第一駆動体と、
    前記第一軸に沿って延在し、基端部が前記第二振動体の先端部に連結され、前記第二振動体を介して前記第一接続体を動作させる第二駆動体と、
    前記副揺動部の支持体に対し前記第一振動体及び前記第二振動体を振動自在に接続する第二接続体とを備え、
    前記副揺動部は、
    前記第一軸と交差する方向に延在した支持体と、
    一対の基体と、
    前記一対の基体のうち一方の基体に対して、前記支持体を接続して動作させる第一補助体と、
    前記一対の基体のうち他方の基体に対して、前記支持体を接続して動作させる第二補助体と、を備え、
    前記主揺動部と前記副揺動部との共振周波数が同一である
    光学反射素子。
16. 請求項８～１５のいずれか一項に記載の光学反射素子と、前記光学反射素子を制御する制御装置とを備えた光制御システムであって、
    前記制御装置は、前記主揺動部が前記第一軸回りに回転揺動するように、前記主揺動部の前記第一駆動体及び前記第二駆動体と、前記副揺動部の前記第一補助体及び前記第二補助体とを振動させる
    光制御システム。
17. 前記制御装置は、前記主揺動部を前記第一軸回りに回転揺動させる際に、
    前記主揺動部の前記第一駆動体及び前記第二駆動体のそれぞれにおいて、前記光学反射素子の厚み方向での振動の方向が逆方向となる第一部位及び第二部位を発生させるように、前記主揺動部の前記第一駆動体及び前記第二駆動体を振動させる
    請求項１６に記載の光制御システム。

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