(57)【要約】      （修正有）【課題】経度方向と緯度方向のいずれについてもスキャン可能な偏向器を実現することが可能な技術を提供する。【解決手段】偏向器１０は、基板部１２と、基板部１２に対する位置が実質的に固定された支持点において、少なくとも基板部１２に平行な二軸に関して揺動可能に支持された揺動部１６と、揺動部に形成された反射部１６ａと、揺動部１６を揺動させて、所望の方位角において揺動部１６の接触縁を基板部１２の接触面に当接させる駆動機構１８と、支持点から接触面までの基板部１２に直交する方向の距離を調整する調整機構２０を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板部と、
基板部に対する位置が実質的に固定された支持点において、少なくとも基板部に平行な二軸に関して揺動可能に支持された揺動部と、
揺動部に形成された反射部と、
揺動部を揺動させて、所望の方位角において揺動部の接触縁を基板部の接触面に当接させる駆動機構と、
支持点から接触面までの基板部に直交する方向の距離を調整する調整機構を備える偏向器。
【請求項２】
基板部に支持されており、基板部に直交する方向の端部に支持点が設けられている支持部材を備えており、
前記調整機構が、支持点の基板部からの突出量を調整する請求項１の偏向器。
【請求項３】
基板部に支持されており、接触面が形成されている接触部材を備えており、
前記調整機構が、揺動部の接触縁が当接する接触面の基板部からの突出量を調整する請求項１の偏向器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、偏向器が開示されている。この偏向器は、基板部と、基板部に対する位置が実質的に固定された支持点において、少なくとも基板部に平行な二軸に関して揺動可能に支持された揺動部と、揺動部に形成された反射部と、揺動部を揺動させて、所望の方位角において揺動部の接触縁を基板部の接触面に当接させる駆動機構を備えている。この偏向器では、駆動機構によって揺動部の接触縁と基板部の接触面が当接する方位角を調整することで、反射角度を任意の方位角に調整することができる。この偏向器によれば、経度方向にスキャンすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、基板部の表面に対する反射面の仰角は常に一定であり、反射面を任意の仰角に調整することはできず、緯度方向にスキャンすることができない。経度方向だけでなく、緯度方向にもスキャン可能な偏向器が期待されている。
【０００５】
本明細書は上記課題を解決する技術を提供する。本明細書では、経度方向と緯度方向のいずれについてもスキャン可能な偏向器を実現することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する偏向器は、基板部と、基板部に対する位置が実質的に固定された支持点において、少なくとも基板部に平行な二軸に関して揺動可能に支持された揺動部と、揺動部に形成された反射部と、揺動部を揺動させて、所望の方位角において揺動部の接触縁を基板部の接触面に当接させる駆動機構と、支持点から接触面までの基板部に直交する方向の距離を調整する調整機構を備えている。
【０００７】
なお、本明細書でいう方位角とは、基板部の表面を平面視したときの基板部の基準線となす角度をいう。本明細書でいう経度方向とは、方位角が増減する方向をいう。また、本明細書でいう仰角とは、基板部の表面となす角度をいう。本明細書でいう緯度方向とは、仰角が増減する方向をいう。
【０００８】
上記の偏向器によれば、駆動機構によって揺動部の接触縁と基板部の接触面が当接する方位角を調整することで、反射角度を任意の方位角に調整することができる。また、上記の偏向器によれば、調整機構によって支持点から接触面までの基板部に直交する方向の距離を調整することで、揺動部の接触縁が基板部の接触面に当接するときの揺動部の仰角を調整することができ、反射角度を任意の仰角に調整することができる。上記の偏向器によれば、経度方向だけでなく、緯度方向にもスキャンすることができる。
【０００９】
上記の偏向器は、基板部に支持されており、基板部に直交する方向の端部に支持点が設けられている支持部材を備えており、前記調整機構が、支持点の基板部からの突出量を調整するように構成することができる。
【００１０】
上記の偏向器によれば、支持点の基板部からの突出量を調整することで、揺動部の接触縁が基板部の接触面に当接するときの揺動部の仰角を調整することができ、反射角度を任意の仰角に調整することができる。
【００１１】
あるいは、上記の偏向器は、基板部に支持されており、接触面が形成されている接触部材を備えており、前記調整機構が、揺動部の接触縁が当接する接触面の基板部からの突出量を調整するように構成することができる。
【００１２】
上記の偏向器によれば、接触面の基板部からの突出量を調整することで、揺動部の接触縁が基板部の接触面に当接するときの揺動部の仰角を調整することができ、反射角度を任意の仰角に調整することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本明細書が開示する技術によれば、経度方向と緯度方向のいずれについてもスキャン可能な偏向器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】偏向器１０の概略の構成を示す上面図である。
【図２】揺動板１６が揺動したときの状態を示す、図１のＡ−Ａ断面で見た縦断面図である。
【図３】揺動板１６と支持柱１４を二軸回転継手２４で連結した状態を示す側面図である。
【図４】揺動板１６と支持柱１４を二軸回転継手２４で連結した状態を示す別の側面図である。
【図５】曲げ剛性の低い支持柱１４を揺動板１６に直接固定した構成を示す図である。
【図６】リニアアクチュエータ３２を用いて調整機構２０を実現した状態を示す図である。
【図７】リニアアクチュエータ４８を用いて調整機構２０を実現した状態を示す図である。
【図８】偏向器１００の概略の構成を示す縦断面図である。
【図９】偏向器１００の別の形態の概略の構成を示す縦断面図である。
【図１０】偏向器１００の別の形態の概略の構成を示す上面図である。
【図１１】揺動板１０６が揺動したときの状態を示す、図１０のＢ−Ｂ断面で見た縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施例１）
図１および図２は、本実施例の偏向器１０を示している。偏向器１０は、基板部１２と、支持柱１４と、揺動板１６と、駆動機構１８と、調整機構２０を備えている。基板部１２は、例えばシリコンウェハに形成されている。偏向器１０は半導体製造プロセスを利用して製造されるＭＥＭＳデバイスである。
【００１６】
図２に示すように、調整機構２０は、基板部１２の上面に固定されている。支持柱１４は調整機構２０から上方に向けて伸びている。支持柱１４の上端は丸く形成されており、その上に揺動板１６が載置されている。揺動板１６は、円盤形状に形成されている。揺動板１６は、周囲を絶縁膜で被覆された、導電性を付与されたシリコンから形成されている。揺動板１６の上面には、入射光を反射する反射膜１６ａが形成されている。反射膜１６ａは、例えばＡｌ等の蒸着膜である。
【００１７】
支持柱１４の上端部には、磁性体のメッキ１４ａが施されている。揺動板１６の支持柱１４との当接部分には、永久磁石１６ｂが設けられている。永久磁石１６ｂは、磁力の極性の向きが揺動板１６に直交する方向となるように配置されている。なお図２では、永久磁石１６ｂのＮ極をハッチで表現し、Ｓ極を白抜きで表現している。永久磁石１６ｂの磁力によって、揺動板１６は支持柱１４に吸着している。支持柱１４の上端は丸く形成されており、揺動板１６は三軸に関して揺動可能である。言い換えると、揺動板１６は、支持柱１４の上端に設けられた支持点において、少なくとも基板部１２に平行な二軸に関して揺動可能に支持されている。なお、ここでいう支持点とは、揺動板１６が揺動する際の揺動軸が通過する点のことをいう。
【００１８】
駆動機構１８は、基板部１２の表面に形成された複数の電極２２を備えている。電極２２は、偏向器１０を平面視したときに揺動板１６の端部と重なり合う位置で、所定の方位角毎に等間隔で配置されている。それぞれの電極２２は、周囲が絶縁膜で被覆された導電性材料（例えば、金属あるいは導電性を付与されたシリコン）から形成されている。それぞれの電極２２は、揺動板１６との間で、選択的に電圧を印加することができるように構成されている。
【００１９】
例えば、偏向器１０を上方から平面視したときに支持点から見てＸ方向（図１の右方向）に位置する電極２２ａと揺動板１６の間に電圧を印加すると、電極２２ａと揺動板１６の間の静電引力によって、揺動板１６をＸ方向に傾けるように揺動板１６にトルクが印加される。これにより、図２に示すように、揺動板１６が揺動して、揺動板１６のＸ方向の端部が電極２２ａに当接する。これとは異なり、偏向器１０を上方から平面視したときに支持点から見てＹ方向（図１の上方向）に位置する電極２２ｂと揺動板１６の間に電圧を印加すると、電極２２ｂと揺動板１６の間の静電引力によって、揺動板１６をＹ方向に傾けるように揺動板１６にトルクが印加される。これにより、揺動板１６が揺動して、揺動板１６のＹ方向の端部が電極２２ｂに当接する。揺動板１６との間で電圧を印加する電極２２を時計回りに、あるいは反時計回りに、順に切り替えていくことで、揺動板１６が基板部１２と当接する箇所の方位角を連続的に変化させることができる。本実施例の偏向器１０では、揺動板１６との間で電圧を印加する電極２２を選択することにより、反射膜１６ａの方位角を任意に調整することができる。本実施例の偏向器１０では、揺動板１６の周縁が接触縁に相当し、基板部１２の表面が接触面に相当する。
【００２０】
調整機構２０は、リニアアクチュエータを備えており、支持柱１４を図２の上下方向に進退させることができる。言い換えると、調整機構２０は、支持柱１４の基板部１２からの突出量を調整可能である。調整機構２０が支持柱１４の突出量を調整することで、揺動板１６が揺動して揺動板１６の端部が基板部１２に当接するときの、反射膜１６ａの仰角を調整することができる。
【００２１】
以上のように、本実施例の偏向器１０によれば、反射膜１６ａの方位角と仰角を任意に調整することができる。緯度方向と経度方向のスキャンをすることができる。
【００２２】
上記の実施例では、駆動機構１８が、静電力を利用して、揺動板１６の接触縁を基板部１２の表面に接触させる構成について説明した。駆動機構１８は、上記以外にも様々な形態のものを用いることができる。例えば、外部に配置された複数の電磁石によって揺動板１６の永久磁石１６ｂに対して基板部１２に平行な方向の磁場を作用させる構成とし、その磁場の方向を変化させることによって、所望の方位角で揺動板１６の端部を基板部１２に当接させる構成としてもよい。
【００２３】
上記の実施例では、揺動板１６の下面に永久磁石１６ｂを設け、支持柱１４の上端を丸く形成して、支持柱１４に磁性体のメッキ１４ａを施すことで、揺動板１６を少なくとも基板部１２に平行な二軸に関して揺動可能に支持する構成について説明したが、揺動板１６の支持形態は、これ以外にも、種々の形態とすることができる。例えば、揺動板１６と支持柱１４をそれぞれ導電性材料から形成し、揺動板１６と支持柱１４の当接箇所に絶縁体を介在させて、揺動板１６と支持柱１４の間に電圧を印加する構成とすることで、静電力によって揺動板１６を支持柱１４に吸着してもよい。あるいは、揺動板１６と支持柱１４の当接部分に不揮発性液体を塗布して、不揮発性液体の表面張力によって揺動板１６を支持柱１４に吸着してもよい。あるいは、揺動板１６と支持柱１４の当接部分を軟質接着剤で接着してもよい。このような構成とした場合でも、揺動板１６は支持柱１４に対して少なくとも基板部１２に平行な二軸に関して揺動可能に支持される。
【００２４】
あるいは、図３および図４に示すように、揺動板１６の下面に連結部材１６ｃを形成し、支持柱１４の上端と連結部材１６ｃの下端を二軸回転継手２４で連結するように構成してもよい。図３および図４では、二軸回転継手２４として、十字型の連結部材２４ａを用いたカルダンジョイントを使用する場合について示している。このような構成とした場合でも、揺動板１６は支持柱１４に対して少なくとも基板部１２に平行な二軸に関して揺動可能に支持される。あるいは、図５に示すように、支持柱１４のＸ方向およびＹ方向の曲げ剛性を低く形成して、支持柱１４の上端を揺動板１６に直接固定する構成としてもよい。揺動板１６の端部と基板部１２との間に静電引力、磁気引力等が働くようにしてあるので、揺動板１６が基板部１２に吸引接触しその力により支持柱１４が湾曲する。支持柱１４の基板部１２からの突き出し量を相対的に変化、調整することにより、揺動板１６の基板部１２とのなす角（傾き）を変化させることができる。この場合、揺動板１６にトルクが印加されると、支持柱１４が撓んで、揺動板１６が揺動する。このような構成とした場合でも、揺動板１６は支持柱１４に対して少なくとも基板部１２に平行な二軸に関して揺動可能に支持される。
【００２５】
なお、揺動板１６の形状は、円盤状に限らず、種々の形状とすることができる。例えば、揺動板１６の形状を楕円形状としてもよいし、多角形状としてもよい。
【００２６】
調整機構２０は、種々の形態のものを使用することができる。例えば、図６に示すように、ソレノイド２６、ばね２８およびアーマチュア３０を備える電磁式のリニアアクチュエータ３２を用いて、支持柱１４の突出量を調整する調整機構２０を実現することができる。あるいは、図７に示すように、モータ４０と、ガイド４２と、雄ねじ部４４と、雌ねじ部４６を備えるリニアアクチュエータ４８を用いて、支持柱１４の突出量を調整する調整機構２０を実現することができる。あるいは、静電式、ガス圧式、液圧式などの種々のリニアアクチュエータを利用して、支持柱１４の突出量を調整する調整機構２０を実現することができる。
【００２７】
（実施例２）
図８は本実施例の偏向器１００を示している。偏向器１００は、基板部１０２と、支持柱１０４と、揺動板１０６と、駆動機構１０８と、調整機構１１０を備えている。基板部１０２は、例えばシリコンウェハに形成されている。偏向器１００は半導体製造プロセスを利用して製造されるＭＥＭＳデバイスである。
【００２８】
調整機構１１０は、調整板１１２と回転機構１１４を備えている。調整板１１２は、基板部１０２に直交する方向に関して相対的に回転可能に基板部１０２の上面に載置されている。調整板１１２の中央には支持柱１０４が貫通する貫通穴１１２ａが形成されている。支持柱１０４は、下端が基板部１０２に固定されている。支持柱１０４の上端は丸く形成されており、その上に揺動板１０６が載置されている。揺動板１０６は、円盤形状に形成されている。揺動板１０６は、周囲を絶縁膜で被覆された、導電性を付与されたシリコンから形成されている。揺動板１０６の上面には、入射光を反射する反射膜１０６ａが形成されている。反射膜１０６ａは、例えばＡｌ等の蒸着膜である。
【００２９】
支持柱１０４の上端部には、磁性体のメッキ１０４ａが施されている。揺動板１０６の支持柱１０４との当接部分には、永久磁石１０６ｂが設けられている。永久磁石１０６ｂは、磁力の極性の向きが揺動板１０６に直交する方向となるように配置されている。永久磁石１０６ｂの磁力によって、揺動板１０６は支持柱１０４に吸着している。支持柱１０４の上端は丸く形成されており、揺動板１０６は三軸に関して揺動可能である。言い換えると、揺動板１０６は、支持柱１０４の上端に設けられた支持点において、少なくとも基板部１０２に平行な二軸に関して揺動可能に支持されている。
【００３０】
駆動機構１０８は、基板部１０２の表面に配置された複数の電極１１３を備えている。電極１１３は、偏向器１００を平面視したときに揺動板１０６の端部と重なり合う位置で、所定の方位角毎に等間隔で配置されている。それぞれの電極１１３は、周囲が絶縁膜で被覆された導電性材料（例えば、金属あるいは導電性を付与されたシリコン）から形成されている。それぞれの電極１１３は、揺動板１０６との間で、選択的に電圧を印加することができるように構成されている。特定の電極１１３と揺動板１０６との間に電圧を印加すると、その電極１１３と揺動板１０６との間の静電引力によって、揺動板１０６にトルクが印加される。これにより、揺動板１０６が揺動して、揺動板１０６の端部が調整板１１２の表面に当接する。本実施例の偏向器１００でも、実施例１の偏向器１０と同様に、揺動板１０６との間で電圧を印加する電極１１３を選択することにより、反射膜１０６ａの方位角を任意に調整することができる。本実施例の偏向器１００では、揺動板１０６の周縁が接触縁に相当し、調整板１１２が接触部材に相当し、調整板１１２の表面が接触面に相当する。
【００３１】
調整板１１２は、周方向に高さが不均一となるように形成されている。従って、調整機構１１０は、回転機構１１４により調整板１１２を回転させることで、任意の方位角における調整板１１２の高さを増減することができる。言い換えると、調整機構１１０は、調整板１１２の接触面の基板部１０２からの突出量を調整可能である。調整機構１１０が調整板１１２の接触面の突出量を調整することで、揺動板１０６が揺動して揺動板１０６の端部が調整板１１２に当接するときの、反射膜１０６ａの仰角を調整することができる。
【００３２】
以上のように、本実施例の偏向器１００によれば、反射膜１０６ａの方位角と仰角を任意に調整することができる。緯度方向と経度方向のスキャンをすることができる。
【００３３】
なお、接触部材の突出量を調整する構成は、上記以外にも、様々なものを用いることができる。例えば、図９に示すように、基板部１０２の上面に圧電素子からなる伸縮板１２０と、周方向に高さが均一となるように形成された調整板１２２を順に積層して、伸縮板１２０の厚みを調整することで、調整板１２２の接触面の基板部１０２からの突出量を調整可能とすることができる。伸縮板１２０は圧電駆動以外に電磁駆動、あるいは外部からの機械的な駆動で上下することにより、調整板１２２の基板部１０２からの突出量を調整可能とすることもできる。この場合、伸縮板１２０は圧電材料以外に、電磁駆動の場合に磁性材料、機械駆動の場合は絶縁材料あるいは絶縁処理された剛性材を用いることができる。あるいは、図１０および図１１に示すように、上面に接触面が形成された接触柱１１６を、所定の方位角毎に等間隔で基板部１０２の上面に配置し、それぞれの接触柱１１６に対応して設けられたアクチュエータ１１６ａによって、基板部１０２に対する接触柱１１６の突出量を増減する構成としてもよい。この場合、電極１１３は接触柱１１６の内部に形成することができる。
【００３４】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００３５】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３６】
１０  偏向器；１２  基板部；１４  支持柱；１４ａ  メッキ；１６  揺動板；１６ａ  反射膜；１６ｂ  永久磁石；１６ｃ  連結部材；１８  駆動機構；２０  調整機構；２２  電極；２２ａ  電極；２２ｂ  電極；２４  二軸回転継手；２４ａ  連結部材；２６  ソレノイド；３０  アーマチュア；３２  リニアアクチュエータ；４０  モータ；４２  ガイド；４４  雄ねじ部；４６  雌ねじ部；４８  リニアアクチュエータ；１００  偏向器；１０２  基板部；１０４  支持柱；１０４ａ  メッキ；１０６  揺動板；１０６ａ  反射膜；１０６ｂ  永久磁石；１０８  駆動機構；１１０  調整機構；１１２  調整板；１１２ａ  貫通穴；１１３  電極；１１４  回転機構；１１６  接触柱；１１６ａ  アクチュエータ；１２０  伸縮板；１２２  調整板
【図１】
2014026021.tif 000003
【図２】
2014026021.tif 000004
【図３】
2014026021.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014026021.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014026021.tif 000011
【図１０】
2014026021.tif 000012
【図１１】
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