(57)【要約】【課題】容易に小型化することができる光スキャナ装置を提供する。【解決手段】光スキャナ装置１は、対向する一対の壁部１０ａを有する支持部１０と、対向する一対の壁部１０ａから向かい合って突出した一対のトーションバー１２と、入射する光を反射するミラー１６を有し、一対のトーションバー１２を介して回転可能に支持部１０に支持されたミラー部１４と、ミラー１６を囲むようにミラー部１４に設けられたコイル１８と、電流Ｉａが流れることによってトーションバー１２と交差する方向の磁場６を生成してコイル１８に作用させ、一対のトーションバー１２を回転軸としてミラー部１４を双方向に回転させる磁場生成用配線と、を備えて概略構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の壁部を有する支持部と、
前記対向する一対の壁部から向かい合って突出した一対のトーションバーと、
入射する光を反射するミラーを有し、前記一対のトーションバーを介して回転可能に前記支持部に支持されたミラー部と、
前記ミラーを囲むように前記ミラー部に設けられたコイルと、
電流が流れることによって前記トーションバーと交差する方向の磁場を生成して前記コイルに作用させ、前記一対のトーションバーを回転軸として前記ミラー部を双方向に回転させる磁場生成用配線と、
を備えた光スキャナ装置。
【請求項２】
前記一対のトーションバー及び前記ミラー部は、前記支持部の表面側に設けられ、
前記磁場生成用配線は、前記支持部の前記表面側の反対側となる裏面側に設けられる、
請求項１に記載の光スキャナ装置。
【請求項３】
前記支持部は、前記一対の壁部と他の一対の壁部を備えた筒形状を有し、
前記磁場生成用配線は、前記他の一対の壁部のそれぞれの前記裏面側に配置された一対の配線とされ、電流が同方向に流されることによって各々の磁場の合成として前記トーションバーと交差する方向の磁場を生成する、
請求項２に記載の光スキャナ装置。
【請求項４】
前記コイルは、磁性体である、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光スキャナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スキャナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、支持体と、光を反射するための鏡面が形成された可動板と、この可動板と支持体との間を連結し、可動板を偏向可能に保持する弾性部材と、可動板が偏向運動する際の運動端近傍を通るよう可動板上にリング状に形成された駆動コイルと、駆動コイルに対して可動板平面と略平行な方向に磁界を印加するための閉磁気回路を生成する磁石及び磁気ヨークと、を備えた光偏向器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この光偏向器は、駆動コイルを挟むように磁石が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２３１２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし従来の光偏向器は、駆動コイルを挟むように磁石が配置されているので、装置の体格が大きくなって小型化が困難である。
【０００６】
従って本発明の目的は、容易に小型化することができる光スキャナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、対向する一対の壁部を有する支持部と、対向する一対の壁部から向かい合って突出した一対のトーションバーと、入射する光を反射するミラーを有し、一対のトーションバーを介して回転可能に支持部に支持されたミラー部と、ミラーを囲むようにミラー部に設けられたコイルと、電流が流れることによってトーションバーと交差する方向の磁場を生成してコイルに作用させ、一対のトーションバーを回転軸としてミラー部を双方向に回転させる磁場生成用配線と、を備えた光スキャナ装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、容易に小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は、実施の形態に係る光スキャナ装置の斜視図の一例であり、図１（ｂ）は、光スキャナの一例を示す上面図である。
【図２】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、実施の形態に係る光スキャナ装置のミラー部の回転の一例を説明するための図１（ｂ）のＡ−Ａ線で切断した断面を矢印方向から見た断面図である。
【図３】図３（ａ）は、実施の形態に係る光スキャナ装置のブロック図の一例であり、図３（ｂ）は、コイルと磁場の関係の一例を説明するための概略図である。
【図４】図４は、変形例に係る光スキャナ装置の一例を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態の要約）
実施の形態に係る光スキャナ装置は、対向する一対の壁部を有する支持部と、対向する一対の壁部から向かい合って突出した一対のトーションバーと、入射する光を反射するミラーを有し、一対のトーションバーを介して回転可能に支持部に支持されたミラー部と、ミラーを囲むようにミラー部に設けられたコイルと、電流が流れることによってトーションバーと交差する方向の磁場を生成してコイルに作用させ、一対のトーションバーを回転軸としてミラー部を双方向に回転させる磁場生成用配線と、を備えて概略構成されている。
【００１１】
この光スキャナ装置は、磁場生成用配線によって必要な磁場を生成するので、ミラー部を挟むように磁石を配置する場合と比べて、装置の体格を小さくすることができ、容易に小型化することができる。
【００１２】
[実施の形態]
（光スキャナ装置１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係る光スキャナ装置の斜視図の一例であり、図１（ｂ）は、光スキャナの一例を示す上面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、実施の形態に係る光スキャナ装置のミラー部の回転の一例を説明するための図１（ｂ）のＡ−Ａ線で切断した断面を矢印方向から見た断面図である。図３（ａ）は、実施の形態に係る光スキャナ装置のブロック図の一例であり、図３（ｂ）は、コイルと磁場の関係の一例を説明するための概略図である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図３（ａ）では、主な電流や信号の流れを矢印で示している。さらに数値範囲を示す「Ａ〜Ｂ」は、Ａ以上Ｂ以下の意味で用いるものとする。
【００１３】
光スキャナ装置１は、例えば、図１（ａ）〜図２（ｂ）に示すように、対向する一対の壁部１０ａを有する支持部１０と、対向する一対の壁部１０ａから向かい合って突出した一対のトーションバー１２と、入射する光（レーザ光９０）を反射するミラー１６を有し、一対のトーションバー１２を介して回転可能に支持部１０に支持されたミラー部１４と、ミラー１６を囲むようにミラー部１４に設けられたコイル１８と、電流Ｉａが流れることによってトーションバー１２と交差する方向の磁場６を生成してコイル１８に作用させ、一対のトーションバー１２を回転軸としてミラー部１４を双方向に回転させる磁場生成用配線と、を備えて概略構成されている。
【００１４】
この一対のトーションバー１２及びミラー部１４は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、支持部１０の表面１００側に設けられる。そして磁場生成用配線は、支持部１０の表面１００側の反対側となる裏面１０１側に設けられる。
【００１５】
具体的には、支持部１０は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、一対の壁部１０ａと他の一対の壁部１０ｂを備えた筒形状を有している。従って磁場生成用配線は、他の一対の壁部１０ａのそれぞれの裏面１０１側に配置された一対の配線（第１の配線４及び第２の配線５）とされ、電流Ｉａが同方向に流されることによって各々の磁場（磁場４０及び磁場５０）の合成としてトーションバー１２と交差する方向の磁場６を生成する。
【００１６】
この光スキャナ装置１は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスであり、車両の周囲に複数配置され、車両の周囲の物や車両との距離を測定する距離測定装置の一部として使用される。この距離測定装置は、一例として、レーザ装置９、光スキャナ装置１、受光装置及び制御装置などから構成される。
【００１７】
光スキャナ装置１は、一例として、レーザ装置９から出力されたレーザ光９０をミラー１６で予め定められた領域に反射させる。受光装置は、一例として、予め定められた領域に対象物が存在した場合、この対象物を反射して戻ってきたレーザ光９０を受光し、レーザ装置９から出力されたレーザ光９０、受光したレーザ光９０、出力から受光までの時間などに基づいて車両から対象物までの距離を算出する。制御装置は、一例として、レーザ装置９、光スキャナ装置１及び受光装置を総合的に制御するように構成されている。
【００１８】
また光スキャナ装置１は、一例として、図３（ａ）に示すように、コイル１８、第１の配線４及び第２の配線５に対する電流の供給を制御する制御部７を備えている。この制御部７は、一例として、制御装置の指示に応じた回転角となるようにミラー部１４を回転させる。
【００１９】
（支持部１０、トーションバー１２及びミラー部１４の構成）
支持部１０、トーションバー１２及びミラー部１４は、例えば、１つのシリコン基板から形成されている。具体的には、支持部１０、トーションバー１２及びミラー部１４は、例えば、フォトリソグラフィ法及びエッチング法などによってシリコン基板を微細加工して形成される。従って支持部１０の表面は、例えば、図１（ａ）〜図２（ｂ）に示すように、トーションバー１２の表面とミラー部１４の表面と面一である。
【００２０】
支持部１０は、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、その表面と裏面に絶縁膜３が形成されている。この絶縁膜３は、例えば、熱酸化法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などを用いてシリコン基板上に形成されたＳｉＯ２（二酸化ケイ素）などである。本実施の形態では、支持部１０の表面１００及び裏面１０１とは、シリコン基板の表面及び裏面に形成された絶縁膜３の表面であるものとする。
【００２１】
支持部１０は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、矩形の筒形状を有し、その中央には孔１１が形成されている。この孔１１は、縁の形状が矩形であり、支持部１０の表面１００から裏面１０１を貫通する貫通孔となっているがこれに限定されず、ミラー部１４の回転が阻害されない程度の凹形状を有していれば良い。
【００２２】
本実施の形態の支持部１０は、一例として、図１（ｂ）の紙面における縦横の一辺が５ｍｍ程度の正方形状を有している。
【００２３】
また支持部１０は、トーションバー１２及びミラー部１４が表面１００側の孔１１に形成されている。このトーションバー１２は、支持部１０の一対の壁部１０ａと繋がるようにされている。またミラー部１４は、孔１１の縁の中央に位置するように形成される。
【００２４】
トーションバー１２は、ミラー部１４の回転において回転軸となり、回転によるねじれによって回転方向と逆向きの弾性力を発生する。従ってミラー部１４は、コイル１８に対する電流Ｉｂが停止されると、この弾性力によって元の位置に復帰する。
【００２５】
ミラー部１４は、矩形状を有する。このミラー部１４は、一対のトーションバー１２に支持されることにより、一軸方向に回転する。つまり光スキャン装置１は、一次元のジンバル構造を有している。このミラー部１４の回転角は、一例として、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、駆動されていない状態を基準として±５°である。
【００２６】
このミラー部１４には、その中央にミラー１６が形成されている。このミラー１６は、一例として、蒸着法などを用いてミラー部１４の表面に形成されたアルミニウムなどの金属膜である。
【００２７】
（コイル１８の構成）
コイル１８は、一例として、鉄、フェライト、パーマロイなどの磁性体（強磁性体）であり、蒸着法やスパッタ法などを用いて形成される。このコイル１８は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ミラー１６の周囲に形成され、その端部が一方のトーションバー１２、及び支持部１０の一方の壁部１０ａの表面１００に伸びている。このコイル１８は、端部に設けられたパッド２０及びパッド２２を介して制御部７と電気的に接続されている。
【００２８】
なお本実施の形態のコイル１８は、ミラー１６の周囲を一周したコイルであるがこれに限定されず、複数周囲むようにされても良い。
【００２９】
コイル１８は、例えば、図３（ｂ）に示すように、主に、平行部１８０、第１の垂直部１８１、第２の垂直部１８２及び第３の垂直部１８３を有する。この平行部１８０は、磁場６が略平行に作用する部分である。また第１の垂直部１８１〜第３の垂直部１８３は、磁場６が略垂直に作用する部分である。
【００３０】
コイル１８は、磁場６によってローレンツ力を受ける。具体的には、コイル１８には、一対の配線（第１の配線４及び第２の配線５）によって生成される磁場６（磁束密度Ｂ）、この磁場６の作用を受ける配線長（Ｌ）、及び電流Ｉｂによって以下の式に基づくローレンツ力Ｆが作用する。
Ｆ＝ＩｂＢＬ
なお配線長Ｌは、例えば、図３（ｂ）に示すように、コイル１８の第１の垂直部１８１及び第２の垂直部１８２のそれぞれの長さである。
【００３１】
ここでローレンツ力は、磁場６に対して略垂直となる、ミラー部１４からトーションバー１２に伸びる第３の垂直部１８３にも生じる。しかしこの第３の垂直部１８３は、回転半径が第１の垂直部１８１及び第２の垂直部１８２よりも小さい。従ってミラー部１４を回転させるローレンツ力は、主に第１の垂直部１８１及び第２の垂直部１８２に生じるローレンツ力である。そこで以下では、ミラー部１４を回転させるローレンツ力を第１の垂直部１８１及び第２の垂直部１８２に生じるローレンツ力とし、これをローレンツ力Ｆ１及びローレンツ力Ｆ２として記載する。
【００３２】
例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）の紙面の奥から手前に向かって第１の配線４及び第２の配線５に電流Ｉａが流された場合、第１の配線４の周囲には磁場４０が生成され、第２の配線５の周囲には磁場５０が生成される。そしてこの磁場４０と磁場５０の合成磁場は、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）の紙面右から左に向かう磁場６としてコイル１８に作用する。
【００３３】
電流Ｉｂは、パッド２２からパッド２０に向かって流れる場合、例えば、図２（ａ）の紙面において、コイル１８の第１の垂直部１８１には紙面手前から奥に向かって流れ、第２の垂直部１８２には紙面奥から手前に向かって流れる。
【００３４】
従って第１の垂直部１８１に作用するローレンツ力Ｆ１は、例えば、図２（ａ）に示すように、上向きである。また第２の垂直部１８２に作用するローレンツ力Ｆ２は、例えば、図２（ａ）に示すように、下向きである。このローレンツ力Ｆ１及びローレンツ力Ｆ２は、実質的に大きさが同じで向きが逆である。よってミラー部１４は、例えば、図２（ａ）の紙面において反時計回りに回転する。
【００３５】
また電流Ｉｂは、パッド２０からパッド２２に向かって流れる場合、例えば、図２（ｂ）の紙面において、コイル１８の第１の垂直部１８１には紙面奥から手前に向かって流れ、第２の垂直部１８２には紙面手前から奥に向かって流れる。
【００３６】
従って第１の垂直部１８１に作用するローレンツ力Ｆ１は、例えば、図２（ｂ）に示すように、下向きである。また第２の垂直部１８２に作用するローレンツ力Ｆ２は、例えば、図２（ｂ）に示すように、上向きである。このローレンツ力Ｆ１及びローレンツ力Ｆ２は、実質的に大きさが同じで向きが逆である。よってミラー部１４は、例えば、図２（ｂ）の紙面において時計回りに回転する。
【００３７】
ミラー部１４は、ローレンツ力Ｆ１、ローレンツ力Ｆ２及び一対のトーションバー１２の弾性力の釣り合いの位置で停止する。従って制御部７は、ローレンツ力Ｆ１及びローレンツ力Ｆ２を調整することによって、つまり電流Ｉｂの大きさや向きを制御することによってミラー部１４の回転角を所望の角度とすることができる。
【００３８】
なお変形例としてコイル１８は、例えば、抵抗値の低いアルミニウムや銅などの金属材料を用いて形成されても良い。
【００３９】
（第１の配線４及び第２の配線５の構成）
第１の配線４及び第２の配線５は、支持部１０の裏面１０１に形成されている。この第１の配線４及び第２の配線５は、例えば、蒸着法やスパッタ法などによって抵抗値の低いアルミニウムや銅などの金属材料を用いて形成される。なお第１の配線４及び第２の配線５は、例えば、より大きな電流Ｉａを流せるようにするため、その表面にメッキ処理を行って膜厚を大きくされても良い。
【００４０】
第１の配線４及び第２の配線５は、それぞれ１本の直線として形成される。なお変形例として第１の配線４及び第２の配線５は、それぞれ複数の直線的な配線によって構成されても良いし、コイル１８に適切な磁場６を印加させられるパターンで配置されても良い。
【００４１】
第１の配線４及び第２の配線５には、一例として、コイルの第１の垂直部１８１及び第２の垂直部１８２に作用する磁場６の強さが１０〜３０ｍＴとなる電流Ｉａが流される。本実施の形態では、一例として、磁場６の強さが１０ｍＴであり、電流Ｉａが２０ｍＡである。
【００４２】
なお光スキャン装置１は、少なくとも第１の配線４、第２の配線、コイル１８を保護するように絶縁膜３上に保護膜を形成しても良い。
【００４３】
（制御部７の構成）
制御部７は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部７が動作するためのプログラムが格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。
【００４４】
制御部７は、一例として、電源部８から供給された電流Ｉに基づいて第１の配線４及び第２の配線５に電流Ｉａを供給すると共にコイル１８に電流Ｉｂを供給する。この電源部８は、例えば、車両のバッテリーから供給された電流に基づいて光スキャナ装置１を駆動するための電流Ｉを生成するものである。
【００４５】
電流Ｉａは、ミラー部１４を回転させるのに必要な磁場６を生成することが可能な予め定められた電流値とされている。電流Ｉｂは、例えば、上述の距離測定装置の制御装置から出力された角度指示信号Ｓに基づいた電流値とされる。この角度指示信号Ｓは、ミラー部１４の回転角に関する信号である。
【００４６】
制御部７は、例えば、ミラー部１４の回転角を指示する角度指示信号Ｓが入力すると、この角度指示信号Ｓに基づいて電流Ｉｂの方向と電流値とを定め、コイル１８に出力する。ミラー部１４は、コイル１８に電流Ｉｂが流れることによってローレンツ力を受けて角度指示信号Ｓに基づく回転角となるまで回転する。
【００４７】
そしてミラー部１４は、電流Ｉｂの供給が停止されると、一対のトーションバー１２の弾性力によって基準の位置まで回転する。
【００４８】
（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る光スキャナ装置１は、容易に小型化することができる。具体的には、光スキャナ装置１は、第１の配線４及び第２の配線５によってコイル１８に作用する磁場６を生成するので、ミラー部を挟むように磁石を配置する場合と比べて、装置の体格を小さくすることができ、容易に小型化することができる。
【００４９】
光スキャナ装置１は、コイル１８が磁性体であるので、コイル１８の第１の垂直部１８１及び第２の垂直部１８２に対して磁場６が垂直に作用すると、この部分のコイル１８内の磁束密度が増加する性質がある。従って光スキャナ装置１は、磁性体を採用しない場合と比べて、コイル１８の第１の垂直部１８１及び第２の垂直部１８２内の磁束密度が大きくなってローレンツ力Ｆ１及びローレンツ力Ｆ２が増加し、ミラー部１４を回転させる駆動力が大きくなる。また光スキャナ装置１は、第１の垂直部１８１及び第２の垂直部１８２内の磁束密度が大きくなるので、磁性体を採用しない場合と比べて、少ない電流Ｉｂでミラー部１４を所望の回転角まで回転させることができる。
【００５０】
ここで図４は、変形例に係る光スキャナ装置の一例を示す上面図である。この変形例の光スキャナ装置１は、例えば、図４に示すように、対向する一対の壁部１０ａを有する支持部１０と、対向する一対の壁部１０ａから向かい合って突出した一対のトーションバー１２と、入射するレーザ光９０を反射するミラー１６を有し、一対のトーションバー１２を介して回転可能に支持部１０に支持されたミラー部１４と、ミラー１６を囲むようにミラー部１４に設けられたコイル１８と、電流Ｉａが流れることによってトーションバー１２と交差する方向の磁場６を生成してコイル１８に作用させ、一対のトーションバー１２を回転軸としてミラー部１４を双方向に回転させる磁場生成用配線と、を備えて概略構成されている。
【００５１】
支持部１０は、一対の壁部１０ａと、底部１１０ａと、を備えている。この一対の壁部１０ａは、底部１１０ａと共に凹部１１０を形成している。従って凹部１１０の底が底部１１０ａとなっている。
【００５２】
磁場生成用配線としての第１の配線４及び第２の配線５は、この底部１１０ａの裏面１０１に配置されている。なお磁場生成用配線は、例えば、ミラー部１４の直下に少なくとも一本の配線として配置されても良い。
【００５３】
この変形例の光スキャナ装置１は、筒形状ではないので、一対の壁部１０ａと交差する方向の幅を小さくすることができてより小型化が可能となる。
【００５４】
また他の変形例として支持部１０は、例えば、円筒形状であっても良い。この場合、コイル１８の第１の垂直部１８１及び第２の垂直部１８２に平行となるように磁場生成用配線が配置される。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態及び変形例を説明したが、この実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。この新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、この実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、この実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１…光スキャナ装置、３…絶縁膜、４…第１の配線、５…第２の配線、６…磁場、７…制御部、８…電源部、９…レーザ装置、１０…支持部、１０ａ…壁部、１０ｂ…壁部、１１…孔、１２…トーションバー、１４…ミラー部、１６…ミラー、１８…コイル、２０…パッド、２２…パッド、４０…磁場、５０…磁場、９０…レーザ光、１００…表面、１０１…裏面、１１０…凹部、１１０ａ…底部、１８０…平行部、１８１〜１８３…第１の垂直部〜第３の垂直部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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