(57)【要約】【課題】消費電力を抑えながら、偏向角を充分に大きくし、かつ、高速に高精度で反射鏡を動かすことができる光偏向器を提供する。【解決手段】大きな偏向角度により第１の可動部５を動かす第１のアクチュエータ手段と、高速、かつ、高精度にて小さな偏向角度により第２の可動部８を動かす第２のアクチュエータ手段とを組み合わせた２段構造とし、第１のアクチュエータ手段における支持構造を第２のアクチュエータ手段ヘの配線部材によって構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材部と、
前記基材部に対して、第１の支持手段により、互いに直交する２軸を中心として回動可能に支持された第１の可動部と、
前記第１の可動部を前記基材部に対して前記２軸を中心として駆動する第１のアクチュエータ手段と、
前記第１の可動部に対して、第２の支持手段により、互いに直交する２軸を中心として回動可能に支持された第２の可動部と、
前記第２の可動部を前記第１の可動部に対して前記２軸を中心として駆動する第２のアクチュエータ手段と、
前記第２の可動部上に設けられた光反射部と、
を備え、
前記第１のアクチュエータ手段は、前記第２のアクチュエータ手段による前記第２の可動部の可動範囲よりも、広い可動範囲に亘って前記第１の可動部を駆動し、
前記第２のアクチュエータ手段は、前記第１のアクチュエータ手段による前記第１の可動部駆動精度よりも、高い駆動精度により前記第２の可動部を駆動すること
を特徴とする光偏向器。
【請求項２】
請求項１記載の光偏向器であって、
前記第１のアクチュエータ手段は、前記第１の可動部に取付けられた永久磁石と、この永久磁石に磁力を作用させる磁場形成手段とからなり、
前記第２の支持手段は、可撓性を有する材料からなり前記第１の可動部と前記第２の可動部とを繋ぐ支持体からなり、
前記第２のアクチュエータ手段は、前記第２の支持手段を変形させて、前記第２の可動部を駆動すること
を特徴とする光偏向器。
【請求項３】
請求項１、または、請求項２記載の光偏向器であって、
前記第１の可動部は、絶縁フィルム材により構成されており、
前記第１の可動部をなす絶縁フィルム材上には、前記第２のアクチュエータ手段に駆動電流を供給するための配線が形成されていること
を特徴とする光偏向器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光などの光束を偏向させ走査させるための光偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、いわゆる「バーコードリーダ」、「レーザビームプリンタ」、「光無線ＬＡＮモジュール」などにおいては、方向を変化させることが可能な反射鏡によりレーザ光などの光束を反射させこの反射鏡の方向を変動させることにより光束を偏向させる光偏向器が使用されている。
【０００３】
このような光偏向器としては、機械的に光偏向を行うものとして、ポリゴンミラー（回転多面鏡）や、ガルバノミラー（振動型反射鏡）などが知られている。特に、ガルバノミラーは、ポリゴンミラーに比較して、装置構成の小型化が可能であるため、広い用途において使用されている。
【０００４】
また、近年の半導体プロセス技術を応用したものとして、Ｓｉ（シリコン）基板を用いたマイクロミラーなども提案されており、さらなる小型化、軽量化及び低コスト化が期待されている。
【０００５】
小型化、軽量化された光偏向器は、光ディスクにおけるトラッキング制御や、光スイッチ、「光無線ＬＡＮ」などにも使用されている。なお、光スイッチや「光無線ＬＡＮ」などに使用する光偏向器においては、レーザ光を任意の２次元方向に偏向させる必要がある。
【０００６】
特許文献１には、レーザ光を任意の２次元方向に偏向させる従来の光偏向器の構成が記載されている。この光偏向器は、図９に示すように、基材１０１に対して一対の梁１０２，１０２によって支持されたフレーム１０３を有し、さらに、このフレーム１０３に対して一対の梁１０４，１０４によって支持された可動部１０５を有して構成されている。この可動部１０５の表面部は、反射鏡となっている。各一対の梁１０２，１０２、１０４，１０４は、互いに直交する方向に配されており、フレーム１０３及び可動部１０５を、互いに直交する２軸を中心として回動可能に支持している。
【０００７】
また、可動部１０５の裏面部には、磁性体からなるピン１０６が取付けられている。そして、このピン１０６の周囲には、磁気回路１０７が配置されている。この磁気回路１０７は、複数の磁気ヨークと、これら磁気ヨークに巻回されたコイルとから構成されている。この磁気回路１０７は、直交する２方向の磁場を形成することができるように構成されている。
【０００８】
この光偏向器においては、磁気回路１０７が形成する磁界によって、ピン１０６が直交する２方向に移動操作される。ピン１０６が移動操作されることにより、可動部１０５は、各一対の梁１０２，１０２、１０４，１０４を中心として、直交する２軸方向に回動操作される。このとき、可動部１０５の表面部によって反射されている光束は、任意の２方向に偏向される。
【０００９】
また、現在において実用化されている「光無線ＬＡＮ」に用いる光偏向器としては、より広い偏向角を必要とするため、反射鏡をモータなどによって駆動させる構成の光偏向器が使用されている。
【００１０】
さらに、特許文献２には、マイクロマシンプロセス技術を応用した光検出器が記載されている。この光偏向器は、図１０に示すように、フレーム１０８に対して一対の細い梁１０９を介して繋がっているＳｉ（シリコン）からなる反射ミラー１１０を有して構成されている。これらフレーム１０８、梁１０９及び反射ミラー１１０は、マイクロマシンプロセス技術により、一体形成されている。
【００１１】
この光偏向器においては、反射ミラー１１０の裏面側に対向する位置には、この反射ミラー１１０に対する一定のギャップ間隔をもって、固定電極１１１が配置されている。この光偏向器においては、反射ミラー１１０と固定電極１１１との間に電圧を印加すると、この電圧に起因する静電力により、反射ミラー１１０が吸引されて梁１０９，１０９を中心として傾く。このとき、反射ミラー１１０の表面部によって反射されている光束は、偏向される。
【特許文献１】特開平７−３０７７０３号公報
【特許文献２】特開２００２−３２８３１７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、前述のような特許文献１に記載された光偏向器においては、装置構成の小型化は可能ではあるが、消費電力を少なくする必要がある場合には、磁気回路１０７によるピン１０６に対する吸引力が不十分となり、充分な偏向角が得られない虞れがある。
【００１３】
また、モータを用いて反射鏡を駆動させる構成の光偏向器においては、反射鏡の振れ角を大きくすることはできるが、装置構成の小型化が困難である。
【００１４】
そして、特許文献２に記載された静電構造の光偏向器においては、反射ミラー１１０の振れ角（偏向角）を大きくするためには、反射ミラー１１０と固定電極１１１との間のギャップ間隔を大きくする必要がある。しかしながら、静電力は、反射ミラー１１０と固定電極１１１との間のギャップ間隔の２乗に反比例する。したがって、反射ミラー１１０と固定電極１１１との間のギャップ間隔を大きくした場合には、所定の駆動力を得るために必要な電圧が極めて大きなものとなってしまう。
【００１５】
このように、前述したような光偏向器のいずれにおいても、消費電力を抑えながら、偏向角を充分に大きくし、かつ、高速に高精度で反射鏡を動かすことは困難である。
【００１６】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑み提案されるものであって、消費電力を抑えながら、偏向角を充分に大きくし、かつ、高速に高精度で反射鏡を動かすことができる光偏向器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】
【００１７】
上述の課題を解決するため、本発明に係る光偏向器は、基材部と、この基材部に対して第１の支持手段により互いに直交する２軸を中心として回動可能に支持された第１の可動部と、この第１の可動部を基材部に対して２軸を中心として駆動する第１のアクチュエータ手段と、第１の可動部に対して第２の支持手段により互いに直交する２軸を中心として回動可能に支持された第２の可動部と、この第２の可動部を第１の可動部に対して２軸を中心として駆動する第２のアクチュエータ手段と、第２の可動部上に設けられた光反射部とを備え、第１のアクチュエータ手段は、第２のアクチュエータ手段による第２の可動部の可動範囲よりも、広い可動範囲に亘って第１の可動部を駆動し、第２のアクチュエータ手段は、第１のアクチュエータ手段による第１の可動部駆動精度よりも、高い駆動精度により第２の可動部を駆動することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明は、この光偏向器において、第１のアクチュエータ手段を、第１の可動部に取付けられた永久磁石とこの永久磁石に磁力を作用させる磁場形成手段とからなるものとし、第２の支持手段を、可撓性を有する材料からなり第１の可動部と第２の可動部とを繋ぐ支持体からなるものとし、第２のアクチュエータ手段は、第２の支持手段を変形させて、第２の可動部を駆動することを特徴とするものである。
【００１９】
そして、本発明は、これら光偏向器において、第１の可動部を絶縁フィルム材により構成し、この第１の可動部をなす絶縁フィルム材上に、第２のアクチュエータ手段に駆動電流を供給するための配線を形成したことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明に係る光偏向器においては、広い可動範囲に亘って第１の可動部を駆動する第１のアクチュエータ手段と、高い駆動精度により第２の可動部を駆動する第２のアクチュエータ手段とを組み合わせた２段構造を有し、さらに、第１のアクチュエータ手段における支持構造を第２のアクチュエータ手段ヘの配線部材として構成することにより、消費電力を抑えながら、広い偏向角において、高速、かつ、高精度に反射鏡を駆動することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る光偏向器においては、広い可動範囲に亘って第１の可動部を駆動する第１のアクチュエータ手段と、高い駆動精度により第２の可動部を駆動する第２のアクチュエータ手段とを組み合わせた２段構造を有しているので、広い偏向角において、高速、かつ、高精度に反射鏡を駆動することができる。
【００２２】
また、この光偏向器においては、第１のアクチュエータ手段における支持構造を第２のアクチュエータ手段ヘの配線部材として構成することにより、消費電力を抑えながら、装置構成の小型化を図ることができる。
【００２３】
すなわち、本発明は、消費電力を抑えながら、偏向角を充分に大きくし、かつ、高速に高精度で反射鏡を動かすことができる光偏向器を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る光偏向器の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る光偏向器の第１の実施の形態における第１のアクチュエータ手段の構成を示す斜視図である。
【００２６】
この光偏向器は、図１に示すように、第１のアクチュエータ手段を備えて構成されている。この光偏向器は、基材部１に対して第１の支持手段となる一対の梁２，２によって支持されたフレーム３を有し、さらに、このフレーム３に対して第１の支持手段となる一対の梁４，４によって支持された第１の可動部５を有して構成されている。各一対の梁２，２、４，４は、互いに直交する方向に配されており、フレーム３及び第１の可動部５を、互いに直交する２軸を中心として回動可能に支持している。
【００２７】
これら基材部１及び各梁２，２、４，４は、柔軟性に優れ、可撓性を有するポリイミドなどの絶縁フィルム材によって構成されている。
【００２８】
また、可動部５の裏面部には、第１のアクチュエータ手段を構成する長手方向に磁化された永久磁石からなるピン６が取付けられている。そして、このピン６の周囲には、第１のアクチュエータ手段を構成する磁気回路７が配置されている。この磁気回路７は、２対の磁気ヨークと、これら磁気ヨークに巻回された２組のコイルとから構成されている。この磁気回路７は、直交する２方向の磁場を形成することができる。
【００２９】
この光偏向器においては、磁気回路７が形成する磁界によって、ピン６が直交する２方向に移動操作される。ピン６が移動操作されることにより、可動部５は、各一対の梁２，２、４，４を中心として、直交する２軸方向に回動操作される。
【００３０】
そして、この光偏向器においては、第１の可動部５上に、第１のアクチュエータ手段よりも高精度の偏向駆動を行うたとができる第２のアクチュエータ手段が配置されている。
【００３１】
図２は、本発明に係る光偏向器の第１の実施の形態における第２のアクチュエータ手段が搭載された状態の斜視図である。
【００３２】
すなわち、この光偏向器は、図２中の（ａ）に示すように、第１の可動部５上に、第２の可動部を支持する第２のアクチュエータ手段を有している。この第２のアクチュエータ手段は、複数のボイスコイルモータ（ＶＣＭ）９により、第２の可動部８を支持する構造となっている。
【００３３】
すなわち、このこの第２のアクチュエータ手段は、第１の可動部５上に設置され第２の可動部８を支持する少なくとも３個、好ましくは４個のボイスコイルモータ９から構成されている。各ボイスコイルモータ９は、円筒状に巻回されたコイルと、このコイル内を進退可能となされたコア部材からなる。各ボイスコイルモータ９は、コイルが第１の可動部５の表面部に取付けられ、コア部材が第２の可動部８の裏面部に取付けられている。
【００３４】
この第２のアクチュエータ手段は、図２中の（ｂ）において矢印Ａで示すように、第２の可動部８を、第１の可動部５に対して、狭い偏向角度内において、高精度、かつ、高速で動かすことができる。
【００３５】
図３は、本発明に係る光偏向器の第１の実施の形態において光を偏向させている状態を示す斜視図である。
【００３６】
そして、第２の可動部８の表面部は、図３中の（ａ）に示すように、反射ミラーとなっている。
【００３７】
この光偏向器においては、広い角度の偏向角が必要な場合には、図３中の（ｂ）において矢印Ｂで示すように、第１のアクチュエータ手段の駆動によって、第１の可動部５を第２の可動部８とともに偏向させ、狭い偏向角度内における高精度、高速の駆動が必要な場合には、第２のアクチュエータ手段の駆動によって、第２の可動部８を第１の可動部５に対して偏向させる。
【００３８】
この光偏向器においては、図２に示すように、第２のアクチュエータ手段を構成するボイスコイルモータ９へ駆動電流を供給する配線は、第１の可動部５を支持する基材部１、フレーム３及び各梁２，２、４，４上に形成されている。これら基材部１、フレーム３及び各梁２，２、４，４は、ポリイミドなどの絶縁フィルム材によって形成されているので、ボイスコイルモータ９への配線は、いわゆるフレキシブル基板（ＦＰＣ）と同様の構成により、これら基材部１、フレーム３及び各梁２，２、４，４に一体的に形成することができる。ボイスコイルモータ９への配線を基材部１及びフレーム３等に一体化させることにより、装置構成の小型化が可能となる。
【００３９】
図４は、本発明に係る光偏向器の第１の実施の形態における第１のアクチュエータ手段の構成を示す断面図（吸引力を利用した例）である。
【００４０】
この光偏向器の第１のアクチュエータ手段においては、図４に示すように、磁気回路７において発生される磁界により、この磁気回路７を構成するヨーク７ａにピン６が吸引されることによって、第１の可動部５が偏向される。
【００４１】
図５は、本発明に係る光偏向器の第１の実施の形態における第１のアクチュエータ手段の構成を示す断面図（反発力を利用した例）である。
【００４２】
または、この光偏向器の第１のアクチュエータ手段においては、図５に示すように、磁気回路７において発生される磁界により、この磁気回路７を構成するヨーク７ｂに対してピン６が反発することによって、第１の可動部５が偏向される。
【００４３】
この第１のアクチュエータ手段においては、ピン６が永久磁石によって形成されているため、このピン６が鉄芯などの磁性を帯びない磁性材料によって形成されている場合に比較して、磁気回路７のコイルに供給する電流は少なくてよい。
【００４４】
〔第２の実施の形態〕
図６は、本発明に係る光偏向器の第２の実施の形態において、第２のアクチュエータ手段としてマイクロマシン（ＭＥＭＳ）を搭載された構成を示す斜視図である。
【００４５】
本発明に係る光偏向器は、図６に示すように、第２のアクチュエータ手段として、第１の可動部５に対して一体的に細い梁を介して繋がっているＳｉ（シリコン）からなる第２の可動部８を有して構成されるものとしてもよい。第２の可動部８の表面部は、反射ミラーとなっている。
【００４６】
図７は、本発明に係る光偏向器の第２の実施の形態における第２のアクチュエータ手段の構成を示す斜視図である。
【００４７】
すなわち、この第２のアクチュエータ手段においては、図７に示すように、枠状の第１の可動部５と円盤状の第２の可動部８は、細長い支持体１０によって繋がっている。支持体１０は、第２の可動部８と同一平面内であって、その外周に沿って周回（図７では１周略３６０度）して備えられ、その一端を第２の可動部８の外縁端部８ａに接続してこれを支持し、他端を第１の可動部５の接続部５ａに接続して保持されている。
【００４８】
この第２のアクチュエータ手段においては、第２の可動部８の裏面側に対向する第１の可動部５上には、この第２の可動部８に対する一定のギャップ間隔をもって、図示しない固定電極が配置されている。この第２のアクチュエータ手段においては、第２の可動部８と固定電極との間に電圧を印加すると、この電圧に起因する静電力により、第２の可動部８が吸引されて梁１０を変形させながら、図６中の（ｃ）に示すように、偏向される。このとき、第２の可動部８の表面部によって反射されている光束は、偏向される。
【００４９】
この光偏向器においては、広い角度の偏向角が必要な場合には、図６中の（ｂ）に示すように、第１のアクチュエータ手段の駆動によって、第１の可動部５を第２の可動部８とともに偏向させ、狭い偏向角度内における高精度、高速の駆動が必要な場合には、図６中の（ｃ）に示すように、第２のアクチュエータ手段の駆動によって、第２の可動部８を第１の可動部５に対して偏向させる。
【００５０】
また、この光偏向器においても、第２のアクチュエータ手段を構成する固定電極へ駆動電流を供給する配線は、第１の可動部５を支持する基材部１、フレーム３及び各梁２，２、４，４上に形成されている。これら基材部１、フレーム３及び各梁２，２、４，４は、ポリイミドなどの絶縁フィルム材によって形成されているので、固定電極への配線は、いわゆるフレキシブル基板（ＦＰＣ）と同様の構成により、これら基材部１、フレーム３及び各梁２，２、４，４に一体的に形成することができる。
【００５１】
図８は、本発明に係る光偏向器の第３の実施の形態における第２のアクチュエータ手段の構成を示す斜視図である。
【００５２】
すなわち、この第２のアクチュエータ手段においては、図８に示すように、これら第１の可動部５、梁１１及び第２の可動部８は、マイクロマシンプロセス技術により、一体形成される。この第２のアクチュエータ手段においては、第２の可動部８の裏面側に対向して、この第２の可動部８に対する一定のギャップ間隔をもって、固定電極１２が配置されている。この第２のアクチュエータ手段においては、第２の可動部８と固定電極１２との間に電圧を印加すると、この電圧に起因する静電力により、第２の可動部８が吸引されて梁１１を変形させながら、図６中の（ｃ）に示すように、偏向される。このとき、第２の可動部８の表面部によって反射されている光束は、偏向される。
【００５３】
この光偏向器においては、広い角度の偏向角が必要な場合には、図６中の（ｂ）に示すように、第１のアクチュエータ手段の駆動によって、第１の可動部５を第２の可動部８とともに偏向させ、狭い偏向角度内における高精度、高速の駆動が必要な場合には、図６中の（ｃ）に示すように、第２のアクチュエータ手段の駆動によって、第２の可動部８を第１の可動部５に対して偏向させる。
【００５４】
また、この光偏向器においても、第２のアクチュエータ手段を構成する固定電極１２へ駆動電流を供給する配線は、第１の可動部５を支持する基材部１上に形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る光偏向器の第１の実施の形態における第１のアクチュエータ手段の構成を示す斜視図である。
【図２】前記光偏向器の第１の実施の形態における第２のアクチュエータ手段が搭載された状態の斜視図である。
【図３】前記光偏向器の第１の実施の形態において光を偏向させている状態を示す斜視図である。
【図４】前記光偏向器の第１の実施の形態における第１のアクチュエータ手段の構成を示す断面図（吸引力を利用した例）である。
【図５】前記光偏向器の第１の実施の形態における第１のアクチュエータ手段の構成を示す断面図（反発力を利用した例）である。
【図６】前記光偏向器の第２の実施の形態において、第２のアクチュエータ手段としてマイクロマシン（ＭＥＭＳ）を搭載した構成を示す斜視図である。
【図７】前記光偏向器の第２の実施の形態における第２のアクチュエータ手段の構成を示す斜視図である。
【図８】前記光偏向器の第３の実施の形態における第２のアクチュエータ手段の構成を示す斜視図である。
【図９】従来の光偏向器の構成を示す斜視図である。
【図１０】従来マイクロマシン（ＭＥＭＳ）を応用した光偏向器の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  基材部
２，４  梁（第１の支持部）
３  フレーム
５  第１の可動部
６  ピン
７  磁気回路
８  第２の可動部
９  ボイスコイルモータ
【図１】
2005275062.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005275062.tif 000007
【図６】
2005275062.tif 000008
【図７】
2005275062.tif 000009
【図８】
2005275062.tif 000010
【図９】
2005275062.tif 000011
【図１０】
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