(57)【要約】【課題】二本の軸周りの独立した駆動が可能な二次元光偏向器を提供する。【解決手段】磁界内に配置される可動板ユニットは、内側可動板１１２と外側可動板１１６と二本の内側トーションバー１１４ａと１１４ｂと支持部１２０と二本の外側トーションバー１１８ａと１１８ｂとを有している。可動板ユニット１１０は、さらに、内側可動板１１２を通る二本の内側配線１３０ａと１３０ｂを有している。第一内側配線１３０ａは第一内側駆動配線部１３２ａと二本の第一内側引き出し配線部１３４ａと１３６ａを有し、第二内側配線１３０ｂは第二内側駆動配線部１３２ｂと二本の第二内側引き出し配線部１３４ｂと１３６ｂを有している。二本の第一内側引き出し配線部１３４ａと１３６ａは第二軸Ａ２を基準にしてほぼ線対称に位置し、二本の第二内側引き出し配線部１３４ｂと１３６ｂは第二軸Ａ２を基準にしてほぼ線対称に位置している。【選択図】      図３
2005189825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁駆動型の光偏向器であり、
磁界を発生させる磁石ユニットと、
磁界内に配置される可動板ユニットとを有しており、
可動板ユニットは、反射面を有する内側可動板と、内側可動板の外側に位置する外側可動板と、内側可動板と外側可動板を連結している二本の内側トーションバーと、外側可動板の外側に位置する支持部と、外側可動板と支持部を連結している二本の外側トーションバーとを有し、内側トーションバーは、第一軸に沿って延びていて、第一軸の周りにねじり変形可能で、内側可動板が外側可動板に対して第一軸の周りに傾斜することを可能にしており、外側トーションバーは、第一軸にほぼ直交する第二軸に沿って延びていて、第二軸の周りにねじり変形可能で、外側可動板が支持部に対して第二軸の周りに傾斜することを可能にしており、
可動板ユニットは、さらに、内側可動板と内側トーションバーと外側可動板と外側トーションバーと支持部を延びている二本の内側配線を有しており、内側配線の一方は外側トーションバーの一方を通り、内側配線の他方は外側トーションバーの他方を通っており、二本の内側配線は、それぞれ、内側可動板の縁に沿って延びている内側駆動配線部と、内側駆動配線部の両端から延びている二本の内側引き出し配線部とを有しており、二つの内側駆動配線部は、第一軸を基準にして、ほぼ線対称に位置しており、それぞれの内側駆動配線部の両端から延びている二本の内側引き出し配線部は、第二軸を基準にして、ほぼ線対称に位置しており、二本の内側駆動配線部には互いに同じ方向の電流が供給される、光偏向器。
【請求項２】
請求項１において、内側可動板の外周形状は矩形であり、その矩形の互いに直交する二本の中心軸がそれぞれ第一軸と第二軸に平行である、光偏向器。
【請求項３】
請求項１において、内側可動板の外周形状は楕円形（円形を含む）であり、その楕円形の互いに直交する二本の中心軸がそれぞれ第一軸と第二軸に平行である、光偏向器。
【請求項４】
請求項１において、可動板ユニットは、さらに、外側可動板と外側トーションバーと支持部を延びている二本の外側配線を有しており、二本の外側配線は共に二本の外側トーションバーを通っており、二本の外側配線は、それぞれ、外側可動板の縁に沿って延びている外側駆動配線部と、外側駆動配線部の両端から延びている二本の外側引き出し配線部とを有しており、二つの外側駆動配線部は、第二軸を基準にして、ほぼ線対称に位置しており、それぞれの外側駆動配線部の両端から延びている二本の外側引き出し配線部は、第一軸を基準にして、ほぼ線対称に位置しており、二本の外側駆動配線部には互いに同じ方向の電流が供給される、光偏向器。
【請求項５】
請求項４において、外側可動板の外周形状は矩形であり、その矩形の互いに直交する二本の中心軸がそれぞれ第一軸と第二軸に平行である、光偏向器。
【請求項６】
請求項４において、外側可動板の外周形状は楕円形（円形を含む）であり、その楕円形の互いに直交する二本の中心軸がそれぞれ第一軸と第二軸に平行である、光偏向器。
【請求項７】
請求項１において、二本の内側配線には同じ大きさの電流が流される、光偏向器。
【請求項８】
請求項１において、内側トーションバー上を延びている二本の内側引き出し配線部は共に、第一軸の近くを通り、第一軸と第二軸を含む平面上にほぼ位置しており、外側トーションバー上を延びている二本の内側引き出し配線部と二本の外側引き出し配線部は共に、第二軸の近くを通り、第一軸と第二軸を含む平面上にほぼ位置している、光偏向器。
【請求項９】
請求項１において、内側トーションバー上を延びている二本の内側引き出し配線部は共に、第一軸の近くを通り、第一軸と第二軸を含む平面に直交する方向に間隔を置いて延びて、外側トーションバー上を延びている二本の内側引き出し配線部と二本の外側引き出し配線部は共に、第二軸の近くを通り、第一軸と第二軸を含む平面に直交する方向に間隔を置いて延びている、光偏向器。
【請求項１０】
請求項４において、磁石ユニットは、ただ一つの磁石を有し、この磁石の一方の磁極は、可動板ユニットに面しており、二本の内側駆動配線部はそれぞれ磁石の第一軸に沿った縁にほぼ平行に延びており、二本の外側駆動配線部はそれぞれ磁石の第二軸に沿った縁にほぼ平行に延びている、光偏向器。
【請求項１１】
請求項１０において、二本の内側駆動配線部は共に磁石の縁の真上よりも第二軸に沿って外側に位置し、二本の外側駆動配線部は共に磁石の縁の真上よりも第一軸に沿って外側に位置している、光偏向器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁駆動型の二次元光偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造技術を応用したマイクロマシン技術を用いて作製される光偏向器が注目されている。
【０００３】
米国特許第６，３８８，７８９号明細書は、そのような光偏向器のひとつである、電磁駆動型の二次元光偏向器を開示している。図１５は米国特許第６，３８８，７８９号明細書に開示されている光偏向器の主要部の斜視図である。また、図１６は米国特許第６，３８８，７８９号明細書に開示されている光偏向器の断面斜視図である。
【０００４】
この二次元光偏向器は、図１５に示されるように、支持部１００１に対して第一回転軸周りに揺動可能な第一回転部１００２と、第一回転部１００２に対して第二回転軸周りに揺動可能な第二回転部１００３とを有している。第二回転部１００３は、光を反射するための反射面を有している。支持部１００１と第一回転部１００２は、第一回転軸に沿って延びる一対のヒンジ１００４と１００４Ｂによって連結されている。また、第一回転部１００２と第二回転部１００３は、第二回転軸に沿って延びる一対のヒンジ１００５と１００５Ｂによって連結されている。
【０００５】
第二回転部１００３には、第一回転軸周りに揺動可能にするための一対の第一コイル１０６１と１０６２と第二軸周りに揺動可能にするための一対の第二コイル１０７１と１０７２とが形成されている。第一コイル１０６１と１０６２は配線１００６を介して接続され、第二コイル１０７１と１０７２は配線１００７を介して接続されている。第一コイル１０６１と１０６２に給電するための二本の配線１００６Ａは、第一回転部１００２を経由し、一対のヒンジ１００４と１００４Ｂをそれぞれ通って延びている。同様に、第二コイル１０７１と１０７２に給電するための二本の配線１００７Ａも、第一回転部１００２を経由し、一対のヒンジ１００４と１００４Ｂをそれぞれ通って延びている。
【０００６】
図１６に示されるように、第二回転部１００３の下方には、磁石１１００が配置される。磁石１１００は、第二回転部１００３の中心から支持部１００１に向けて放射状に広がる磁界１０８９を発生させる。第二回転部１００３は、第一コイル１０６１と１０６２を流れる電流と磁界１０８９との相互作用によって第一回転軸周りに、また、第二コイル１０７１と１０７２を流れる電流と磁界１０８９との相互作用によって第二回転軸周りに揺動される。
【０００７】
また、米国特許第６，４０４，３１３号明細書は、別の電磁駆動型の二次元光偏向器を開示している。図１７は米国特許第６，４０４，３１３号明細書に開示されている光偏向器の分解斜視図である。
【０００８】
この二次元光偏向器は、図１７に示されるように、支持部２００１の内側に位置する外側可動板２００２と、外側可動板２００２の内側に位置する内側可動板２００３と、支持部２００１に対して外側可動板２００２をＸ軸周りに揺動可能に支持する第一トーションバー２００４と、外側可動板２００２に対して内側可動板２００３をＹ軸周りに揺動可能にする支持する第二トーションバー２００５とを有している。内側可動板２００３は、光を反射するための反射面２１０４を有している。
【０００９】
外側可動板２００２上にはシングルターンの第一駆動コイル２１０２が延びており、内側可動板２００３上の縁近くにはシングルターンの第二駆動コイル２１０３が延びている。第一駆動コイル２１０２と第二駆動コイル２１０３とは接続されている。
【００１０】
このような構造体の外側には、一対の磁石２１０５と２１０６が、対角線に沿って配置されている。磁石２１０５と２１０６で発生される磁界は、対角線の一方向に存在する。内側可動板２００３は、第一駆動コイル２１０２を流れる電流と磁界との相互作用によってＸ軸周りに、また、第二駆動コイル２１０３を流れる電流と磁界との相互作用によってＹ軸周りに揺動される。
【特許文献１】米国特許第６，３８８，７８９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４０４，３１３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
これらに開示されている光偏向器では、第二回転部や内側可動板を駆動しようとすると、第一回転部や外側可動板に設けた配線やコイルにも駆動力が発生するため、第一回転部や外側可動板も揺動してしまう。このため、一軸毎の独立した駆動が困難である。
【００１２】
例えば、米国特許第６，３８８，７８９号明細書に開示されている光偏向器では、図１５において、第二回転部１００３を揺動させるために第二回転部１００３に形成された第二コイル１０７１と１０７２に電流を流すと、第一回転部１００２に形成された配線１００７Ａにも電流が流れる。その結果、配線１００７Ａを流れる電流と磁界１０８９との相互作用により、第一回転部１００２を第一回転軸（ヒンジ１００４と１００４Ｂを結ぶ軸）周りに回転させる力が発生してしまう。
【００１３】
また、米国特許第６，４０４，３１３号明細書に開示されている光偏向器では、図１７において、内側可動板２１０４を駆動するために第二駆動コイル２１０３に電流を流すと、外側可動板２００２上の第一駆動コイル２１０２にも電流が流れる。このため、斜め配置された磁石２１０５と磁石２１０６の間の磁界と第一駆動コイル２１０２を流れる電流との相互作用により、外側可動板２００２をＸ軸周りに揺動させる力が発生してしまう。
【００１４】
本発明は、この様な実状を考慮して成されたものであり、その目的は、二本の軸周りの独立した駆動が可能な二次元光偏向器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の光偏向器は、磁界を発生させる磁石ユニットと、磁界内に配置される可動板ユニットとを有している。可動板ユニットは、反射面を有する内側可動板と、内側可動板の外側に位置する外側可動板と、内側可動板と外側可動板を連結している二本の内側トーションバーと、外側可動板の外側に位置する支持部と、外側可動板と支持部を連結している二本の外側トーションバーとを有している。内側トーションバーは、第一軸に沿って延びていて、第一軸の周りにねじり変形可能で、内側可動板が外側可動板に対して第一軸の周りに傾斜することを可能にしている。外側トーションバーは、第一軸にほぼ直交する第二軸に沿って延びていて、第二軸の周りにねじり変形可能で、外側可動板が支持部に対して第二軸の周りに傾斜することを可能にしている。可動板ユニットは、さらに、内側可動板と内側トーションバーと外側可動板と外側トーションバーと支持部を延びている二本の内側配線を有している。内側配線の一方は外側トーションバーの一方を通り、内側配線の他方は外側トーションバーの他方を通っている。二本の内側配線は、それぞれ、内側可動板の縁に沿って延びている内側駆動配線部と、内側駆動配線部の両端から延びている二本の内側引き出し配線部とを有している。二つの内側駆動配線部は、第一軸を基準にして、ほぼ線対称に位置している。それぞれの内側駆動配線部の両端から延びている二本の内側引き出し配線部は、第二軸を基準にして、ほぼ線対称に位置している。二本の内側駆動配線部には互いに同じ方向の電流が供給される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、二本の軸周りの独立した駆動が可能な二次元光偏向器が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
第一実施形態
図１は、本発明の第一実施形態の光偏向器の断面斜視図である。図２は、図１に示された可動板ユニットの斜視図である。図２では、可動板ユニットは図１と上下逆に描かれている。図３は、図２に示された可動板ユニットの平面図である。図４は、図１に示された磁石ユニットの平面図である。
【００１９】
図１に示されるように、二次元光偏向器１００は、磁界を発生させる磁石ユニット１７０と、磁石ユニット１７０で発生される磁界内に配置される可動板ユニット１１０とを有している。可動板ユニット１１０と磁石ユニット１７０は、所定の間隔を置いて配置されている。
【００２０】
可動板ユニット１１０は、図２と図３に示されるように、矩形板状の内側可動板１１２と、内側可動板１１２の外側に位置する矩形枠状の外側可動板１１６と、内側可動板１１２と外側可動板１１６を連結している二本の内側トーションバー（第一内側トーションバー１１４ａと第二内側トーションバー１１４ｂ）と、外側可動板１１６の外側に位置する矩形枠状の支持部１２０と、外側可動板１１６と支持部１２０を連結している二本の外側トーションバー（第一外側トーションバー１１８ａと第二外側トーションバー１１８ｂ）とを有している。
【００２１】
外側可動板１１６は、内側可動板１１２を取り囲んでいる枠状の形態をしているが、外側可動板１１６の形態は、特にこれに限定されるものではない。支持部１２０は、外側可動板１１６を取り囲む枠状の形態をしているが、支持部１２０の形態は、これに限定されるものではなく、Ｕ字形状など、他の形状をしていてもよい。また、支持部１２０は、一つの部材で構成されているが、互いに空間的に離れて位置している二つの部材で構成されてもよい。
【００２２】
内側可動板１１２は、図１に示されるように、その上面に光を反射するための反射面１２２を有している。反射面１２２は、例えば金の薄膜の表面で構成される。ここで、内側可動板１１２の上面とは、最も大きい二つの平行な平面の一方であり、図１において、上側に当たり、見えている面を言う。また、図１において、裏側に当たり、隠れて見えない面を下面と呼ぶ。
【００２３】
図２と図３に示されるように、二本の内側トーションバー１１４ａと１１４ｂは共に第一軸Ａ１に沿ってほぼ一直線上に延びている。また、二本の外側トーションバー１１８ａと１１８ｂは第二軸Ａ２に沿ってほぼ一直線上に延びている。第一軸Ａ１と第二軸Ａ２はほぼ直交している。
【００２４】
上方から見て内側可動板１１２の外周形状は矩形であり、その矩形の互いに直交する二本の中心軸（矩形の中心を通り矩形の辺に直交する二本の軸）はそれぞれ第一軸Ａ１と第二軸Ａ２に平行である。上方から見て外側可動板１１６の外周形状もまた矩形であり、その矩形の互いに直交する二本の中心軸（矩形の中心を通り矩形の辺に直交する二本の軸）もそれぞれ第一軸Ａ１と第二軸Ａ２に平行である。
【００２５】
外側トーションバー１１８ａと１１８ｂは、第二軸Ａ２の周りにねじり変形可能で、外側可動板１１６が支持部１２０に対して第二軸Ａ２の周りに傾斜することを可能にしている。また、内側トーションバー１１４ａと１１４ｂは、第一軸Ａ１の周りにねじり変形可能で、内側可動板１１２が外側可動板１１６に対して第一軸Ａ１の周りに傾斜することを可能にしている。
【００２６】
これにより、内側可動板１１２の反射面１２２の向きは二次元的に変更可能であり、二次元光偏向器１００は反射面１２２で反射された光ビームを二次元的に偏向し得る。
【００２７】
このような可動板ユニット１１０は、例えば、半導体製造プロセスを応用してシリコン基板から作製される。内側可動板１１２と外側可動板１１６は、例えば、シリコン基板を加工して得られるシリコンの薄板から構成される。内側トーションバー１１４ａと１１４ｂと外側トーションバー１１８ａと１１８ｂは、例えば、シリコンの薄膜やポリイミドの薄膜などで構成される。内側可動板１１２と外側可動板１１６と支持部１２０と内側トーションバー１１４ａと１１４ｂと外側トーションバー１１８ａと１１８ｂの材質は、シリコンやポリイミドの他に、ポリシリコン、窒化シリコン、有機材料、金属材料などであってもよい。
【００２８】
図３に示されるように、可動板ユニット１１０は、さらに、内側可動板１１２と内側トーションバー１１４ａと１１４ｂと外側可動板１１６と外側トーションバー１１８ａと１１８ｂと支持部１２０を延びている二本の内側配線（第一内側配線１３０ａと第二内側配線１３０ｂ）を有している。第一内側配線１３０ａは、第一内側駆動配線部１３２ａと、その両端からそれぞれ延びている二本の第一内側引き出し配線部１３４ａと１３６ａとを有している。同様に、第二内側配線１３０ｂは、第二内側駆動配線部１３２ｂと、その両端からそれぞれ延びている二本の第二内側引き出し配線部１３４ｂと１３６ｂとを有している。
【００２９】
ここで、内側駆動配線部１３２ａと１３２ｂは、それぞれ、内側配線１３０ａと１３０ｂのうち、内側可動板１１２の駆動に実際に寄与する部分であり、内側可動板１１２の縁に沿って第一軸Ａ１に平行に延びている部分を言う。また、第一内側引き出し配線部１３４ａと１３６ａは、第一内側配線１３０ａのうち、第一内側駆動配線部１３２ａを除いた部分を言う。同様に、第二内側引き出し配線部１３４ｂと１３６ｂは、第二内側配線１３０ｂのうち、第二内側駆動配線部１３２ｂを除いた部分を言う。
【００３０】
図３から明らかなように、第一内側駆動配線部１３２ａと第二内側駆動配線部１３２ｂとは、第一軸Ａ１を基準にして、ほぼ線対称に位置している。
【００３１】
図３において、上側の第一内側駆動配線部１３２ａの左側の端部から延びている第一内側引き出し配線部１３４ａは、内側可動板１１２の縁に沿って下方に向かって延び、左側の第一内側トーションバー１１４ａを通り、外側可動板１１６の内側の縁に沿って上方に向かって延び、上側の第一外側トーションバー１１８ａを通り、支持部１２０上を左方に向かって延びており、支持部１２０上に設けられた電極パッド１４４ａで終端している。
【００３２】
一方、第一内側駆動配線部１３２ａの右側の端部から延びている第一内側引き出し配線部１３６ａは、内側可動板１１２の縁に沿って下方に向かって延び、右側の第二内側トーションバー１１４ｂを通り、外側可動板１１６の内側の縁に沿って上方に向かって延び、上側の第一外側トーションバー１１８ａを通り、支持部１２０上を右方に向かって延びており、支持部１２０上に設けられた電極パッド１４６ａで終端している。
【００３３】
図３から明らかなように、第一内側引き出し配線部１３４ａと第一内側引き出し配線部１３６ａとは、第二軸Ａ２を基準にして、ほぼ線対称に位置している。
【００３４】
また、下側の第二内側駆動配線部１３２ｂの左側の端部から延びている第二内側引き出し配線部１３４ｂは、内側可動板１１２の縁に沿って上方に向かって延び、左側の第一内側トーションバー１１４ａを通り、外側可動板１１６の内側の縁に沿って下方に向かって延び、下側の第二外側トーションバー１１８ｂを通り、支持部１２０上を左方に向かって延びており、支持部１２０上に設けられた電極パッド１４４ｂで終端している。
【００３５】
一方、第二内側駆動配線部１３２ｂの右側の端部から延びている第二内側引き出し配線部１３６ｂは、内側可動板１１２の縁に沿って上方に向かって延び、右側の第二内側トーションバー１１４ｂを通り、外側可動板１１６の内側の縁に沿って下方に向かって延び、下側の第二外側トーションバー１１８ｂを通り、支持部１２０上を右方に向かって延びており、支持部１２０上に設けられた電極パッド１４６ｂで終端している。
【００３６】
図３から明らかなように、第二内側引き出し配線部１３４ｂと第二内側引き出し配線部１３６ｂとは、第二軸Ａ２を基準にして、ほぼ線対称に位置している。
【００３７】
さらに、可動板ユニット１１０は、外側可動板１１６と外側トーションバー１１８ａと１１８ｂと支持部１２０を延びている二本の外側配線（第一外側配線１５０ａと第二外側配線１５０ｂ）とを有している。第一外側配線１５０ａは、第一外側駆動配線部１５２ａと、その両端からそれぞれ延びている二本の第一外側引き出し配線部１５４ａと１５６ａとを有している。同様に、第二外側配線１５０ｂは、第二外側駆動配線部１５２ｂと、その両端からそれぞれ延びている二本の第二外側引き出し配線部１５４ｂと１５６ｂとを有している。
【００３８】
ここで、外側駆動配線部１５２ａと１５２ｂは、それぞれ、外側配線１５０ａと１５０ｂのうち、外側可動板１１６の駆動に実際に寄与する部分であり、外側可動板１１６の縁に沿って第二軸Ａ２に平行に延びている部分を言う。また、第一外側引き出し配線部１５４ａと１５６ａは、第一外側配線１５０ａのうち、第一外側駆動配線部１５２ａを除いた部分を言う。同様に、第二外側引き出し配線部１５４ｂと１５６ｂは、第二外側配線１５０ｂのうち、第二外側駆動配線部１５２ｂを除いた部分を言う。
【００３９】
図３から明らかなように、第一外側駆動配線部１５２ａと第二外側駆動配線部１５２ｂとは、第二軸Ａ２を基準にして、ほぼ線対称に位置している。
【００４０】
図３において、左側の第一外側駆動配線部１５２ａの上側の端部から延びている第一外側引き出し配線部１５４ａは、外側可動板１１６の外側の縁に沿って右方に向かって延び、上側の第一外側トーションバー１１８ａを通り、支持部１２０上を左方に向かって延びており、支持部１２０上に設けられた電極パッド１６４ａで終端している。
【００４１】
一方、第一外側駆動配線部１５２ａの下側の端部から延びている第一外側引き出し配線部１５６ａは、外側可動板１１６の外側の縁に沿って右方に向かって延び、下側の第二外側トーションバー１１８ｂを通り、支持部１２０上を左方に向かって延びており、支持部１２０上に設けられた電極パッド１６６ａで終端している。
【００４２】
図３から明らかなように、第一外側引き出し配線部１５４ａと第一外側引き出し配線部１５６ａとは、第一軸Ａ１を基準にして、ほぼ線対称に位置している。
【００４３】
また、右側の第二外側駆動配線部１５２ｂの上側の端部から延びている第二外側引き出し配線部１５４ｂは、外側可動板１１６の外側の縁に沿って左方に向かって延び、上側の第一外側トーションバー１１８ａを通り、支持部１２０上を右方に向かって延びており、支持部１２０上に設けられた電極パッド１６４ｂで終端している。
【００４４】
一方、第二外側駆動配線部１５２ｂの下側の端部から延びている第二外側引き出し配線部１５６ｂは、外側可動板１１６の外側の縁に沿って左方に向かって延び、下側の第二外側トーションバー１１８ｂを通り、支持部１２０上を右方に向かって延びており、支持部１２０上に設けられた電極パッド１６６ｂで終端している。
【００４５】
図３から明らかなように、第二外側引き出し配線部１５４ｂと第二外側引き出し配線部１５６ｂとは、第一軸Ａ１を基準にして、ほぼ線対称に位置している。
【００４６】
配線１３０ａと１３０ｂと１５０ａと１５０ｂは、特に図には示されていないが、好ましくは、電気的絶縁のために酸化シリコンなどの絶縁膜で覆われている。
【００４７】
配線１３０ａと１３０ｂと１５０ａと１５０ｂと電極パッド１４４ａと１４４ｂと１４６ａと１４６ｂと１６４ａと１６４ｂと１６６ａと１６６ｂは、例えば、半導体製造プロセスを利用して、アルミニウムで形成される。
【００４８】
例えば、配線１３０ａと１３０ｂと１５０ａと１５０ｂと電極パッド１４４ａと１４４ｂと１４６ａと１４６ｂと１６４ａと１６４ｂと１６６ａと１６６ｂは、前述したように半導体製造プロセスを応用してシリコン基板から作製された内側可動板１１２と外側可動板１１６と支持部１２０と内側トーションバー１１４ａと１１４ｂと外側トーションバー１１８ａと１１８ｂとを有する構造体の表面にアルミニウム膜を形成し、これをパターニングすることにより形成される。
【００４９】
配線１３０ａと１３０ｂと１５０ａと１５０ｂと電極パッド１４４ａと１４４ｂと１４６ａと１４６ｂと１６４ａと１６４ｂと１６６ａと１６６ｂの材質は、アルミニウムの他に、銅や金などであってもよいが、好ましくは、抵抗率の低い金属であるとよい。
【００５０】
磁石ユニット１７０は、図４に示されるように、中央に位置する磁石１７２と、磁石１７２の第一軸Ａ１に沿った両側に配置された二つの磁石１７４ａと１７４ｂと、磁石１７２の第二軸Ａ２に沿った両側に配置された二つの磁石１７６ａと１７６ｂとを有している。磁石１７２は、可動板ユニット１１０に面する側がＮ極であり、磁石１７４ａと１７４ｂと磁石１７６ａと１７６ｂは共に可動板ユニット１１０に面する側がＳ極である。つまり、隣接している二つの磁石は、着磁方向が逆向きである。これらの磁石１７２と１７４ａと１７４ｂと１７６ａと１７６ｂは、いずれも直方体形状をしており、接着により互いに固定されている。
【００５１】
図１に示されるように、可動板ユニット１１０と磁石ユニット１７０は、所定の間隔を置いて配置される。内側駆動配線部１３２ａと１３２ｂは、それぞれ、磁石１７２と磁石１７４ａと１７４ｂとの境界にほぼ平行に延びている。なお、図１には第二内側駆動配線部１３２ｂは図示されていないが、その位置関係は図３と図４を参照することにより容易に理解できよう。また、外側駆動配線部１５２ａと１５２ｂは、それぞれ、磁石１７２と磁石１７６ａと１７６ｂとの境界にほぼ平行に延びている。
【００５２】
さらに、第一内側駆動配線部１３２ａは、磁石１７２と磁石１７４ａの境界のほぼ真上に位置し、第二内側駆動配線部１３２ｂは、磁石１７２と磁石１７４ｂの境界のほぼ真上に位置している。また、第一外側駆動配線部１５２ａは、磁石１７２と磁石１７６ａの境界のほぼ真上に位置し、第二外側駆動配線部１５２ｂは、磁石１７２と磁石１７６ｂの境界のほぼ真上に位置している。ここで、真上とは、第一軸Ａ１と第二軸Ａ２の両方に直交し、磁石ユニット１７０から可動板ユニット１１０に向かう方向を言う。
【００５３】
このような配置関係においては、着磁方向が逆向きの隣接している二つの磁石の境界の近くでは磁束密度が高い。つまり、第一内側駆動配線部１３２ａは、磁石１７２から磁石１７４ａへ向かう磁束密度が高い領域内に位置し、第二内側駆動配線部１３２ｂは、磁石１７２から磁石１７４ｂへ向かう磁束密度が高い領域内に位置している。同様に、第一外側駆動配線部１５２ａは、磁石１７２から磁石１７６ａへ向かう磁束密度が高い領域内に位置し、第二外側駆動配線部１５２ｂは、磁石１７２から磁石１７６ｂへ向かう磁束密度が高い領域内に位置している。
【００５４】
さらに、図１に示されるように、磁石１７２から磁石１７４ａへ向かう磁力線は、磁石１７２と磁石１７４ａの境界にほぼ直交するため、第一内側駆動配線部１３２ａをほぼ直交して横切る。同様に、磁石１７２から磁石１７４ｂへ向かう磁力線は、磁石１７２と磁石１７４ｂの境界にほぼ直交するため、第二内側駆動配線部１３２ｂをほぼ直交して横切る。また、磁石１７２から磁石１７６ａへ向かう磁力線は、磁石１７２と磁石１７６ａの境界にほぼ直交するため、第一外側駆動配線部１５２ａをほぼ直交して横切る。同様に、磁石１７２から磁石１７６ｂへ向かう磁力線は、磁石１７２と磁石１７６ｂの境界にほぼ直交するため、第二外側駆動配線部１５２ｂをほぼ直交して横切る。
【００５５】
次に、本実施形態の光偏向器の動作を説明する。
【００５６】
例えば、図示しない駆動電源により、電極パッド１６４ａと電極パッド１６６ａの間に電圧を印加して、電極パッド１６４ａから電極パッド１６６ａに電流を流すとともに、電極パッド１６４ｂと電極パッド１６６ｂの間に同じ電圧を印加して、電極パッド１６４ｂから電極パッド１６６ｂに同じ電流を流す。
【００５７】
外側可動板１１６上の第一外側駆動配線部１５２ａには、図３において下向きの電流が流れる。第一外側駆動配線部１５２ａは、外向き（左向き）の磁力線の中に位置しているため、紙面の垂直方向の下向きのローレンツ力を受ける。
【００５８】
一方、外側可動板１１６上の第二外側駆動配線部１５２ｂには、図３において下向きの電流が流れる。第二外側駆動配線部１５２ｂは、外向き（右向き）の磁力線の中に位置しているため、第二外側駆動配線部１５２ｂは紙面の垂直方向の上向きのローレンツ力を受ける。
【００５９】
このため、外側可動板１１６は第二軸Ａ２周りの偶力を受け、外側トーションバー１１８ａと１１８ｂはねじり変形を起こすため、外側可動板１１６は第二軸Ａ２の周りに傾斜する。その結果、内側可動板１１２は外側可動板１１６と一緒に第二軸Ａ２の周りに傾斜する。外側可動板１１６の傾斜角は、外側駆動配線部１５２ａと１５２ｂを流れる電流の大きさに依存する。
【００６０】
また、例えば、図示しない駆動電源により、電極パッド１４４ａと電極パッド１４６ａの間に電圧を印加して、電極パッド１４４ａから電極パッド１４６ａに電流を流すとともに、電極パッド１４４ｂと電極パッド１４６ｂの間に電圧を印加して、電極パッド１４４ｂから電極パッド１４６ｂに電流を流す。
【００６１】
内側可動板１１２上の第一内側駆動配線部１３２ａには、図３において右向きの電流が流れる。第一内側駆動配線部１３２ａは、外向き（上向き）の磁力線の中に位置しているため、紙面の垂直方向の上向きのローレンツ力を受ける。
【００６２】
一方、内側可動板１１２上の第二内側駆動配線部１３２ｂには、図３において右向きの電流が流れる。第二内側駆動配線部１３２ｂは、外向き（下向き）の磁力線の中に位置しているため、第二内側駆動配線部１３２ｂは紙面の垂直方向の下向きのローレンツ力を受ける。
【００６３】
このため、内側可動板１１２は第一軸Ａ１周りの偶力を受け、内側トーションバー１１４ａと１１４ｂはねじり変形を起こすため、内側可動板１１２は第一軸Ａ１の周りに傾斜する。内側可動板１１２の傾斜角は、内側駆動配線部１３２ａと１３２ｂを流れる電流の大きさに依存する。
【００６４】
内側可動板１１２の駆動の際、第一内側引き出し配線部１３４ａと１３６ａのうち、外側可動板１１６上に位置している部分には、外側可動板１１６を第二軸Ａ２の周りに傾ける成分のローレンツ力が発生する。しかし、第一内側引き出し配線部１３４ａと第一内側引き出し配線部１３６ａが受けるローレンツ力は互いに相殺されるため、外側可動板１１６の傾斜には寄与しない。
【００６５】
より詳しくは、第一内側引き出し配線部１３４ａのうち、外側可動板１１６上に位置し、第二軸Ａ２に平行に延びている部分は、紙面の垂直方向の下向きのローレンツ力を受ける。また、第一内側引き出し配線部１３６ａのうち、外側可動板１１６上に位置し、第二軸Ａ２に平行に延びている部分も、紙面の垂直方向の下向きのローレンツ力を受ける。第一内側引き出し配線部１３４ａを流れる電流の大きさは、第一内側引き出し配線部１３６ａを流れる電流の大きさと等しいため、第一内側引き出し配線部１３４ａが受けるローレンツ力の大きさは、第一内側引き出し配線部１３６ａが受けるローレンツ力の大きさと等しい。
【００６６】
第一内側引き出し配線部１３４ａが受けるローレンツ力と第一内側引き出し配線部１３６ａが受けるローレンツ力は、いずれも、外側可動板１１６を第二軸Ａ２の周りに傾斜させる成分であるが、両者は、外側可動板１１６を傾斜させる方向が互いに逆である。このため、第一内側引き出し配線部１３４ａが受けるローレンツ力と第一内側引き出し配線部１３６ａが受けるローレンツ力は、互いに相殺され、外側可動板１１６の第二軸Ａ２の周りの傾斜には実質的にはいっさい寄与しない。
【００６７】
これは、第二内側引き出し配線部１３４ｂと１３６ｂについてもまったく同様である。
【００６８】
従って、内側可動板１１２の第一軸Ａ１周りの傾斜と第二軸Ａ２周りの傾斜とを独立に制御できる。
【００６９】
より好ましくは、第一内側配線１３０ａに流す電流の大きさと第二内側配線１３０ｂに流す電流の大きさは等しいとよい。この場合、第一内側引き出し配線部１３４ａと第二内側引き出し配線部１３４ｂのうち、外側可動板１１６上に位置し、第二軸Ａ２にほぼ平行に延びている二つの部分（外側可動板１１６上の左側で比較的近くに位置する二つの部分）では、電流は互いに逆向きに流れる。このため、磁界との相互作用によりそれぞれの部分に発生するローレンツ力はほぼ相殺される。第一内側引き出し配線部１３６ａと第二内側引き出し配線部１３６ｂについても同様である。このため、内側可動板１１２を傾斜させるための内側配線１３０ａと１３０ｂを流れる電流は、外側可動板１１６の傾斜に影響を与えない。従って、内側可動板１１２の第一軸Ａ１周りの傾斜と第二軸Ａ２周りの傾斜とを、さらに良好に独立に制御できる。
【００７０】
従って、本実施形態の二次元光偏向器１００は、内側可動板１１２の第一軸Ａ１周りの傾斜と第二軸Ａ２周りの傾斜とを、ほぼ完全に独立して制御することが可能である。
【００７１】
例えば、二次元光偏向器１００で光ビームを走査する場合には、電極パッド１６４ａと電極パッド１６６ａの間と電極パッド１６４ｂと電極パッド１６６ｂの間とに交流電圧を印加して、外側配線１５０ａと１５０ｂに同位相の交流電流を流す。その場合、外側駆動配線部１５２ａと１５２ｂを流れる電流の大きさは周期的に変化するため、外側可動板１１６の第二軸Ａ２の周りの傾斜角は繰り返し変化する。つまり、外側可動板１１６は第二軸Ａ２の周りに揺動される。さらに、電極パッド１４４ａと電極パッド１４６ａの間と電極パッド１４４ｂと電極パッド１４６ｂの間とに交流電圧を印加して、内側配線１３０ａと１３０ｂに交流電流を流す。その場合、内側駆動配線部１３２ａと１３２ｂを流れる電流の大きさは周期的に変化するため、内側可動板１１２の第一軸Ａ１の周りの傾斜角は繰り返し変化する。つまり、内側可動板１１２は第一軸Ａ１の周りに揺動される。その結果、内側可動板１１２の反射面１２２で反射された光ビームは二次元的に走査される。
【００７２】
また、二次元光偏向器１００で光ビームを一定の方向に偏向する場合には、電極パッド１６４ａと電極パッド１６６ａの間と電極パッド１６４ｂと電極パッド１６６ｂの間とに一定電圧を印加して、外側配線１５０ａと１５０ｂに直流電流を同じ向きに流す。その場合、外側駆動配線部１５２ａと１５２ｂを流れる電流の大きさは一定であるため、外側可動板１１６は第二軸Ａ２の周りに一定の角度だけ傾斜する。つまり、外側可動板１１６は第二軸Ａ２の周りに偏向される。さらに、電極パッド１４４ａと電極パッド１４６ａの間と電極パッド１４４ｂと電極パッド１４６ｂの間とに直流電圧を印加して、内側配線１３０ａと１３０ｂに直流電流を流す。その場合、内側駆動配線部１３２ａと１３２ｂを流れる電流の大きさは一定であるため、内側可動板１１２は第一軸Ａ１の周りに一定の角度だけ傾斜する。つまり、内側可動板１１２は第一軸Ａ１の周りに偏向される。その結果、内側可動板１１２の反射面１２２で反射された光ビームは一定の方向に偏向される。
【００７３】
これまでの説明から分かるように、本実施形態の二次元光偏向器１００は、反射面を持つ内側可動板１１２の揺動や偏向を、第一軸Ａ１周りと第二軸Ａ２周りとでほぼ完全に独立して制御することが可能である。また、二次元光偏向器１００は、磁束密度が高い領域内に駆動配線部１３２ａと１３２ｂと１５２ａと１５２ｂが配置されているため、また磁石ユニット１７０で発生される磁力線が駆動配線部１３２ａと１３２ｂと１５２ａと１５２ｂを位置に関係なくどの位置においてもほぼ直交して横切るため、駆動効率が高く、消費電力が少ない。
【００７４】
上述した説明においては、二本の内側配線１３０ａと１３０ｂには、同じ大きさの電流を流しているが、必ずしも同じ大きさの電流を流す必要はない。二本の内側配線１３０ａと１３０ｂに流す電流の大きさは、二次元光偏向器１００に要求される動作特性を満足する範囲内で異なっていてもよい。しかしながら、第一軸Ａ１と第二軸Ａ２の周りの好適な独立した制御を実現するためには、二本の内側配線１３０ａと１３０ｂに流す電流の大きさは同じである方がよい。
【００７５】
本実施形態では、内側配線１３０ａと１３０ｂは、それぞれ、内側可動板１１２上を半周しているが、それ以上周回していてもよい。同様に、外側配線１５０ａと１５０ｂは、それぞれ、外側可動板１１６上を半周しているが、それ以上周回していてもよい。
【００７６】
第二実施形態
本実施形態は、別の二次元光偏向器に向けられている。図５は、本発明の第二実施形態の光偏向器の断面斜視図である。図６は、図５に示された磁石ユニットの平面図である。図７は、図５に示された光偏向器の第二軸Ａ２に沿った断面図である。
【００７７】
本実施形態の光偏向器は、磁石ユニットの構成においてのみ、第一実施形態の光偏向器と相違している。
【００７８】
図５に示されるように、本実施形態の二次元光偏向器１００Ａは、可動板ユニット１１０と磁石ユニット１８０とを有している。可動板ユニット１１０は、第一実施形態の可動板ユニットとまったく同じである。一方、磁石ユニット１８０は、図５と図６に示されるように、中央に位置するただ一つの磁石１８２を有している。磁石１８２は、可動板ユニット１１０に面する側がＮ極である。磁石１８２は直方体形状をしている。
【００７９】
図５に示されるように、可動板ユニット１１０と磁石ユニット１８０は、所定の間隔を置いて配置される。内側駆動配線部１３２ａと１３２ｂは、それぞれ、磁石１８２の第一軸Ａ１に沿った縁にほぼ平行に延びている。なお、図５には第二内側駆動配線部１３２ｂは図示されていないが、その位置関係は図３と図６を参照することにより容易に理解できよう。また、外側駆動配線部１５２ａと１５２ｂは、それぞれ、磁石１８２の第二軸Ａ２に沿った縁にほぼ平行に延びている。
【００８０】
さらに、内側駆動配線部１３２ａと１３２ｂは共に、磁石１８２の縁の真上よりも第二軸Ａ２に沿って外側に位置している。同様に、外側駆動配線部１５２ａと１５２ｂは共に、磁石１８２の縁の真上よりも第一軸Ａ１に沿って外側に位置している。
【００８１】
例えば、図７に示されるように、内側駆動配線部１３２ａと１３２ｂは、第二軸Ａ２を通り第一軸Ａ１に直交する断面において、磁石１８２の縁から外側に４５°斜め上方に位置している。このような配置関係においては、内側駆動配線部１３２ａと１３２ｂを横切る磁力線は、第一軸Ａ１と第二軸Ａ２を含む平面に比較的平行になる。
【００８２】
特に図に示して説明はしないが、外側駆動配線部１５２ａと１５２ｂについても同様のことが言える。
【００８３】
本実施形態の二次元光偏向器１００Ａでは、磁石ユニット１８０がただ一つの磁石１８２で構成されるので、製造コストの低減が図れる。これには、第一実施形態では必要であった複数の磁石を接着する必要が無くなることによる製造工程の簡略化も含まれる。
【００８４】
第三実施形態
本実施形態は、第一実施形態の二次元光偏向器における配線の変形に向けられている。つまり、本実施形態の二次元光偏向器は、配線の構成が第一実施形態と異なるだけで、そのほかの構成は第一実施形態と同じである。
【００８５】
図８は、本発明の第三実施形態の二次元光偏向器における第一内側トーションバーの第一軸Ａ１に直交する平面で破断された断面を示している。図９は、本発明の第三実施形態の二次元光偏向器における第一外側トーションバーの第二軸Ａ２に直交する平面で破断された断面を示している。
【００８６】
本実施形態においては、図８に示されるように、第一内側トーションバー１１４ａ上を延びている第一内側配線１３０ａ（すなわち二本の第一内側引き出し配線部１３４ａと１３６ａ）の部分は共に、第一内側トーションバー１１４ａの中心軸すなわち第一軸Ａ１の近くを通り、第一軸Ａ１と第二軸Ａ２を含む平面上にほぼ位置している。特に図示していないが、第二内側トーションバー１１４ｂも同様に構成されている。
【００８７】
また、図９に示されるように、第一外側トーションバー１１８ａ上を延びている第一内側配線１３０ａ（すなわち二本の第一内側引き出し配線部１３４ａと１３６ａ）と第一外側配線１５０ａ（すなわち二本の第一外側引き出し配線部１５４ａと１５６ａ）の部分は共に、第一内側トーションバー１１４ａの中心軸すなわち第二軸Ａ２の近くを通り、第一軸Ａ１と第二軸Ａ２を含む平面上にほぼ位置している。特に図示していないが、第二外側トーションバー１１８ｂも同様に構成されている。
【００８８】
本実施形態では、内側トーションバー１１４ａと１１４ｂの中心近くの内部には第一内側引き出し配線部１３４ａと１３６ａが通り、外側トーションバー１１８ａと１１８ｂの中心近くの内部には第一内側引き出し配線部１３４ａと１３６ａと第一外側引き出し配線部１５４ａと１５６ａが通る。このため、内側トーションバー１１４ａと１１４ｂと外側トーションバー１１８ａと１１８ｂは、配線を内部に通すことに適した材料、例えばポリイミド膜で構成される。
【００８９】
本実施形態では、内側配線１３０ａと１３０ｂは、それぞれ、内側トーションバー１１４ａと１１４ｂと外側トーションバー１１８ａと１１８ｂを、ねじりひずみの発生が比較的少ない個所を通っている。同様に、外側配線１５０ａと１５０ｂは、それぞれ、外側トーションバー１１８ａと１１８ｂを、ねじりひずみの発生が比較的少ない個所を通っている。
【００９０】
このため、内側トーションバー１１４ａと１１４ｂと外側トーションバー１１８ａと１１８ｂのねじり変形に起因する内側配線１３０ａと１３０ｂや外側配線１５０ａと１５０ｂの断線の発生が低減される。その結果、より故障の少ない二次元光偏向器が提供される。
【００９１】
本実施形態では、二本の第一内側引き出し配線部１３４ａと１３４ｂは、図８に示されるように、同一平面上に形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、図１０に示されるように、二本の第一内側引き出し配線部１３４ａと１３４ｂは、第一内側トーションバー１１４ａの内部を、縦に間隔を置いて、つまり、第一軸Ａ１と第二軸Ａ２を含む平面に直交する方向に間隔を置いて延びていてもよい。
【００９２】
また、本実施形態では、第一内側引き出し配線部１３４ａと１３６ａと第一外側引き出し配線部１５４ａと１５６ａは共に、図９に示されるように、同一平面上に形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、図１１に示されるように、第一内側引き出し配線部１３４ａと１３６ａと第一外側引き出し配線部１５４ａと１５６ａとは、第一外側トーションバー１１８ａの内部を、縦に間隔を置いて、つまり、第一軸Ａ１と第二軸Ａ２を含む平面に直交する方向に間隔を置いて延びていてもよい。
【００９３】
第四実施形態
本実施形態は、別の二次元光偏向器に向けられている。図１２は、本発明の第四実施形態の光偏向器の断面斜視図である。図１３は、図１２に示された可動板ユニットの平面図である。図１４は、図１２に示された磁石ユニットの平面図である。
【００９４】
図１２に示されるように、本実施形態の二次元光偏向器３００は、可動板ユニット３１０と磁石ユニット３８０とを有している。可動板ユニット３１０と磁石ユニット３８０は所定の間隔を置いて配置され、可動板ユニット３１０は磁石ユニット３８０で発生される磁界内に位置している。
【００９５】
可動板ユニット３１０は、図１２と図１３に示されるように、円形板状の内側可動板３１２と、内側可動板３１２の外側に位置する円形枠状の外側可動板３１６と、内側可動板３１２と外側可動板３１６を連結している二本の内側トーションバー（第一内側トーションバー３１４ａと第二内側トーションバー３１４ｂ）と、外側可動板３１６の外側に位置する矩形枠状の支持部３２０と、外側可動板３１６と支持部３２０を連結している二本の外側トーションバー（第一外側トーションバー３１８ａと第二外側トーションバー３１８ｂ）とを有している。
【００９６】
内側可動板３１２は、図１２に示されるように、その上面に光を反射するための反射面３２２を有している。
【００９７】
図１２と図１３に示されるように、二本の内側トーションバー３１４ａと３１４ｂは共に第一軸Ａ１に沿ってほぼ一直線上に延びている。また、二本の外側トーションバー３１８ａと３１８ｂは第二軸Ａ２に沿ってほぼ一直線上に延びている。第一軸Ａ１と第二軸Ａ２はほぼ直交している。
【００９８】
上方から見て内側可動板３１２の外周形状は円形であり、その円形の互いに直交する二本の中心軸はそれぞれ第一軸Ａ１と第二軸Ａ２に平行である。上方から見て外側可動板３１６の外周形状もまた円形であり、その円形の互いに直交する二本の中心軸もそれぞれ第一軸Ａ１と第二軸Ａ２に平行である。
【００９９】
内側可動板３１２の外周形状は楕円形であってもよい。その場合には、その楕円形の互いに直交する二本の中心軸（楕円形の長軸と短軸）がそれぞれ第一軸Ａ１と第二軸Ａ２に平行であるとよい。また外側可動板３１６の外周形状も楕円形であってもよい。その場合には、その楕円形の互いに直交する二本の中心軸（楕円形の長軸と短軸）がそれぞれ第一軸Ａ１と第二軸Ａ２に平行であるとよい。
【０１００】
言い換えれば、円形も楕円形の一種であると広義に解釈すると、内側可動板３１２の外周形状と外側可動板３１６の外周形状は共に楕円形である。
【０１０１】
外側トーションバー３１８ａと３１８ｂは、第二軸Ａ２の周りにねじり変形可能で、外側可動板３１６が支持部３２０に対して第二軸Ａ２の周りに傾斜することを可能にしている。また、内側トーションバー３１４ａと３１４ｂは、第一軸Ａ１の周りにねじり変形可能で、内側可動板３１２が外側可動板３１６に対して第一軸Ａ１の周りに傾斜することを可能にしている。
【０１０２】
これにより、内側可動板３１２の反射面３２２の向きは二次元的に変更可能であり、二次元光偏向器３００は反射面３２２で反射された光ビームを二次元的に偏向し得る。
【０１０３】
図１３に示されるように、可動板ユニット３１０は、さらに、内側可動板３１２と内側トーションバー３１４ａと３１４ｂと外側可動板３１６と外側トーションバー３１８ａと３１８ｂと支持部３２０とを延びている二本の内側配線（第一内側配線３３０ａと第二内側配線３３０ｂ）を有している。第一内側配線３３０ａは、第一内側駆動配線部３３２ａと、その両端からそれぞれ延びている二本の第一内側引き出し配線部３３４ａと３３６ａとを有している。同様に、第二内側配線３３０ｂは、第二内側駆動配線部３３２ｂと、その両端からそれぞれ延びている二本の第二内側引き出し配線部３３４ｂと３３６ｂとを有している。
【０１０４】
ここで、内側駆動配線部３３２ａと３３２ｂは、それぞれ、内側配線３３０ａと３３０ｂのうち、内側可動板３１２の縁に沿って延びている部分を言う。また、第一内側引き出し配線部３３４ａと３３６ａは、第一内側配線３３０ａのうち、第一内側駆動配線部３３２ａを除いた部分を言う。同様に、第二内側引き出し配線部３３４ｂと３３６ｂは、第二内側配線３３０ｂのうち、第二内側駆動配線部３３２ｂを除いた部分を言う。
【０１０５】
図１３から明らかなように、第一内側駆動配線部３３２ａと第二内側駆動配線部３３２ｂとは、第一軸Ａ１を基準にして、ほぼ線対称に位置している。
【０１０６】
図１３において、上側の第一内側駆動配線部３３２ａの左側の端部から延びている第一内側引き出し配線部３３４ａは、左側の第一内側トーションバー３１４ａを通り、外側可動板３１６の内側の縁に沿って上方に向かって延び、上側の第一外側トーションバー３１８ａを通り、支持部３２０上を左方に向かって延びており、支持部３２０上に設けられた電極パッド３４４ａで終端している。
【０１０７】
一方、第一内側駆動配線部３３２ａの右側の端部から延びている第一内側引き出し配線部３３６ａは、右側の第二内側トーションバー３１４ｂを通り、外側可動板３１６の内側の縁に沿って上方に向かって延び、上側の第一外側トーションバー３１８ａを通り、支持部３２０上を右方に向かって延びており、支持部３２０上に設けられた電極パッド３４６ａで終端している。
【０１０８】
図１３から明らかなように、第一内側引き出し配線部３３４ａと第一内側引き出し配線部３３６ａとは、第二軸Ａ２を基準にして、ほぼ線対称に位置している。
【０１０９】
また、下側の第二内側駆動配線部３３２ｂの左側の端部から延びている第二内側引き出し配線部３３４ｂは、左側の第一内側トーションバー３１４ａを通り、外側可動板３１６の内側の縁に沿って下方に向かって延び、下側の第二外側トーションバー３１８ｂを通り、支持部３２０上を左方に向かって延びており、支持部３２０上に設けられた電極パッド３４４ｂで終端している。
【０１１０】
一方、第二内側駆動配線部３３２ｂの右側の端部から延びている第二内側引き出し配線部３３６ｂは、右側の第二内側トーションバー３１４ｂを通り、外側可動板３１６の内側の縁に沿って下方に向かって延び、下側の第二外側トーションバー３１８ｂを通り、支持部３２０上を右方に向かって延びており、支持部３２０上に設けられた電極パッド３４６ｂで終端している。
【０１１１】
図１３から明らかなように、第二内側引き出し配線部３３４ｂと第二内側引き出し配線部３３６ｂとは、第二軸Ａ２を基準にして、ほぼ線対称に位置している。
【０１１２】
さらに、可動板ユニット３１０は、外側可動板３１６と外側トーションバー３１８ａと３１８ｂと支持部３２０を延びている二本の外側配線（第一外側配線３５０ａと第二外側配線３５０ｂ）とを有している。第一外側配線３５０ａは、第一外側駆動配線部３５２ａと、その両端からそれぞれ延びている二本の第一外側引き出し配線部３５４ａと３５６ａとを有している。同様に、第二外側配線３５０ｂは、第二外側駆動配線部３５２ｂと、その両端からそれぞれ延びている二本の第二外側引き出し配線部３５４ｂと３５６ｂとを有している。
【０１１３】
ここで、外側駆動配線部３５２ａと３５２ｂは、それぞれ、外側配線３５０ａと３５０ｂのうち、外側可動板３１６の縁に沿って延びている部分を言う。また、第一外側引き出し配線部３５４ａと３５６ａは、第一外側配線３５０ａのうち、第一外側駆動配線部３５２ａを除いた部分を言う。同様に、第二外側引き出し配線部３５４ｂと３５６ｂは、第二外側配線３５０ｂのうち、第二外側駆動配線部３５２ｂを除いた部分を言う。
【０１１４】
図１３から明らかなように、第一外側駆動配線部３５２ａと第二外側駆動配線部３５２ｂとは、第二軸Ａ２を基準にして、ほぼ線対称に位置している。
【０１１５】
図１３において、左側の第一外側駆動配線部３５２ａの上側の端部から延びている第一外側引き出し配線部３５４ａは、上側の第一外側トーションバー３１８ａを通り、支持部３２０上を左方に向かって延びており、支持部３２０上に設けられた電極パッド３６４ａで終端している。
【０１１６】
一方、第一外側駆動配線部３５２ａの下側の端部から延びている第一外側引き出し配線部３５６ａは、下側の第二外側トーションバー３１８ｂを通り、支持部３２０上を左方に向かって延びており、支持部３２０上に設けられた電極パッド３６６ａで終端している。
【０１１７】
図１３から明らかなように、第一外側引き出し配線部３５４ａと第一外側引き出し配線部３５６ａとは、第一軸Ａ１を基準にして、ほぼ線対称に位置している。
【０１１８】
また、右側の第二外側駆動配線部３５２ｂの上側の端部から延びている第二外側引き出し配線部３５４ｂは、上側の第一外側トーションバー３１８ａを通り、支持部３２０上を右方に向かって延びており、支持部３２０上に設けられた電極パッド３６４ｂで終端している。
【０１１９】
一方、第二外側駆動配線部３５２ｂの下側の端部から延びている第二外側引き出し配線部３５６ｂは、下側の第二外側トーションバー３１８ｂを通り、支持部３２０上を右方に向かって延びており、支持部３２０上に設けられた電極パッド３６６ｂで終端している。
【０１２０】
図１３から明らかなように、第二外側引き出し配線部３５４ｂと第二外側引き出し配線部３５６ｂとは、第一軸Ａ１を基準にして、ほぼ線対称に位置している。
【０１２１】
配線３３０ａと３３０ｂと３５０ａと３５０ｂは、特に図には示されていないが、電気的絶縁のために酸化シリコンなどの絶縁膜で覆われている。
【０１２２】
磁石ユニット３８０は、図１４に示されるように、中央に位置する磁石３８２と、磁石３８２を取り囲む磁石３８４とを有している。磁石３８２は可動板ユニット３１０に面する側がＮ極であり、磁石３８４は可動板ユニット３１０に面する側がＳ極である。つまり、磁石３８２と磁石３８４とでは、着磁方向が逆向きである。磁石３８２は楕円柱形状をしている。磁石３８４は、磁石３８２がちょうど入る貫通穴を有しており、その貫通穴の中に磁石３８２が配置されている。従って、上方から見て磁石３８２の外周形状は楕円形である。
【０１２３】
磁石３８２の楕円形の短軸に沿った磁石３８２と磁石３８４の境界は、それぞれ、内側駆動配線部３３２ａと３３２ｂのほぼ真下に位置している。また、磁石３８２の楕円形の長軸に沿った磁石３８２と磁石３８４の境界は、それぞれ、外側駆動配線部３５２ａと３５２ｂのほぼ真下に位置している。
【０１２４】
着磁方向が逆向きである磁石３８２と磁石３８４の境界の近くは磁束密度が高い。このため、内側駆動配線部３３２ａと３３２ｂの中央付近（第二軸Ａ２に比較的近い部分）と外側駆動配線部３５２ａと３５２ｂの中央付近（第一軸Ａ１に比較的近い部分）は共に、磁石３８２から磁石３８４へ向かう磁束密度が高い領域内に位置している。
【０１２５】
また、図１２に示されるように、磁石３８２から磁石３８４へ向かう磁力線は、内側駆動配線部３３２ａと３３２ｂの中央付近と外側駆動配線部３５２ａと３５２ｂの中央付近とをほぼ直交して横切る。
【０１２６】
本実施形態において、内側可動板３１２は、内側配線３３０ａと３３０ｂに電流が流れたときに内側駆動配線部３３２ａと３３２ｂが受けるローレンツ力の大きさが位置に依存する点を除けば、第一実施形態と同様に第一軸Ａ１周りに駆動される。内側駆動配線部３３２ａと３３２ｂが受けるローレンツ力は中央付近が最も大きく、内側駆動配線部３３２ａと３３２ｂの中央付近が受けるローレンツ力が内側可動板３１２の駆動に大きく寄与する。
【０１２７】
また外側可動板３１６は、外側配線３５０ａと３５０ｂに電流が流れたときに外側駆動配線部３５２ａと３５２ｂが受けるローレンツ力の大きさが位置に依存する点を除けば、第一実施形態と同様に第二軸Ａ２周りに駆動される。外側駆動配線部３５２ａと３５２ｂが受けるローレンツ力は中央付近が最も大きく、外側駆動配線部３５２ａと３５２ｂの中央付近が受けるローレンツ力が外側可動板３１６の駆動に大きく寄与する。
【０１２８】
本実施形態の二次元光偏向器３００では、内側可動板３１２は、円形板状をしているため、矩形板状の可動板（すなわち第一実施形態の内側可動板１１２）に比べて慣性モーメントが少ない。また、外側可動板３１６は、円形枠状をしているため、矩形枠状の可動板（すなわち第一実施形態の外側可動板１１６）に比べて慣性モーメントが少ない。それにより、共振周波数を維持したまま、内側トーションバー３１４ａと３１４ｂと外側トーションバー３１８ａと３１８ｂのバネ剛性を低くでき、小電流での駆動すなわち消費電力の低減が可能となる。
【０１２９】
本実施形態では、内側配線３３０ａと３３０ｂは、それぞれ、内側可動板３１２上を半周しているが、それ以上周回していてもよい。同様に、外側配線３５０ａと３５０ｂは、それぞれ、外側可動板３１６上を半周しているが、それ以上周回していてもよい。
【０１３０】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【０１３１】
上述した実施形態はいずれも、単体の二次元光偏向器に向けられているが、それらは適当に整列されてアレイ化されてもよい。
【０１３２】
まとめ
本発明は、電磁駆動型の二次元光偏向器に向けられており、以下の各項に列記する二次元光偏向器を含んでいる。
【０１３３】
１．  本発明の二次元光偏向器は、磁界を発生させる磁石ユニットと、磁界内に配置される可動板ユニットとを有しており、可動板ユニットは、反射面を有する内側可動板と、内側可動板の外側に位置する外側可動板と、内側可動板と外側可動板を連結している二本の内側トーションバーと、外側可動板の外側に位置する支持部と、外側可動板と支持部を連結している二本の外側トーションバーとを有し、内側トーションバーは、第一軸に沿って延びていて、第一軸の周りにねじり変形可能で、内側可動板が外側可動板に対して第一軸の周りに傾斜することを可能にしており、外側トーションバーは、第一軸にほぼ直交する第二軸に沿って延びていて、第二軸の周りにねじり変形可能で、外側可動板が支持部に対して第二軸の周りに傾斜することを可能にしており、さらに、可動板ユニットは、内側可動板と内側トーションバーと外側可動板と外側トーションバーと支持部を延びている二本の内側配線を有しており、内側配線の一方は外側トーションバーの一方を通り、内側配線の他方は外側トーションバーの他方を通っており、二本の内側配線は、それぞれ、内側可動板の縁に沿って延びている内側駆動配線部と、内側駆動配線部の両端から延びている二本の内側引き出し配線部とを有しており、二つの内側駆動配線部は、第一軸を基準にして、ほぼ線対称に位置しており、それぞれの内側駆動配線部の両端から延びている二本の内側引き出し配線部は、第二軸を基準にして、ほぼ線対称に位置しており、二本の内側駆動配線部には互いに同じ方向の電流が供給される。
【０１３４】
この二次元光偏向器においては、同一の内側配線を流れる電流は、外側可動板上に位置し、第二軸にほぼ平行に延びている二本の内側引き出し配線部のそれぞれの部分では逆向きに流れる。このため、磁界との相互作用により発生する外側可動板を傾斜させる成分のローレンツ力はほぼ相殺される。このため、内側可動板を傾斜させるための内側配線を流れる電流は、外側可動板の傾斜に影響を与えない。従って、内側可動板の第一軸周りの傾斜と第二軸周りの傾斜をほぼ独立に制御できる。
【０１３５】
２．  本発明の別の二次元光偏向器は、第１項の二次元光偏向器において、内側可動板の外周形状は矩形であり、その矩形の互いに直交する二本の中心軸がそれぞれ第一軸と第二軸に平行である。
【０１３６】
３．  本発明の別の二次元光偏向器は、第１項の二次元光偏向器において、内側可動板の外周形状は楕円形（円形を含む）であり、その楕円形の互いに直交する二本の中心軸がそれぞれ第一軸と第二軸に平行である。
【０１３７】
４．  本発明の別の二次元光偏向器は、第１項の二次元光偏向器において、可動板ユニットは、さらに、外側可動板と外側トーションバーと支持部を延びている二本の外側配線を有しており、二本の外側配線は共に二本の外側トーションバーを通っており、二本の外側配線は、それぞれ、外側可動板の縁に沿って延びている外側駆動配線部と、外側駆動配線部の両端から延びている二本の外側引き出し配線部とを有しており、二つの外側駆動配線部は、第二軸を基準にして、ほぼ線対称に位置しており、それぞれの外側駆動配線部の両端から延びている二本の外側引き出し配線部は、第一軸を基準にして、ほぼ線対称に位置しており、二本の外側駆動配線部には互いに同じ方向の電流が供給される。
【０１３８】
５．  本発明の別の二次元光偏向器は、第４項の二次元光偏向器において、外側可動板の外周形状は矩形であり、その矩形の互いに直交する二本の中心軸がそれぞれ第一軸と第二軸に平行である。
【０１３９】
６．  本発明の別の二次元光偏向器は、第４項の二次元光偏向器において、外側可動板の外周形状は楕円形（円形を含む）であり、その楕円形の互いに直交する二本の中心軸がそれぞれ第一軸と第二軸に平行である。
【０１４０】
７．  本発明の別の二次元光偏向器は、第１項の二次元光偏向器において、二本の内側配線には同じ大きさの電流が流される。
【０１４１】
この二次元光偏向器においては、異なる内側配線を流れる電流の間において、一方の内側配線の内側引き出し配線部と他方の内側配線の内側引き出し配線部のうち、外側可動板上に位置し、第二軸にほぼ平行に延びている、比較的近くに位置する二つの部分では、電流は互いに逆向きに流れる。さらに、それらの電流の大きさは等しい。このため、磁界との相互作用によりそれぞれの部分に発生するローレンツ力はほぼ相殺される。このため、内側可動板を傾斜させるための内側配線を流れる電流は、外側可動板の傾斜に影響を与えない。従って、内側可動板の第一軸周りの傾斜と第二軸周りの傾斜をほぼ独立に制御できる。
【０１４２】
８．  本発明の別の二次元光偏向器は、第１項の二次元光偏向器において、内側トーションバー上を延びている二本の内側引き出し配線部は共に、第一軸の近くを通り、第一軸と第二軸を含む平面上にほぼ位置しており、外側トーションバー上を延びている二本の内側引き出し配線部と二本の外側引き出し配線部は共に、第二軸の近くを通り、第一軸と第二軸を含む平面上にほぼ位置している。
【０１４３】
９．  本発明の別の二次元光偏向器は、第１項の二次元光偏向器において、内側トーションバー上を延びている二本の内側引き出し配線部は共に、第一軸の近くを通り、第一軸と第二軸を含む平面に直交する方向に間隔を置いて延びて、外側トーションバー上を延びている二本の内側引き出し配線部と二本の外側引き出し配線部は共に、第二軸の近くを通り、第一軸と第二軸を含む平面に直交する方向に間隔を置いて延びている。
【０１４４】
第８項と第９項の二次元光偏向器においては、内側配線は、内側トーションバーと外側トーションバーのうち、ねじりひずみの発生が比較的少ない個所を通っている。同様に、外側配線は、外側トーションバーのうち、ねじりひずみの発生が比較的少ない個所を通っている。このため、内側トーションバーと外側トーションバーのねじり変形に起因する内側配線や外側配線の断線の発生が低減される。
【０１４５】
第８項の二次元光偏向器では、配線が同一平面上に位置するため、配線の形成を第９項の二次元光偏向器よりも容易に行なえる。その反面、第９項の二次元光偏向器は、第８項の二次元光偏向器よりも、ねじりひずみの発生がより少ない個所に配線を通すことができる。
【０１４６】
１０．  本発明の別の二次元光偏向器は、第４項の二次元光偏向器において、磁石ユニットは、ただ一つの磁石を有し、この磁石の一方の磁極は、可動板ユニットに面しており、二本の内側駆動配線部はそれぞれ磁石の第一軸に沿った縁にほぼ平行に延びており、二本の外側駆動配線部はそれぞれ磁石の第二軸に沿った縁にほぼ平行に延びている。
【０１４７】
この二次元光偏向器においては、磁石ユニットがただ一つの磁石で構成されるので、製造コストの低減が図れる。
【０１４８】
１１．  本発明の別の二次元光偏向器は、第１０項の二次元光偏向器において、二本の内側駆動配線部は共に磁石の縁の真上よりも第二軸に沿って外側に位置し、二本の外側駆動配線部は共に磁石の縁の真上よりも第一軸に沿って外側に位置している。
【０１４９】
この二次元光偏向器においては、内側駆動配線部と外側駆動配線部を横切る磁力線が第一軸と第二軸を含む平面に比較的平行になる。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明の第一実施形態の光偏向器の断面斜視図である。
【図２】図１に示された可動板ユニットの斜視図である。
【図３】図２に示された可動板ユニットの平面図である。
【図４】図１に示された磁石ユニットの平面図である。
【図５】本発明の第二実施形態の光偏向器の断面斜視図である。
【図６】図５に示された磁石ユニットの平面図である。
【図７】図５に示された光偏向器の第二軸に沿った断面図である。
【図８】本発明の第三実施形態の二次元光偏向器における第一内側トーションバーの第一軸に直交する平面で破断された断面を示している。
【図９】本発明の第三実施形態の二次元光偏向器における第一外側トーションバーの第二軸に直交する平面で破断された断面を示している。
【図１０】本発明の第三実施形態の二次元光偏向器の変形例における第一内側トーションバーの第一軸に直交する平面で破断された断面を示している。
【図１１】本発明の第三実施形態の二次元光偏向器の変形例における第一外側トーションバーの第二軸に直交する平面で破断された断面を示している。
【図１２】本発明の第四実施形態の光偏向器の断面斜視図である。
【図１３】図１２に示された可動板ユニットの平面図である。
【図１４】図１２に示された磁石ユニットの平面図である。
【図１５】米国特許第６，３８８，７８９号明細書に開示されている光偏向器の主要部の斜視図である。
【図１６】米国特許第６，３８８，７８９号明細書に開示されている光偏向器の断面斜視図である。
【図１７】米国特許第６，４０４，３１３号明細書に開示されている光偏向器の分解斜視図である。
【符号の説明】
【０１５１】
１００…二次元光偏向器、１００Ａ…二次元光偏向器、１１０…可動板ユニット、１１２…内側可動板、１１４ａ…第一内側トーションバー、１１４ｂ…第二内側トーションバー、１１６…外側可動板、１１８ａ…第一外側トーションバー、１１８ｂ…第二外側トーションバー、１２０…支持部、１２２…反射面、１３０ａ…第一内側配線、１３０ｂ…第二内側配線、１３２ａ…第一内側駆動配線部、１３２ｂ…第二内側駆動配線部、１３４ａ、１３６ａ…第一内側引き出し配線部、１３４ｂ、１３６ｂ…第二内側引き出し配線部、１４４ａ、１４４ｂ、１４６ａ、１４６ｂ、１６４ａ、１６４ｂ、１６６ａ、１６６ｂ…電極パッド、１５０ａ…第一外側配線、１５０ｂ…第二外側配線、１５２ａ…第一外側駆動配線部、１５２ｂ…第二外側駆動配線部、１５４ａ、１５６ａ…第一外側引き出し配線部、１５４ｂ、１５６ｂ…第二外側引き出し配線部、１７０…磁石ユニット、１７２、１７４ａ、１７４ｂ、１７６ａ、１７６ｂ…磁石、１８０…磁石ユニット、１８２…磁石、３００…二次元光偏向器、３１０…可動板ユニット、３１２…内側可動板、３１４ａ、３１４ｂ…内側トーションバー、３１６…外側可動板、３１８ａ、３１８ｂ…外側トーションバー、３２０…支持部、３２２…反射面、３３０ａ、３３０ｂ…内側配線、３３２ａ、３３２ｂ…内側駆動配線部、３３４ａ、３３６ａ…第一内側引き出し配線部、３３４ｂ、３３６ｂ…第二内側引き出し配線部、３４４ａ、３４４ｂ、３４６ａ、３４６ｂ…電極パッド、３５０ａ、３５０ｂ…外側配線、３５２ａ、３５２ｂ…外側駆動配線部、３５４ａ、３５６ａ…第一外側引き出し配線部、３５４ｂ、３５６ｂ…第二外側引き出し配線部、３６４ａ、３６４ｂ、３６６ａ、３６６ｂ…電極パッド、３８０…磁石ユニット、３８２、３８４…磁石。
【図１】
2005189825.tif 000003
【図２】
2005189825.tif 000004
【図３】
2005189825.tif 000005
【図４】
2005189825.tif 000006
【図５】
2005189825.tif 000007
【図６】
2005189825.tif 000008
【図７】
2005189825.tif 000009
【図８】
2005189825.tif 000010
【図９】
2005189825.tif 000011
【図１０】
2005189825.tif 000012
【図１１】
2005189825.tif 000013
【図１２】
2005189825.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2005189825.tif 000016
【図１５】
2005189825.tif 000017
【図１６】
2005189825.tif 000018
【図１７】
2005189825.tif 000019