(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光束を所定方向へ偏向する光偏向手段を有する浮遊回転板と、
内部に空間部が形成され、前記浮遊回転板をその空間部内に収納するとともに浮遊状態で回転可能に支持する収納筐体と、
その収納筐体に収納された前記浮遊回転板を、静電力により浮遊させるとともに、前記浮遊回転板の中心軸線の周りに回転させる浮遊回転駆動手段と、
前記収納筐体に対する前記浮遊回転板の並進位置及び回転位置を検出して信号を出力する位置検出手段と、
前記位置検出手段の出力信号に基づき、前記浮遊回転駆動手段を制御する帰還信号を出力することによって、前記浮遊回転板の並進位置及び回転位置を所望の状態に維持する制御手段と、
前記位置検出手段の出力信号及び前記制御手段の帰還信号の少なくとも一方に対して演算を施し、前記収納筐体の並進加速度及び角速度の少なくとも一方を算出して出力する運動検出手段と
を備えたことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記収納筐体は、その内部に形成された空間部が減圧されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記収納筐体の前記光偏向手段に対向する面の少なくとも一部が透光性部材により構成され、
前記光偏向手段は、前記透光性部材を透過して前記浮遊回転板に対して略垂直に入射した光束を、前記浮遊回転板と略平行な平面上の所定の単一方向もしくは複数方向に偏向するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記光偏向手段は、回折手段により構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光走査装置。
【請求項５】
前記回折手段は、前記浮遊回転板上に形成された等間隔のピッチを有するストライプ状の屈折率分布により構成された回折格子からなることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記回折手段は、前記浮遊回転板上に形成された等間隔のピッチを有するストライプ状の立体構造により構成された回折格子からなることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記回折手段は、その回折手段を構成する個別の格子要素が有する入射した光束に対する回折強度分布の最大方向と、その回折手段が有する周期構造に基づく回折強度最大方向とが同じであることを特徴とする請求項５又は６に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記光偏向手段は、複数種類の波長の光束をそれぞれ回折するための各光束の波長に対応した回折手段が、略同一面上で前記浮遊回転板に形成されていることを特徴とする請求項４乃至７の何れかに記載の光走査装置。
【請求項９】
前記光偏向手段は、複数種類の波長の光束をそれぞれ回折するための各光束の波長に対応した回折手段が、前記中心軸線方向に積層されて前記浮遊回転板に形成されていることを特徴とする請求項４乃至７の何れかに記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記光偏向手段は、入射された光束を複数方向へ回折するために、各回折方向に対応した複数の回折手段が略同一面上で前記浮遊回転板に形成されていることを特徴とする請求項４乃至９の何れかに記載の光走査装置。
【請求項１１】
前記光偏向手段は、入射された光束を複数方向へ回折するために、各回折方向に対応した複数の回折手段が前記中心軸線方向に積層されて前記浮遊回転板に形成されていることを特徴とする請求項４乃至９の何れかに記載の光走査装置。
【請求項１２】
前記光偏向手段は、光束を反射可能な多面鏡により構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光走査装置。
【請求項１３】
前記多面鏡は、多角柱、もしくは多角錐、又は多角錐台のうち何れかの側面部分に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の光走査装置。
【請求項１４】
前記浮遊回転板及び前記収納筐体の何れか一方、もしくは両方に、光束を前記光偏向手段を介して伝搬させるための導波路構造が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の光走査装置。
【請求項１５】
前記浮遊回転板は導電性の材料より構成され、前記収納筐体は絶縁性の材料より構成され、前記浮遊回転板の両面と、前記収納筐体内面上壁及び内面底壁とに各々対向する電極が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１４の何れかに記載の光走査装置。
【請求項１６】
少なくとも１つの光源と、その光源から出射される光束を画像信号に応じて変調する変調手段と、前記変調された光束を二次元的に走査させる走査手段と、前記走査された光束を観察者の瞳孔に入射するための光学系とを備えた画像形成装置において、
請求項１乃至１５の何れかに記載の光走査装置を少なくとも一つ備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光束を走査する光走査装置及び光走査装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、赤、緑、青の微弱な光束を２次元光走査装置で走査して観察者の瞳孔に投入することにより網膜上に直接描画を行う、いわゆる網膜走査型ディスプレイと呼ばれる装置が知られている。例えば、当該装置は本願出願人による特許第２８７４２０８号公報等において提案されている。かかる網膜走査型ディスプレイの主要構成要素であって、映像信号に基づいて出射される光束を走査するための光走査装置としては、浮遊ポリゴン型やガルバノミラー型等によるものが研究されている。網膜走査型ディスプレイに代表される頭部装着型ディスプレイを使用する多くの場面では、観察者の位置あるいは視線方向に応じて表示画像を変化させることが要求され、このためには、位置センサあるいは加速度センサをディスプレイ装置に搭載する必要がある。このようなセンサの例として、本願出願人による特許第３００８０７４号公報等において提案されている静電浮遊型ジャイロ装置がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、静電浮遊型ジャイロ装置や光走査装置は精密機器であり、両装置を搭載して網膜走査型ディスプレイを実現しようとすると、ディスプレイのサイズ・重量が大きくなるだけでなく高価なものになってしまうという問題があり、本問題の解決が課題となっていた。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、静電浮遊型ジャイロ装置の浮遊回転板に光偏向手段を設ける等を実施し、光走査装置とジャイロ装置を融合することによって、小型・軽量・低コストの（加速度センサ機能付）光走査装置及び光走査装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の光走査装置は、入射した光束を所定方向へ偏向する光偏向手段を有する浮遊回転板と、内部に空間部が形成され、前記浮遊回転板をその空間部内に収納するとともに浮遊状態で回転可能に支持する収納筐体と、その収納筐体に収納された前記浮遊回転板を、静電力により浮遊させるとともに、前記浮遊回転板の中心軸線の周りに回転させる浮遊回転駆動手段と、前記収納筐体に対する前記浮遊回転板の並進位置及び回転位置を検出して信号を出力する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力信号に基づき、前記浮遊回転駆動手段を制御する帰還信号を出力することによって、前記浮遊回転板の並進位置及び回転位置を所望の状態に維持する制御手段と、前記位置検出手段の出力信号及び前記制御手段の帰還信号の少なくとも一方に対して演算を施し、前記収納筐体の並進加速度及び角速度の少なくとも一方を算出して出力する運動検出手段とを備えている。
【０００６】
この構成の光走査装置では、入射した光束を所定方向へ偏向する光偏向手段を有する浮遊回転板を、内部に形成された空間部に収納するとともに浮遊状態で回転可能に支持する収納筐体において、浮遊回転駆動手段が、その収納筐体に収納された浮遊回転板を、静電力により浮遊させるとともに、浮遊回転板の中心軸線の周りに回転させ、位置検出手段が、収納筐体に対する浮遊回転板の並進位置及び回転位置を検出して信号を出力し、制御手段が、位置検出手段の出力信号に基づき、浮遊回転駆動手段を制御する帰還信号を出力することによって、浮遊回転板の並進位置及び回転位置を所望の状態に維持し、運動検出手段が、位置検出手段の出力信号及び制御手段の帰還信号の少なくとも一方に対して演算を施し、収納筐体の並進加速度及び角速度の少なくとも一方を算出して出力することができる。
【０００７】
また、請求項２に係る発明の光走査装置は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記収納筐体は、その内部に形成された空間部が減圧されていることを特徴とする構成となっている。
【０００８】
この構成の光走査装置では、請求項１に係る発明の作用に加え、収納筐体の内部に形成された空間部が減圧されており、空気抵抗がほとんどない状態なので、浮遊回転板の回転力が失われにくい。
【０００９】
また、請求項３に係る発明の光走査装置は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記収納筐体の前記光偏向手段に対向する面の少なくとも一部が透光性部材により構成され、前記光偏向手段は、前記透光性部材を透過して前記浮遊回転板に対して略垂直に入射した光束を、前記浮遊回転板と略平行な平面上の所定の単一方向もしくは複数方向に偏向するように構成されていることを特徴とする構成となっている。
【００１０】
この構成の光走査装置では、請求項１又は２に係る発明の作用に加え、収納筐体の光偏向手段に対向する面の少なくとも一部が透光性部材により構成されており、光偏向手段は、透光性部材を透過して浮遊回転板に対して略垂直に入射した光束を、浮遊回転板と略平行な平面上の所定の単一方向もしくは複数方向に偏向することができる。
【００１１】
また、請求項４に係る発明の光走査装置は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の構成に加え、前記光偏向手段は、回折手段により構成されたことを特徴とする構成となっている。
【００１２】
この構成の光走査装置では、請求項１乃至３の何れかに係る発明の作用に加え、光偏向手段は回折手段により構成されており、単純な構造で、入射した光束を偏向することができる。
【００１３】
また、請求項５に係る発明の光走査装置は、請求項４に記載の発明の構成に加え、前記回折手段は、前記浮遊回転板上に形成された等間隔のピッチを有するストライプ状の屈折率分布により構成された回折格子からなることを特徴とする構成となっている。
【００１４】
この構成の光走査装置では、請求項４に係る発明の作用に加え、回折手段は、浮遊回転板上に形成された等間隔のピッチを有するストライプ状の屈折率分布により構成された回折格子からなり、入射した光束を所定方向に偏向することができる。
【００１５】
また、請求項６に係る発明の光走査装置は、請求項４に記載の発明の構成に加え、前記回折手段は、前記浮遊回転板上に形成された等間隔のピッチを有するストライプ状の立体構造により構成された回折格子からなることを特徴とする構成となっている。
【００１６】
この構成の光走査装置では、請求項４に係る発明の作用に加え、回折手段は、浮遊回転板上に形成された等間隔のピッチを有するストライプ状の立体構造により構成された回折格子からなり、入射した光束を所定方向に偏向することができる。
【００１７】
また、請求項７に係る発明の光走査装置は、請求項５又は６に記載の発明の構成に加え、前記回折手段は、その回折手段を構成する個別の格子要素が有する入射した光束に対する回折強度分布の最大方向と、その回折手段が有する周期構造に基づく回折強度最大方向とが同じであることを特徴とする構成となっている。
【００１８】
この構成の光走査装置では、請求項５又は６に係る発明の作用に加え、回折手段は、その回折手段を構成する個別の格子要素が有する入射した光束に対する回折強度分布の最大方向と、その回折手段が有する周期構造に基づく回折強度最大方向とが同じであるので、回折効率を向上させることができる。
【００１９】
また、請求項８に係る発明の光走査装置は、請求項４乃至７の何れかに記載の発明の構成に加え、前記光偏向手段は、複数種類の波長の光束をそれぞれ回折するための各光束の波長に対応した回折手段が、略同一面上で前記浮遊回転板に形成されていることを特徴とする構成となっている。
【００２０】
この構成の光走査装置では、請求項４乃至７の何れかに係る発明の作用に加え、各光束の波長に対応した回折手段が略同一面上で浮遊回転板に形成されているので、光偏向手段は複数種類の波長の光束をそれぞれ回折することができる。
【００２１】
また、請求項９に係る発明の光走査装置は、請求項４乃至７の何れかに記載の発明の構成に加え、前記光偏向手段は、複数種類の波長の光束をそれぞれ回折するための各光束の波長に対応した回折手段が、前記中心軸線方向に積層されて前記浮遊回転板に形成されていることを特徴とする構成となっている。
【００２２】
この構成の光走査装置では、請求項４乃至７の何れかに係る発明の作用に加え、各光束の波長に対応した回折手段が中心軸線方向に積層されて浮遊回転板に形成されているので、光偏向手段は複数種類の波長の光束をそれぞれ回折することができる。
【００２３】
また、請求項１０に係る発明の光走査装置は、請求項４乃至９の何れかに記載の発明の構成に加え、前記光偏向手段は、入射された光束を複数方向へ回折するために、各回折方向に対応した複数の回折手段が略同一面上で前記浮遊回転板に形成されていることを特徴とする構成となっている。
【００２４】
この構成の光走査装置では、請求項４乃至９の何れかに係る発明の作用に加え、各回折方向に対応した複数の回折手段が略同一面上で浮遊回転板に形成されているので、光偏向手段は入射された光束を複数方向へ回折することができる。
【００２５】
また、請求項１１に係る発明の光走査装置は、請求項４乃至９の何れかに記載の発明の構成に加え、前記光偏向手段は、入射された光束を複数方向へ回折するために、各回折方向に対応した複数の回折手段が前記中心軸線方向に積層されて前記浮遊回転板に形成されていることを特徴とする構成となっている。
【００２６】
この構成の光走査装置では、請求項４乃至９の何れかに係る発明の作用に加え、各回折方向に対応した複数の回折手段が中心軸線方向に積層されて浮遊回転板に形成されているので、光偏向手段は入射された光束を複数方向へ回折することができる。
【００２７】
また、請求項１２に係る発明の光走査装置は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の構成に加え、前記光偏向手段は、光束を反射可能な多面鏡により構成されたことを特徴とする構成となっている。
【００２８】
この構成の光走査装置では、請求項１乃至３の何れかに係る発明の作用に加え、光偏向手段は、光束を反射可能な多面鏡により構成されており、入射した光束を所定方向に偏向することができる。
【００２９】
また、請求項１３に係る発明の光走査装置は、請求項１２に記載の発明の構成に加え、前記多面鏡は、多角柱、もしくは多角錐、又は多角錐台のうち何れかの側面部分に形成されていることを特徴とする構成となっている。
【００３０】
この構成の光走査装置では、請求項１２に係る発明の作用に加え、多面鏡は、多角柱、もしくは多角錐、又は多角錐台のうち何れかの側面部分に形成されており、入射した光束を所定方向に偏向することができる。
【００３１】
また、請求項１４に係る発明の光走査装置は、請求項１乃至１３の何れかに記載の発明の構成に加え、前記浮遊回転板及び前記収納筐体の何れか一方、もしくは両方に、光束を前記光偏向手段を介して伝搬させるための導波路構造が形成されていることを特徴とする構成となっている。
【００３２】
この構成の光走査装置では、請求項１乃至１３の何れかに係る発明の作用に加え、浮遊回転板及び収納筐体の何れか一方、もしくは両方に、形成された導波路構造により、光偏向手段を介して光束を伝搬することができる。
【００３３】
また、請求項１５に係る発明の光走査装置は、請求項１乃至１４の何れかに記載の発明の構成に加え、前記浮遊回転板は導電性の材料より構成され、前記収納筐体は絶縁性の材料より構成され、前記浮遊回転板の両面と、前記収納筐体内面上壁及び内面底壁とに各々対向する電極が形成されていることを特徴とする構成となっている。
【００３４】
この構成の光走査装置では、請求項１乃至１４の何れかに係る発明の作用に加え、浮遊回転板は導電性の材料より構成され、収納筐体は絶縁性の材料より構成され、浮遊回転板の両面と、収納筐体内面上壁及び内面底壁とに各々対向する電極が形成されているので、両電極間における静電力により、浮遊回転板を浮遊させるとともに回転駆動させることができる。
【００３５】
また、請求項１６に係る発明の光走査装置を備えた画像形成装置は、少なくとも１つの光源と、その光源から出射される光束を画像信号に応じて変調する変調手段と、前記変調された光束を二次元的に走査させる走査手段と、前記走査された光束を観察者の瞳孔に入射するための光学系を備えた画像形成装置において、請求項１乃至１５の何れかに記載の光走査装置を少なくとも一つ備えたことを特徴とする構成となっている。
【００３６】
この構成の光走査装置を備えた画像形成装置では、請求項１乃至１５の何れかに記載の光走査装置を少なくとも一つ備え、変調手段が少なくとも１つの光源から出射される光束を画像信号に応じて変調し、走査手段が変調された光束を二次元的に走査させ、光学系により走査された光束を観察者の瞳孔に入射することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光走査装置及び光走査装置を備えた画像形成装置を具体化した実施の形態について図面を参照して説明する。まず、光走査装置１の全体構成について、図１乃至図７を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態における光走査装置１の構造を模式的に表した斜視図であり、図２は、その断面構造を模式的に表した断面図である。また、図３は、第２の実施の形態における光走査装置１の構造を模式的に表した斜視図であり、図４は、その断面構造を模式的に表した断面図である。図５は、屈折率分布により形成した回折格子を有する浮遊回転板２の部分断面図である。また、図６（Ａ）は、第１の実施の形態における光走査装置１のＸＺ平面における断面図であり、図６（Ｂ）は、第１の実施の形態における光走査装置１のＸＹ平面における平面図である。図７（Ａ）は、第２の実施の形態における光走査装置１のＸＺ平面における断面図であり、図７（Ｂ）は、第２の実施の形態における光走査装置１のＸＹ平面における平面図である。尚、以下の説明においては、図１に示されるように、後述する浮遊回転板２の中心軸線に沿って上下方向にＺ軸を、浮遊回転板２の半径方向にＸ軸、Ｘ軸及びＺ軸と直交するＹ軸をとることとする。
【００３８】
図１乃至図４に示すように、光走査装置１は、浮遊回転板２と、内部に空間部３ａが形成されて浮遊回転板２をその空間部３ａ内に収納する収納筐体３とから構成されている。浮遊回転板２は、シリコン等の導電性材料からなる円盤状の部材であり、基板層５と、基板層５の上に積層形成された光偏向層６と、基板層５及び光偏向層６を上下から挟むように突起状に形成された電極群９とから構成されている。電極群９は、図１及び図２に示す、第１の実施の形態においては円盤状の周辺部近傍に、図３及び図４に示す、第２の実施の形態においては円盤状の中心部近傍に各々設けられている。また、浮遊回転板２は、厚さが約０．１ｍｍ程度、直径が約５ｍｍ程度と極めて小型に形成されている。
【００３９】
光偏向層６には、光束を導くための透明な光導波路２０が形成され、第１の実施の形態においては回転中心を含む円形の領域に、光束を偏向するための回折部７１が形成されている。また、第２の実施の形態においては円盤状の周辺部近傍の領域に、光束を偏向するための回折部７１が形成されている。尚、回折部７１が本発明の光偏向手段及び回折手段を構成するものである。回折部７１は、図５に示す、浮遊回転板２の光偏向層６の拡大断面図に表されるように、ストライプ状の屈折率分布を有する領域である。すなわち、回折部７１は、光導波路２０と屈折率が異なる複数の格子領域７１ａが等間隔なストライプ状に形成された回折格子である。格子間隔ｄ、すなわち、各格子領域７１ａのピッチは、入射される光束の波長の整数倍に設定されている。尚、光導波路２０と格子領域７１ａとは、単に屈折率が異なっていればよく、屈折率の大小関係は問わない。
【００４０】
収納筐体３は、絶縁性を有するガラス材料からなり、全体が円筒状に形成され、且つ内部に空間部を有するカプセル状の部材である。このガラス材料の性質として、さらに、耐圧性及び耐熱性を有することが望ましい。収納筐体３は、円筒外周部をなす壁面ガラス板３ｄと、円筒上面部をなす上面ガラス板３ｂと、円筒底面部をなす底面ガラス板３ｃから形成され、内部にはこれらの部材に囲まれた空間部３ａが形成されている。つまり、上面ガラス板３ｂと底面ガラス板３ｃとは、空間部３ａを挟んで、その空間部３ａに収納される浮遊回転板２のＺ軸方向において対向している。
【００４１】
そして、収納筐体３のＺ軸方向の内壁面、すなわち上面ガラス板３ｂの下面、及び底面ガラス板３ｃの上面には、突起状に形成された電極群４が各々設けられている。この電極群４は、上面ガラス板３ｂの下面、及び底面ガラス板３ｃの上面と各々対向する浮遊回転板２の各面上に設けられた電極群９とそれぞれ対をなし、本発明の浮遊回転駆動手段及び位置検出手段を構成する。
【００４２】
壁面ガラス板３ｄには、Ｚ軸方向において浮遊回転板２に設けられた光導波路２０と略同一の高さに光導波路３ｅが環状に形成されている。よって、光導波路２０内をＸＹ平面上のいずれかの方向に伝搬した光束は、さらに光導波路３ｅ内を伝搬した後、この光導波路３ｅより装置外方へ出射されるのである。尚、光導波路２０及び光導波路３ｅが、本発明の導波路構造を構成するものである。
【００４３】
収納筐体３内部の空間部３ａは、浮遊回転板２の回転時における空気抵抗を減ずるために減圧封止されており、略真空状態となるまで減圧されてる。さらに、収納筐体３の壁面ガラス板３ｄの内部には、図示外の排気室が設けられ、空間部３ａ側の壁面に対して極小に設けられた気孔を介し、排気室と空間部３ａは連通されている。この排気室には、気体を吸着して排気できるゲッタ材（図示外）が設置され、このゲッタ材の活性効果によって空間部３ａは略真空状態として維持される。
【００４４】
浮遊回転板２は、後述の浮遊回転駆動手段によって浮遊状態に維持されるので、空間部３ａが略真空状態の収納筐体３の内壁面とは非接触状態に維持される。従って、浮遊回転板２に対する外部からの力の作用は及ばないので、外部からのいかなる力の作用が収納筐体３に及んだとしても、浮遊回転板２の各軸方向と、収納筐体３の各軸方向との相対的な向きの関係は慣性の法則によって維持される。
【００４５】
次に、図６及び図７を参照して、収納筐体３及び浮遊回転板２の電極群４，９の構造について説明する。図６（Ａ），図７（Ａ）に示す、光走査装置１のＸＺ平面での断面図における、二点鎖線ＡＡ’間において＋Ｚ方向に見た光走査装置１のＸＹ平面での切断面を、各々図６（Ｂ），図７（Ｂ）左側に示す。また、二点鎖線ＡＡ’間において−Ｚ方向に見た光走査装置１のＸＹ平面での切断面を、各々図６（Ｂ），図７（Ｂ）右側に示す。浮遊回転板２の上面及び下面には、図６（Ｂ），図７（Ｂ）右側に示す、電極９ａ，９ｂ，９ｃがそれぞれ突起状に形成されている。また、図６（Ｂ），図７（Ｂ）左側に示すように、収納筐体３の内面の上壁面には電極４ａ，４ｂ，２０１〜２０４が、収納筐体３の内面の底壁面には電極４ａ，４ｂ，３０１〜３０４（図示外）が、電極９ａ，９ｂ，９ｃとそれぞれ対をなすように突起状に形成されている。尚、電極２０１〜２０４と電極３０１〜３０４とは浮遊回転板２上の、前者は上面、後者は下面に、各々が対となる部位に設けられた電極である。
【００４６】
浮遊回転板２の上下面上の円周周辺部には、浮遊回転板２の静電支持用の電極９ｃが同心の環状をなすように複数本形成されており、収納筐体３内面の上壁面には、電極９ｃとそれぞれ対をなす静電支持用の電極２０３ａ，２０３ｂが、同心の扇状で櫛形をなすように交互に交錯して複数本形成されている。さらに、電極２０３ａ，２０３ｂは扇形の電極群として電極２０３を形成し、同様の構成で４組、すなわち電極２０１〜２０４として、同一円周上に列設されている。そして、収納筐体３内面の底壁面にも同様な構成で、電極２０１〜２０４と対向する位置に、電極３０１〜３０４の４組が同一円周上に列設されている。第１及び第２の実施の形態の光走査装置１では、電極２０１〜２０４，３０１〜３０４及び９ｃは円周方向で合計３対の、環状又は扇状で櫛形をなす電極対であるが、実際には多数形成されており、例えば各々２０対形成されている。
【００４７】
また、浮遊回転板２の駆動用の電極９ｂは電極９ｃより内側の同心の円周上に複数形成され、それぞれ扇形をなす電極として環状に列設されている。さらに、同じく駆動用の電極４ｂは収納筐体３内面の上下壁面上に、電極９ｂと対をなすように電極２０１〜２０４及び３０１〜３０４より内側の同心の円周上に同様に複数列設されている。第１及び第２の実施の形態の光走査装置１では、電極９ｂ，４ｂはそれぞれ４個，１２個形成されている。
【００４８】
また、浮遊回転板２の変位検出用の電極９ａは浮遊回転板２の上下面上の電極９ｂより内側の円周上に環状に形成され、収納筐体３内面の上下壁面上には、同じく変位検出用の電極４ａが、電極９ａと対をなすように電極４ｂの内側の円周上に、同様に環状に形成されている。
【００４９】
次に、光走査装置１の電気的構成について、図２及び図４を参照して説明する。光走査装置１は、浮遊回転板２を駆動、制御するための制御部１１を備えている。制御部１１は、変位演算部１２と、ＰＩＤ演算部１３と、制御電圧演算部１４と、制御電圧発生器１５と、駆動部１６とから構成されている。変位演算部１２では、電極２０１〜２０４と電極３０１〜３０４との間に変位検出用交流電圧を印加することによって電極４ａで電流が発生し、これに基づいて浮遊回転板２のＸ，Ｙ，Ｚ方向の直線変位、及びＸ軸まわり，Ｙ軸まわりの回転変位について演算が施される。ＰＩＤ演算部１３では、浮遊回転板２にかかる慣性による変位をゼロに補正するため、電極２０１〜２０４，３０１〜３０４に印加する直流電圧を算出するための元となる、直線加速度及び回転モーメントを演算するＰＩＤ制御処理が行われる。また、制御電圧演算部１４では、浮遊回転板２を回転駆動させるための駆動電圧の位相をずらすための演算と、ＰＩＤ演算部１３の処理に基づいて浮遊回転板２の変位を制御するための制御用直流電圧の変化量の演算とを行い、制御電圧発生器１５では、浮遊回転板２に回転駆動力を与える駆動電圧と、制御電圧演算部１４での処理に基づいて浮遊回転板２の変位を制御する直流電圧と、収納筐体３に対する浮遊回転板２の位置を検出するための制御用交流電圧とを発生する。駆動部１６では、制御電圧発生器１５で発生された制御用直流電圧及び制御用交流電圧が加算され、電極２０１〜２０４，３０１〜３０４に印加されるとともに、駆動電圧が電極４ｂに印加され、浮遊回転板２に浮遊力・回転力・並進力が与えられる。
【００５０】
また、ＰＩＤ演算部１３での処理結果は、加速度出力演算部１７にも出力される。加速度出力演算部１７では、ＰＩＤ演算部１３での演算された直線加速度及び回転モーメントに基づき、光走査装置１に加わる外力による加速度及び角速度が演算される。この演算結果に基づいて、光走査装置変位演算部１８では、光走査装置１の相対的な直線変位及び回転変位が演算され、外部機器（図示外）に出力され、利用される。
【００５１】
次に、浮遊回転板２の浮遊・回転の原理及び変位測定の原理について説明する。尚、収納筐体３内で浮遊回転板２が、静電力によって浮遊状態に支持され、駆動され、慣性の影響による変位が検出され、検出値に基づいて変位が補正され、さらにその変位の検出値に基づいて収納筐体３の並進加速度及び角速度が演算される手段については、本願出願人による特許第３００８０７４号公報等において詳しく説明されているので、ここでは、図６及び図７を参照して、その概略について説明する。
【００５２】
図６及び図７に示すように、制御手段が電極２０１〜２０４，３０１〜３０４に制御用の直流電圧が印加されることで、電極２０１〜２０４，３０１〜３０４と電極９ｃとの間に静電力が発生し、浮遊回転板２は浮動的に支持される。つまり、電極２０３を構成する交互に交錯した櫛形の電極２０３ａ，２０３ｂにおいて、電極２０３ａ，２０３ｂそれぞれに、大きさが等しく極性が反対の制御用直流電圧が印加されると、電極２０３ａ，２０３ｂと、その各々と対向する浮遊回転板２上の電極９ｃとの間での電荷が等しくなる。従って、浮遊回転板２の、電極２０３と対向する部分での電位は常にゼロとなる。さらに同様に電極２０１，２０２，２０４及び３０１〜３０４にもそれぞれ両極性の電圧が印加されることによって、制御手段は浮遊回転板２の電位を常にゼロとすることができる。さらに、電極２０１〜２０４、すなわち浮遊回転板２の＋Ｚ側に印加する電圧と、電極３０１〜３０４、すなわち−Ｚ側に印加する電圧を各々制御することで、浮遊回転板２をＺ軸方向に変位させることができ、制御手段は浮遊回転板２をＺ軸方向に拘束することができる。また、電極２０１〜２０４，３０１〜３０４からなる扇形の電極群はＸ，Ｙ軸の正負両方向にそれぞれ上下１組ずつ設けられているので、制御手段は、各方向の電極群に印加する制御用直流電圧を制御することで、ＸＹ軸平面上で浮遊回転板２にかかる静電力を調整でき、浮遊回転板２をＸＹ平面上で拘束することができる。
【００５３】
また、上記制御用直流電圧に制御用交流電圧が加算され、電極２０１〜２０４，３０１〜３０４に印加されることで、電極４ａに電流が流れる。さらに、この電流が図示外のプリアンプで電圧に変換され出力され、この電圧に基づいて変位演算部１２において演算を施されことによって、浮遊回転板２の３軸、すなわちＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の直線変位、及び２軸、すなわちＸ，Ｙ軸に対する回転変位が測定される。この過程は本発明における位置検出手段においてなされる。
【００５４】
また、浮遊回転駆動手段では、収納筐体３の上下壁面上に円環をなすように１２個設けられた電極４ｂのうち、３つ毎に離れて設けられた電極４個を１組とし、隣接する電極毎にそれぞれ位相のずれた３相の駆動電圧が印加される。駆動電圧は、制御電圧演算部１４における処理に基づいて制御電圧発生器１５で３相に位相のずれた駆動電圧として発生される。この電極４ｂと対をなす電極９ｂとの間で、静電力を発生させる電圧の印加される電極が時間毎に隣の電極に順次切り換えられることで、浮遊回転板２はＺ軸を中心とした円周方向に回転力を得て回転駆動を行うことができる。
【００５５】
尚、制御部１１、加速度出力演算部１７及び光走査装置変位演算部１８における光走査装置１の制御に関する具体的な数値演算については、本願出願人による特許第３００８０７４号公報等において詳しく説明されているので、ここではその概略について、図６及び図７を参照して説明する。
【００５６】
まず、収納筐体３内における浮遊回転板２の相対的な変位を検出する演算方法について以下に説明する。
【００５７】
まず、浮遊回転板２のＸＺ平面方向での変位について説明する。図６及び図７に示すように、電極２０１，３０１及び２０３，３０３に印加される制御用直流電圧に、重畳して印加される検出用交流電圧ＡＣ２０１，ＡＣ３０１，ＡＣ２０３，ＡＣ３０３は以下の式で与えたれる。
ＡＣ２０１＝−ＥＸ−Ｅθ−ＥＺ・・・（１）
ＡＣ３０１＝−ＥＸ＋Ｅθ＋ＥＺ・・・（２）
ＡＣ２０３＝＋ＥＸ＋Ｅθ−ＥＺ・・・（３）
ＡＣ３０３＝＋ＥＸ−Ｅθ＋ＥＺ・・・（４）
【００５８】
さらに、検出用交流電圧ＡＣ２０１，ＡＣ３０１，ＡＣ２０３，ＡＣ３０３の右辺の各項は以下のように展開される。
＋ＥＸ＝Ｅ０ｃｏｓ（ωＸｔ＋ζＸ）
−ＥＸ＝Ｅ０ｃｏｓ（ωＸｔ＋ηＸ）
＋Ｅθ＝Ｅ０ｃｏｓ（ωθｔ＋ζθ）
−Ｅθ＝Ｅ０ｃｏｓ（ωθｔ＋ηθ）
＋ＥＺ＝Ｅ０ｃｏｓ（ωＺｔ＋ζＺ）
−ＥＺ＝Ｅ０ｃｏｓ（ωＺｔ＋ηＺ）
【００５９】
ここで、±ＥＸは浮遊回転板２のＸ軸方向の直線変位ΔＸを検出するための電圧成分、±Ｅθは浮遊回転板２のＹ軸まわりの回転変位Δθを検出するための電圧成分、±ＥＺは浮遊回転板２のＺ軸方向の直線変位ΔＺを検出するための電圧成分、ωＸ，ωＹ，ωθは変位検出用周波数である。
【００６０】
さらに、±ＥＸ，±Ｅθ，±ＥＺの符号は互いに１８０度の位相差を表す。従って、位相差ζ，ηについては、次の関係がある。
ηＺ＝ζＸ±１８０°
ηＺ＝ζＺ±１８０°
ηθ＝ζθ±１８０°
【００６１】
また、ＹＺ平面方向においても同様の考察を行うことで、以下の式が導き出せる。
ＡＣ２０２＝−ＥＹ−Ｅφ−ＥＺ
ＡＣ３０２＝−ＥＹ＋Ｅφ＋ＥＺ
ＡＣ２０４＝＋ＥＹ＋Ｅφ−ＥＺ
ＡＣ３０４＝＋ＥＹ−Ｅφ＋ＥＺ
＋ＥＹ＝Ｅ０ｃｏｓ（ωＹｔ＋ζＹ）
−ＥＹ＝Ｅ０ｃｏｓ（ωＹｔ＋ηＹ）
＋Ｅφ＝Ｅ０ｃｏｓ（ωφｔ＋ζφ）
−Ｅφ＝Ｅ０ｃｏｓ（ωφｔ＋ηφ）
＋ＥＺ＝Ｅ０ｃｏｓ（ωＺｔ＋ζＺ）
−ＥＺ＝Ｅ０ｃｏｓ（ωＺｔ＋ηＺ）
ただし、
ηＹ＝ζＹ±１８０°
ηＺ＝ζＺ±１８０°
ηφ＝ζφ±１８０°
【００６２】
また、浮遊回転板２のＸＺ平面方向において、例えば浮遊回転板２がＸ軸方向にΔＸだけ直線変位し、Ｙ軸まわりに回転角Δθだけ回転変位し、Ｚ軸方向にΔＺだけ直線変位した場合における電極２０１，３０１，２０３，３０３と、電極９ｃとの間の静電容量Ｃ２０１，Ｃ３０１，Ｃ２０３，Ｃ３０３の関係は、次のように表される。
Ｃ２０１＝Ｃ０（１＋ΔＸ＋ΔＺ＋Δθ）・・・（５）
Ｃ３０１＝Ｃ０（１＋ΔＸ−ΔＺ−Δθ）・・・（６）
Ｃ２０３＝Ｃ０（１−ΔＸ＋ΔＺ−Δθ）・・・（７）
Ｃ３０３＝Ｃ０（１−ΔＸ−ΔＺ＋Δθ）・・・（８）
【００６３】
ここで、Ｃ０は全ての変位がゼロのときの各電極間の静電容量である。逆に、この式から各変位ΔＸ，ΔＺ，Δθを、各電極間の静電容量によって表すことができる。
ΔＸ＝（１／４Ｃ０）（Ｃ２０１＋Ｃ３０１−Ｃ２０３−Ｃ３０３）
Δθ＝（１／４Ｃ０）（Ｃ２０１−Ｃ３０１−Ｃ２０３＋Ｃ３０３）
ΔＺ＝（１／４Ｃ０）（Ｃ２０１−Ｃ３０１＋Ｃ２０３−Ｃ３０３）
【００６４】
また、電極２０３ａ，２０３ｂには、互いに大きさが等しく極性が反対の制御用直流電圧±Ｖ２０３が印加され、同様に電極２０１，３０１，３０３にもそれぞれ±Ｖ２０１，±Ｖ３０１，±Ｖ３０３が印加される。これによって、浮遊回転板２上の両電極間における中点での電位はゼロとなる。本発明における第１及び第２の実施の形態の例では、対となる各静電支持電極２０１〜２０４，３０１〜３０４には、それぞれ大きさが同じで極性が異なる制御用直流電圧が印加されるので、浮遊回転板２の電位はゼロとなる。
【００６５】
電極２０１，２０３，３０１，３０３に印加する制御用直流電圧に重畳して、それぞれ検出用交流電圧ＡＣ２０１，ＡＣ２０３，ＡＣ３０１，ＡＣ３０３を印加すると、変位検出用電極４ａ間では変位検出用交流電流ｉｐが発生する。このｉｐは次の式によって表される。尚、ｓはラプラス演算子である。Ｃ２０Ｆは、上面ガラス板３ｂ上の電極４ａと浮遊回転板２の上面の電極９ａとの間の静電容量であり、Ｃ３０Ｆは、底面ガラス板３ｃ上の電極４ａと浮遊回転板２の下面の電極９ａとの間の静電容量である。
ｉｐ＝Ｋ１３（Ｃ２０１ＡＣ２０１＋Ｃ２０３ＡＣ２０３＋Ｃ３０１ＡＣ３０１＋Ｃ３０３ＡＣ３０３）
Ｋ１３＝２（Ｃ２０Ｆ＋Ｃ３０Ｆ）ｓ／（２Ｃ２０１＋２Ｃ２０３＋２Ｃ３０１＋２Ｃ３０３＋Ｃ２０Ｆ＋Ｃ３０Ｆ）
【００６６】
数式（１）〜（８）によって表される検出用交流電圧ＡＣ２０１，ＡＣ２０３，ＡＣ３０１，ＡＣ３０３及び静電容量Ｃ２０１，Ｃ２０３，Ｃ３０１，Ｃ３０３を代入して展開すると、変位検出用交流電流ｉｐは次のように表される。
ｉｐ＝Ｋ１３’（ＥＸΔＸ＋ＥθΔθ＋ＥＺΔＺ）
Ｋ１３’＝−８ｓ（Ｃ２０Ｆ＋Ｃ３０Ｆ）／（８Ｃ０＋Ｃ２０Ｆ＋Ｃ３０Ｆ）
【００６７】
また、ＹＺ平面方向においても同様の考察を行うことで、以下の式が導き出せる。
Ｃ２０２＝Ｃ０（１＋ΔＹ＋ΔＺ＋Δφ）
Ｃ３０２＝Ｃ０（１＋ΔＹ−ΔＺ−Δφ）
Ｃ２０４＝Ｃ０（１−ΔＹ＋ΔＺ−Δφ）
Ｃ３０４＝Ｃ０（１−ΔＹ−ΔＺ＋Δφ）
ΔＹ＝（１／４Ｃ０）（Ｃ２０２＋Ｃ３０２−Ｃ２０４−Ｃ３０４）
Δφ＝（１／４Ｃ０）（Ｃ２０２−Ｃ３０２−Ｃ２０４＋Ｃ３０４）
ΔＺ＝（１／４Ｃ０）（Ｃ２０２−Ｃ３０２＋Ｃ２０４−Ｃ３０４）
ｉｐ＝ＫＩ（ＥＹΔＹ＋ＥφΔφ＋ＥＺΔＺ）
ＫＩ＝−８ｓ（Ｃ２０Ｆ＋Ｃ３０Ｆ）／（８Ｃ０＋Ｃ２０Ｆ＋Ｃ３０Ｆ）
【００６８】
ここで、ＫＩは比例定数、ｓはラプラス演算子である。この変位検出用交流電圧ＶＰは、次の式によって表される。
ＶＰ＝ＶＰ（Ｘ）＋ＶＰ（Ｙ）＋ＶＰ（Ｚ）＋ＶＰ（θ）＋ＶＰ（φ）・・・（９）
【００６９】
ここで、右辺の各項は各変位ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ，Δθ，Δφに対応した電圧成分であり、次のように表される。
ＶＰ（Ｘ）＝ＫＩＥＸΔＸ＝ＫＶＸＥ０ωＸΔＸｓｉｎ（ωＸｔ＋ζＸ）・・・（１０）
ＶＰ（Ｙ）＝ＫＩＥＹΔＹ＝ＫＶＹＥ０ωＹΔＹｓｉｎ（ωＹｔ＋ζＹ）・・・（１１）
ＶＰ（Ｚ）＝ＫＩＥＺΔＺ＝ＫＶＺＥ０ωＺΔＺｓｉｎ（ωＺｔ＋ζＺ）・・・（１２）
ＶＰ（θ）＝ＫＩＥθΔθ＝ＫＶθＥ０ωθΔθｓｉｎ（ωθｔ＋ζθ）・・・（１３）
ＶＰ（φ）＝ＫＩＥφΔφ＝ＫＶφＥ０ωφΔφｓｉｎ（ωφｔ＋ζφ）・・・（１４）
【００７０】
ここで、ＫＶＸ，ＫＶＹ，ＫＶＺ，ＫＶθ，ＫＶφは電極間の静電容量Ｃ０，Ｃ２０Ｆ，Ｃ３０Ｆによって決まる定数である。数式（９）〜（１４）の式より明らかなように、変位検出用交流電圧ＶＰは浮遊回転板２の全ての変位を独立的に含む。従って、数式（９）より所望の電圧成分を取り出せば、それに対応した変位が得られる。例えば、直線変位ΔＸ，ΔＹ，ΔＺと回転変位Δθ，Δφが２つ以上重畳した場合でも、それに対応した電圧成分を取り出せば各変位が得られる。また、この式は、変位検出用交流電圧ＶＰが直線変位ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ及び回転変位Δθ，Δφに対応した各変位検出用周波数ωＸ，ωＹ，ωＺ，ωθ，ωφによって振幅変調されていることを示している。
【００７１】
次に、浮遊回転板２を制御するために印加する電圧の変化量と、収納筐体３の並進加速度及び角速度を算出する演算方法について、図１７を参照して以下に説明する。図１７（Ａ）は、電極２０１〜２０４，３０１〜３０４と、電極９ｃとを模式的なコンデンサとして考えた、制御部１１の動作を説明するための模式図であり、図１７（Ｂ）は、直線加速度ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ及び回転モーメントｆθ，ｆφを無次元化する方法を説明するための模式図である。
【００７２】
図１７（Ａ）に示すように、浮遊回転板２の上面に環状に設けられた複数本の電極９ｃのうちの任意の１本である電極９０と、それに対向する収納筐体３の上面ガラス板３ｂの下面の電極２０１〜２０４のうち、櫛状をなす電極２０１の任意の１本である電極４０とを、１つの模式的なコンデンサとして考えることとする。
【００７３】
電極４０は電極９０に対して浮遊回転板２の半径方向外方に距離δ２だけ偏倚されており、両者が重なり合う部分がコンデンサとなる。このコンデンサは浮遊回転板２の半径ｒの位置に配置され、半径方向の幅がＬ、円周方向の幅がＢ、間隙がδであるものとする。直線変位ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ及び回転変位Δθ，Δφの無次元化は次の式によってなされる。尚、添字Ｎは無次元量を表す。
ΔＸＮ＝ΔＸ／Ｌ
ΔＹＮ＝ΔＹ／Ｌ
ΔＺＮ＝ΔＺ／δ
ΔθＮ＝Δθ／（δ／ｒ）
ΔφＮ＝Δφ／（δ／ｒ）
【００７４】
次に、図１７（Ｂ）を参照して、直線加速度ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ及び回転モーメントｆθ，ｆφを無次元化する方法を説明する。直線加速度ｆｘ，ｆｙ，ｆｚは次の式によってなされる。
ｆｘＮ＝ｆｘ（Ｃ０Ｖ０２／Ｌ）−１
ｆｙＮ＝ｆｙ（Ｃ０Ｖ０２／Ｌ）−１
ｆｚＮ＝ｆｚ（Ｃ０Ｖ０２／δ）−１
ｆθＮ＝ｆθ（ｒＣ０Ｖ０２／δ）−１
ｆφＮ＝ｆφ（ｒＣ０Ｖ０２／δ）−１
【００７５】
ここで添字Ｎは無次元量を表す。Ｃ０は浮遊回転板２の変位がゼロのときの静電容量であり、誘電率εを使用してＣ０＝εＢＬ／δと表される。Ｖ０は浮遊回転板２の変位がゼロのときの制御用直流電圧、ｒは半径、すなわち浮遊回転板２の回転中心軸からコンデンサまでの距離を表す。δは電極４０，９０間の間隔である。浮遊回転板２に付与すべき力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びトルクＴθ，Ｔφは次のように表すことができる。
Ｆｘ＝ｆｘＮ
Ｆｙ＝ｆｙＮ
Ｆｚ＝ｆｚＮ
Ｆθ＝ｆθＮ
Ｆφ＝ｆφＮ
【００７６】
次に、無次元化された力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びトルクＴθ，Ｔφより、制御用直流電圧の変化量ΔＶ２０１〜ΔＶ２０４，ΔＶ３０１〜ΔＶ３０４を演算する。
【００７７】
電極２０１，３０１及び２０３，３０３に印加する制御用直流電圧±Ｖ２０１，±Ｖ３０１及び±Ｖ２０３，±Ｖ３０３の変化量±ΔＶ２０１，±ΔＶ３０１及び±ΔＶ２０３，±ΔＶ３０３について考える。４つの変化量±ΔＶ２０１，±ΔＶ３０１及び±ΔＶ２０３，±ΔＶ３０３の各々は３つの無次元化された力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びトルクＴθ，Ｔφによって表すことができる。また、電極２０２，３０２及び２０４，３０４に印加する制御用直流電圧±Ｖ２０２，±Ｖ３０２及び±Ｖ２０４，±Ｖ３０４の変化量±ΔＶ２０２，±ΔＶ３０２及び±ΔＶ２０４，±ΔＶ３０４についても、各々同様に力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びトルクＴθ，Ｔφによって表すことができる。
【００７８】
従って、これらの変化量を求めるために、さらに以下のもう１つの条件を設ける。
ΔＶ２０１＋ΔＶ３０１＋ΔＶ２０３＋ΔＶ３０３＝０・・・（１５）
ΔＶ２０２＋ΔＶ３０２＋ΔＶ２０４＋ΔＶ３０４＝０・・・（１６）
【００７９】
数式（１５）は浮遊回転板２のＸＺ平面方向、すなわち電極２０１，３０１及び２０３，３０３と、そのそれぞれと対向する浮遊回転板上の電極９ｃと、との間における、また、数式（１６）は浮遊回転板２のＹＺ平面方向、すなわち電極２０２，３０２及び２０４，３０４と、そのそれぞれと対向する浮遊回転板上の電極９ｃと、との間における制御用直流電圧の変化量の和がゼロであることを表す。この条件を設定することによって、浮遊回転板２に不要な電荷が流れ込むことが防止され、同時に８個の制御用直流電圧の変化量ΔＶ２０１，ΔＶ３０１，ΔＶ２０３，ΔＶ３０３、及びΔＶ２０２，ΔＶ３０２，ΔＶ２０４，ΔＶ３０４の値を一意的に決めることができる。
【００８０】
次に、無次元化された力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びトルクＴθ，Ｔφによって、制御用直流電圧の変化量を演算する。この演算式は次のように表される。
ΔＶ２０１＝（Ｖ０／４）（Ｆｘ＋Ｆｚ／２＋Ｔθ）
ΔＶ３０１＝（Ｖ０／４）（Ｆｘ−Ｆｚ／２−Ｔθ）
ΔＶ２０２＝（Ｖ０／４）（Ｆｙ＋Ｆｚ／２＋Ｔφ）
ΔＶ３０２＝（Ｖ０／４）（Ｆｙ−Ｆｚ／２−Ｔφ）
ΔＶ２０３＝（Ｖ０／４）（−Ｆｘ＋Ｆｚ／２−Ｔθ）
ΔＶ３０３＝（Ｖ０／４）（−Ｆｘ−Ｆｚ／２＋Ｔθ）
ΔＶ２０４＝（Ｖ０／４）（−Ｆｙ＋Ｆｚ／２−Ｔφ）
ΔＶ３０４＝（Ｖ０／４）（−Ｆｙ−Ｆｚ／２＋Ｔφ）
【００８１】
制御電圧発生器１５において発生され、電極２０１〜２０４，３０１〜３０４に供給される制御用直流電圧は、以下の式によって表される。
Ｖ２０１＝Ｖ０＋ΔＶ２０１
Ｖ３０１＝Ｖ０＋ΔＶ３０１
Ｖ２０２＝Ｖ０＋ΔＶ２０２
Ｖ３０２＝Ｖ０＋ΔＶ３０２
Ｖ２０３＝Ｖ０＋ΔＶ２０３
Ｖ３０３＝Ｖ０＋ΔＶ３０３
Ｖ２０４＝Ｖ０＋ΔＶ２０４
Ｖ３０４＝Ｖ０＋ΔＶ３０４
【００８２】
Ｖ０は基準電圧である。電極２０１〜２０４，３０１〜３０４には各々制御用直流電圧Ｖ２０１〜Ｖ２０４，Ｖ３０１〜Ｖ３０４が印加される。
【００８３】
次に、浮遊回転板２に実際に作用する力を求める。浮遊回転板２の、電極２０１と電極３０１との間に挟まれた部分に作用する静電力Ｆｚ１は、制御用直流電圧Ｖ２０１とＶ３０１との差に比例する。電極２０２〜２０４と電極３０２〜３０４との間に挟まれた部分においても同様であり、以下の式に表すことができる。
Ｆｚ１＝ＫＺ（Ｖ２０１−Ｖ３０１）
Ｆｚ２＝ＫＺ（Ｖ２０２−Ｖ３０２）
Ｆｚ３＝ＫＺ（Ｖ２０３−Ｖ３０３）
Ｆｚ４＝ＫＺ（Ｖ２０４−Ｖ３０４）
【００８４】
ＫＺは浮遊回転板２の電極９ｃと、収納筐体３の電極２０１〜２０４，３０１〜３０４とによって構成されるコンデンサの形状によって決まる定数である。浮遊回転板２に作用する静電力の合力は、浮遊回転板２の、電極２０１〜２０４と電極３０１〜３０４との間に挟まれた部分に対して作用する静電力の和であり、以下の式で表される。
Ｆｚ＝ＫＺ（Ｖ２０１−Ｖ３０１＋Ｖ２０２−Ｖ３０２＋Ｖ２０３−Ｖ３０３＋Ｖ２０４−Ｖ３０４）・・・（１７）
【００８５】
前述のように、浮遊回転板２の上面に環状に設けられた複数本の電極９ｃと、それに対向する収納筐体３の電極２０１〜２０４，３０１〜３０４とは、浮遊回転板２の回転半径方向外方又は内方に偏倚しており、それによって浮遊回転板２はＸ軸方向及びＹ軸方向の力を受けている。浮遊回転板２に作用するＸ軸方向の力は、浮遊回転板２の、電極２０１，２０３と、電極３０１，３０３とに挟まれた各々の部分に作用する力であり、以下の式に表される。
Ｆｘ１＝ＫＸ（Ｖ２０１＋Ｖ３０１）
ＦＸ３＝ＫＸ（Ｖ２０３＋Ｖ３０３）
【００８６】
浮遊回転板２に作用するＸ軸方向の力は、この電極２０１，２０３と、電極３０１，３０３とに挟まれた各々の部分に作用する力であり、以下の式に表される。
Ｆｘ＝Ｆｘ１−Ｆｘ３＝ＫＸ（Ｖ２０１＋Ｖ３０１−Ｖ２０３−Ｖ３０３）・・・（１８）
【００８７】
同様に、浮遊回転板２に作用するＹ軸方向の力は、浮遊回転板２の、電極２０２，２０４と、電極３０２，３０４とに挟まれた各々の部分に作用する力であり、以下の式に表される。
Ｆｙ＝Ｆｙ２−Ｆｙ４＝ＫＹ（Ｖ２０１＋Ｖ３０１−Ｖ２０３−Ｖ３０３）・・・（１９）
【００８８】
また、浮遊回転板２のＸＺ平面方向において、前述の、Ｚ軸方向の静電力Ｆｚ１とＦｚ３とが互いに反対方向の力の作用である場合、浮遊回転板２をＹ軸まわりに回転させるトルクＴθが生成される。同様に、ＹＺ平面方向において、Ｚ軸方向の静電力Ｆｚ２とＦｚ４とが互いに反対方向の力の作用である場合、浮遊回転板２をＸ軸まわりに回転させるトルクＴφが生成される。このトルクＴθ，Ｔφは次の式によって表される。
Ｔθ＝（Ｆｚ３−Ｆｚ１）ｒ・・・（２０）
Ｔφ＝（Ｆｚ４−Ｆｚ２）ｒ・・・（２１）
【００８９】
次に、浮遊回転板２に印加すべき力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びトルクＴθ，Ｔφより、光走査装置１にかかる並進加速度αｘ，αＹ，αＺ及び角速度ｄθ／ｄｔ，ｄφ／ｄｔは、次の式で表される。
αｘ＝Ｆｘ／ｍｇ・・・（２２）
αＹ＝Ｆｙ／ｍｇ・・・（２３）
αＺ＝Ｆｚ／ｍｇ・・・（２４）
ｄθ／ｄｔ＝Ｔφ／Ｈ・・・（２５）
ｄφ／ｄｔ＝Ｔθ／Ｈ・・・（２６）
【００９０】
ｍは浮遊回転板２の質量、ｇは重力加速度、Ｈは浮遊回転板２のスピン角運動量である。数式（２２）〜（２６）の式の右辺は、浮遊回転板２の変位がゼロとなるように浮遊回転板２に印加すべき力又はトルクであり、数式（１７）〜（２１）の式によって表すことができる。
【００９１】
次に、第１及び第２の実施の形態の光走査装置１において、光を走査させる場合の作用について説明する。
【００９２】
図１乃至図４に示すように、光源（図示外）から浮遊回転板２に向かって光束が発せられると、その光束は上面ガラス板３ｂを透過し、光偏向層６上に形成された回折部７１に対して略垂直に入射される。
【００９３】
回折部７１は、その格子間隔が入射光の波長の整数倍に設定されており、浮遊回転板２の中心軸線方向から入射した光束は、浮遊回転板２のＸＹ平面方向に回折のピークを有する。回折部７１が単純なストライプ構造で形成されている場合、浮遊回転板２の中心軸線方向（Ｚ軸方向）から入射された光束は、その一部がＸＹ平面方向且つ回折部７１のストライプと垂直な方向に回折され、第１の実施の形態では±Ｘ方向にそれぞれ偏向された２本の光束となり、第２の実施の形態では−Ｘ方向に偏向された１本の光束となって光導波路２０内を伝搬する。光導波路２０を伝搬した光束は、光偏向層６の端部より出射され、さらに収納筐体３の壁面ガラス板３ｄにリング上に形成された光導波路３ｅに入射する。光束はこの光導波路３ｅを伝搬した後、その端面から装置外方へ出射される。従って、出射された光束は、浮遊回転板２の回転にともなって、回転走査されるのである。
【００９４】
以上説明したことから明らかなように、本発明の第１及び第２の実施の形態の光走査装置１によれば、収納筐体３の内部に極めて小型の浮遊回転板２を収納する構成とすることにより、光走査装置１を小型化することができるという効果がある。また、浮遊回転板２を収納筐体３内に収納したので、空気の流れから隔離されて、安定性が向上するという効果がある。また、収納筐体３内で浮遊回転板２を安定的且つ高速に回転させることにより、高速に光走査することができるという効果がある。また、浮遊回転板２の並進位置、中心軸線の傾き及び回転速度を検出して、光走査装置１を精密に制御するという効果がある。さらに、その検出値に基づいて演算を施すことで、光走査装置１の相対的な並進加速度及び角速度を算出して出力することができるという効果がある。
【００９５】
また、浮遊回転板２は、減圧封止された空間部３ａ内において空気抵抗をほとんど受けることがないのでエネルギーの損失が少なく、高い安定性を保ちつつ、且つ高速に回転駆動されるという効果がある。また、外部からの汚れや、異物の混入を防止できるので、初期の特性を長期に保つことができる。
【００９６】
また、浮遊回転板２に対して略垂直に光束を入射させるとともに浮遊回転板２と平行なＸＹ平面上の所定方向に偏向し、浮遊回転板２の回転により走査する。よって、光束が同一平面内で走査されるため、光学系が単純になるとともに、光走査装置１を極めて小型に構成することが可能となるという効果がある。また、浮遊回転板２に入射された光束は、回折部７１により偏向されるように構成したので、光偏向手段を浮遊回転板２の表面に２次元的に形成することができ、単純な構造で偏向効果を発揮させることができるという効果がある。
【００９７】
また、回折部７１は、浮遊回転板２上に形成された等間隔のピッチを有するストライプ状の屈折率分布により構成された回折格子であるので、シリコン等の材質からなる浮遊回転板２上に容易に回折格子を形成することができるという効果がある。回折部７１により偏向された光束は、光導波路２０，３ｅによって伝搬されるので、結合光学系を簡単な構造とすることができるという効果がある。尚、光導波路２０，３ｅは、省略して構成することも可能であり、浮遊回転板２又は収納筐体３のいずれか一方に設ける構成でも構わない。
【００９８】
尚、光偏向層６の構成は前述した第１及び第２の実施形態に限られず、種々の変更を施して実施することが可能である。以下、図８乃至図１３を参照して、光偏向層６の変形例について説明する。図８は、立体構造により形成した回折格子を有する浮遊回転板２の変形例を示す部分断面図である。図９は、回折効率を向上させるように凹凸の角度を設定した浮遊回転板２の変形例を示す部分断面図である。図１０は、３種類の波長に対応する回折格子を積層して構成した浮遊回転板２の変形例を示す部分断面図である。図１１は、３種類の波長に対応する回折格子を浮遊回転板２の略同一面上に構成した浮遊回転板２の変形例を示す部分断面図である。図１２は、回折方向の異なる複数個の回折格子を積層して構成した浮遊回転板２の変形例を示す斜視図である。図１３は、回折方向の異なる複数個の回折格子を浮遊回転板２の略同一面上に構成した浮遊回転板２の変形例を示す斜視図である。
【００９９】
図８に示す変形例では、回折部７２が、第１の実施の形態においては浮遊回転板２の上面に円形に設けられた光偏向層６の中心部近傍に、第２の実施の形態においては浮遊回転板２の上面の円周周辺部に環状に設けられた光偏向層６の内周近傍に、等間隔なストライプ状の格子溝、すなわち凹凸を形成した回折格子により形成されている。よって、この変形例においては、シリコン等の材質からなる浮遊回転板２上に容易に回折格子を形成することができるという効果がある。この場合、凹凸のピッチは、入射光の波長の整数倍になっており、±Ｘ方向に入射角を回折する。ただし、第２の実施の形態の光走査装置１においては、光偏向層６は浮遊回転板２の円周周辺部に設けられているので、図４で示すように、−Ｘ方向に回折された光束は、光走査装置１外方へは出射されない。さらに、浮遊回転板２を回転させれば、回折した光をＸＹ平面内で走査することができる。
【０１００】
また、図９に示す変形例では、回折部７３が、回折部７２と同様に波長の整数倍ピッチの等間隔なストライプ状の凹凸により形成された回折格子であるが、格子要素、すなわち各凹凸が、ＸＹ平面に対してθ＝４５度の角度で形成されている。格子要素が４５度に形成されていると、真上から垂直に入射した光は真横に反射されるため、単独の格子要素による回折分布は真横方向（ＸＹ平面方向）が強度最大となる。
【０１０１】
よって、この変形例においては、各格子要素による回折強度が最大になる方向と、複数の格子要素により形成された回折部の周期性に起因して生じる回折方向とが一致して、両方の相乗効果により回折効率を向上させることができるという効果である。さらに、浮遊回転板２を回転することで、明るい回折光をＸＹ平面内で走査することができる。
【０１０２】
図１０に示す変形例は、赤、緑、青のそれぞれ異なる波長を持った光束を回折する赤色光用回折部７４Ｒ、緑色光用回折部７４Ｇ、青色光用回折部７４ＢをＺ軸方向に積層して形成したものであり、３種類の波長の光束をそれぞれ回折することができる。よって、この変形例においては、中心軸線方向に積層されて浮遊回転板２に形成された各光束の波長に対応した回折部が、複数種類の波長の光束を回折することができるという効果がある。さらに、浮遊回転板２を回転することで、赤、緑、青の異なる波長の光束をＸＹ平面内で走査することができる。
【０１０３】
図１１に示す変形例は、赤、緑、青のそれぞれ異なる波長を持った光束を回折する赤色光用回折部７５Ｒ、緑色光用回折部７５Ｇ、青色光用回折部７５Ｂを略同一平面上（ＸＹ平面上）で浮遊回転板２に形成したものであり、図１０の変形例と同様に３種類の波長の光束を回折することができる。よって、この変形例においては、略同一面上で浮遊回転板２に形成された各光束の波長に対応した回折部が、複数種類の波長の光束を回折することができるという効果がある。さらに、浮遊回転板２を回転することで、赤、緑、青の異なる波長の光束をＸＹ方向のほぼ同一平面内で走査することができる。
【０１０４】
図１２に示す変形例は、±Ｘ方向に光を回折する回折部７６と±Ｙ方向に回折する回折部７７とをＺ軸方向に積層して形成したものであり、４方向に光束を偏向することができる。よって、この変形例においては、中心軸線方向に積層されて前記浮遊回転板２に形成された複数種類の波長の光束をそれぞれ回折するための各光束の波長に対応した回折手段が、複数種類の波長の光束を回折することができるという効果がある。さらに、浮遊回転板２を回転することで、ＸＹ平面内で一度に複数の方向に光を走査することができる。
【０１０５】
図１３に示す変形例は、±Ｘ方向に光を回折する回折部と±Ｙ方向に光を回折する回折部とをＸＹ平面上で重ね合わせて形成した回折格子部７８を備えたものであり、図１２の変形例と同様に４方向に光束を偏向することができる。よって、この変形例においては、略同一面上で前記浮遊回転板２に形成された複数の回折手段が、入射された光束を複数方向へ回折することができるという効果がある。
【０１０６】
次に、図１４乃至図１５を参照して、回折手段として多面鏡を用いた浮遊回転板２の変形例について説明する。図１４は、浮遊回転板２上に四角錐形状の反射鏡を形成した変形例を示す斜視図である。図１５は、浮遊回転板２を多面鏡により構成した変形例を示す斜視図である。
【０１０７】
図１４に示す変形例は、浮遊回転板２上に四角錐形状の反射鏡３１を形成したものであり、Ｚ軸方向から入射した光束は、ＸＹ平面方向に偏向され、浮遊回転板２の回転により走査される。よって、この変形例においては、反射鏡３１が光束を反射することにより、光束を所定方向に偏向することができるので、高い偏向効率を実現できるとともに、光源波長の変動に対しても安定して光束を偏向することができるという効果がある。
【０１０８】
図１５に示す変形例は、浮遊回転板２を多角柱形状（図１５では八角柱）とし、その側面に反射鏡３２を形成したものであり、通常のポリゴンスキャナと同様に、入射光を反射鏡３２によりＸＹ平面方向に反射させて走査することができる。よって、この変形例においては、八角柱の側面部分に形成された反射鏡３２が光束を反射するので、浮遊回転板２の１回転当たりの走査線を多くとることができるという効果がある。
【０１０９】
尚、浮遊回転板２は、図１４及び図１５に示した形状以外の多角柱や、多角錐、又は多角錐台の形状に形成しても構わないことは勿論である。
【０１１０】
次に、光走査装置１を備えた画像形成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１６は、光走査装置１を用いた網膜走査型ディスプレイ１００の全体構成を示す全体構成図である。網膜走査型ディスプレイ１００では、水平走査系１１７に前記第１及び第２の実施の形態の光走査装置１が用いられている。外部からの映像信号及び水平走査系１１７の光センサ１１７ａからのＢＤ（Beam Detector）信号が光源ユニット部１０１に供給されると、映像信号供給回路１０５が映像信号、水平同期信号１０３及び垂直同期信号１０４を発生する。尚、ＢＤ信号検出用の光センサ１１７ａは、光走査装置１から出射される走査光の、走査範囲の末端部に設けられ、１走査毎に１回走査光を受光することで、光走査装置１の光走査周期を検出するためのセンサである。ＢＤ信号検出回路１０２ではこの光センサ１１７ａが走査光を感知する毎に変化する抵抗値を監視し、これに基づいてＢＤ信号を生成し、映像信号供給回路１０５に出力する。この出力されたＢＤ信号をもとに、画像形成装置では画像の開始端が決定される。
【０１１１】
Ｂレーザドライバ１０６，Ｇレーザドライバ１０７，Ｒレーザドライバ１０８は映像信号供給回路１０５より出力された映像信号に基づいて、Ｂレーザ光源１０９，Ｇレーザ光源１１０，Ｒレーザ光源１１１から青色レーザ光，緑色レーザ光，赤色レーザ光をそれぞれ出射する。これら３色のレーザ光は、コリメート光学系によりそれぞれコリメートされた後、ダイクロイックミラー１１３により合成され、結合光学系１１４により光ファイバ１１５に導かれる。
【０１１２】
光ファイバ１１５によって導かれたレーザ光は、第１リレー光学系１１６により水平走査系１１７の光走査装置１の偏向面に垂直方向から入射される。偏向面から水平に出射されたレーザ光は水平方向に走査されて、第２リレー光学系１１８によって垂直走査系１１９のガルバノミラー１１９ｃに入射される。レーザ光は、垂直走査系１１９により垂直方向に走査され、第３リレー光学系１２０によって観察者の瞳孔に入射される。第３リレー光学系１２０は、水平走査系１１７及び垂直走査系１１９により２次元走査された光束を観察者の瞳孔に入射させ、最終的に観察者の網膜上に投影するための複数のレンズを組み合わせて構成した光学系である。観察者は、このように２次元走査されて網膜上に投影されたレーザ光により画像を認識することができるのである。
【０１１３】
また、光走査装置１で検出され演算された光走査装置１の並進加速度および角速度は、光走査装置変位演算部１８より出力され、映像信号供給回路１０５に出力される。映像信号供給回路１０５では、算出された光走査装置１の並進加速度および角速度を利用して、出力する映像信号に対して様々な効果を反映させることができる。
【０１１４】
よって、網膜走査型ディスプレイ１００においては、主要構成要素である光走査装置１が、小型で、高速・高解像度であるので、網膜走査型ディスプレイ１００を小型化できるとともに、高解像度の画像を高速に形成することができるという効果がある。
【０１１５】
尚、本発明は上述した第１及び第２の実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【０１１６】
例えば、前記第１及び第２の実施の形態の光走査装置１では、浮遊回転板２をガラスカプセル状の収納筐体３に収納する構成としたが、これらに限るものではない。要するに、光束を浮遊回転板２の光偏向層６に対して垂直に入射し、浮遊回転板２の面方向と平行な円周方向に偏向する構成であれば、光走査装置１を小型化することができるのである。
【０１１７】
また、前記第１及び第２の実施の形態の光走査装置１は、網膜走査型ディスプレイ１００以外の画像形成装置にも利用可能であることはいうまでもない。例えば、光走査装置１をレーザプリンタやコピー機等に組み込んで、感光体ドラム上にレーザ光を走査させるように構成してもよい。また、自動車等のナビゲーションシステムにおける画像形成装置として利用することで、ドライバーに速度、加速度、位置等の情報を提供し、且つ運転中でもほとんど視点をずらすことのない安全なナビゲーションシステムにおける画像形成装置として構成してもよい。
【０１１８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明の光走査装置では、入射した光束を所定方向へ偏向する光偏向手段を有する浮遊回転板を、内部に形成された空間部に収納するとともに浮遊状態で回転可能に支持する収納筐体において、浮遊回転駆動手段が、その収納筐体に収納された浮遊回転板を、静電力により浮遊させるとともに、浮遊回転板の中心軸線の周りに回転させ、位置検出手段が、収納筐体に対する浮遊回転板の並進位置及び回転位置を検出して信号を出力し、制御手段が、位置検出手段の出力信号に基づき、浮遊回転駆動手段を制御する帰還信号を出力することによって、浮遊回転板の並進位置及び回転位置を所望の状態に維持し、運動検出手段が、位置検出手段の出力信号及び制御手段の帰還信号の少なくとも一方に対して演算を施し、収納筐体の並進加速度及び角速度の少なくとも一方を算出して出力することができる。従って、収納筐体の内部に極めて小型の浮遊回転板を収納する構成とすることにより、光走査装置を小型化することができる。また、浮遊回転板を収納筐体内に収納し、空気の流れから隔離させることで、安定性を向上することができる。また、収納筐体内で浮遊回転板の安定的且つ光束に回転させることにより、高速に光走査することができる。また、浮遊回転板に対して収納筐体の並進加速度乃至角速度の何れかに基づいた制御を行うことができ、光走査を精密に制御することができる。
【０１１９】
また、請求項２に係る発明の光走査装置では、請求項１に係る発明の効果に加え、収納筐体の内部に形成された空間部が減圧されており、空気抵抗がほとんどない状態なので、浮遊回転板の回転力が失われにくい。従って、浮遊回転板の運動エネルギーの損失が少なく、高い安定性を保ちつつ、且つ高速に浮遊回転板を回転駆動することができる。
【０１２０】
また、請求項３に係る発明の光走査装置では、請求項１又は２に係る発明の効果に加え、収納筐体の光偏向手段に対向する面の少なくとも一部が透光性部材により構成されており、光偏向手段は、透光性部材を透過して浮遊回転板に対して略垂直に入射した光束を、浮遊回転板と略平行な平面上の所定の単一方向もしくは複数方向に偏向することができる。従って、光束が同一平面内で走査されるため、光学系が単純になるとともに、光走査装置をより小型に構成することができる。
【０１２１】
また、請求項４に係る発明の光走査装置では、請求項１乃至３の何れかに係る発明の効果に加え、光偏向手段は回折手段により構成されており、単純な構造で、入射した光束を偏向することができる。従って、光偏向手段を浮遊回転板の表面に２次元的に形成することができ、単純な構造で偏向効果を発揮させることができる。
【０１２２】
また、請求項５に係る発明の光走査装置では、請求項４に係る発明の効果に加え、回折手段は、浮遊回転板上に形成された等間隔のピッチを有するストライプ状の屈折率分布により構成された回折格子からなり、入射した光束を所定方向に偏向することができる。従って、シリコン等の材質からなる浮遊回転板上に容易に回折格子を形成することができる。
【０１２３】
また、請求項６に係る発明の光走査装置では、請求項４に係る発明の効果に加え、回折手段は、浮遊回転板上に形成された等間隔のピッチを有するストライプ状の立体構造により構成された回折格子からなり、入射した光束を所定方向に偏向することができる。従って、シリコン等の材質からなる浮遊回転板上に容易に回折格子を形成することができる。
【０１２４】
また、請求項７に係る発明の光走査装置では、請求項５又は６に係る発明の効果に加え、回折手段は、その回折手段を構成する個別の格子要素が有する入射した光束に対する回折強度分布の最大方向と、その回折手段が有する周期構造に基づく回折強度最大方向とが同じであるので、両方の相乗効果により回折効率を向上させることができる。
【０１２５】
また、請求項８に係る発明の光走査装置では、請求項４乃至７の何れかに係る発明の効果に加え、各光束の波長に対応した回折手段が略同一面上で浮遊回転板に形成されているので、光偏向手段は、各光束の波長に対応した各々の回折手段によって、複数種類の波長の光束をそれぞれ回折することができる。
【０１２６】
また、請求項９に係る発明の光走査装置では、請求項４乃至７の何れかに係る発明の効果に加え、各光束の波長に対応した回折手段が中心軸線方向に積層されて浮遊回転板に形成されているので、光偏向手段は複数種類の波長の光束をそれぞれ回折することができる。
【０１２７】
また、請求項１０に係る発明の光走査装置では、請求項４乃至９の何れかに係る発明の効果に加え、各回折方向に対応した複数の回折手段が略同一面上で浮遊回転板に形成されているので、光偏向手段は入射された光束を複数方向へ回折することができる。
【０１２８】
また、請求項１１に係る発明の光走査装置では、請求項４乃至９の何れかに係る発明の効果に加え、各回折方向に対応した複数の回折手段が中心軸線方向に積層されて浮遊回転板に形成されているので、光偏向手段は入射された光束を複数方向へ回折することができる。
【０１２９】
また、請求項１２に係る発明の光走査装置では、請求項１乃至３の何れかに係る発明の効果に加え、光偏向手段は、光束を反射可能な多面鏡により構成されており、入射した光束を所定方向に偏向することができる。従って、高い偏向効率を実現できるとともに、光源波長の変動に対しても安定して光束を偏向することができる。
【０１３０】
また、請求項１３に係る発明の光走査装置では、請求項１２に係る発明の効果に加え、多面鏡は、多角柱、もしくは多角錐、又は多角錐台のうち何れかの側面部分に形成されており、入射した光束を所定方向に偏向することができる。従って、浮遊回転板一回転当たりの走査線数を多くとることができる。
【０１３１】
また、請求項１４に係る発明の光走査装置では、請求項１乃至１３の何れかに係る発明の効果に加え、浮遊回転板及び収納筐体の何れか一方、もしくは両方に、形成された導波路構造により、光偏向手段を介して光束を伝搬することができる。従って、結合光学系を簡単な構造とすることができる。
【０１３２】
また、請求項１５に係る発明の光走査装置では、請求項１乃至１４の何れかに係る発明の効果に加え、浮遊回転板は導電性の材料より構成され、収納筐体は絶縁性の材料より構成され、浮遊回転板の両面と、収納筐体内面上壁及び内面底壁とに各々対向する電極が形成されているので、両電極間における静電力により、浮遊回転板を浮遊させるとともに回転駆動させることができる。従って、光走査装置１の小型化を図ることができる。
【０１３３】
また、請求項１６に係る発明の光走査装置を備えた画像形成装置では、請求項１乃至１５の何れかに記載の光走査装置を少なくとも一つ備え、変調手段が少なくとも１つの光源から出射される光束を画像信号に応じて変調し、走査手段が変調された光束を二次元的に走査させ、光学系により走査された光束を観察者の瞳孔に入射することができる。従って、主要構成要素である光走査装置が、小型で、高速・高解像度であるので、画像形成装置を小型化できるとともに、高解像度の画像を高速に形成することができる。また、光走査装置より出力されるの並進加速度及び角速度を利用して、画像形成装置に対して観察者の動作に合わせたフィードバックを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１の実施の形態における光走査装置１の構造を模式的に表した斜視図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態における光走査装置１の断面構造を模式的に表した断面図である。
【図３】図３は、第２の実施の形態における光走査装置１の構造を模式的に表した斜視図である。
【図４】図４は、第２の実施の形態における光走査装置１の断面構造を模式的に表した断面図である。
【図５】図５は、屈折率分布により形成した回折格子を有する浮遊回転板２の部分断面図である。
【図６】図６（Ａ）は、第１の実施の形態における光走査装置１のＸＺ平面における断面図であり、図６（Ｂ）は、第１の実施の形態における光走査装置１のＸＹ平面における平面図である。
【図７】図７（Ａ）は、第２の実施の形態における光走査装置１のＸＺ平面における断面図であり、図７（Ｂ）は、第２の実施の形態における光走査装置１のＸＹ平面における平面図である。
【図８】図８は、立体構造により形成した回折格子を有する浮遊回転板２の変形例を示す部分断面図である。
【図９】図９は、回折効率を向上させるように凹凸の角度を設定した浮遊回転板２の変形例を示す部分断面図である。
【図１０】図１０は、３種類の波長に対応する回折格子を積層して構成した浮遊回転板２の変形例を示す部分断面図である。
【図１１】図１１は、３種類の波長に対応する回折格子を浮遊回転板２の略同一面上に構成した浮遊回転板２の変形例を示す部分断面図である。
【図１２】図１２は、回折方向の異なる複数個の回折格子を積層して構成した浮遊回転板２の変形例を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、回折方向の異なる複数個の回折格子を浮遊回転板２の略同一面上に構成した浮遊回転板２の変形例を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、浮遊回転板２上に四角錐形状の反射鏡を形成した変形例を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、浮遊回転板２を多面鏡により構成した変形例を示す斜視図である。
【図１６】図１６は、光走査装置１を用いた網膜走査型ディスプレイ１００の全体構成を示す図である。
【図１７】図１７（Ａ）は、電極２０１〜２０４，３０１〜３０４と、電極９ｃとを模式的なコンデンサとして考えた、制御部１１の動作を説明するための模式図であり、図１７（Ｂ）は、直線加速度ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ及び回転モーメントｆθ，ｆφを無次元化する方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１    光走査装置
２    浮遊回転板
３    収納筐体
３ａ  空間部
３ｂ  上面ガラス板
３ｃ  底面ガラス板
３ｄ  壁面ガラス板
３ｅ  光導波路
４    電極群
６    光偏向層
９    電極群
１１    制御部
１２    変位演算部
１３    ＰＩＤ演算部
１６    駆動部
１７    加速度出力演算部
１８    光走査装置変位演算部
２０    光導波路
３１    反射鏡
３２    反射鏡
７１    回折部
７１ａ  格子領域
１００    網膜走査型ディスプレイ
【図１】
0003877612.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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