JP2924738B2 - 光偏向装置 - Google Patents
光偏向装置Info
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- JP2924738B2 JP2924738B2 JP27504795A JP27504795A JP2924738B2 JP 2924738 B2 JP2924738 B2 JP 2924738B2 JP 27504795 A JP27504795 A JP 27504795A JP 27504795 A JP27504795 A JP 27504795A JP 2924738 B2 JP2924738 B2 JP 2924738B2
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- diffraction
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Description
【０００１】
【技術分野】この発明は，光ビームの方向を変化させる
光偏向装置に関する。
光偏向装置に関する。
【０００２】
【背景技術】従来，光ビームを偏向または走査する装置
として，(1) 側面がミラー面である多角柱を回転させ，
ミラー面に入射する光の反射光の方向を変化させるポリ
ゴン・スキャナ，(2) 平面鏡をアクチュエータによって
回転させるガルバノ・スキャナ，(3) 円周方向にホログ
ラフィック・レンズを複数配置した円盤を回転させるホ
ログラフィック・スキャナ，(4) 透明媒質の屈折率を電
界等で変化させるものなどが知られている。
として，(1) 側面がミラー面である多角柱を回転させ，
ミラー面に入射する光の反射光の方向を変化させるポリ
ゴン・スキャナ，(2) 平面鏡をアクチュエータによって
回転させるガルバノ・スキャナ，(3) 円周方向にホログ
ラフィック・レンズを複数配置した円盤を回転させるホ
ログラフィック・スキャナ，(4) 透明媒質の屈折率を電
界等で変化させるものなどが知られている。
【０００３】しかしながら，上述したポリゴン・スキャ
ナ，ガルバノ・スキャナ，ホログラフィック・スキャナ
は，耐久性や出力トルク等の理由から，ミラーや円盤を
回転させるモータを微小化（ミリメートルのオーダとす
ること）することが困難である。近年マイクロマシン技
術により，モータの小型化は大いに進展してきているも
のの，実用に耐え得るモータの実現には多くの課題（た
とえばモータ軸受け部における磨耗など）を残してい
る。また，ポリゴン・スキャナとガルバノ・スキャナは
ミラーで光を反射させる構成なので，光源からの光と走
査光（反射光）とが干渉しないような光学配置にする必
要がある。このため，装置内部に無駄なスペースが生じ
てしまい，装置全体の小型化を図る上で問題があった。
ナ，ガルバノ・スキャナ，ホログラフィック・スキャナ
は，耐久性や出力トルク等の理由から，ミラーや円盤を
回転させるモータを微小化（ミリメートルのオーダとす
ること）することが困難である。近年マイクロマシン技
術により，モータの小型化は大いに進展してきているも
のの，実用に耐え得るモータの実現には多くの課題（た
とえばモータ軸受け部における磨耗など）を残してい
る。また，ポリゴン・スキャナとガルバノ・スキャナは
ミラーで光を反射させる構成なので，光源からの光と走
査光（反射光）とが干渉しないような光学配置にする必
要がある。このため，装置内部に無駄なスペースが生じ
てしまい，装置全体の小型化を図る上で問題があった。
【０００４】また屈折率を変化させるものは，モータの
ような可動部が存在しないで微小化には適しているが，
得られる偏向角（走査角）が狭く，数度が限界で，用途
が制限されるという問題がある。
ような可動部が存在しないで微小化には適しているが，
得られる偏向角（走査角）が狭く，数度が限界で，用途
が制限されるという問題がある。
【０００５】
【発明の開示】この発明は，小型で偏向角度が大きい光
偏向装置を提供することを目的とする。
偏向装置を提供することを目的とする。
【０００６】この発明による透過タイプの光偏向装置
は，平行に配置された格子間隔が等しい少なくとも２つ
の回折格子，上記の２つの回折格子を，それらの格子面
に垂直な方向に，相対的に接近離間自在に支持する支持
部材，および上記の２つの回折格子が接触位置と離隔し
た位置の少なくとも２つの位置をとるように，少なくと
も一方の回折格子を格子面と垂直な方向に移動させる駆
動手段を備えている。
は，平行に配置された格子間隔が等しい少なくとも２つ
の回折格子，上記の２つの回折格子を，それらの格子面
に垂直な方向に，相対的に接近離間自在に支持する支持
部材，および上記の２つの回折格子が接触位置と離隔し
た位置の少なくとも２つの位置をとるように，少なくと
も一方の回折格子を格子面と垂直な方向に移動させる駆
動手段を備えている。
【０００７】２つの回折格子が接触ないしは密着した状
態では１つの回折格子と等価である。２つの回折格子が
接触した状態では好ましくは，それらのスリットまたは
凹凸がぴったり一致している。入射光はこの１つの回折
格子によって１回回折される。
態では１つの回折格子と等価である。２つの回折格子が
接触した状態では好ましくは，それらのスリットまたは
凹凸がぴったり一致している。入射光はこの１つの回折
格子によって１回回折される。
【０００８】２つの回折格子が離れている場合には入射
光は２つの回折格子によって２回回折される。
光は２つの回折格子によって２回回折される。
【０００９】回折を１回受けた回折光と回折を２回受け
た回折光とでは一般に回折角が異なるので，少なくとも
２つの異なる角度の偏向光が得られる。
た回折光とでは一般に回折角が異なるので，少なくとも
２つの異なる角度の偏向光が得られる。
【００１０】この発明による反射型の光偏向装置は，平
行に配置された回折格子とミラー，上記回折格子および
ミラーを，それらの面に垂直な方向に，相対的に接近離
間自在に支持する支持部材，および上記回折格子とミラ
ーが接触位置と離隔した位置の少なくとも２つの位置を
とるように，回折格子とミラーの少なくとも一方をそれ
らの面と垂直な方向に移動させる駆動手段を備えてい
る。
行に配置された回折格子とミラー，上記回折格子および
ミラーを，それらの面に垂直な方向に，相対的に接近離
間自在に支持する支持部材，および上記回折格子とミラ
ーが接触位置と離隔した位置の少なくとも２つの位置を
とるように，回折格子とミラーの少なくとも一方をそれ
らの面と垂直な方向に移動させる駆動手段を備えてい
る。
【００１１】反射型の光偏向装置においても，回折格子
がミラーに密着してる場合と，回折格子がミラーから離
れている場合とではミラーからの反射光の反射角（回折
角）が異なるので，少なくとも２段階の光の偏向が可能
である。
がミラーに密着してる場合と，回折格子がミラーから離
れている場合とではミラーからの反射光の反射角（回折
角）が異なるので，少なくとも２段階の光の偏向が可能
である。
【００１２】上述した透過型の光偏向装置における好ま
しい実施態様では，上記支持部材が穴があけられた基板
と，この基板上に固定され，弾性変形する部分を有する
支持部とを含み，上記２つの回折格子のうちの一方の回
折格子が上記の穴を塞ぐように上記基板に固定され，他
方の回折格子がその両端で上記支持部の弾性変形する部
分に支持される。
しい実施態様では，上記支持部材が穴があけられた基板
と，この基板上に固定され，弾性変形する部分を有する
支持部とを含み，上記２つの回折格子のうちの一方の回
折格子が上記の穴を塞ぐように上記基板に固定され，他
方の回折格子がその両端で上記支持部の弾性変形する部
分に支持される。
【００１３】反射型の光偏向装置における好ましい実施
態様では，上記支持部材が基板と，この基板上に固定さ
れ，弾性変形する部分を有する支持部とを含み，上記回
折格子とミラーのうちの一方が上記基板に固定され，他
方がその両端で上記支持部の弾性変形する部分に支持さ
れる。
態様では，上記支持部材が基板と，この基板上に固定さ
れ，弾性変形する部分を有する支持部とを含み，上記回
折格子とミラーのうちの一方が上記基板に固定され，他
方がその両端で上記支持部の弾性変形する部分に支持さ
れる。
【００１４】これら両方の型の光偏向装置において，一
実施態様においては，上記駆動手段は上記支持部に設け
られた圧電素子を含み，その逆圧電効果によって支持部
を変形させるものである。
実施態様においては，上記駆動手段は上記支持部に設け
られた圧電素子を含み，その逆圧電効果によって支持部
を変形させるものである。
【００１５】他の実施態様においては，上記駆動手段
は，上記支持部に設けられた第１の電極と，上記基板上
の第１の電極に対向する位置に配置された第２の電極と
を含み，これらの第１および第２の電極間に生じる静電
気力によって支持部を変形させるものである。
は，上記支持部に設けられた第１の電極と，上記基板上
の第１の電極に対向する位置に配置された第２の電極と
を含み，これらの第１および第２の電極間に生じる静電
気力によって支持部を変形させるものである。
【００１６】さらに他の実施態様においては，上記駆動
手段は，上記支持部に設けられた上記支持部と熱膨脹係
数の異なる部材を含み，この部材および上記支持部を加
熱することにより上記支持部を変形させるものである。
手段は，上記支持部に設けられた上記支持部と熱膨脹係
数の異なる部材を含み，この部材および上記支持部を加
熱することにより上記支持部を変形させるものである。
【００１７】回折格子またはミラーを弾性変形する部分
を含む支持部で支持することにより，磨耗が生じること
なく，安定な動作が期待できる。
を含む支持部で支持することにより，磨耗が生じること
なく，安定な動作が期待できる。
【００１８】この発明によると，光偏向装置は，回折格
子（およびミラー），支持部材および駆動手段によって
構成することができるので，超小型化を図ることができ
る。また，偏向角の変化を大きくとることができる。駆
動される回折格子は軽いので超高速動作が可能となる。
透過型の光偏向装置では光軸調整等が比較的容易であ
る。
子（およびミラー），支持部材および駆動手段によって
構成することができるので，超小型化を図ることができ
る。また，偏向角の変化を大きくとることができる。駆
動される回折格子は軽いので超高速動作が可能となる。
透過型の光偏向装置では光軸調整等が比較的容易であ
る。
【００１９】この発明によるもう１つの透過型の光偏向
装置は，互いに接触した状態で配置された格子間隔が等
しい少なくとも２つの回折格子，および上記の２つの回
折格子の少なくとも一方を，格子面に平行な方向に変位
させる駆動手段を備えている。
装置は，互いに接触した状態で配置された格子間隔が等
しい少なくとも２つの回折格子，および上記の２つの回
折格子の少なくとも一方を，格子面に平行な方向に変位
させる駆動手段を備えている。
【００２０】接触ないしは密接している２つの回折格子
は１つの回折格子と等価である。この回折格子の格子定
数は２つの回折格子の相対的位置関係によって定まる。
たとえば，２つの回折格子のスリットまたは凹凸がぴっ
たり一致していれば，格子手数はこれらの回折格子の格
子定数と等しく，格子間隔の丁度半分ずれていれば格子
定数は半分になる。このようにして，２つの回折格子の
相対的位置に応じて回折角が定まるので，一方の回折格
子を平行移動させるだけで光の偏向が可能となる。
は１つの回折格子と等価である。この回折格子の格子定
数は２つの回折格子の相対的位置関係によって定まる。
たとえば，２つの回折格子のスリットまたは凹凸がぴっ
たり一致していれば，格子手数はこれらの回折格子の格
子定数と等しく，格子間隔の丁度半分ずれていれば格子
定数は半分になる。このようにして，２つの回折格子の
相対的位置に応じて回折角が定まるので，一方の回折格
子を平行移動させるだけで光の偏向が可能となる。
【００２１】この光偏向装置も上述したものと同じ効果
を奏する。
を奏する。
【００２２】このような光偏向装置を複数個光ビームの
光路上に配置することにより，より多くの，より大きな
偏向角が得られる光偏向装置が実現する。
光路上に配置することにより，より多くの，より大きな
偏向角が得られる光偏向装置が実現する。
【００２３】この発明による光偏向装置は光シャッタ装
置や光スイッチ装置等に応用できる。
置や光スイッチ装置等に応用できる。
【００２４】
【実施例】図１は光偏向装置の全体を示す斜視図，図２
は図１のII−II線にそう断面図，図３は後述する圧電薄
膜アクチュエータ付近の拡大図である。これらの図にお
いて，作図の便宜上および理解を容易にするため，装置
の肉厚および後述するスリットの間隔が実際よりもかな
り強調して描かれている。このことは以下に示す他の実
施例を表わす図面においても同様である。
は図１のII−II線にそう断面図，図３は後述する圧電薄
膜アクチュエータ付近の拡大図である。これらの図にお
いて，作図の便宜上および理解を容易にするため，装置
の肉厚および後述するスリットの間隔が実際よりもかな
り強調して描かれている。このことは以下に示す他の実
施例を表わす図面においても同様である。
【００２５】光偏向装置は，基板１と，この基板１上に
固定された固定回折格子２ａと，固定回折格子２ａに間
隙をあけて対向する位置に配置された可動回折格子２ｂ
と，可動回折格子２ｂをその両端で弾性的に支持する２
つの支持部とを含む。
固定された固定回折格子２ａと，固定回折格子２ａに間
隙をあけて対向する位置に配置された可動回折格子２ｂ
と，可動回折格子２ｂをその両端で弾性的に支持する２
つの支持部とを含む。
【００２６】固定回折格子２ａおよび可動回折格子２ｂ
は，格子定数（格子間隔）ｄの直線状の多数のスリット
21が刻まれた同一形状の透過型回折格子である。これら
の部材は，好ましくは単結晶シリコン基板から形成さ
れ，シリコンマイクロマシン技術を用いた微細加工によ
って作製される。
は，格子定数（格子間隔）ｄの直線状の多数のスリット
21が刻まれた同一形状の透過型回折格子である。これら
の部材は，好ましくは単結晶シリコン基板から形成さ
れ，シリコンマイクロマシン技術を用いた微細加工によ
って作製される。
【００２７】固定基板１の中央には入射する光ビームを
通すための穴11が形成されている。固定回折格子２ａは
この穴11を塞ぐようにして固定基板１上に固定されてい
る。
通すための穴11が形成されている。固定回折格子２ａは
この穴11を塞ぐようにして固定基板１上に固定されてい
る。
【００２８】固定回折格子２ａの外側の位置に２つの支
持部３が固定基板１上に固定されている。支持部３は弾
性を有する薄肉部３ａを有しており，ばね部31を介して
可動回折格子２ｂを両持ち状に支持している。支持部
３，薄肉部３ａ，ばね部31および可動回折格子２ｂは好
ましくはシリコン基板により一体的に形成される。ばね
部31は両持ち状のものに限らず，他の形状，たとえば可
動回折格子２ｂを四方から支持するものや，可動回折格
子２ｂの端部を連続的に支持するダイアフラム（薄膜）
状のものであってもよい。
持部３が固定基板１上に固定されている。支持部３は弾
性を有する薄肉部３ａを有しており，ばね部31を介して
可動回折格子２ｂを両持ち状に支持している。支持部
３，薄肉部３ａ，ばね部31および可動回折格子２ｂは好
ましくはシリコン基板により一体的に形成される。ばね
部31は両持ち状のものに限らず，他の形状，たとえば可
動回折格子２ｂを四方から支持するものや，可動回折格
子２ｂの端部を連続的に支持するダイアフラム（薄膜）
状のものであってもよい。
【００２９】固定回折格子２ａおよび可動回折格子２ｂ
は，シリコン基板に直線スリット21を刻んだものに限ら
ず，たとえばガラス基板等の透明板の一面にアルミニウ
ム等の金属薄膜からなる多数の平行な直線を微小間隔で
蒸着させたものや，格子断面が鋸歯状のブレーズド回折
格子であってもよい。ブレーズド格子の場合は，特定次
数の回折光，たとえば＋１次光だけが得られるようにす
ることができるので，光ビームの回折効果を高めること
ができる。金属薄膜による回折格子の場合には，金属薄
膜が対向するように固定，可動回折格子が配置される。
ブレーズド回折格子の場合には，鋸歯状の歯のある面と
反対側の面が対向するように固定，可動回折格子が配置
される。
は，シリコン基板に直線スリット21を刻んだものに限ら
ず，たとえばガラス基板等の透明板の一面にアルミニウ
ム等の金属薄膜からなる多数の平行な直線を微小間隔で
蒸着させたものや，格子断面が鋸歯状のブレーズド回折
格子であってもよい。ブレーズド格子の場合は，特定次
数の回折光，たとえば＋１次光だけが得られるようにす
ることができるので，光ビームの回折効果を高めること
ができる。金属薄膜による回折格子の場合には，金属薄
膜が対向するように固定，可動回折格子が配置される。
ブレーズド回折格子の場合には，鋸歯状の歯のある面と
反対側の面が対向するように固定，可動回折格子が配置
される。
【００３０】支持部３の薄肉部３ａ上に圧電薄膜アクチ
ュエータ32が設けられている。圧電薄膜アクチュエータ
32は圧電層35と，この圧電層35を上下から挟む２つの電
極層36，37とによって構成されている。これらの電極層
36，37から外部接続電極36ａ，37ａがのびている。薄肉
部３ａがシリコンの場合には，電極層37および外部接続
電極36ａ，37ａは絶縁体を介して設けられる。
ュエータ32が設けられている。圧電薄膜アクチュエータ
32は圧電層35と，この圧電層35を上下から挟む２つの電
極層36，37とによって構成されている。これらの電極層
36，37から外部接続電極36ａ，37ａがのびている。薄肉
部３ａがシリコンの場合には，電極層37および外部接続
電極36ａ，37ａは絶縁体を介して設けられる。
【００３１】この圧電層35に電圧を印加すると，逆圧電
効果によって圧電層35内に応力が生じる。この応力によ
って薄肉部３ａは下側に反る。これによって可動回折格
子２ｂは固定回折格子２ａの方向に垂直に変位し，ばね
部31が伸び，可動回折格子２ｂは固定回折格子２ａに接
する（図２において，固定回折格子２ａに接触した可動
回折格子２ｂを鎖線で示す）。電圧の印加を停止する
と，可動回折格子２ｂはばね部31の復元力によって元の
位置に戻る。
効果によって圧電層35内に応力が生じる。この応力によ
って薄肉部３ａは下側に反る。これによって可動回折格
子２ｂは固定回折格子２ａの方向に垂直に変位し，ばね
部31が伸び，可動回折格子２ｂは固定回折格子２ａに接
する（図２において，固定回折格子２ａに接触した可動
回折格子２ｂを鎖線で示す）。電圧の印加を停止する
と，可動回折格子２ｂはばね部31の復元力によって元の
位置に戻る。
【００３２】図４(A) および(B) は光ビームの偏向原理
を示す。(A) は圧電薄膜アクチュエータ32に電圧を印加
して回折格子２ａと２ｂとを接触させた状態を，(B) は
電圧を印加しない状態，すなわち可動回折格子２ｂが固
定回折格子２ａから離れている状態をそれぞれ示してい
る。
を示す。(A) は圧電薄膜アクチュエータ32に電圧を印加
して回折格子２ａと２ｂとを接触させた状態を，(B) は
電圧を印加しない状態，すなわち可動回折格子２ｂが固
定回折格子２ａから離れている状態をそれぞれ示してい
る。
【００３３】可動回折格子２ｂが固定回折格子２ａに接
した状態では，それらのスリット21ａと21ｂとが上下方
向に一致する。したがって，この状態では回折格子２ａ
と２ｂは１つの回折格子となる。この回折格子に入射す
る光ビームは１回の回折効果を受ける。可動回折格子２
ｂの上面に入射した法線Ｐに平行な光ビームは，次式で
表される出射角度θで固定回折格子２ａから出射され
る。
した状態では，それらのスリット21ａと21ｂとが上下方
向に一致する。したがって，この状態では回折格子２ａ
と２ｂは１つの回折格子となる。この回折格子に入射す
る光ビームは１回の回折効果を受ける。可動回折格子２
ｂの上面に入射した法線Ｐに平行な光ビームは，次式で
表される出射角度θで固定回折格子２ａから出射され
る。
【００３４】 sinθ＝ｍλ／ｄ …式１
【００３５】ここでλは光ビームの波長，ｄは回折格子
の格子定数（格子間隔），ｍは回折次数（ｍ＝０，±
１，±２，…）である。図面上では簡略化のため＋１次
の回折光のみが示されている（以下の図面においても同
様である）。
の格子定数（格子間隔），ｍは回折次数（ｍ＝０，±
１，±２，…）である。図面上では簡略化のため＋１次
の回折光のみが示されている（以下の図面においても同
様である）。
【００３６】電圧を印加せずに固定回折格子２ａと可動
回折格子２ｂが分離している場合には入射する光ビーム
は２回の回折効果を受ける。光ビームは可動回折格子２
ｂを通過するときに，式１に示す回折効果を受け，角度
θで出射する。可動回折格子２ｂで回折された光ビーム
は固定回折格子２ａでも回折効果を受けることになる。
入射角度θで回折格子に入射した光ビームの出射角度θ
1 は次式から算出される。
回折格子２ｂが分離している場合には入射する光ビーム
は２回の回折効果を受ける。光ビームは可動回折格子２
ｂを通過するときに，式１に示す回折効果を受け，角度
θで出射する。可動回折格子２ｂで回折された光ビーム
は固定回折格子２ａでも回折効果を受けることになる。
入射角度θで回折格子に入射した光ビームの出射角度θ
1 は次式から算出される。
【００３７】 sinθ1 − sinθ＝ｍλ／ｄ …式２
【００３８】式２に式１を代入すると次式を得る。 sinθ1 ＝２ｍλ／ｄ …式３
【００３９】したがって，可動回折格子２ｂに入射した
光ビームは，式３で表される角度θ1 で固定回折格子２
ａから出射することになる。
光ビームは，式３で表される角度θ1 で固定回折格子２
ａから出射することになる。
【００４０】このように２枚の回折格子２ａ，２ｂを密
着させたり分離させたりすることによって，光ビームの
偏向方向を変化させることができる。たとえば，波長λ
を780nm ，格子定数ｄを２μｍとした場合には，密着状
態で１次回折光の回折角度は約23度，離した場合には約
51度となり，その差は約30度となる。
着させたり分離させたりすることによって，光ビームの
偏向方向を変化させることができる。たとえば，波長λ
を780nm ，格子定数ｄを２μｍとした場合には，密着状
態で１次回折光の回折角度は約23度，離した場合には約
51度となり，その差は約30度となる。
【００４１】好ましくは，図５に示すように，固定回折
格子２ａまたは可動回折格子２ｂのいずれか一方の表面
に，密着したときの電気的短絡を防ぐための絶縁膜53が
形成される。
格子２ａまたは可動回折格子２ｂのいずれか一方の表面
に，密着したときの電気的短絡を防ぐための絶縁膜53が
形成される。
【００４２】図６(A) および(B) は固定回折格子２ａの
代わりにミラー４を設けた実施例を示している。
代わりにミラー４を設けた実施例を示している。
【００４３】基板１上に固定回折格子２ａに代えてミラ
ー４が固定されている。可動回折格子２ｂをミラー４に
密着させたり分離させたりすることによって光の偏向方
向を変化させる。回折光はミラー４で反射して入射側か
ら出射される。したがって，基板１に穴11を形成する必
要はない。
ー４が固定されている。可動回折格子２ｂをミラー４に
密着させたり分離させたりすることによって光の偏向方
向を変化させる。回折光はミラー４で反射して入射側か
ら出射される。したがって，基板１に穴11を形成する必
要はない。
【００４４】可動回折格子２ｂをミラー４に密着させた
場合には（図６(A) ），法線Ｐに平行に入射した光ビー
ムは，可動回折格子２ｂで回折されかつミラー４で反射
して，式１で表される反射角度θで可動回折格子２ｂか
ら出射する。
場合には（図６(A) ），法線Ｐに平行に入射した光ビー
ムは，可動回折格子２ｂで回折されかつミラー４で反射
して，式１で表される反射角度θで可動回折格子２ｂか
ら出射する。
【００４５】可動回折格子２ｂをミラー４から離してこ
れらの間に間隙を設けた場合には（図６(B) ），入射光
ビームは可動回折格子２ｂで回折効果を受け，式１で表
される角度θでミラー４に入射する。ミラー面４で反射
された光ビームは，再び可動回折格子２ｂによって回折
され，式３で表される角度θ1 で可動回折格子２ｂから
出射することになる。逆に回折格子２ｂを固定し，ミラ
ー４を動かすように構成してもよい。
れらの間に間隙を設けた場合には（図６(B) ），入射光
ビームは可動回折格子２ｂで回折効果を受け，式１で表
される角度θでミラー４に入射する。ミラー面４で反射
された光ビームは，再び可動回折格子２ｂによって回折
され，式３で表される角度θ1 で可動回折格子２ｂから
出射することになる。逆に回折格子２ｂを固定し，ミラ
ー４を動かすように構成してもよい。
【００４６】図７(A) および(B) は可動回折格子２ｂを
その面方向に変位させる実施例を示している。固定回折
格子２ａは基板上に固定され，可動回折格子２ｂはアク
チュエータ（図示略）により固定回折格子２ａ上をｄ／
２の距離変位させられる。
その面方向に変位させる実施例を示している。固定回折
格子２ａは基板上に固定され，可動回折格子２ｂはアク
チュエータ（図示略）により固定回折格子２ａ上をｄ／
２の距離変位させられる。
【００４７】これらの回折格子２ａ，２ｂのスリット21
ａ，21ｂが上下方向に一致するように，固定回折格子２
ａ上に可動回折格子２ｂが配置されている。可動回折格
子２ｂは好ましくは，変位したときに固定回折格子２ａ
との間に摩擦を生じない程度のわずかな隙間をあけて支
持されている。２つの回折格子２ａと２ｂが実質的に１
つの回折格子を構成するので，この回折格子に入射する
光ビームの回折角は式１で表わされる角度θである。
ａ，21ｂが上下方向に一致するように，固定回折格子２
ａ上に可動回折格子２ｂが配置されている。可動回折格
子２ｂは好ましくは，変位したときに固定回折格子２ａ
との間に摩擦を生じない程度のわずかな隙間をあけて支
持されている。２つの回折格子２ａと２ｂが実質的に１
つの回折格子を構成するので，この回折格子に入射する
光ビームの回折角は式１で表わされる角度θである。
【００４８】この状態から可動回折格子２ｂを格子面方
向（水平方向）にスリット間隔ｄの半分だけ移動させる
と，２つの回折格子２ａと２ｂとによって格子間隔がｄ
／２の新たな回折格子が形成される。式１のｄをｄ／２
に置き換えると， sinθ1 ＝２ｍλ（ｄ／２）＝２ｍλ／ｄ …式４ となる。これは，式３と同じ式である。可動回折格子２
ｂを水平方向にｄ／２ずらすことによっても，２つの回
折格子２ａと２ｂによって光の偏向角度をθからθ1 に
変化させることが可能となる。
向（水平方向）にスリット間隔ｄの半分だけ移動させる
と，２つの回折格子２ａと２ｂとによって格子間隔がｄ
／２の新たな回折格子が形成される。式１のｄをｄ／２
に置き換えると， sinθ1 ＝２ｍλ（ｄ／２）＝２ｍλ／ｄ …式４ となる。これは，式３と同じ式である。可動回折格子２
ｂを水平方向にｄ／２ずらすことによっても，２つの回
折格子２ａと２ｂによって光の偏向角度をθからθ1 に
変化させることが可能となる。
【００４９】回折格子２ａと２ｂからなる１対の回折格
子を２対設け，それらのスリットが直交するように，２
対の回折格子を間隔をあけて平行に配置することもでき
る。この場合には直交する２方向に光ビームを偏向する
ことができるとともに，その偏向角を変えることができ
る。
子を２対設け，それらのスリットが直交するように，２
対の回折格子を間隔をあけて平行に配置することもでき
る。この場合には直交する２方向に光ビームを偏向する
ことができるとともに，その偏向角を変えることができ
る。
【００５０】図８は静電気力によって可動回折格子２ｂ
を動かす実施例を示し，図２に対応する断面図である。
を動かす実施例を示し，図２に対応する断面図である。
【００５１】可動回折格子２ｂが，ばね部31を介して支
持部３に弾性的に支持されている。固定基板１上に凹部
12が形成され，この凹部12内に電極51が埋め込まれてい
る。薄肉部３ａの電極51に対向する面には，電極52が設
けられている。固定回折格子２ａおよび電極51の表面に
は，回折格子２ａと２ｂが接触したときの電気的短絡を
防ぐための絶縁膜53が設けられている。可動回折格子２
ｂと電極52の表面に絶縁膜53を形成するようにしてもよ
い。この絶縁膜53は窒化膜や酸化膜で形成することがで
きる。基板１や薄肉部３ａがシリコンで形成されている
ときには，電極51，52は絶縁体を介して設けられるのは
いうまでもない。これらの電極51，52は配線パターンま
たはワイヤにより直流電源に接続される。
持部３に弾性的に支持されている。固定基板１上に凹部
12が形成され，この凹部12内に電極51が埋め込まれてい
る。薄肉部３ａの電極51に対向する面には，電極52が設
けられている。固定回折格子２ａおよび電極51の表面に
は，回折格子２ａと２ｂが接触したときの電気的短絡を
防ぐための絶縁膜53が設けられている。可動回折格子２
ｂと電極52の表面に絶縁膜53を形成するようにしてもよ
い。この絶縁膜53は窒化膜や酸化膜で形成することがで
きる。基板１や薄肉部３ａがシリコンで形成されている
ときには，電極51，52は絶縁体を介して設けられるのは
いうまでもない。これらの電極51，52は配線パターンま
たはワイヤにより直流電源に接続される。
【００５２】電極51と52との間に電圧を印加すると，こ
れらの間に静電気力が発生し引き付け合う。この静電気
力によって可動回折格子２ｂを支持している薄肉部３ａ
が弾性変形し，可動回折格子２ｂが固定回折格子２ａに
接する。電圧の印加を停止すると，ばね部31の復元力に
よって可動回折格子２ｂはもとの位置に復帰する。
れらの間に静電気力が発生し引き付け合う。この静電気
力によって可動回折格子２ｂを支持している薄肉部３ａ
が弾性変形し，可動回折格子２ｂが固定回折格子２ａに
接する。電圧の印加を停止すると，ばね部31の復元力に
よって可動回折格子２ｂはもとの位置に復帰する。
【００５３】図９は熱膨脹率の異なる２種類の部材の熱
膨脹差を利用して可動回折格子２ｂを動かす実施例を示
し，図２に対応する断面図である。
膨脹差を利用して可動回折格子２ｂを動かす実施例を示
し，図２に対応する断面図である。
【００５４】可動回折格子２ｂが，ばね部31を介して支
持部３に弾性的に支持されている。支持部３の薄肉部３
ａ上には，この薄肉部３ａと熱膨脹係数の異なる部材54
が接着されている。薄肉部３ａおよび部材54にレーザ光
を照射する，または部材54を抵抗体で形成して電流を流
すことによってこれらを加熱する。部材54と薄肉部３ａ
との熱膨脹の違いにより薄肉部３ａは変形し，可動回折
格子２ｂが固定回折格子２ａに接する。
持部３に弾性的に支持されている。支持部３の薄肉部３
ａ上には，この薄肉部３ａと熱膨脹係数の異なる部材54
が接着されている。薄肉部３ａおよび部材54にレーザ光
を照射する，または部材54を抵抗体で形成して電流を流
すことによってこれらを加熱する。部材54と薄肉部３ａ
との熱膨脹の違いにより薄肉部３ａは変形し，可動回折
格子２ｂが固定回折格子２ａに接する。
【００５５】上述した可動回折格子２ｂの駆動機構にお
いては，印加する電圧等をモニタすることにより可動回
折格子２ｂの変位量を知ることができる。これにより可
動回折格子２ｂが固定回折格子２ａに密着されているか
どうかを判定することができる。両回折格子２ａ，２ｂ
間の静電容量や薄肉部３ａの歪み抵抗に基づいて可動回
折格子２ｂの変位量を検出することもできる。
いては，印加する電圧等をモニタすることにより可動回
折格子２ｂの変位量を知ることができる。これにより可
動回折格子２ｂが固定回折格子２ａに密着されているか
どうかを判定することができる。両回折格子２ａ，２ｂ
間の静電容量や薄肉部３ａの歪み抵抗に基づいて可動回
折格子２ｂの変位量を検出することもできる。
【００５６】図10(A) および(B) は上述した光偏向装置
を光シャッタ装置に応用した例を示し，図10(A) はシャ
ッタを開いた状態，図10(B) はシャッタを閉じた状態を
それぞれ示している。
を光シャッタ装置に応用した例を示し，図10(A) はシャ
ッタを開いた状態，図10(B) はシャッタを閉じた状態を
それぞれ示している。
【００５７】光偏向装置として２つの回折格子２ａ，２
ｂのみが図示されている。これらの回折格子２ａ，２ｂ
を挟んでこれらから離れた位置にレーザ光源55とシャッ
タ板56とが配置されている。シャッタ板56には孔57があ
けられている。
ｂのみが図示されている。これらの回折格子２ａ，２ｂ
を挟んでこれらから離れた位置にレーザ光源55とシャッ
タ板56とが配置されている。シャッタ板56には孔57があ
けられている。
【００５８】回折格子２ａと２ｂが密着しているときに
は，レーザ光源55から出射した光ビームの回折角はθで
ある。固定回折格子２ａと可動回折格子２ｂを分離する
と，光ビームは２回の回折効果を受けて角度θ1 偏向さ
れる。したがって，偏向角がθの一次回折光のみを通す
位置に孔57を形成しておくことにより，光ビームの通過
を制御することができる。小型の光シャッタ装置や光フ
ィルタ装置が実現する。
は，レーザ光源55から出射した光ビームの回折角はθで
ある。固定回折格子２ａと可動回折格子２ｂを分離する
と，光ビームは２回の回折効果を受けて角度θ1 偏向さ
れる。したがって，偏向角がθの一次回折光のみを通す
位置に孔57を形成しておくことにより，光ビームの通過
を制御することができる。小型の光シャッタ装置や光フ
ィルタ装置が実現する。
【００５９】図11(A) および(B) は光偏向装置を光スイ
ッチ装置に応用した例である。偏向角θをもつ一次回折
光の光路上にこの光が端面から入射するように光ファイ
バ58ａが，偏向角θ1 の一次回折光の光路上にこの光が
端面から入射するように光ファイバ58ｂがそれぞれ配置
されている。可動回折格子２ａの位置に応じて，レーザ
光源55からのレーザ光が光ファイバ58ａまたは58ｂにス
イッチされる。光偏向による小型の光スイッチ装置が実
現する。
ッチ装置に応用した例である。偏向角θをもつ一次回折
光の光路上にこの光が端面から入射するように光ファイ
バ58ａが，偏向角θ1 の一次回折光の光路上にこの光が
端面から入射するように光ファイバ58ｂがそれぞれ配置
されている。可動回折格子２ａの位置に応じて，レーザ
光源55からのレーザ光が光ファイバ58ａまたは58ｂにス
イッチされる。光偏向による小型の光スイッチ装置が実
現する。
【００６０】図12は２つの光偏向装置を組合わせて光走
査装置を構成した応用例である。２つの回折格子２ａ，
２ｂを含む２つの光偏向装置が，スリットが形成されて
いる方向が直交するように配置されている。レーザ光源
55から出射された光ビームはこれらの光偏向装置によっ
て直交する２方向に偏向される。これによって２つの光
偏向装置からの出射光は二次元的に走査される。
査装置を構成した応用例である。２つの回折格子２ａ，
２ｂを含む２つの光偏向装置が，スリットが形成されて
いる方向が直交するように配置されている。レーザ光源
55から出射された光ビームはこれらの光偏向装置によっ
て直交する２方向に偏向される。これによって２つの光
偏向装置からの出射光は二次元的に走査される。
【図１】光偏向装置の全体を示す斜視図である。
【図２】図１のII−II線にそう断面図である。
【図３】圧電薄膜アクチュエータ付近の拡大図である。
【図４】光ビームの偏向原理を示す断面図であり，(A)
は２つの回折格子を接触させた状態を，(B) は２つの回
折格子が離れた状態をそれぞれ示す。
は２つの回折格子を接触させた状態を，(B) は２つの回
折格子が離れた状態をそれぞれ示す。
【図５】回折格子の表面に絶縁膜を形成した例である。
【図６】固定回折格子の代わりにミラーを設けた実施例
を示し，図４(A) および(B) に対応する断面図である。
を示し，図４(A) および(B) に対応する断面図である。
【図７】可動回折格子をその面方向に移動させる実施例
を示し，図４(A) および(B) に対応する断面図である。
を示し，図４(A) および(B) に対応する断面図である。
【図８】静電気力を利用して可動回折格子を動かす実施
例を示し，図２に対応する断面図である。
例を示し，図２に対応する断面図である。
【図９】熱膨脹率の異なる２つの部材を接合して可動回
折格子を動かす実施例を示し，図２に対応する断面図で
ある。
折格子を動かす実施例を示し，図２に対応する断面図で
ある。
【図１０】(A) および(B) は光偏向装置を光シャッタ装
置に応用した例を示す。
置に応用した例を示す。
【図１１】(A) および(B) は光偏向装置を光スイッチ装
置に応用した例を示す。
置に応用した例を示す。
【図１２】複数の光偏向装置を組合わせて光走査装置を
構成した応用例を示す。
構成した応用例を示す。
１ 固定基板 ２ａ 固定回折格子 ２ｂ 可動回折格子 ３ 支持部 ３ａ 薄肉部 21ａ，21ｂ スリット 31 ばね部 32 圧電薄膜アクチュエータ
Claims (8)
- 【請求項１】 平行に配置された格子間隔が等しい少な
くとも２つの回折格子， 上記の２つの回折格子を，それらの格子面に垂直な方向
に，相対的に接近離間自在に支持する支持部材，および
上記の２つの回折格子が接触位置と離隔した位置の少な
くとも２つの位置をとるように，少なくとも一方の回折
格子を格子面と垂直な方向に移動させる駆動手段， を備えた光偏向装置。 - 【請求項２】 平行に配置された回折格子とミラー， 上記回折格子およびミラーを，それらの面に垂直な方向
に，相対的に接近離間自在に支持する支持部材，および
上記回折格子とミラーが接触位置と離隔した位置の少な
くとも２つの位置をとるように，回折格子とミラーの少
なくとも一方をそれらの面と垂直な方向に移動させる駆
動手段， を備えた光偏向装置。 - 【請求項３】 互いに接触した状態で配置された格子間
隔が等しい少なくとも２つの回折格子，および上記の２
つの回折格子の少なくとも一方を，格子面に平行な方向
に変位させる駆動手段， を備えた光偏向装置。 - 【請求項４】 請求項１から３に記載の光偏向装置が複
数個光ビームの光路上に配置されている光偏向装置。 - 【請求項５】 上記支持部材が穴があけられた基板と，
この基板上に固定され，弾性変形する部分を有する支持
部とを含み，上記２つの回折格子のうちの一方の回折格
子が上記の穴を塞ぐように上記基板に固定され，他方の
回折格子がその両端で上記支持部の弾性変形する部分に
支持されている，請求項１に記載の光偏向装置。 - 【請求項６】 上記支持部材が基板と，この基板上に固
定され，弾性変形する部分を有する支持部とを含み，上
記回折格子とミラーのうちの一方が上記基板に固定さ
れ，他方がその両端で上記支持部の弾性変形する部分に
支持されている，請求項１に記載の光偏向装置。 - 【請求項７】 請求項１から６のいずれか一項に記載の
光偏向装置と，この光偏向装置に向けて光ビームを投射
する光源と，光偏向装置から出射される所定の偏向角を
もつ光ビームの光路上に孔をもつシャッタ板とを含む光
シャッタ装置。 - 【請求項８】 請求項１から６のいずれか一項に記載の
光偏向装置と，この光偏向装置に向けて光ビームを投射
する光源と，光偏向装置から出射される所定の偏向角を
もつ光ビームを受入れる手段とを備えた光スイッチ装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27504795A JP2924738B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 光偏向装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27504795A JP2924738B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 光偏向装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0996768A JPH0996768A (ja) | 1997-04-08 |
| JP2924738B2 true JP2924738B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=17550122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27504795A Expired - Fee Related JP2924738B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 光偏向装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2924738B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100620341B1 (ko) * | 1998-09-02 | 2006-09-13 | 엑스로스, 인크. | 비틀림 굴곡 힌지에 의해 상대 회전하도록 연결된 미세가공 구조체 |
| KR20020028689A (ko) * | 2000-10-11 | 2002-04-17 | 구자홍 | 마이크로 미러 |
| US7088492B2 (en) | 2001-10-11 | 2006-08-08 | Denso Corporation | Micro movable mechanism system and control method for the same |
| KR100645640B1 (ko) | 2003-11-03 | 2006-11-15 | 삼성전기주식회사 | 회절형 박막 압전 마이크로 미러 및 그 제조 방법 |
| JP4193817B2 (ja) * | 2005-06-22 | 2008-12-10 | セイコーエプソン株式会社 | アクチュエータ |
| JP5048992B2 (ja) * | 2006-10-18 | 2012-10-17 | オリンパス株式会社 | 可変分光素子および、それを備えた内視鏡システム |
| JP5354006B2 (ja) * | 2009-03-04 | 2013-11-27 | コニカミノルタ株式会社 | 平行移動機構および平行移動機構の製造方法 |
-
1995
- 1995-09-29 JP JP27504795A patent/JP2924738B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0996768A (ja) | 1997-04-08 |
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