JP4729289B2

JP4729289B2 - 光偏向器

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Publication number: JP4729289B2
Application number: JP2004328815A
Authority: JP
Inventors: 宜孝神谷; 大介松尾; 博志宮島; 真博西尾
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2024-11-12
Also published as: EP1538474A1; US20050122604A1; JP2005189826A; US7256926B2

Description

本発明は、電磁駆動型の光偏向器に関する。

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。

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１３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１４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。

この二次元光偏向器は、図１３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。

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。

図１４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。

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１５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。

この二次元光偏向器は、図１５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。

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。

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。
米国特許第６，３８８，７８９号明細書米国特許第６，４０４，３１３号明細書

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、磁石とヨークが離れているため、実際に駆動に寄与するコイル上における磁束密度が低い。このため、駆動効率が悪い。

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、対向する磁石が離れているため、実際に駆動に寄与するコイル上における磁束密度が低い。このため、駆動効率が悪い。

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、駆動効率の良い光偏向器を提供することである。

本発明は、ひとつには、光ビームを二本の軸周りに偏向し得る電磁駆動型の二次元光偏向器である。この光偏向器は、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。また、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、内側可動板の両側の縁に沿って一本ずつ延びている二つの内側駆動配線部と、外側可動板の両側の縁に沿って一本ずつ延びている二本の外側駆動配線部とを有している。二本の内側駆動配線部は、第一軸を基準にして互いにほぼ線対称に位置し、互いに電気的に独立しており、二本の外側駆動配線部は、第二軸を基準にして互いにほぼ線対称に位置し、互いに電気的に独立している。磁石ユニットは複数の磁石を有し、隣接している二つの磁石の着磁方向は互いに逆向きである。内側駆動配線部は、複数の磁石の境界に対して、ほぼ平行に延び、ほぼ真上に位置している。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。また、外側駆動配線部は、複数の磁石の境界に対して、ほぼ平行に延び、ほぼ真上に位置している。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。

本発明によれば、駆動効率の良い光偏向器が提供される。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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垂直な二本の軸）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垂直な二本の軸）もそれぞれ第一軸Ａ１と第二軸Ａ２に平行である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、本実施形態の光偏向器の動作を説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本実施形態では、内側可動板１１２と外側可動板１１６と可動板２１２のそれぞれに対して、二本の配線が設けられているが、一本の配線が設けられてもよい。つまり、内側可動板１１２と外側可動板１１６と可動板２１２には、それぞれ、二つの駆動配線部を含む一本の配線が設けられてもよい。

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。

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。

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、中央に位置する磁石１８２と、磁石１８２を取り囲む磁石１８４とを有している。磁石１８２は、可動板ユニット１１０に面する側がＮ極であり、磁石１８４は、可動板ユニット１１０に面する側がＳ極である。つまり、磁石１８２と磁石１８４の着磁方向は逆向きである。磁石１８２は直方体形状をしている。磁石１８４は、磁石１８２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１８２が配置されている。従って、上方から見て磁石１８２の外周形状は矩形である。

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、第一軸Ａ１に沿った磁石１８２と磁石１８４の境界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、第二軸Ａ２に沿った磁石１８２と磁石１８４の境界にほぼ平行に延びている。

さらに、内側駆動配線部１３２ａと１３２ｂは、第一軸Ａ１に沿った磁石１８２と磁石１８４の境界のほぼ真上に位置している。また、外側駆動配線部１５２ａと１５２ｂは、第二軸Ａ２に沿った磁石１８２と磁石１８４の境界のほぼ真上に位置している。

このような配置関係においては、第一実施形態と同様に、駆動配線部１３２ａと１３２ｂと１５２ａと１５２ｂはいずれも、磁束密度が高い領域内に位置している。さらに、内側駆動配線部１３２ａと１３２ｂを通る磁力線は、これをほぼ直交して横切り、外側駆動配線部１５２ａと１５２ｂを通る磁力線は、これをほぼ直交して横切る。

本実施形態の二次元光偏向器１００Ａでは、磁石１８４の穴の位置で磁気回路が位置決めされる。このため、磁石１８２の位置決めが容易になる。従って、第一実施形態の利点に加えて、磁石の位置決めが容易になり、工程の簡略化が図れる。

第三実施形態
本実施形態は、光ビームを一次元的に偏向する光偏向器に向けられている。図７は、本発明の第三実施形態の光偏向器の断面斜視図である。図８は、図７に示された可動板ユニットの平面図である。図９は、図７に示された磁石ユニットの平面図である。

図７に示されるように、光偏向器２００は、磁界を発生させる磁石ユニット２７０と、磁石ユニット２７０で発生される磁界内に配置される可動板ユニット２１０とを有している。可動板ユニット２１０と磁石ユニット２７０は、所定の間隔を置いて配置されている。

可動板ユニット２１０は、図８に示されるように、可動板２１２と、可動板２１２の外側に位置する支持部２２０と、可動板２１２と支持部２２０を連結している二本のトーションバー（第一トーションバー２１８ａと第二トーションバー２１８ｂ）とを有している。

支持部２２０は、可動板２１２を取り囲む枠状の形態をしているが、支持部２２０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２２０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。

可動板２１２は、図７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２２２を有している。反射面２２２は、例えば金の薄膜の表面で構成される。

図８に示されるように、二本のトーションバー２１８ａと２１８ｂは軸Ａに沿ってほぼ一直線上に延びている。上方から見て可動板２１２の外周形状は矩形であり、その矩形の中心軸（矩形の中心を通り矩形の辺に直交する軸）は軸Ａに平行である。トーションバー２１８ａと２１８ｂは、軸Ａの周りにねじり変形可能で、可動板２１２が支持部２２０に対して軸Ａの周りに傾斜することを可能にしている。

これにより、可動板２１２の反射面２２２の向きは一次元的に変更可能であり、光偏向器２００は反射面２２２で反射された光ビームを一次元的に偏向し得る。

このような可動板ユニット２１０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。可動板２１２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。トーションバー２１８ａと２１８ｂ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。可動板２１２と支持部２２０とトーションバー２１８ａと２１８ｂ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。

図８に示されるように、可動板ユニット２１０は、さらに、可動板２１２とトーションバー２１８ａと２１８ｂと支持部２２０を延びている二本の配線（第一配線２５０ａと第二配線２５０ｂ）とを有している。第一配線２５０ａは、第一駆動配線部２５２ａと、その両端からそれぞれ延びている二本の第一引き出し配線部２５４ａと２５６ａとを有している。同様に、第二配線２５０ｂは、第二駆動配線部２５２ｂと、その両端からそれぞれ延びている二本の第二引き出し配線部２５４ｂと２５６ｂとを有している。

ここで、駆動配線部２５２ａと２５２ｂは、それぞれ、配線２５０ａと２５０ｂのうち、可動板２１２の駆動に実際に寄与する部分であり、可動板２１２の縁に沿って軸Ａに平行に延びている部分を言う。また、第一引き出し配線部２５４ａと２５６ａは、第一配線２５０ａのうち、第一駆動配線部２５２ａを除いた部分を言う。同様に、第二引き出し配線部２５４ｂと２５６ｂは、第二配線２５０ｂのうち、第二駆動配線部２５２ｂを除いた部分を言う。

図８から明らかなように、第一駆動配線部２５２ａと第二駆動配線部２５２ｂとは、軸Ａを基準にして、ほぼ線対称に位置している。

図８において、左側の第一駆動配線部２５２ａの上側の端部から延びている第一引き出し配線部２５４ａは、可動板２１２の外側の縁に沿って右方に向かって延び、上側の第一トーションバー２１８ａを通り、支持部２２０上を左方に向かって延びており、支持部２２０上に設けられた電極パッド２６４ａで終端している。

一方、第一駆動配線部２５２ａの下側の端部から延びている第一引き出し配線部２５６ａは、可動板２１２の外側の縁に沿って右方に向かって延び、下側の第二トーションバー２１８ｂを通り、支持部２２０上を左方に向かって延びており、支持部２２０上に設けられた電極パッド２６６ａで終端している。

また、右側の第二駆動配線部２５２ｂの上側の端部から延びている第二引き出し配線部２５４ｂは、可動板２１２の外側の縁に沿って左方に向かって延び、上側の第一トーションバー２１８ａを通り、支持部２２０上を右方に向かって延びており、支持部２２０上に設けられた電極パッド２６４ｂで終端している。

一方、第二駆動配線部２５２ｂの下側の端部から延びている第二引き出し配線部２５６ｂは、可動板２１２の外側の縁に沿って左方に向かって延び、下側の第二トーションバー２１８ｂを通り、支持部２２０上を右方に向かって延びており、支持部２２０上に設けられた電極パッド２６６ｂで終端している。

配線２５０ａと２５０ｂ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。配線２５０ａと２５０ｂと電極パッド２６４ａと２６４ｂと２６６ａと２６６ｂの好適な材質や形成方法は、第一実施形態と同様である。

磁石ユニット２７０は、図９に示されるように、中央に位置する磁石２７２と、軸Ａに直交する方向に沿った磁石２７２の両側に配置された二つの磁石２７６ａと２７６ｂとを有している。磁石２７２は、可動板ユニット２１０に面する側がＮ極であり、磁石２７６ａと２７６ｂは共に可動板ユニット２１０に面する側がＳ極である。つまり、磁石２７２と磁石２７６ａの着磁方向は逆向きであり、磁石２７２と２７６ｂの着磁方向も逆向きである。これらの磁石２７２と２７６ａと２７６ｂ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。

図７に示されるように、可動板ユニット２１０と磁石ユニット２７０は、所定の間隔を置いて配置される。駆動配線部２５２ａと２５２ｂは、それぞれ、磁石２７２と磁石２７６ａと２７６ｂとの境界にほぼ平行に延びている。

第一駆動配線部２５２ａは、磁石２７２と磁石２７６ａの境界のほぼ真上に位置し、第二駆動配線部２５２ｂは、磁石２７２と磁石２７６ｂの境界のほぼ真上に位置している。このような配置関係においては、図７に示されるように、磁石２７２から磁石２７６ａへ向かう磁力線は、磁石２７２と磁石２７６ａの境界にほぼ直交するため、第一駆動配線部２５２ａをほぼ直交して横切る。同様に、磁石２７２から磁石２７６ｂへ向かう磁力線は、磁石２７２と磁石２７６ｂの境界にほぼ直交するため、第二駆動配線部２５２ｂをほぼ直交して横切る。

本実施形態の光偏向器における可動板の駆動は、第一実施形態の二次元光偏向器における外側可動板の駆動と同様にして行なわれる。

つまり、光偏向器２００で光ビームを走査する場合には、電極パッド２６４ａと電極パッド２６６ａの間と電極パッド２６４ｂと電極パッド２６６ｂの間とに交流電圧を印加して、配線２５０ａと２５０ｂに同位相の交流電流を流す。その場合、駆動配線部２５２ａと２５２ｂを流れる電流の大きさは周期的に変化するため、可動板２１２の軸Ａの周りの傾斜角は繰り返し変化する。つまり、可動板２１２は軸Ａの周りに揺動される。その結果、可動板２１２の反射面２２２で反射された光ビームは一次元的に走査される。

また、光偏向器２００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２６４ａと電極パッド２６６ａの間と電極パッド２６４ｂと電極パッド２６６ｂの間とに一定電圧を印加して、配線２５０ａと２５０ｂに直流電流を同じ向きに流す。その場合、駆動配線部２５２ａと２５２ｂを流れる電流の大きさは一定であるため、可動板２１２は軸Ａの周りに一定の角度だけ傾斜する。つまり、可動板２１２は軸Ａの周りに偏向される。その結果、可動板２１２の反射面２２２で反射された光ビームは一定の方向に偏向される。

これまでの説明から分かるように、本実施形態の光偏向器２００は、磁束密度が高い領域内に駆動配線部２５２ａと２５２ｂ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２５２ａと２５２ｂ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。

本実施形態において、磁石ユニット２７０は、軸Ａに直交する方向に沿って配置された三つの磁石２７２と２７６ａと２７６ｂで構成されているが、第二実施形態と同様に、一つの磁石と、その磁石を取り囲むもう一つの磁石とで構成されてもよい。

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１０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１１は、図１０に示された可動板ユニットの平面図である。図１２は、図１０に示された磁石ユニットの平面図である。

図１０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。

可動板ユニット３１０は、図１０と図１１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。

内側可動板３１２は、図１０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。

図１０と図１１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。

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。

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。

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。

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。

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。

図１１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。

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。

図１１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。

図１１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。

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。

図１１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。

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。

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。

図１１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。

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。

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。

図１１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。

図１１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。

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。

図１１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。

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。

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。

図１１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。

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。

磁石ユニット３８０は、図１２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。

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。

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。

また、図１０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。

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。

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。

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。

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。

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。

上述した実施形態はいずれも、単体の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。

第一実施形態では磁石ユニットは五つの磁石を有し、第三実施形態では磁石ユニットは三つの磁石を有しているが、着磁方向が逆向きの隣接している二つの磁石の境界が駆動配線部のほぼ真下にほぼ平行に配置されてさえいればよく、磁石ユニットを構成する磁石の個数はこれに何ら限定されるものではない。

まとめ
本発明は、ひとつには、光ビームを二本の軸周りに偏向し得る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。

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、可動板ユニットは、内側可動板の縁に沿って延びている二つの内側駆動配線部を有し、磁石ユニットは複数の磁石を有し、隣接している二つの磁石の着磁方向は互いに逆向きであり、内側駆動配線部は、複数の磁石の境界に対して、ほぼ平行に延び、ほぼ真上に位置しており、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。

この二次元光偏向器においては、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の領域では磁束密度が高く、この磁束密度が高い領域内に内側駆動配線部が配置されている。従って、内側可動板を高い駆動効率で駆動することが可能である。

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。

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。

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、外側可動板の縁に沿って延びている二つの外側駆動配線部を有し、外側駆動配線部は、複数の磁石の境界に対して、ほぼ平行に延び、ほぼ真上に位置しており、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。

この二次元光偏向器においては、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の磁束密度が高い領域内に外側駆動配線部が配置されている。従って、外側可動板を高い駆動効率で駆動することが可能である。

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。

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。

７．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、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、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いる。

この二次元光偏向器においては、二つの内側駆動配線部が第一軸を基準にしてほぼ線対称に位置しているため、内側可動板は偶力によって駆動される。従って、内側可動板の駆動効率が向上する。また、二つの外側駆動配線部が第二軸を基準にしてほぼ線対称に位置しているため、外側可動板は偶力によって駆動される。従って、外側可動板の駆動効率が向上する。

８．本発明の別の二次元光偏向器は、第７項の二次元光偏向器において、磁石ユニットは、中央に位置する一つの磁石と、その磁石に対して、第一軸に沿った両側に配置された二つの磁石と、第二軸に沿った両側に配置された二つの磁石とを有している。

９．本発明の別の二次元光偏向器は、第７項の二次元光偏向器において、磁石ユニットは、中央に位置する磁石と、その磁石を取り囲む磁石とを有している。

この二次元光偏向器においては、二つの磁石の間の位置決めが容易になる。

１０．本発明の別の二次元光偏向器は、第９項の二次元光偏向器において、中央に位置する磁石の外周形状は矩形である。

１１．本発明の別の二次元光偏向器は、第９項の二次元光偏向器において、中央に位置する磁石の外周形状は楕円形である。

本発明は、ひとつには、光ビームを一本の軸周りのみに偏向し得る電磁駆動型の一次元光偏向器に向けられており、以下の各項に列記する一次元光偏向器を含んでいる。

１２．本発明の一次元光偏向器は、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、反射面を有する可動板と、可動板の外側に位置する支持部と、可動板を連結している二本のトーションバーとを有し、トーションバーは、一本の軸に沿って延びていて、軸の周りにねじり変形可能で、可動板が支持部に対して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、可動板の縁に沿って延びている二つの駆動配線部を有し、磁石ユニットは複数の磁石を有し、隣接している二つの磁石の着磁方向は互いに逆向きであり、駆動配線部は、複数の磁石の境界に対して、ほぼ平行に延び、ほぼ真上に位置しており、二本の駆動配線部には互いに同じ方向の電流が供給される。

この一次元光偏向器においては、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の領域では磁束密度が高く、この磁束密度が高い領域内に駆動配線部が配置されている。従って、可動板を高い駆動効率で駆動することが可能である。

１３．本発明の別の一次元光偏向器は、第１２項の一次元光偏向器において、二つの駆動配線部は、軸を基準にしてほぼ線対称に位置している。

この一次元光偏向器においては、二つの駆動配線部が軸を基準にしてほぼ線対称に位置しているため、可動板は偶力によって駆動される。従って、可動板の駆動効率が向上する。

１４．本発明の別の一次元光偏向器は、第１３項の一次元光偏向器において、磁石ユニットは、中央に位置する一つの磁石と、その磁石に対して、軸に直交する方向に沿った両側に配置された二つの磁石とを有している。

１５．本発明の別の一次元光偏向器は、第１３項の一次元光偏向器において、磁石ユニットは、中央に位置する磁石と、その磁石を取り囲む磁石とを有している。

この一次元光偏向器においては、二つの磁石の間の位置決めが容易になる。

本発明は、ひとつには、光ビームを偏向し得る電磁駆動型の光偏向器に向けられており、以下の各項に列記する光偏向器を含んでいる。

１６．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おり、可動板ユニットは、反射面を有する可動板と、可動板の外側に位置する第一支持部と、可動板と第一支持部を連結している二本の第一トーションバーとを有し、第一トーションバーは、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、可動板が第一支持部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、可動板ユニットは、さらに、可動板の縁に沿って延びている二つの第一駆動配線部を有し、二つの第一駆動配線部は、第一軸を基準にしてほぼ線対称に位置しており、磁石ユニットは複数の磁石を有し、隣接している二つの磁石の着磁方向は互いに逆向きであり、第一駆動配線部は、複数の磁石の境界に対して、ほぼ平行に延び、ほぼ真上に位置しており、二本の第一駆動配線部には互いに同じ方向の電流が供給される。

この光偏向器においては、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の磁束密度が高い領域内に第一駆動配線部が配置されている。従って、可動板を第一軸の周りに高い駆動効率で駆動することが可能である。つまり、可動板を高い駆動効率で一次元的に駆動することが可能である。

１７．本発明の光偏向器は、第１６項の光偏向器において、第一支持部の外側に位置する第二支持部と、第一支持部と第二支持部を連結している二本の第二トーションバーとをさらに有し、第二トーションバーは、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、第一支持部が第二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、第一支持部の縁に沿って延びている二つの第二駆動配線部を有し、二つの第二駆動配線部は、第二軸を基準にしてほぼ線対称に位置しており、第二駆動配線部は、複数の磁石の境界に対して、ほぼ平行に延び、ほぼ真上に位置しており、二本の第二駆動配線部には互いに同じ方向の電流が供給される。

この光偏向器においては、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の磁束密度が高い領域内に第二駆動配線部が配置されている。従って、可動板を第一軸の周りに加えて第二軸の周りにも高い駆動効率で駆動することが可能である。つまり、可動板を高い駆動効率で二次元的に駆動することが可能である。

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１に示された可動板ユニットの斜視図である。図２に示された可動板ユニットの平面図である。図１に示された磁石ユニットの平面図である。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５に示された磁石ユニットの平面図である。本発明の第三実施形態の光偏向器の断面斜視図である。図７に示された可動板ユニットの平面図である。図７に示された磁石ユニットの平面図である。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１０に示された可動板ユニットの平面図である。図１０に示された磁石ユニットの平面図である。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。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。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

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、１１４ｂ…内側トーションバー、１１６…外側可動板、１１８ａ、１１８ｂ…外側トーションバー、１２０…支持部、１２２…反射面、１３０ａ、１３０ｂ…内側配線、１３２ａ、１３２ｂ…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…電極パッド、１５０ａ、１５０ｂ…外側配線、１５２ａ、１５２ｂ…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、１６４ａ、１６４ｂ、１６６ａ、１６６ｂ…電極パッド、１７０…磁石ユニット、１７２、１７４ａ、１７４ｂ、１７６ａ、１７６ｂ…磁石、１８０…磁石ユニット、１８２、１８４…磁石、Ａ１…第一軸、Ａ２…第二軸、２００…光偏向器、２１０…可動板ユニット、２１２…可動板、２１８ａ、２１８ｂ…トーションバー、２２０…支持部、２２２…反射面、２５０ａ、２５０ｂ…配線、２５２ａ、２５２ｂ…駆動配線部、２５４ａ、２５６ａ…第一引き出し配線部、２５４ｂ、２５６ｂ…第二引き出し配線部、２６４ａ、２６４ｂ、２６６ａ、２６６ｂ…電極パッド、２７０…磁石ユニット、２７２、２７６ａ、２７６ｂ…磁石、Ａ…軸、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。

Claims

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、内側可動板の両側の縁に沿って一本ずつ延びている二本の内側駆動配線部と、外側可動板の両側の縁に沿って一本ずつ延びている二本の外側駆動配線部とを有し、二本の内側駆動配線部は、第一軸を基準にして互いにほぼ線対称に位置し、互いに電気的に独立しており、二本の外側駆動配線部は、第二軸を基準にして互いにほぼ線対称に位置し、互いに電気的に独立しており、磁石ユニットは複数の磁石を有し、隣接している二つの磁石の着磁方向は互いに逆向きであり、内側駆動配線部は、複数の磁石の境界に対して、ほぼ平行に延び、ほぼ真上に位置しており、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、外側駆動配線部は、複数の磁石の境界に対して、ほぼ平行に延び、ほぼ真上に位置しており、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１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１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３において、磁石ユニットは、中央に位置する一つの磁石と、その磁石に対して、第一軸に沿った両側に配置された二つの磁石と、第二軸に沿った両側に配置された二つの磁石とを有している、光偏向器。
請求項３において、磁石ユニットは、中央に位置する磁石と、その磁石を取り囲む磁石とを有している、光偏向器。
請求項５において、中央に位置する磁石の外周形状は矩形である、光偏向器。
請求項５において、中央に位置する磁石の外周形状は楕円形である、光偏向器。
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、反射面を有する可動板と、可動板の外側に位置する第一支持部と、可動板と第一支持部を連結している二本の第一トーションバーと、第一支持部の外側に位置する第二支持部と、第一支持部と第二支持部を連結している二本の第二トーションバーとを有し、第一トーションバーは、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、可動板が第一支持部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、第二トーションバーは、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、第一支持部が第二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、可動板の両側の縁に沿って一本ずつ延びている二本の第一駆動配線部と、第一支持部の両側の縁に沿って一本ずつ延びている二本の第二駆動配線部を有し、二本の第一駆動配線部は、第一軸を基準にして互いにほぼ線対称に位置し、互いに電気的に独立しており、二本の第二駆動配線部は、第二軸を基準にして互いにほぼ線対称に位置し、互いに電気的に独立しており、磁石ユニットは複数の磁石を有し、隣接している二つの磁石の着磁方向は互いに逆向きであり、第一駆動配線部は、複数の磁石の境界に対して、ほぼ平行に延び、ほぼ真上に位置しており、二本の第一駆動配線部には互いに同じ方向の電流が供給され、第二駆動配線部は、複数の磁石の境界に対して、ほぼ平行に延び、ほぼ真上に位置しており、二本の第二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。