JP2008170500A - ２次元走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、低コスト化及び小型化が可能な２次元走査装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、揺動板４３と、揺動板４３が含まれる平面と平行な第１軸Ｔ周りの第１揺動を揺動板４３に生じさせる第１揺動手段と、揺動板４３が含まれる平面と平行であり、且つ、第１軸に垂直な第２軸Ｕ周りの第２揺動を第１揺動と同一周波数で、且つ、略９０°異なる位相で揺動板４３に生じさせる第２揺動手段と、第１揺動及び第２揺動の何れの振幅も時間と共に増大又は減少させる振幅変動手段と、揺動板４３に向けて光を出射する光源２とを備えることを特徴とする２次元走査装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、２次元走査が可能な２次元走査装置に関する。

２次元走査をする装置として、例えば、スクリーンを２次元走査して、スクリーンに画像を表示するプロジェクタを挙げることができる。図１４に示すように、プロジェクタ等において行われる２次元走査は、光が照射するスクリーン１００の位置（以下、「走査位置Ｐ」という）をスクリーン１００の主走査方向（矢印Ｍ方向）に移動させる主走査をスクリーン１００の副走査方向（矢印Ｓ方向）の複数の位置において行うことで実現されている。

プロジェクタには、このような２次元走査を行う２次元走査装置が備えられている。かかる２次元走査装置は、光源と、光源から出射した光の進行方向をスクリーンの主走査方向に移動させて主走査を行う第１反射板と、第１反射板で反射した光の進行方向をスクリーンの副走査方向に移動させて主走査する位置をスクリーンの副走査方向にずらす第２反射板とを備えている。かかる２次元走査装置は、第２反射板が１回揺動する間に、第１反射板を複数回揺動させることで前述の２次元走査を行っている。このような第１反射板と第２反射板との揺動には、小さな駆動力で大きく揺動させることが可能な共振現象が利用されている。

このような２次元走査装置を携帯電話やノートパソコンに取り付けて、外部のスクリーンなどに画像を照射する超小型プロジェクタを実現させることも考えられる。携帯電話やノートパソコンに取り付け可能な超小型プロジェクタを実現させるためには、コンパクトな２次元走査装置が必要である。前述の２次元走査装置は、反射板を２つ備えるため、コンパクト化が困難である。一方で、１つの反射板で前述の２次元走査を実現しようとすると、第１反射板の揺動に対応する揺動（以下、主走査揺動という）と、第２反射板の揺動に対応する揺動（以下、副走査揺動という）とを１つの反射に同時に生じさせる必要がある。例えば、５００×５００画素の画像を表示する場合、主走査を５００箇所で必要とするため、１回の副走査揺動が行われる間に、主走査揺動を５００回行わなければならない。よって、５００×５００画素の画像を、１つの反射板を用いて表示する場合、揺動周波数が５００倍異なる主走査揺動と副走査揺動とを１つの反射板に生じさせる必要がある。揺動周波数が５００倍異なる主走査揺動と副走査揺動とを共振現象を利用して生じさせる場合、主走査揺動に対するねじり剛性と副走査揺動に対するねじり剛性とは、揺動周波数の２乗、即ち、５００倍の２乗の２５万倍異ならせる必要がある。しかし、主走査揺動に対するねじり剛性と副走査揺動に対するねじり剛性とが大きく異なった反射板を設計及び製造することは非常に困難である。そのため、１つの反射板で、前述の２次元走査を実現する２次元走査装置を製造することは、非常に困難である。

本発明は、製造が容易であり、且つ、コンパクト化を図ることが可能な２次元走査装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するべく、本発明は、第１の手段として、揺動板と、前記揺動板が含まれる平面と平行な第１軸周りの第１揺動を前記揺動板に生じさせる第１揺動手段と、前記揺動板が含まれる平面と平行であり、且つ、前記第１軸に垂直な第２軸周りの第２揺動を前記第１揺動と同一周波数で、且つ、略９０°異なる位相で前記揺動板に生じさせる第２揺動手段と、前記第１揺動及び前記第２揺動の何れの振幅も時間と共に増大又は減少させる振幅変動手段と、前記揺動板に向けて光を出射する光源とを備えることを特徴とする２次元走査装置を提供する。

第１の手段に係る２次元走査装置は、揺動板と、揺動板に向けて光を出射する光源とを備えている。従って、第１の手段に係る２次元走査装置は、光源から出射した光が、揺動板で反射して、スクリーン等の走査対象物を照射することが可能な構成とされている。更に、第１の手段に係る２次元走査装置は、揺動板が含まれる平面と平行な第１軸周りの第１揺動を揺動板に生じさせる第１揺動手段と、揺動板が含まれる平面と平行であり、且つ、第１軸に垂直な第２軸周りの第２揺動を第１揺動と同一周波数で、且つ、略９０°異なる位相で揺動板に生じさせる第２揺動手段とを備えている。光源から出射した光を第１揺動及び該第１揺動と周波数が同一であり、且つ、位相が略９０°異なる第２揺動を同時に行っている揺動板に照射すると、揺動板で反射した光が照射する走査対象物上の位置（以下、「走査位置」という）は、略円を描くように移動する。更に、第１の手段に係る２次元走査装置は、第１揺動及び第２揺動の何れの振幅も時間と共に増大又は減少させる振幅変動手段を備えている。第１揺動及び該第１揺動と周波数が同一であり、且つ、位相が略９０°異なる第２揺動の何れの振幅も時間と共に増大又は減少させると、揺動板で反射した光の走査位置は、渦を描くように移動する。このように、第１の手段に係る２次元走査装置においては、走査位置が渦を描くように移動することで、２次元走査を実現している。走査位置を渦を描くように移動させることは、同一周波数の第１揺動及び第２揺動により実現できるので、第１の手段に係る２次元走査装置は、第１揺動及び第２揺動に対する揺動板のねじり剛性を異ならせる必要がない。よって、第１の手段に係る２次元走査装置では、揺動板の設計及び製造が容易であり、ひいては、２次元走査装置の全体の製造が容易である。また、第１の手段に係る２次元走査装置は、１つの揺動板で２次元走査が可能な構成であるため、コンパクト化を図ることも可能である。

また、本発明は、第２の手段として、揺動板と、前記揺動板が含まれる平面と平行な第１軸周りの第１揺動を前記揺動板に生じさせる第１揺動手段と、前記揺動板が含まれる平面と平行であり、且つ、前記第１軸に垂直な第２軸周りの第２揺動を前記第１揺動と同一周波数で、且つ、略９０°異なる位相で前記揺動板に生じさせる第２揺動手段と、前記第１揺動及び前記第２揺動の何れの振幅も時間と共に増大又は減少させる振幅変動手段と、前記揺動板に設けられた光源とを備えることを特徴とする２次元走査装置を提供する。

第２の手段に係る２次元走査装置は、光源が揺動板に設けられている点が第１の手段に係る２次元走査装置と異なる。第２の手段に係る２次元走査装置は、光源が揺動板に載置されているため、光源から出射した光の進行方向が揺動板の揺動によって変動する。よって、第２の手段に係る２次元走査装置においても、第１揺動及び該第１揺動と同一周波数で、且つ、略９０°異なる位相の第２揺動を揺動板に同時に行わせ、第１揺動及び第２揺動の何れの振幅も時間と共に増大又は減少させることで、走査位置を渦を描くように移動させて、２次元走査をすることが可能である。かかる第２の手段に係る２次元走査装置は、光源が揺動板に設けられているため、第１の手段に係る２次元走査装置に比べて、コンパクトな構成とすることができる。

第１揺動手段及び第２揺動手段の他の具体的構成として、前記揺動板を揺動可能に支持する枠体を備え、前記第１揺動手段は、前記第２軸に沿った前記揺動板の部位に配置された第１可動電極と、該第１可動電極に対向し、前記枠体に固定され、前記第２軸に沿った位置に配置された第１固定電極と、前記第１可動電極及び前記第１固定電極間に第１交流電圧を印加する第１交流電源とを具備し、前記第２揺動手段は、前記第１軸に沿った前記揺動板の部位に配置された第２可動電極と、該第２可動電極に対向し、前記枠体に固定され、前記第１軸に沿った位置に配置された第２固定電極と、前記第２可動電極及び前記第２固定電極間に、前記第１交流電圧と周波数が同一であり、且つ、位相が１８０°異なる第２交流電圧を印加する第２交流電源とを具備する構成を挙げることができる。

第１揺動手段及び第２揺動手段の他の具体的構成として、前記揺動板を揺動可能に支持する枠体を備え、前記第１揺動手段は、前記第２軸に沿った前記揺動板の部位に配置された第１可動電極と、該第１可動電極に対向し、前記枠体に固定され、前記第１可動電極に対して、前記揺動板が含まれる平面の法線方向の少なくとも一方側に配置された第１固定電極と、前記第１可動電極及び前記第１固定電極間に第１交流電圧を印加する第１交流電源とを具備し、前記第２揺動手段は、前記第１軸に沿った前記揺動板の部位に配置された第２可動電極と、該第２可動電極に対向し、前記枠体に固定され、前記第２可動電極に対して、前記揺動板が含まれる平面の法線方向の少なくとも一方側に配置された第２固定電極と、前記第２可動電極及び前記第２固定電極間に、前記第１交流電圧と周波数が同一であり、且つ、位相が９０°異なる第２交流電圧を印加する第２交流電源とを具備する構成を挙げることができる。

第１揺動手段及び第２揺動手段の他の具体的構成として、前記第１揺動手段は、前記揺動板が含まれる平面と平行な磁界を前記揺動板表面に発生させる第１磁界発生手段と、前記揺動板表面の前記第２軸上の部位に少なくとも配置され、且つ、前記磁界に対して角度を持って配置された部分を有する第１電線と、前記第１電線に第３交流電圧を印加する第３交流電源とを具備し、前記第２揺動手段は、前記揺動板が含まれる平面と平行な磁界を前記揺動板表面に発生させる第２磁界発生手段と、前記揺動板表面の前記第１軸上の部位に少なくとも配置され、且つ、前記第２磁界発生手段が発生させる磁界に対して角度を持って配置された部分を有する第２電線と、前記第２電線に、前記第３交流電圧と周波数が同一であり、且つ、位相が９０°異なる第４交流電圧を印加する第４交流電源とを具備する構成を挙げることができる。

また、好ましい構成として、前記第１揺動及び前記第２揺動の最大振幅を個別に調整する最大振幅調整手段を備え、前記振幅変動手段は、前記最大振幅調整手段によって調整された最大振幅より小さい振幅範囲において、前記第１揺動及び前記第２揺動の何れの振幅も時間と共に増大又は減少させる構成を挙げることができる。

かかる好ましい構成によれば、第１揺動及び第２揺動の最大振幅を個別に調整でき、最大振幅より小さい振幅範囲において、第１揺動及び第２揺動の何れの振幅も時間と共に増大又は減少させることができる。第１揺動の振幅は、走査位置の第２軸方向の移動距離に対応し、第２揺動の振幅は、走査位置の第１軸方向の移動距離に対応している。よって、第１揺動及び第２揺動の最大振幅を個別に調整すると、走査位置の移動によって描かれる渦の形状を、第１軸方向に長い楕円状としたり、第２軸方向に長い楕円状にしたり、第１軸方向及び第２軸方向の長さが同一である円状とすることが可能である。この渦の形状を走査対象物の形状等に応じて変更することで、光源から出射した光が走査対象物外を照射する割合を低下させ、効率良く走査対象物を走査することが可能となる。

また、好ましい構成として、前記第１揺動及び前記第２揺動を同時に行うことにより揺動する前記揺動板の振幅を検出する振幅検出手段と、前記振幅検出手段によって検出された振幅に基づいて、前記光源が出射する光の強度を補正する補正手段とを備える構成を挙げることができる。

走査位置が渦を描くように移動することによって走査を行うと、走査範囲の外側が中心側に比べて暗くなり易い。走査範囲の中心（渦の中心）からの距離と第１揺動及び第２揺動を同時に行うことにより揺動する揺動板の振幅とは対応している。かかる好ましい構成においては、振幅検出手段によって検出された揺動板の振幅に基づいて、光源が出射する光の強度を補正する補正手段が備えられている。よって、補正手段が、走査範囲の中心からの距離と対応する揺動板の振幅に基づいて、光源が出射する光の強度を補正するので、かかる好ましい構成によれば、走査範囲内の明るさのばらつきを少なくすることが可能である。

また、好ましい構成として、前記第１揺動及び前記第２揺動を同時に行うことにより揺動する前記揺動板の振幅を検出する振幅検出手段と、前記第１揺動及び前記第２揺動を同時に行うことにより揺動する前記揺動板の位相を検出する位相検出手段と、前記揺動板の振幅及び位相が対応付けられた画像データを記憶する画像データ記憶手段と、前記画像データ記憶手段に記憶された画像データのうち、前記振幅検出手段によって検出された振幅、及び、前記位相検出手段によって検出された位相が対応付けられた画像データに基づいて、前記光源が出射する光の強度を制御する発光制御手段とを備える構成を挙げることができる。

走査位置は、第１揺動及び第２揺動を行うことにより揺動する揺動板の振幅と位相とから特定することができる。従って、揺動板の振幅及び位相と、揺動板の振幅及び位相が対応付けられた画像データとに基づいて光源が出射する光の強度を制御すると、画像データに対応した画像を表示することができる。かかる好ましい構成においては、画像データ記憶手段に記憶された画像データのうち、振幅検出手段によって検出された振幅、及び、位相検出手段によって検出された位相が対応付けられた画像データに基づいて、光源が出射する光の強度を制御する発光制御手段が備えられているので、画像データ記憶手段に記憶された画像データに対応した画像を表示することができる。

本発明は、製造が容易であり、且つ、コンパクト化を図ることが可能な２次元走査装置を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る２次元走査装置１の模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る２次元走査装置１は、光源２及び反射部３を備えている。

光源２は、反射部３から離れて配置され、反射部３に向けてレーザ光Ｌを出射する。本実施形態では、光源２は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）によって構成されている。反射部３は、光源２から出射したレーザ光Ｌを反射して、走査対象物４を走査する。走査対象物４は、特に限定されるものでなく、例えば、映写幕などのスクリーンとすることができる。

図２は、反射部３が収容されたパッケージ１０の斜視図である。図２に示すように、反射部３は、シリコン層４０と、シリコン層４０の上面に積層された上部ガラス層３０と、シリコン層４０の下面に積層された下部ガラス層５０とを備えている。この反射部３は、上部ガラス層３０をパッケージ１０に形成された透明窓１１に向けてパッケージ１０内に配置されている。このように配置されることで、透明窓１１及び上部ガラス層３０を通じて光源２から出射されたレーザ光Ｌがシリコン層４０に到達し、シリコン層４０に到達したレーザ光Ｌがシリコン層４０で反射して、上部ガラス層３０及び透明窓１１を通じてパッケージ１０外に出射して、走査対象物４を走査することが可能とされている。

図３は、反射部３のシリコン層４０の詳細を示す平面図である。図３に示すように、シリコン層４０は、ＤｅｅｐＲＩＥ（Reactive Ion Etching）処理などを含むＭＥＭＳ技術を用いて、シリコン層４０の材料となるシリコン基板に枠体４１、第１ヒンジ４２、揺動板４３、第１電極４４及び第２電極４５を形成して作製されたものである。

枠体４１は、矩形状に形成されて反射部３の外周部を形成し、内側に空間４１ａを有している。かかる枠体４１の上面には、上部ガラス層３０が積層され、下面には、下部ガラス層５０が積層されている。空間４１ａは、上部ガラス層３０と下部ガラス層５０とにより低圧の状態で封止されている。

枠体４１が有する空間４１ａには、ディスク状の揺動板４３が配置されている。この揺動板４３は、円状の空間４７ａを内側に有したディスク状の補助体４７、この補助体４７が有する空間４７ａに配置されるディスク状の揺動板本体４８、及び、補助体４７と揺動板本体４８とを連結する３本の第２ヒンジ４９を備えている。補助体４７は、第１軸Ｔ周りの第１揺動及び第２軸Ｕ周りの第２揺動が枠体４１に対して可能なように、４本の第１ヒンジ４２を介して枠体４１に連結されている。第１軸Ｔとは、揺動板４３が含まれる平面の所定方向と軸方向が平行な軸（図２において、軸方向が上下方向である軸）であり、第２軸Ｕとは、揺動板４３含まれる平面と平行であり、且つ、第１軸Ｔに垂直な軸（図２において、軸方向が左右方向である軸）である。尚、図３に示すように、本実施形態では、第１軸Ｔ及び第２軸Ｕは、シリコン層４０内を通るものとする。また、補助体４７及び揺動板本体４８の第１揺動及び第２揺動のねじり剛性は同一とされている。

揺動板本体４８は、パッケージ１０の透明窓１１及び上部ガラス層３０を通じて入射したレーザ光Ｌを走査対象物４に反射可能なように、表面処理が施されている。表面処理として、例えば、揺動板本体４８の表面にアルミ蒸着やスパッタでアルミ膜を形成することを挙げることができる。

第１電極４４は、第２軸Ｕに沿った補助体４７の部位に配置された第１可動電極４４１と、該第１可動電極４４１に対向し、枠体４１に固定され、第２軸Ｕに沿った位置に配置された第１固定電極４４２とを備えている。第１可動電極４４１は、補助体４７の外周部に形成されている。かかる第１可動電極４４１は、複数の枝部が、補助体４７の外周部から径外方向に突出した櫛歯状に形成されている。一方、第１固定電極４４２は、補助体４７の外周部から第２軸Ｕ方向に離れた空間４１ａ内に形成されている。かかる第１固定電極４４２は、下部ガラス層５０の上面に載置されており、下部ガラス層５０を介して枠体４１に固定されている。この第１固定電極４４２は、補助体４７の径内方向に突出した複数の枝部を備えた櫛歯状に形成されている。第１固定電極４４２の枝部は、第１可動電極４４１の枝部と補助体４７の周方向（図２に示す矢印Ｗ方向）において、交互に位置するように配置されている。このような構成の第１電極４４は、揺動板４３の第２軸Ｕ方向の両側に１つずつ備えられている。

第２電極４５は、第１軸Ｔに沿った補助体４７の部位に配置された第２可動電極４５１と、該第２可動電極４５１に対向し、枠体４１に固定され、第１軸Ｔに沿った位置に配置された第２固定電極４５２とを備えている。第２可動電極４５１は第１可動電極４４１と、第２固定電極４５２は第１固定電極４４２と同一の構成とされている。第２電極４５は、揺動板４３の第１軸Ｔ方向の両側に１つずつ備えられている。

以上に説明した第１固定電極４４２及び第２固定電極４５２は、上部ガラス層３０に形成されたスルーホールを介して、上部ガラス層３０の上面と導通されている。

図１に示すように、本実施形態に係る２次元走査装置１は、以上に説明した光源２及び反射部３の他、第１交流電源５１と、第２交流電源５２と、振幅変動手段５３とを備えている。

第１交流電源５１は、第１固定電極４４２及び第１可動電極４４１間に第１交流電圧を印加可能に構成されている。本実施形態では、第１交流電源５１は、第１交流電圧を構成する第１交流成分を第１固定電極４４２に、該第１交流成分と共に第１交流電圧を構成する直流成分を第１可動電極４４１に印加可能に構成されている。

第１交流電源５１は、図３の点線に示すように、電線及び上部ガラス層３０に形成されたスルーホールを介して第１固定電極４４２と直接接続されており、第１固定電極４４２に直接第１交流成分を印加可能に構成されている。本実施形態では、第１交流成分Ｖ_１は、Ａ_１ｃｏｓ２πｆt（Ａ_１：振幅、ｔ：時間）で定義される電圧成分であり、コサイン波に対応して時間と共に変動する。また、第１交流電源５１は、図３の点線に示すように、シリコン層４０を形成する枠体４１と電線を介して接続されている。第１交流電源５１は、枠体４１と電線を介して接続されることで、電線、シリコン製の枠体４１、シリコン製の第１ヒンジ４２及びシリコン製の補助体４７を介して第１可動電極４４１と導通し、これらの部材を介して直流成分を第１可動電極４４１に印加可能に構成されている。本実施形態では、第１交流電源５１、第１可動電極４４１及び第１固定電極４４２で特許請求の範囲に記載の第１揺動手段が形成されている。

第１固定電極４４２に第１交流成分Ｖ_１が、第１可動電極４４１に直流成分が印加されると、第１交流成分Ｖ_１の増減に対応して変動する静電力が第１固定電極４４２と第１可動電極４４１との間に生じる。第１固定電極４４２と第１可動電極４４１との距離は、静電力の変動に伴って変動し、その結果、図４に示すように、補助体４７は、第１軸Ｔ周りの第１揺動を行う。具体的に、この第１揺動とは、図４（ａ）に示すように、一方（図４では右側）の第１可動電極４４１が、第１固定電極４４２に対して上部ガラス層３０側に位置すると共に、他方（図４では左側）の第１可動電極４４１が第１固定電極４４２に対して下部ガラス層５０側に位置した状態と、図４（ｃ）に示すように、一方の第１可動電極４４１が、第１固定電極４４２に対して下部ガラス層５０側に位置すると共に、他方の第１可動電極４４１が第１固定電極４４２に対して上部ガラス層３０側に位置した状態とを交互に繰り返すように補助体４７が第１軸Ｔ周りに回動する運動である。

この第１揺動は、第１交流成分Ｖ_１の１／２の周波数で行われる。これは、図４に示すように、補助体４７が第１揺動を１周期分行う間に、第１固定電極４４２と第１可動電極４４１との距離関係は、２周期分変動するからである。２周期分変動するのは、補助体４７が、図４（ｂ）に示す状態から、図４（ａ）に示す状態、図４（ｂ）に示す状態となると、第１固定電極４４２と第１可動電極４４１との位置関係は、近い状態から、遠い状態、近い状態となって１周期分変動する。更に、補助体４７が、図４（ｂ）に示す状態から、図４（ｃ）に示す状態、図４（ｂ）に示す状態となると、第１固定電極４４２と第１可動電極４４１との距離関係は、近い状態から、遠い状態、近い状態となって更に１周期分変動するからである。

尚、この第１揺動は、共振現象を利用して行われており、共振現象を利用するために、第１交流成分Ｖ_１の周波数は、補助体４７の第１揺動に対する固有振動数の２倍又は２倍より若干高目とされている。

補助体４７が第１揺動すると、第２ヒンジ４９を介して補助体４７と連結された揺動板本体４８も補助体４７と同一周波数の第１揺動を行う。図５（ａ）に示すように、第１揺動する揺動板本体４８に光源２から出射されるレーザ光Ｌを照射すると、揺動板本体４８で反射したレーザ光Ｌが照射する走査対象物４の位置（以下、「走査位置」という）は、第２軸Ｕ方向に往復するように移動する。

第２交流電源５２は、第２固定電極４５２及び第２可動電極４５１間に第２交流電圧を印加可能に構成されている。本実施形態では、第２交流電源５２は、第２交流電圧を構成する第２交流成分を第２固定電極４５２に、該第２交流成分と共に第２交流電圧を構成する直流成分を第２可動電極４５１に印加可能に構成されている。

第２交流電源５２は、図３の点線に示すように、電線及び上部ガラス層３０に形成されたスルーホールを介して第２固定電極４５２と直接接続されており、第２固定電極４５２に直接第２交流成分を印加可能に構成されている。本実施形態では、第２交流成分Ｖ_２は、−Ａ₂ｃｏｓ２πｆt（Ａ_２：振幅、ｔ：時間）で定義される電圧成分であり、第１交流成分Ｖ_１と位相が１８０°異なっている。また、第２交流電源５２は、図３の点線に示すように、シリコン層４０を形成する枠体４１と電線を介して接続されている。第２交流電源５２は、枠体４１と電線を介して接続されることによって、電線、シリコン製の枠体４１、シリコン製の第１ヒンジ４２及びシリコン製の補助体４７を介して第２可動電極４５１と導通し、これらの部材を介して直流成分を第２可動電極４５１に印加可能に構成されている。本実施形態では、第２交流電源５２、第２可動電極４５１及び第２固定電極４５２で特許請求の範囲に記載の第２揺動手段が形成されている。

尚、本実施形態では、第１交流電源５１及び第２交流電源５２が印加する直流成分は同じとされており、従って、第１交流電源５１又は第２交流電源５２の何れか一方のみが、電線を介して枠体４１に直流成分を印加するようにしてもよい。

第２固定電極４５２に第２交流成分Ｖ_２が、第２可動電極４５１に直流成分が印加されると、第１揺動する場合と同様の原理によって、補助体４７は、第２軸Ｕ周りの第２揺動を行う。具体的に、この第２揺動とは、揺動軸が第２軸Ｕであることを除いて第１揺動と同じ運動である。この第２揺動も、第１揺動と同様に、第２交流成分Ｖ_２の１／２の周期で行われる。

また、この第２揺動も、共振現象を利用して行われており、第２交流成分Ｖ_２の周波数は、補助体４７の第２揺動に対する固有振動数（第１揺動と第２揺動とのねじり剛性が同一であるので、第２揺動に対する固有振動数は第１揺動に対する固有振動数と同一）の２倍又は２倍より若干高目とされている。

補助体４７が第２揺動すると、第２ヒンジ４９を介して補助体４７と連結された揺動板本体４８は、補助体４７と同一周波数の第２揺動を行う。図５（ａ）に示すように、第２揺動する揺動板本体４８に光源２から出射されるレーザ光Ｌ’を照射すると、揺動板本体４８で反射したレーザ光Ｌ’の走査位置は、第１軸Ｔ方向に往復するように移動する。

第１交流電圧と第２交流電圧とを同時に印加して、第１揺動と該第１揺動と同一周波数で、且つ、該第１揺動に対して位相が９０°ずれた第２揺動とを同時に揺動板本体４８に行わせ、該揺動板本体４８に光源２から出射されるレーザ光Ｌを照射すると、図５（ｂ）に示すように、揺動板本体４８で反射したレーザ光Ｌの走査位置は、円を描くように移動する。

この第１揺動と第２揺動との位相は、補助体４７及び揺動板本体４８の第１揺動及び第２揺動に対するねじり剛性と、第１交流成分Ｖ_１と第２交流成分Ｖ_２との位相差に影響される。本実施形態では、前述のように、補助体４７及び揺動板本体４８の第１揺動及び第２揺動に対するねじり剛性は同一とされているため、揺動板本体４８の第１揺動及び第２揺動の位相は、第１交流成分Ｖ_１と第２交流成分Ｖ_２との位相差に影響される。本実施形態では、前述のように、第１揺動及び第２揺動は、第１交流成分Ｖ_１及び第２交流成分Ｖ_２の１／２の周波数で行われるため、第１揺動と第２揺動との位相差は、第１交流成分Ｖ_１及び第２交流成分Ｖ_２の位相差の１／２となる。従って、本実施形態においては、第１揺動と該第１揺動に対して位相が９０°ずれた第２揺動とを同時に揺動板本体４８に行わせることは、第１交流成分Ｖ_１及び第１交流成分と位相が１８０°異なる第２交流成分Ｖ_２を同時に第１固定電極４４１及び第２固定電極４５１に印加することで実現することができる。

振幅変動手段５３は、第１揺動及び第２揺動の何れの振幅も時間と共に増大又は減少させる手段である。即ち、振幅変動手段５３は、第１揺動及び第２揺動の何れか一方の振幅を時間と共に増大させる場合は、他方も増大させ、何れか一方の振幅を時間と共に減少させる場合は、他方も減少させる。

振幅変動手段５３には、第１交流成分Ｖ_１の振幅Ａ_１と第２交流成分Ｖ_２の振幅Ａ_２との大きさの変動形態を示す関数又は時間毎における振幅Ａ_１と振幅Ａ_２とが取り得る値が記憶されている。振幅変動手段５３は、記憶された関数又は値に基づいて振幅Ａ_１と振幅Ａ_２とを変動させる。第１揺動の振幅は、第１交流成分Ｖ_１の振幅Ａ_１を増大させると大きくなり、減少させると小さくなる。同様に、第２揺動の振幅は、第２交流成分Ｖ_２の振幅Ａ_２を増大させると大きくなり、減少させると小さくなる。よって、振幅変動手段５３は、記憶された関数又は値に基づいて振幅Ａ_１と振幅Ａ_２とを変動させることで、第１揺動及び第２揺動の振幅を増大又は減少させる。本実施形態では、振幅変動手段５３には、第１交流成分Ｖ_１の振幅Ａ_１の大きさの変動を示す関数（Ａ_１＝ａ_１ｃｏｓ２πｆ’ｔ（ａ_１：振幅Ａ_１の基準振幅））…Ｆ１と、第２交流成分Ｖ_２の振幅Ａ_２の大きさの変動を示す関数（Ａ_２＝ａ_２ｃｏｓ２πｆ’ｔ（ａ_２：振幅Ａ_２の基準振幅））…Ｆ２とが記憶されている。従って、本実施形態では、振幅変動手段５３は、関数Ｆ１及びＦ２に基づいて第１交流成分Ｖ_１の振幅Ａ_１と第２交流成分Ｖ_２の振幅Ａ_２とを変動させて、第１揺動の振幅と第２揺動の振幅とを増大又は減少させる。

関数Ｆ１及びＦ２は、同一周波数の同一位相のコサイン波に対応する関数である。そのため、関数Ｆ１及びＦ２に基づいて振幅Ａ_１と振幅Ａ_２とを変動させると、振幅Ａ_１又は振幅Ａ_２の何れかが時間と共に増大又は減少すると、振幅Ａ_２又は振幅Ａ_１も時間と共に増大又は減少する。

図５（ｃ）に示すように、揺動板本体４８が第１揺動及び第２揺動している時に、第１揺動及び第２揺動の何れの振幅も時間と共に増大すると、第１揺動及び第２揺動の振幅が大きくなり、走査位置が渦の径が大きくなるように移動する。このように、本実施形態に係る２次元走査装置１は、走査位置が渦を描くように移動するので、走査対象物４を２次元走査することができる。また、揺動板本体４８が第１揺動及び第２揺動している時に、第１揺動及び第２揺動の何れの振幅も時間と共に減少すると、第１揺動及び第２揺動の振幅が小さくなり、走査位置が渦の径が小さくなるように移動する。この場合も、走査位置が渦を描くように移動するので、走査対象物４を２次元走査することができる。

前述のように、第１交流成分Ｖ_１の振幅Ａ_１と第２交流成分Ｖ_２の振幅Ａ_２の変動形態は、関数Ｆ１及びＦ２が示すように、コサイン波に対応するものである。そのため、第１揺動及び第２揺動の振幅は、増大及び減少を繰り返すことになる。従って、本実施形態に係る２次元走査装置１は、渦の径が大きくなるように走査位置が移動する第１方式による２次元走査と、渦の径が小さくなるように走査位置が移動する第２方式による２次元走査とを交互に繰り返して、複数回連続して走査対象物４を２次元走査することができる。

尚、前述のように、関数Ｆ１及びＦ２にコサイン波を用いると、振幅が小さくなると速度が増加するため、渦の中心に対応する走査対象物４の部分の解像度が落ちる。従って、解像度の低下を防止するために、レンズでの走査位置の補正や、走査対象物４の中央部での走査速度が遅くなるような関数を関数Ｆ１及びＦ２として用い、該関数Ｆ１及びＦ２に従って振幅Ａ_１及び振幅Ａ_２をソフトウェアで制御できるデジタル回路を前述の振幅変動手段５３に用いることが望ましい。

以上のように、本実施形態に係る２次元走査装置１は、走査位置を渦を描くように移動させることで、２次元走査をすることができる。本実施形態に係る２次元走査装置１においては、同一周波数の第１揺動及び第２揺動を揺動板本体４８に生じさせることで２次元走査を実現している。従って、第１揺動と第２揺動とに対する補助体４７及び揺動板本体４８のねじり剛性が同一であっても、２次元走査をすることが可能である。よって、本実施形態に係る２次元走査装置１の補助体４７及び揺動板本体４８は、第１揺動と第２揺動とに対するねじり剛性を同一とすることができるため、設計及び製造が容易である。補助体４７の設計及び製造が容易であるため、本実施形態に係る２次元走査装置１の全体の製造も容易である。また、本実施形態に係る２次元走査装置１は、２次元走査を１つの揺動板４３で行うことができるため、コンパクト化を図ることも可能である。

図１に示すように、更に、本実施形態に係る２次元走査装置１は、振幅検出手段６１、位相検出手段６２、発光制御手段６３、画像データ記憶手段６４、補正手段６５を備える。

振幅検出手段６１は、第１揺動及び第２揺動を同時に行うことによって揺動している揺動板本体４８の振幅を検出する手段である。位相検出手段６２は、第１揺動及び第２揺動を同時に行うことによって揺動している揺動板本体４８の位相を検出する手段である。図６は、揺動板本体４８の振幅及び位相を示す図である。図６に示すように、揺動板本体４８の振幅とは、揺動板本体４８が第１揺動及び第２揺動の何れの振幅も０である時の走査位置Ｐ０から検出時における走査位置Ｐ１までの距離Ｒを言う。即ち、前述の渦の中心からの検出時における走査位置Ｐ１までの距離Ｒである。また、揺動板本体４８の位相とは、走査位置Ｐ０に対する検出時における走査位置が位置する方向θである。即ち、前述の渦の中心からの検出時における走査位置が位置する方向θである。

振幅検出手段６１は、第１交流電源５１が印加する第１交流成分Ｖ_１及び、第２交流電源５２が印加する第２交流成分Ｖ_２をモニタしており、この第１交流成分Ｖ_１及び第２交流成分Ｖ_２に基づいて、揺動板本体４８の振幅を検知している。このように、第１交流成分Ｖ_１及び第２交流成分Ｖ_２に基づいて、揺動板本体４８の振幅が検知できるのは、第１固定電極４４２と第１可動電極４４１との間、及び、第２固定電極４５２と第２可動電極４５１との間に生じる静電力が第１交流成分Ｖ_１及び第２交流成分Ｖ_２の増減に伴って変動し、この静電力の変動によって揺動板本体４８が第１揺動及び第２揺動を行うためである。

同様に、位相検出手段６２は、第１交流成分Ｖ_１及び第２交流成分Ｖ_２をモニタしており、第１交流成分Ｖ_１及び第２交流成分Ｖ_２に基づいて、揺動板本体４８の位相を検知している。

発光制御手段６３は、振幅検出手段６１によって検出された振幅と、位相検出手段６２によって検出された位相とが対応付けられた画像データを画像データ記憶手段６４から取得して、取得した画像データに基づいて光源２から出射するレーザ光Ｌの強度を決定する。画像データ記憶手段６４には、図７に示すように、揺動板本体４８の揺動の振幅及び位相が対応付けられた画像データが記憶されている。

補正手段６５は、振幅検出手段６１によって検出された振幅に基づいて、発光制御手段６３が決定した光源２から出射するレーザ光Ｌの強度を補正し、補正した強度のレーザ光Ｌが出射するように光源２を発光させる。本実施形態では、補正手段６５が行う補正は、振幅検出手段６１によって検出された振幅が大きければ大きいほど、発光制御手段６３が決定したレーザ光Ｌの強度を強くするようにする補正である。これは、本実施形態のように、走査位置が渦を描くように移動することによって走査が行われる場合、走査範囲の外側が中心側に比べて暗くなり易いためである。このように補正すれば、走査範囲の外側を明るくすることができ、走査範囲の明るさのばらつきを少なくすることができる。

以上の構成の２次元走査装置１を用いて走査対象物４を２次元走査することについて説明する。まず、第１交流電源５１によって第１交流電圧を印加し、第２交流電源５２によって第２交流電圧を印加して、第１揺動及び該第１揺動に対して位相が９０°異なる第２揺動を揺動板本体４８に同時に行わせて、揺動板本体４８を揺動させる。尚、この時、第１交流成分Ｖ_１の振幅Ａ_１と第２交流成分Ｖ_１の振幅Ａ_２とは、振幅変動手段５３によって、関数Ｆ１及びＦ２に基づいて変動させられており、第１揺動の振幅と第２揺動との振幅は何れも時間と共に増大又は減少するように変動している。

続いて、発光制御手段６３は、光源２を所定の明るさで発光させ、揺動板本体４８に向けて光源２からレーザ光Ｌを出射する。第１揺動及び第２揺動揺の振幅が何れも時間と共に増大又は減少するように変動するため、レーザ光Ｌの走査位置Ｐ１は、図６に示すように渦を描くように移動する。

振幅検出手段６１及び位相検出手段６２は、前述のように、第１交流成分Ｖ_１及び第２交流成分Ｖ_２をモニタして、揺動板本体４８の振幅及び位相を検出する。

発光制御手段６３は、検出された揺動板本体４８の振幅と位相が対応付けられた画像データを画像データ記憶手段６４から取得して、取得した画像データに基づいて光源２から出射するレーザ光Ｌの強度を決定する。補正手段６５は、前述のように、決定されたレーザ光Ｌの強度を振幅検出手段６１によって検出された振幅に基づいて補正し、補正をした強度のレーザ光Ｌが出射するように光源２を発光させる。

このように、検出された振幅と位相とが対応付けられた画像データに基づいて光源２を発光させることで、画像データに対応する画像が走査対象物４に表示される。

更に、本実施形態に係る２次元走査装置１は、第１揺動及び第２揺動の最大振幅を個別に調整する最大振幅調整手段５４を備えている。最大振幅調整手段５４は、関数Ｆ１及びＦ２の基準振幅ａ_１、ａ_２を個別に書き換える機能を備えている。書き換えの機能を実現する具体例として、例えば、基準振幅ａ_１、ａ_２を個別に書き換えるプログラムを２次元走査装置１にインストールし、２次元走査装置１に備えられたテンキーなどを用いてこのプログラムを作動させ、基準振幅ａ_１、ａ_２を書き換える方法を挙げることができる。

関数Ｆ１及びＦ２が示すように、第１交流成分Ｖ_１の振幅Ａ_１及び第２交流成分Ｖ_２の振幅Ａ_２は、基準振幅ａ_１、ａ_２に値が１以下のｓｉｎｆ’ｔを乗じたものである。従って、振幅変動手段５３は、基準振幅ａ_１、ａ_２より小さい範囲において、第１交流成分Ｖ_１及び第２交流成分Ｖ_２を変動させて、第１揺動及び第２揺動の何れの振幅も時間と共に増大又は減少させる。よって、第１揺動及び第２揺動は、基準振幅ａ_１、ａ_２よりも大きな電圧で行われることが無く、基準振幅ａ_１、ａ_２を調整することで、第１揺動及び第２揺動の最大振幅を調整することができる。

よって、基準振幅ａ_１を大きく、基準振幅ａ_２を小さく調整することで、前述の渦を、第２軸方向に長い楕円状とすることができる。また、基準振幅ａ_２を大きく、基準振幅ａ_１を小さく調整することで、前述の渦を第１軸方向に長い楕円状にすることができる。このように、本実施形態の２次元走査装置１は、渦の形状を変更することができるので、走査対象物４の形状等に応じて渦の形状を変更して、光源２から出射したレーザ光Ｌが走査対象物４外を照射することを防ぎ、効率良く走査対象物４を走査することが可能となる。

また、揺動板本体４８の振幅は、第１交流成分Ｖ_１及び第２交流成分Ｖ_２が変動しなくても、反射部３の周囲の温度変化などによって変動することがある。そのため、走査位置が温度変化などによってずれることがある。走査位置のずれを防止するために、実際の走査位置を測定し、測定した走査位置に基づいて、第１交流成分Ｖ_１及び第２交流成分Ｖ_２をフィードバック制御して、揺動版本体４８の振幅を調整してもよい。

かかるフィードバック制御を実現する具体的構成として、図１に示す第１受光器７ａ、第２受光器７ｂ及び振幅補正手段５５を備えた構成を挙げることができる。

第１受光器７ａ及び第２受光器７ｂは、パッケージ１０の透明窓１１の近傍など、揺動板本体４８と走査対象物４との間に設けられている。より具体的には、第１受光器７ａは、揺動板本体４８が第１揺動のみを行っているときに、揺動板本体４８で反射したレーザ光Ｌが入射する位置、即ち、走査位置が図５（ａ）の第２軸Ｕ上を往復移動する時に、レーザ光Ｌが入射することが可能な位置に設けられている。但し、第１揺動の振幅が０であるときに、レーザ光Ｌが入射する位置は除くものとする。一方、第２受光器７ｂは、揺動板本体４８が第２揺動のみを行っているときに、揺動板本体４８で反射したレーザ光Ｌが入射する位置、即ち、走査位置が図５（ａ）の第１軸Ｔ上を往復移動する時に、レーザ光Ｌが入射することが可能な位置に設けられている。但し、第２揺動の振幅が０であるときに、レーザ光Ｌが入射する位置は除くものとする。

第１受光器７ａは、反射光が入射すると、第１入射信号を、第２受光器７ｂは、反射光が入射すると、第２入射信号を振幅補正手段５５に出力する。

振幅補正手段５５は、所定温度（例えば２０℃）において、揺動板本体４８が第１揺動をしている場合に、レーザ光Ｌが第１受光器７ａに入射するときの第１交流成分Ｖ_１の振幅Ａ_１と、揺動板本体４８が第２揺動をしている場合に、レーザ光Ｌが第２受光器７ｂに入射するときの第２交流成分Ｖ_２の振幅Ａ_２とが記憶されている。

振幅補正手段５５は、第１入射信号が出力されると、第１交流電源５１から現在出力されている第１交流成分Ｖ_１の振幅Ａ_１と、記憶された第１交流成分Ｖ_１の振幅Ａ_１とを比較する。例えば、第１交流電源５１から現在出力されている第１交流成分Ｖ_１の振幅Ａ_１の方が大きければ、第１揺動の振幅が所定温度の場合よりも小さくなっており、逆に、第１交流電源５１から現在出力されている第１交流成分Ｖ_１の振幅Ａ_１の方が小さければ、第１揺動の振幅が所定温度の場合よりも大きくなっている。

振幅補正手段５５は、現在出力されている第１交流成分Ｖ_１の振幅Ａ_１の方が大きい場合は、印加される電圧を大きくして第１揺動の振幅が大きくなるように、振幅変動手段５３に記憶された関数Ｆ１の基準振幅ａ_１に１より大きい係数を掛ける。一方、振幅補正手段５５は、現在出力されている第１交流成分Ｖ_１の振幅Ａ_１の方が小さい場合は、関数Ｆ１の基準振幅ａ_１に１より小さい係数を掛ける。このように、振幅補正手段５５は、基準振幅ａ_１に係数を掛けて、記憶している振幅Ａ_１のときに、レーザ光Ｌが第１受光器７ａに入射するように第１揺動の振幅を補正する。

振幅補正手段５５は、第２入射信号が出力されたときも、第１入射信号が出力されたときと同様にして、記憶している振幅Ａ_２のときに、レーザ光Ｌが第２受光器７ｂに入射するように第２揺動の振幅を補正する。

また、本実施形態に係る２次元走査装置１の使用中に使用環境等の変化によって、第１揺動と第２揺動との位相差がずれて、９０°でなくなることもある。第１揺動と第２揺動との位相差が９０°からずれると、走査位置が移動することによって描かれる図形は図８に示すように歪んだ形状となる。第１揺動と第２揺動との位相差を９０°に保つために、第１受光器７ａと、第２受光器７ｂとから入射信号が出力される出力タイミングのずれに基づいて、第１交流成分Ｖ_１と第２交流成分Ｖ_２との位相を調整し、第１揺動と第２揺動との位相差を９０°に保つようにしてもよい。第１揺動と第２揺動との位相差を９０°に保つ方法として、次のフィードバック制御を挙げることができる。

まず、第１揺動と第２揺動との位相差が９０°であるときに、第１受光器７ａにレーザ光Ｌが入射してから、走査位置が揺動板本体４８の位相９０°分移動すると、レーザ光Ｌが第２受光器７ｂに入射する位置に、第１受光器７ａと、第２受光器７ｂとを設ける。本実施形態では、第１揺動及び第２揺動は、第１交流成分Ｖ_１及び第２交流成分Ｖ_２の１／２の周波数で行われるため、走査位置が揺動板本体４８の位相９０°分移動するために必要な時間とは、第１交流成分Ｖ_１及び第２交流成分Ｖ_２の位相の１８０°分となる。振幅補正手段５５は、第１受光器７ａと第２受光器７ｂとから出力される入射信号のタイミングが、走査位置が揺動板本体４８の位相９０°分移動するために必要な時間でない場合は、第１交流成分Ｖ_１及び第２交流成分Ｖ_２の位相を調整して、第１受光器７ａと第２受光器７ｂとから出力される入射信号のタイミングが、走査位置が揺動板本体４８の位相９０°分移動するために必要な時間となるようにする。

また、本実施形態においては、第１揺動が第１交流成分Ｖ_１の１／２の周期で、第２揺動が第２交流成分Ｖ_２の１／２の周期で行われているため、第１揺動に対する第２揺動の位相を９０°異ならせるために、第１交流成分Ｖ_１と第２交流成分Ｖ_２との位相を１８０°異ならせている。しかしながら、第１揺動が第１交流成分Ｖ_１と同じ周波数で、第２揺動が第２交流成分Ｖ_２と同じ周波数で行われる場合は、第１交流成分Ｖ_１と第２交流成分Ｖ_２との位相を９０°異ならせることでと、第１揺動に対する第２揺動の位相を９０°異ならせることができる。

第１揺動を第１交流成分Ｖ_１と同じ周波数で、第２揺動を第２交流成分Ｖ_２と同じ周波数で行わせる構成として、例えば、第１固定電極４４２及び第２固定電極４５２を、揺動板４３に対して、揺動板４３が含まれる平面の法線方向に離れた位置に設ける構成を挙げることができる。図９は第１固定電極４４２及び第２固定電極４５２を、揺動板４３に対して、揺動板４３が含まれる平面の法線方向の一方側に離れた位置に設けた構成の一具体例を採用した反射部３の縦端面図である。図９（ａ）は図３に示す第１軸Ｔを通るように反射部３を切断したときの縦端面図であり、図９（ｂ）は図３に示す第２軸Ｕを通るように反射部３を切断したときの縦端面図である。図９（ａ）に示すように、第２固定電極４５２は、揺動板４３に対して、揺動板４３が含まれる平面の法線方向の一方側（図９では上方）に離れ、且つ、揺動板４３の２箇所に備えられたそれぞれの第２可動電極４５１の略上方の位置に設けられ、上部ガラス層３０に固定されている。かかる第２固定電極４５２は、上部ガラス層３０を介して枠体４１に固定されている。これらの２つの第２固定電極４５２には、互いに位相が１８０°異なる第２交流成分Ｖ_２が第２交流電源５２によって印加され、２つの第２固定電極４５２と対を成す各第２可動電極４４１には、第２交流電源５２によって、直流成分が印加可能に構成されている。

また、図９（ｂ）に示すように、第１固定電極４４２も、揺動板４３に対して、揺動板４３の上方に離れ、且つ、揺動板４３の２箇所に備えられたそれぞれの第１可動電極４４１の略上方の位置に設けられ、上部ガラス層３０に固定されている。かかる第１固定電極４５２は、上部ガラス層３０を介して枠体４１に固定されている。これら２つの第２固定電極４５２には、互いに位相が１８０°異なる第１交流成分Ｖ_１が第１交流電源５１によって印加され、第１可動電極４４１には、第１交流電源５１によって、直流成分が印加可能に構成されている。

このような構成において、２つの第１固定電極４４２に互いに位相が１８０°異なる第１交流成分Ｖ_１が印加されると共に、２つの第１可動電極４４１に直流成分が印加されると、第１交流成分Ｖ_１の増減に対応して変動する静電力が、それぞれの第１固定電極４４２と第１可動電極４４１との間に生じる。２つの第１固定電極４４２に位相が１８０°異なる第１交流成分Ｖ_１が印加されているので、それぞれの第１固定電極４４２と第１可動電極４４１との間に生じる静電力の増減が反対となり、その結果、補助体４７は、図１０に示すような第１揺動をする。

この第１揺動においては、補助体４７が第１揺動を１周期分行う間に、第１固定電極４４２と第１可動電極４４１との距離関係は、１周期分変動する。即ち、補助体４７が、図１０（ａ）に示す状態から、図１０（ｂ）に示す状態となり、図１０（ａ）に示す状態になるまでの間の図１０の左側の第１固定電極４４１と第１可動電極４４２との位置関係についてみると、当該位置関係は、近い状態から、遠い状態、近い状態となって１周期分変動する。よって、第１揺動は、第１交流成分Ｖ_１と同じ周波数で行われる。第２揺動についても、第１揺動と同様の理由によって、第２交流成分Ｖ_２と同じ周波数で行われる。

よって、図９にて一具体例が示される、第１固定電極４４２及び第２固定電極４５２を、揺動板４３に対して、揺動板４３が含まれる平面の法線方向に離れた位置に設けた構成によれば、第１交流成分Ｖ_１と第２交流成分Ｖ_２との位相を９０°異ならせることで、第１揺動に対する第２揺動の位相を９０°異ならせることができる。

また、図９（ａ）及び（ｂ）において２点鎖線で示すように、第１固定電極４４２と第２固定電極４５２とを揺動板４３の上方に設けることに代え、揺動板４３の下方、例えば、下部ガラス層５０に設ける構成としても、揺動板４３の上方に設けた構成と同様に、第１揺動が第１交流成分Ｖ_１と同じ周波数で、第２揺動が第２交流成分Ｖ_２と同じ周波数で行われる。従って、第１固定電極４４２と第２固定電極４５２とを揺動板４３の下方に設ける構成を採用した場合も、第１交流成分Ｖ_１と第２交流成分Ｖ_２との位相を９０°異ならせることで、第１揺動に対する第２揺動の位相を９０°異ならせることができる。

図９に一具体例が示されるような、第１固定電極４４２及び第２固定電極４５２を、揺動板４３に対して、揺動板４３が含まれる平面の法線方向に離れた位置に設ける構成においては、図１１に示すように、第１固定電極４４２と第１可動電極４４１との揺動板４３が含まれる平面の法線方向の距離は、少なくとも、補助体４７が第１揺動をしていない（第１揺動の振幅が０）ときと、第１揺動の振幅が最大となっているときとの第１可動電極４４２の揺動板４３が含まれる平面の法線方向の距離Ｌの２倍以上とすることが好ましい。同様に、第２固定電極４５２と第２可動電極４５１との揺動板４３が含まれる平面の法線方向の距離は、第２揺動をしていない（第２揺動の振幅が０）のときと、第２揺動の振幅が最大となっているときとの第２可動電極４５２の揺動板４３が含まれる平面の法線方向の距離の２倍以上とすることが好ましい。

また、揺動板４３を駆動させる手段として、電磁駆動を用いた場合も、第１揺動及び第２揺動を交流電圧と同じ周波数で行うことが可能である。図１２は、揺動板４３を駆動させる手段として電磁駆動を用いた場合の反射部３のシリコン層４０、磁石７１及び磁石７２の平面図を示す。電磁駆動を用いた構成においては、反射部３は、磁石７１、磁石７２、シリコン層４０、上部ガラス層３０（図示しない）、下部ガラス層５０（図示しない）を備えている。

磁石７１及び磁石７２は、シリコン層４０を挟んで対向する位置に配置されている。磁石７１と磁石７２とは、磁極が反対であり、図１２に示すように、磁石７１と磁石７２とによって、揺動板４３の補助体４７の表面には、揺動板４３が含まれる平面と平行であり、第１軸Ｔ及び第２軸Ｕに対して角度（例えば４５°）を持った磁界が発生している。即ち、磁石７１と磁石７２とによって特許請求の範囲の第１磁界発生手段及び第２磁界発生手段が形成されている。

シリコン層４０は、枠体４１、第１ヒンジ４２、揺動板４３、第１電線７３、第２電線７４及び電極パッド７５ａ、７５ｂを備える。揺動板４３は、実施形態１に係る揺動板４３と同様に、補助体４７、揺動板本体４８、第２ヒンジ４９を備える。

第１電線７３は、補助体４７表面に、磁石７１及び磁石７２によって発生させられる磁界に対して角度を持って配置された部分を有し、且つ、補助体４７表面の第２軸Ｕ上の部位を跨ぐように配置されている。図１２に示すように、補助体４７表面には、第２軸Ｕと交差する部位が２箇所あり、第１電線７３は、各箇所に１つずつ配置されている。

第２電線７４は、補助体４７表面に、前記磁界に対して角度を持って配置された部分を有し、且つ、補助体４７表面の第１軸Ｔ上の部位を跨ぐように配置されている。図１２に示すように、補助体４７表面には、第１軸Ｔと交差する部位が２箇所あり、第２電線５４は、各箇所に１つずつ配置されている。

電極パッド７５ａ、７５ｂは、枠体４１の四隅に形成されている。各第１電線７３の両端部は、それぞれ、第１ヒンジ４２及び枠体４１の表面に跨って形成された継手電線７６ａを介して、それぞれ電極パッド７５ａと導通されている。また、各第２電線７４の両端部は、それぞれ、第１ヒンジ４２及び枠体４１の表面に跨って形成された継手電線７６ｂを介して、それぞれ電極パッド７５ｂと導通されている。電極パッド７５ａは、２つの第１電線７３に流れる電流が互いに逆向きとなるように、第３交流電源（図示しない）に接続されている。電極パッド７５ｂは、２つの第２電線７４に流れる電流が互いに逆向きとなるように、第４交流電源（図示しない）に接続されている。

尚、図１３に示すように、第１電線７３、第２電線７４、継手電線７６ａ、７６ｂと、シリコン層４０とを絶縁とするために、第１電線７３、第２電線７４及び、継手電線７６ａ、７６ｂと、シリコン層４０の表面との間には、酸化膜４０ａ（ＳｉＯ_２膜等）が設けられている。

第３交流電源は、各第１電線７３に対して第３交流電圧を印加する。第４交流電源は、各第２電線７４に対して第４交流電圧を印加する。

第３交流電源によって、第３交流電圧が印加され、第１電線７３に電流が発生すると、第１電線７３は、磁界に対して角度を持って配置された部分を有するため、揺動板４３が含まれる平面に対して垂直（図１２の紙面と垂直方向）方向の力が作用する。前述のように、電極パッド７５ａは、２つの第１電線７３に流れる電流が互いに逆向きとなるように第３交流電源に接続されているため、２つの第１電線７３には互いに逆向きの力が発生する。このように、２つの第１電線７３には互いに逆向の力が発生することで、補助体４７は第１揺動する。磁界と電流とによって発生する力は、電流の向きによって向きが反転するので、かかる構成によれば、第１揺動が第３交流電圧と同じ周波数で行われることになる。

第１揺動が第３交流電圧と同じ周波数で行われることと同じ理由によって、第２揺動が第４交流電圧と同じ周波数で行われる。従って、かかる構成においても、第３交流電圧と第４交流電圧との位相を９０°異ならせることで、第１揺動と第２揺動を行うことができる。

また、本実施形態では、光源２が反射部３から離れた位置に設けられているが、光源２は、反射部３の揺動対本体４８に設けてもよい。光源２を揺動板本体４８に設けた場合、光源２が揺動板４３に載置されているため、光源３から出射したレーザ光Ｌの進行方向が揺動板４３の揺動によって変動する。よって、このような構成の２次元走査装置においても、揺動板４３が揺動すると、走査位置が移動するため、第１揺動及び該第１揺動と同一周波数で、且つ、略９０°異なる位相の第２揺動を揺動板４３に同時に行わせ、第１揺動及び第２揺動の何れの振幅も時間と共に増大又は減少させることで、走査位置を渦を描くように移動させて、２次元走査をすることが可能である。光源２を、揺動板４４に設ける構成とすると、２次元走査装置１をコンパクトな構成とすることができる。

また、本実施形態では、２次元走査装置１を画像の表示に用いているが、本発明に係る２次元走査装置の用途はこれに限定されるものでなく、距離の測定に用いることもできる。例えば、揺動板で光源から出射された光を前方に反射して、光源から光が出射された時から、当該光が前方の障害物に反射して当該２次元走査装置に戻ってくるまでの時間に基づいて障害物までの距離を測定することに用いることができる。

図１は本実施形態に係る２次元走査装置の模式図である。 図２は反射部が収容されたパッケージの斜視図である。 図３は反射部のシリコン層の平面図である。 図４は第１揺動を説明するための反射部の模式図である。 図５は走査位置の移動形態を説明する模式図であり、（ａ）は揺動板が第１揺動又は第２揺動の何れか一方をしている時の走査位置の移動形態を、（ｂ）は揺動板が第１揺動及び第２揺動の両方をしている時の走査位置の移動形態を、（ｃ）は揺動板が何れの振動の振幅も増大又は減少するように第１揺動及び第２揺動している時の走査位置の移動形態を示す模式図である。 図６は揺動板の振幅と位相とを検出することを説明するための模式図である。 図７は画像データ記憶手段に記憶された画像データの模式図である。 図８は第１揺動と第２揺動の位相差が９０°でない場合の走査位置が移動することによって描かれる歪んだ図形を示す。 図９は第１固定電極及び第２固定電極を、揺動板に対して、揺動板が含まれる平面の法線方向に離れた位置に設けた構成の一具体例を採用した反射部の縦端面図であり、（ａ）は第１軸を通るように切断したときの縦端面図を示し、（ｂ）は第２軸を通るように切断したときの縦端面図を示す。 図１０は第１揺動を説明するための反射部の模式図である。 図１１は第１固定電極と第１可動電極との好ましい距離を示す図である。 図１２は揺動板を駆動させる手段として電磁駆動を用いた場合の反射部のシリコン層及び磁石の平面図を示す。 図１３は図１２のＡ―Ａ端面図である。 図１４は従来の２次元走査装置における２次元走査の方式を説明する模式図である。

符号の説明

２ 光源
３ 反射部
４ 走査対象物
４１ 枠体
４３ 揺動板
４４ 第１電極
４４１ 第１可動電極
４４２ 第１固定電極
４５ 第２電極
４５１ 第２可動電極
４５２ 第２固定電極

Claims (8)

1. 揺動板と、
   前記揺動板が含まれる平面と平行な第１軸周りの第１揺動を前記揺動板に生じさせる第１揺動手段と、
   前記揺動板が含まれる平面と平行であり、且つ、前記第１軸に垂直な第２軸周りの第２揺動を前記第１揺動と同一周波数で、且つ、略９０°異なる位相で前記揺動板に生じさせる第２揺動手段と、
   前記第１揺動及び前記第２揺動の何れの振幅も時間と共に増大又は減少させる振幅変動手段と、
   前記揺動板に向けて光を出射する光源とを備えることを特徴とする２次元走査装置。
2. 揺動板と、
   前記揺動板が含まれる平面と平行な第１軸周りの第１揺動を前記揺動板に生じさせる第１揺動手段と、
   前記揺動板が含まれる平面と平行であり、且つ、前記第１軸に垂直な第２軸周りの第２揺動を前記第１揺動と同一周波数で、且つ、略９０°異なる位相で前記揺動板に生じさせる第２揺動手段と、
   前記第１揺動及び前記第２揺動の何れの振幅も時間と共に増大又は減少させる振幅変動手段と、
   前記揺動板に設けられた光源とを備えることを特徴とする２次元走査装置。
3. 前記揺動板を揺動可能に支持する枠体を備え、
   前記第１揺動手段は、前記第２軸に沿った前記揺動板の部位に配置された第１可動電極と、該第１可動電極に対向し、前記枠体に固定され、前記第２軸に沿った位置に配置された第１固定電極と、前記第１可動電極及び前記第１固定電極間に第１交流電圧を印加する第１交流電源とを具備し、
   前記第２揺動手段は、前記第１軸に沿った前記揺動板の部位に配置された第２可動電極と、該第２可動電極に対向し、前記枠体に固定され、前記第１軸に沿った位置に配置された第２固定電極と、前記第２可動電極及び前記第２固定電極間に、前記第１交流電圧と周波数が同一であり、且つ、位相が１８０°異なる第２交流電圧を印加する第２交流電源とを具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の２次元走査装置。
4. 前記揺動板を揺動可能に支持する枠体を備え、
   前記第１揺動手段は、前記第２軸に沿った前記揺動板の部位に配置された第１可動電極と、該第１可動電極に対向し、前記枠体に固定され、前記第１可動電極に対して、前記揺動板が含まれる平面の法線方向の少なくとも一方側に配置された第１固定電極と、前記第１可動電極及び前記第１固定電極間に第１交流電圧を印加する第１交流電源とを具備し、
   前記第２揺動手段は、前記第１軸に沿った前記揺動板の部位に配置された第２可動電極と、該第２可動電極に対向し、前記枠体に固定され、前記第２可動電極に対して、前記揺動板が含まれる平面の法線方向の少なくとも一方側に配置された第２固定電極と、前記第２可動電極及び前記第２固定電極間に、前記第１交流電圧と周波数が同一であり、且つ、位相が９０°異なる第２交流電圧を印加する第２交流電源とを具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の２次元走査装置。
5. 前記第１揺動手段は、前記揺動板が含まれる平面と平行な磁界を前記揺動板表面に発生させる第１磁界発生手段と、前記揺動板表面の前記第２軸上の部位に少なくとも配置され、且つ、前記磁界に対して角度を持って配置された部分を有する第１電線と、前記第１電線に第３交流電圧を印加する第３交流電源とを具備し、
   前記第２揺動手段は、前記揺動板が含まれる平面と平行な磁界を前記揺動板表面に発生させる第２磁界発生手段と、前記揺動板表面の前記第１軸上の部位に少なくとも配置され、且つ、前記第２磁界発生手段が発生させる磁界に対して角度を持って配置された部分を有する第２電線と、前記第２電線に、前記第３交流電圧と周波数が同一であり、且つ、位相が９０°異なる第４交流電圧を印加する第４交流電源とを具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の２次元走査装置。
6. 前記第１揺動及び前記第２揺動の最大振幅を個別に調整する最大振幅調整手段を備え、
   前記振幅変動手段は、前記最大振幅調整手段によって調整された最大振幅より小さい振幅範囲において、前記第１揺動及び前記第２揺動の何れの振幅も時間と共に増大又は減少させる請求項１から５の何れか１項に記載の２次元走査装置。
7. 前記第１揺動及び前記第２揺動を同時に行うことにより揺動する前記揺動板の振幅を検出する振幅検出手段と、
   前記振幅検出手段によって検出された振幅に基づいて、前記光源が出射する光の強度を補正する補正手段とを備えることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の２次元走査装置。
8. 前記第１揺動及び前記第２揺動を同時に行うことにより揺動する前記揺動板の振幅を検出する振幅検出手段と、
   前記第１揺動及び前記第２揺動を同時に行うことにより揺動する前記揺動板の位相を検出する位相検出手段と、
   前記揺動板の振幅及び位相が対応付けられた画像データを記憶する画像データ記憶手段と、
   前記画像データ記憶手段に記憶された画像データのうち、前記振幅検出手段によって検出された振幅、及び、前記位相検出手段によって検出された位相が対応付けられた画像データに基づいて、前記光源が出射する光の強度を制御する発光制御手段とを備える請求項１から６の何れか１項に記載の２次元走査装置。

Images