JP2008242245A - 光走査装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光走査装置1は、鏡面が表面に形成される本体部11と、本体部11と支持部3とを連結する弾性変形可能な弾性連結部12a,12bと、本体部11に設けられて櫛歯状に形成された櫛歯電極部13a,13b,14a,14b,14c,14dと、櫛歯電極部13a,13b,14a,14b,14c,14dと一定間隔を空けて噛み合う櫛歯電極部4a,4b,5a,5b,5c,5dとを備える。そして櫛歯電極部13a,13bと櫛歯電極部4a,4bとの間に電圧を印加することで弾性連結部12a,12bを回転軸として本体部11を振動させる。また、櫛歯電極部14a〜14dと電極部5a〜5dとの間の静電容量により、本体部11の走査角度を検出する。
【選択図】図1
Description
これに対して本願出願人は、シリコンで形成した反射部の両側に設けた櫛歯と、これに対向する固定側に配置した櫛歯との間に静電気力を発生させることで反射部を加振したり、上記櫛歯間の静電容量の変化により反射部の角度を検出したりするものを提案している(例えば、特許文献1参照)。
状電極部(即ち、第3櫛歯状電極部及び第4櫛歯状電極部)とが異なる櫛歯状電極部で構成されている。そして第3櫛歯状電極部は、回転軸に対して非平行な方向に延出した櫛歯を有し、当該第3櫛歯状電極部の櫛歯の先端部と回転軸との距離が、第1櫛歯状電極部の櫛歯の先端部と回転軸との距離よりも短くなるように設置されるとともに、第1櫛歯状電極部の櫛歯長よりも短い櫛歯を有している。このため、例えば第1櫛歯状電極部及び第2櫛歯状電極部と第3櫛歯状電極部及び第4櫛歯状電極部の櫛歯幅が略同じである場合には、反射部が所定周波数で振動している際に、第1櫛歯状電極部と第2櫛歯状電極部とが対向している期間(以下、駆動対向期間ともいう)よりも、第3櫛歯状電極部と第4櫛歯状電極部とが対向している期間(以下、変位検出対向期間ともいう)のほうが長くなる。これは、第1櫛歯状電極部の櫛歯の先端部の所定回転方向に沿った変位量が、第3櫛歯状電極部の櫛歯の先端部の所定回転方向に沿った変位量よりも大きいからである。なお以下、所定回転方向に沿った変位量を所定回転変位量という。
の根元の部分と回転軸との距離よりも短くなるように設置されるため、例えば第1櫛歯状電極部及び第2櫛歯状電極部と第3櫛歯状電極部及び第4櫛歯状電極部の櫛歯幅が略同じである場合には、反射部が所定周波数で振動している際に、第1櫛歯状電極部と第2櫛歯状電極部とが対向している期間(駆動対向期間)よりも、第3櫛歯状電極部と第4櫛歯状電極部とが対向している期間(変位検出対向期間)のほうが長くなる。これは、第1櫛歯状電極部の櫛歯の先端部の所定回転変位量が、回転軸から最も遠い位置に配置された第3櫛歯状電極部の櫛歯の所定回転変位量よりも大きいからである。
また、請求項1〜請求項4の何れかに記載の光走査装置において、請求項5に記載のように、第3櫛歯状電極部と第4櫛歯状電極部との対は、弾性連結部を挟んで両側に、回転軸に対して対称になるように設けられるようにするとよい。
増幅をとることで、このノイズを打ち消す、または低減することができる。
ところで、第3櫛歯状電極部と第4櫛歯状電極部が重なり合っている状態(この状態での所定回転変位量を0とする)で、第3櫛歯状電極部と第4櫛歯状電極部との間の静電容量(以下、櫛歯−櫛歯間静電容量という)が最大となり、所定回転変位量が正側或いは負側へ大きくなるにつれて櫛歯−櫛歯間静電容量が小さくなる。つまり、櫛歯−櫛歯間静電容量は、所定回転変位量が0の時を中心にして正側と負側とで対称な特性を示す。
容量(以下、櫛歯−薄膜間静電容量という)は、所定回転変位量が0の時を中心として正側と負側とで非対称な特性を示す。これは、導電性の薄膜が、第4櫛歯状電極部の櫛歯における、第3櫛歯状電極部の櫛歯と非対向となる2つの面の何れか一方の面上に設けられているために、所定回転変位量が0の時のときに、第3櫛歯状電極部と導電性の薄膜とが最接近していないからである。このため、櫛歯−薄膜間静電容量が或る値をとる場合に、この櫛歯−薄膜間静電容量の値に対応する所定回転変位量は、所定回転変位量が変化する範囲で1値とすることができる。このため、変位量検出手段が、第3櫛歯状電極部と導電性の薄膜との間の静電容量の変化に基づいて変位量を検出するように構成すれば、所定回転変位量の絶対値と正負を検出することが可能となる。
また、請求項9または請求項13に記載の光走査装置において、請求項14に記載のように、導電性の薄膜は、Al、Ti及びTiNの何れか1つを材料として形成されているようにするとよい。
以下に本発明の第1実施形態について図面とともに説明する。
図1は、本発明が適用された第1実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図、図2は図1のA−A断面部を示す図である。
また、櫛歯電極部13a,13b,14a,14b,14c,14dを構成する櫛歯は、回転軸KJに対して直交する方向に延びている。
光走査装置1は、図3に示すように、光ビーム反射部2を回転駆動するための駆動信号としてのパルス電圧を出力する駆動信号発生回路13と、駆動信号発生回路31により出力された駆動信号を増幅して櫛歯電極部4a,4bに印加する増幅回路32と、櫛歯電極部5a,5b,5c,5dと櫛歯電極部14a,14b,14c,14dとの間の静電容量を電圧値に変換するC−V変換回路33a,33b,33c,33d(以下、C−V変換回路33a,33b,33c,33dをまとめてC−V変換回路33ともいう)と、櫛歯電極部5a,5b,5c,5dと櫛歯電極部14a,14b,14c,14dの薄膜22との間の静電容量を電圧値に変換するC−V変換回路34a,34b,34c,34d(以下、C−V変換回路34a,34b,34c,34dをまとめてC−V変換回路34ともいう)と、光ビームの発光源となる半導体レーザ35と、C−V変換回路33,34から出力される電圧をモニタし、この電圧値に基づいて半導体レーザ35を制御するとともに、駆動信号発生回路31を制御する制御回路36とを備える。
制御回路36による制御に基づいて駆動信号発生回路31が駆動信号を出力すると、増幅回路32によりこの駆動信号の電圧値が増幅されて櫛歯電極部4a,4bに印加される。これにより、櫛歯電極部4a,4bと、櫛歯電極部13a,13bとの間にパルス電圧が印加されて周期的に変化する静電引力が生じ、弾性連結部12a,12bが弾性変形してねじれることにより、本体部11が弾性連結部12a,12bを回転軸KJとして回転方向KH(図2を参照)に沿って往復振動する。
14a,14b,14c,14dとの距離も周期的に変化する。これにより、櫛歯電極部5a,5b,5c,5dと櫛歯電極部14a,14b,14c,14dとの間の静電容量SY1と、櫛歯電極部5a,5b,5c,5dと櫛歯電極部14a,14b,14c,14dの薄膜22との間の静電容量SY2も、本体部11の回転角度に応じて変化する。
具体的には、図4に示すように、静電容量SY1は、走査角度0度を中心として正側と負側とで対称な特性を示す。これは、櫛歯電極部5a,5b,5c,5dと櫛歯電極部14a,14b,14c,14dとは、走査角度が0度のときに最接近するからである。このため、静電容量SY1が或る値をとる場合に、この静電容量SY1の値に対応する走査角度は、正負が異なり且つ大きさが同一な2値が考えられる(図中の点P1,P2を参照)。このため、走査角度の絶対値を検出することができるが、正負を検出することができない。
c,5dについての変位検出対向期間が長くなる分、櫛歯電極部14a,14b,14c,14dと櫛歯電極部5a,5b,5c,5dとの間の静電容量を検出することができるため、より大きい回転変位量(走査角度)を精度よく検出することができる。
以下に本発明の第2実施形態について図面とともに説明する。尚、第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみを説明する。
第2実施形態の光走査装置1は、図5に示すように、櫛歯電極部5c,5dと櫛歯電極部14c,14dを省略した点以外は第1実施形態と同じである。
以下に本発明の第3実施形態について図面とともに説明する。尚、第3実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみを説明する。
第3実施形態の光走査装置1は、図6に示すように、櫛歯電極部5b,5dと櫛歯電極
部14b,14dを省略した点以外は第1実施形態と同じである。
以下に本発明の第4実施形態について図面とともに説明する。尚、第4実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみを説明する。
第4実施形態の光走査装置1は、図7に示すように、櫛歯電極部5b,5cと櫛歯電極部14b,14cを省略した点以外は第1実施形態と同じである。
以下に本発明の第5実施形態について図面とともに説明する。尚、第5実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみを説明する。
第5実施形態の光走査装置1は、図8に示すように、櫛歯電極部5a,5b,5c,5dと櫛歯電極部14a,14b,14c,14dを省略した点と、櫛歯電極部5e,5fと櫛歯電極部14e,14fを追加した点以外は第1実施形態と同じである。
(第6実施形態)
以下に本発明の第6実施形態について図面とともに説明する。尚、第6実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみを説明する。
第6実施形態の光走査装置1は、図9に示すように、櫛歯電極部5a,5b,5c,5dと櫛歯電極部14a,14b,14c,14dを省略した点と、櫛歯電極部5g,5h,5i,5jと櫛歯電極部14g,14h,14i,14jを追加した点以外は第1実施形態と同じである。
電極部14g,14h,14i,14jの櫛歯幅と、櫛歯電極部5g,5h,5i,5jの櫛歯幅とが略同じとなるように形成されている。
。このため、これら2つの静電容量信号を加算することで、2倍の信号出力を得ることができる。
以下に本発明の第7実施形態について図面とともに説明する。尚、第7実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみを説明する。
第7実施形態の光走査装置1は、図10に示すように、櫛歯電極部5a,5b,5c,5dと櫛歯電極部14a,14b,14c,14dを省略した点と、櫛歯電極部5k,5lと櫛歯電極部14k,14lを追加した点以外は第1実施形態と同じである。
また櫛歯電極部14k,14lは、櫛歯電極部14k,14lを構成する櫛歯のうちで回転軸KJから最も遠い位置に配置された櫛歯と回転軸KJとの距離DS5が、櫛歯電極部13a,13bの櫛歯の根元の部分と回転軸KJとの距離DS6よりも短くなるように設置されている。
極部13a,13bの櫛歯の根元の部分と回転軸KJとの距離DS6よりも短くなるように設置されている。そして、櫛歯電極部13a,13bの櫛歯幅と、櫛歯電極部4a,4bの櫛歯幅と、櫛歯電極部14k,14lの櫛歯幅と、櫛歯電極部5k,5lの櫛歯幅とが略同じであるので、本体部11が共振周波数で振動している際に、櫛歯電極部13a,13bと櫛歯電極部4a,4bとが対向している期間(駆動対向期間)よりも、櫛歯電極部14k,14lと櫛歯電極部5k,5lとが対向している期間(変位検出対向期間)のほうが長くなる。これは、櫛歯電極部13a,13bの櫛歯の先端部の回転方向KHに沿った変位量(回転変位量)が、櫛歯電極部14k,14lの櫛歯の先端部の回転方向KHに沿った変位量(回転変位量)よりも大きいからである。
例えば、上記実施形態においては、薄膜22がAl、Ti及びTiNの何れか1つを材料として形成されているものを示したが、単結晶Siまたは多結晶Siを材料として形成されているようにしてもよい。これにより、高温プロセスで光走査装置1を製造することが可能となる。
Claims (15)
- 光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、
前記反射部に連結された弾性変形可能な弾性連結部を有し、該弾性連結部を回転軸として予め設定された所定回転方向に前記反射部を揺動可能に支持する揺動支持部と、
前記反射部に設けられ、前記回転軸に対して非平行な方向に延出した櫛歯状に形成された第1櫛歯状電極部と、
前記第1櫛歯状電極部と噛み合い可能な櫛歯状に形成され、該第1櫛歯状電極部と噛み合い可能な位置に固定して設置された第2櫛歯状電極部と、
前記反射部に設けられて櫛歯状に形成された第3櫛歯状電極部と、該第3櫛歯状電極部と噛み合い可能な櫛歯状に形成されて該第3櫛歯状電極部と噛み合い可能な位置に固定して設置された第4櫛歯状電極部とを有し、該第3櫛歯状電極部と該第4櫛歯状電極部との間の静電容量の変化に基づいて、前記反射部の前記所定回転方向に沿った変位量を検出する変位量検出手段とを備え、
前記第1櫛歯状電極部と前記第2櫛歯状電極部との間に電圧を印加することで両電極部間に発生する静電引力により、前記反射部を前記所定回転方向に所定周波数で振動させるように構成された光走査装置であって、
前記第3櫛歯状電極部は、
前記回転軸に対して非平行な方向に延出した櫛歯を有し、
当該第3櫛歯状電極部の櫛歯の先端部と前記回転軸との距離が、前記第1櫛歯状電極部の櫛歯の先端部と前記回転軸との距離よりも短くなるように設置されるとともに、前記第1櫛歯状電極部の櫛歯長よりも短い櫛歯を有する
ことを特徴とする光走査装置。 - 前記第3櫛歯状電極部と前記第4櫛歯状電極部との対が、前記回転軸に対して左及び右の少なくとも何れか一方の側に、少なくとも2つ以上配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。 - 光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、
前記反射部に連結された弾性変形可能な弾性連結部を有し、該弾性連結部を回転軸として予め設定された所定回転方向に前記反射部を揺動可能に支持する揺動支持部と、
前記反射部に設けられ、前記回転軸に対して非平行な方向に延出した櫛歯状に形成された第1櫛歯状電極部と、
前記第1櫛歯状電極部と噛み合い可能な櫛歯状に形成され、該第1櫛歯状電極部と噛み合い可能な位置に固定して設置された第2櫛歯状電極部と、
前記反射部に設けられて櫛歯状に形成された第3櫛歯状電極部と、該第3櫛歯状電極部と噛み合い可能な櫛歯状に形成されて該第3櫛歯状電極部と噛み合い可能な位置に固定して設置された第4櫛歯状電極部とを有し、該第3櫛歯状電極部と該第4櫛歯状電極部との間の静電容量の変化に基づいて、前記反射部の前記所定回転方向に沿った変位量を検出する変位量検出手段とを備え、
前記第1櫛歯状電極部と前記第2櫛歯状電極部との間に電圧を印加することで両電極部間に発生する静電引力により、前記反射部を前記所定回転方向に所定周波数で振動させるように構成された光走査装置であって、
前記第3櫛歯状電極部は、
前記回転軸に対して平行な方向に延出した櫛歯を有し、
当該第3櫛歯状電極部を構成する櫛歯のうちで前記回転軸から最も遠い位置に配置された櫛歯と前記回転軸との距離が、前記第1櫛歯状電極部の櫛歯の根元の部分と前記回転軸との距離よりも短くなるように設置されている
ことを特徴とする光走査装置。 - 前記第3櫛歯状電極部の櫛歯及び前記第4櫛歯状電極部の櫛歯は、前記回転軸に直交する断面が矩形状となるように形成され、
前記第4櫛歯状電極部の櫛歯における前記回転軸側を向いている面を第4櫛歯内側面とし、
前記第3櫛歯状電極部の櫛歯における前記第4櫛歯内側面と対向している面を第3櫛歯対向面として、
前記第3櫛歯状電極部の櫛歯及び前記第4櫛歯状電極部の櫛歯は、
前記第4櫛歯内側面と前記回転軸との距離が、前記第3櫛歯状電極部の櫛歯における前記第3櫛歯対向面側の角部と前記回転軸との距離より長くなるように配置されている
ことを特徴とする請求項3に記載の光走査装置。 - 前記第3櫛歯状電極部と前記第4櫛歯状電極部との対は、前記弾性連結部を挟んで両側に、前記回転軸に対して対称になるように設けられる
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れかに記載の光走査装置。 - 前記第3櫛歯状電極部と前記第4櫛歯状電極部との対は、前記反射部を挟んで両側に、前記反射部の重心に対して点対称となるように設けられる
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れかに記載の光走査装置。 - 前記第3櫛歯状電極部と前記第4櫛歯状電極部との対は、前記反射部を挟んで両側に、前記回転軸に直交する面に対して対称となるように設けられる
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れかに記載の光走査装置。 - 前記第3櫛歯状電極部と前記第4櫛歯状電極部との対は、
前記弾性連結部を挟んで両側に、前記回転軸に対して対称となるように設けられ、
前記反射部を挟んで両側に、前記反射部の重心に対して点対称となるように設けられ、
前記反射部を挟んで両側に、前記回転軸に直交する面に対して対称となるように設けられる
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れかに記載の光走査装置。 - 前記第3櫛歯状電極部の櫛歯及び前記第4櫛歯状電極部の櫛歯は、前記回転軸に直交する断面が矩形状となるように形成され、
前記第4櫛歯状電極部の櫛歯における、前記第3櫛歯状電極部の櫛歯と非対向となる2つの面の何れか一方の面上には、絶縁膜を介して導電性の薄膜が設けられる
ことを特徴とする請求項1〜請求項8の何れかに記載の光走査装置。 - 光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、
前記反射部に連結された弾性変形可能な弾性連結部を有し、該弾性連結部を回転軸として予め設定された所定回転方向に前記反射部を揺動可能に支持する揺動支持部と、
前記反射部に設けられ、前記回転軸に対して非平行な方向に延出した櫛歯状に形成された第1櫛歯状電極部と、
前記第1櫛歯状電極部と噛み合い可能な櫛歯状に形成され、該第1櫛歯状電極部と噛み合い可能な位置に固定して設置された第2櫛歯状電極部と、
前記弾性連結部に設けられて櫛歯状に形成された第5櫛歯状電極部と、該第5櫛歯状電極部と噛み合い可能な櫛歯状に形成されて該第5櫛歯状電極部と噛み合い可能な位置に固定して設置された第6櫛歯状電極部とを有し、該第5櫛歯状電極部と該第6櫛歯状電極部との間の静電容量の変化に基づいて、前記反射部の前記所定回転方向に沿った変位量を検出する変位量検出手段とを備え、
前記第1櫛歯状電極部と前記第2櫛歯状電極部との間に電圧を印加することで両電極部間に発生する静電引力により、前記反射部を前記所定回転方向に所定周波数で振動させる
ように構成された光走査装置であって、
前記第5櫛歯状電極部は、
前記回転軸に対して非平行な方向に延出した櫛歯を有し、
当該第5櫛歯状電極部の櫛歯の先端部と前記回転軸との距離が、前記第1櫛歯状電極部の櫛歯の先端部と前記回転軸との距離よりも短くなるように設置されるとともに、前記第1櫛歯状電極部の櫛歯長よりも短い櫛歯を有する
ことを特徴とする光走査装置。 - 前記第5櫛歯状電極部と前記第6櫛歯状電極部との対が、前記弾性連結部を挟んで両側に、前記回転軸に対して対称になるように設けられる
ことを特徴とする請求項10に記載の光走査装置。 - 前記弾性連結部は、前記反射部を挟んで前記回転軸に沿った上側に配置された上側連結部と、前記反射部を挟んで前記回転軸に沿った下側に配置された下側連結部とから構成され、
前記第5櫛歯状電極部と前記第6櫛歯状電極部との対が前記反射部を挟んで両側に前記回転軸に直交する面に対して対称となるように、前記第5櫛歯状電極部が前記上側連結部と前記下側連結部とに設けられる
ことを特徴とする請求項10に記載の光走査装置。 - 前記第5櫛歯状電極部の櫛歯及び第6櫛歯状電極部の櫛歯は、前記回転軸に直交する断面が矩形状となるように形成され、
前記第6櫛歯状電極部の櫛歯における、前記第5櫛歯状電極部の櫛歯と非対向となる2つの面の何れか一方の面上には、絶縁膜を介して導電性の薄膜が設けられる
ことを特徴とする請求項10〜請求項12の何れかに記載の光走査装置。 - 前記導電性の薄膜は、Al、Ti及びTiNの何れか1つを材料として形成されている
ことを特徴とする請求項9または請求項13に記載の光走査装置。 - 前記導電性の薄膜は、単結晶Siまたは多結晶Siを材料として形成されている
ことを特徴とする請求項9または請求項13に記載の光走査装置。
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