JP2008242245A - 光走査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】角度変位が大きい場合でも精度よく角度変位を検出することができる光走査装置を提供
【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

本発明は、光ビームを走査する光走査装置に関する。
近年、光走査装置の小型化を目的として、MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を利用した光走査装置が種々提案されている。
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)。
特開2004−245890号公報
しかし、特許文献1に記載の技術では、反射部と反射部両側の櫛歯は一体で振動する。このため、反射部の角度振幅が大きくなると、反射部側の櫛歯(以下、反射部側櫛歯という)と固定側の櫛歯(以下、固定側櫛歯という)とが対向しなくなる期間が発生する。即ち、櫛歯間の容量検出において、反射部側櫛歯と固定側櫛歯とが対向している間は静電容量が検出されるが、角度変位が大きくなり反射部側櫛歯と固定側櫛歯とが対向しなくなると静電容量はゼロになってしまう。このため、周期運動中において、反射部側櫛歯と固定側櫛歯とが対向する期間でしか静電容量を検出することができず、周期運動の全期間で精度よく反射部の角度変位を検出することが難しかった。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、角度変位が大きい場合でも精度よく角度変位を検出することができる光走査装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するためになされた請求項1に記載の光走査装置は、光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、反射部に連結された弾性変形可能な弾性連結部を有し、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反射部を揺動可能に支持する揺動支持部と、反射部に設けられ、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、第1櫛歯状電極部と噛み合い可能な櫛歯状に形成され、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、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、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、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の変化に基づいて、反射部の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、第1櫛歯状電極部と第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、反射部を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、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することを特徴とする。
このように構成された光走査装置では、反射部を回転駆動するための櫛歯状電極部(即ち、第1櫛歯状電極部及び第2櫛歯状電極部)と、反射部の変位量を検出するための櫛歯
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。
したがって、第3櫛歯状電極部と第4櫛歯状電極部についての変位検出対向期間が長くなる分、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を検出することができるため、より大きい所定回転変位量を精度よく検出することができる。
更に、反射部を回転駆動するための櫛歯状電極部(即ち、第1櫛歯状電極部及び第2櫛歯状電極部)と、反射部の変位量を検出するための櫛歯状電極部(即ち、第3櫛歯状電極部及び第4櫛歯状電極部)とが別々に設けられているので、第1櫛歯状電極部及び第2櫛歯状電極部に印加した電圧で発生したノイズが、第3櫛歯状電極部と第4櫛歯状電極部に影響を与えないようにするためのシールド等を設けることができる。
また請求項1に記載の光走査装置では、請求項2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が、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ようにするとよい。
このように構成された光走査装置によれば、第3櫛歯状電極部と第4櫛歯状電極部との対が1つ配置されている場合よりも大きな静電容量を検出することができ、所定回転変位量をより精度よく検出することができる。
また請求項3に記載の光走査装置は、光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、反射部に連結された弾性変形可能な弾性連結部を有し、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反射部を揺動可能に支持する揺動支持部と、反射部に設けられ、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、第1櫛歯状電極部と噛み合い可能な櫛歯状に形成され、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、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、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、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の変化に基づいて、反射部の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、第1櫛歯状電極部と第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、反射部を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、第3櫛歯状電極部が、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回転軸から最も遠い位置に配置された櫛歯と回転軸との距離が、第1櫛歯状電極部の櫛歯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ていることを特徴とする。
このように構成された光走査装置では、当該第3櫛歯状電極部を構成する櫛歯のうちで回転軸から最も遠い位置に配置された櫛歯と回転軸との距離が、第1櫛歯状電極部の櫛歯
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。
したがって、請求項1に記載の光走査装置と同様に、第3櫛歯状電極部と第4櫛歯状電極部についての変位検出対向期間が長くなる分、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を検出することができるため、より大きい所定回転変位量を精度よく検出することができる。
更に、第3櫛歯状電極部と第4櫛歯状電極部との対(以下、検出櫛歯対ともいう)が弾性連結部を挟んで両側に設けられる場合に、両側の検出櫛歯対から検出される静電容量を示す信号を差動増幅すると(以下、この差動増幅した信号を差動増幅信号という)、第3櫛歯状電極部の櫛歯を回転軸に対して平行な方向に延出させて設ける(図12(a)を参照)場合のほうが、櫛歯を回転軸に対して垂直な方向に延出させて設ける場合(図12(b)を参照)よりも、差動増幅信号の所定回転変位量に対する変化が緩やかになる。このため、所定回転変位量をより精度よく検出することができる。例えば図13に示すように、第3櫛歯状電極部の櫛歯を回転軸に対して平行な方向に延出させて設けた場合の差動増幅信号SZ1の傾きKS1は(図13(a)を参照)、櫛歯を回転軸に対して垂直な方向に延出させて場合の差動増幅信号SZ2の傾きKS2(図13(b)を参照)よりも小さい。なお、図13(a),(b)では、傾きを対比させやすいように、傾きKS1及び傾きKS2を並べて表示している。
また請求項3に記載の光走査装置において、第3櫛歯状電極部の櫛歯及び第4櫛歯状電極部の櫛歯について、回転軸に直交する断面が矩形状となるように形成されている場合には、請求項4に記載のように、第4櫛歯状電極部の櫛歯における回転軸側を向いている面を第4櫛歯内側面とし、第3櫛歯状電極部の櫛歯における第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、第3櫛歯状電極部の櫛歯及び第4櫛歯状電極部の櫛歯は、第4櫛歯内側面と回転軸との距離が、第3櫛歯状電極部の櫛歯における第3櫛歯対向面側の角部と回転軸との距離より長くなるように配置されているようにするとよい。
このように構成された光走査装置によれば、反射部を所定回転方向に回転させる際に、第4櫛歯内側面と、第3櫛歯対向面側の角部とが接触しないようにすることができる。
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。
このように構成された光走査装置では、弾性連結部を挟んで一方側に設けられた検出櫛歯対の静電容量を示す信号(以下、「静電容量を示す信号」を静電容量信号という)と、他方側に設けられた検出櫛歯対の静電容量信号とは逆位相となる。このため、これら2つの静電容量信号の差動増幅をとることができる。そして差動増幅をとることで、静電容量信号の出力が増すとともに、所定回転変位量と静電容量信号の電圧値との関係の線形性を向上させることができる。更に、一方側に設けられた検出櫛歯対と他方側に設けられた検出櫛歯対との両方の静電容量信号に、第1櫛歯状電極部及び第2櫛歯状電極部に印加した電圧で発生したノイズが混入した場合に、このノイズは一方側に設けられた検出櫛歯対と他方側に設けられた検出櫛歯対とで同位相であるので、これら2つの静電容量信号の差動
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。
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6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、反射部を挟んで両側に、反射部の重心に対して点対称となるように設けられるようにするとよい。
このように構成された光走査装置では、反射部を挟んで一方側に設けられた検出櫛歯対の静電容量信号と、他方側に設けられた検出櫛歯対の静電容量信号とは逆位相となる。このため、請求項5に記載の光走査装置と同様に、差動増幅をとることで、静電容量信号の出力が増すとともに、所定回転変位量と静電容量信号の電圧値との関係の線形性を向上させることができる。更に、反射部の重心に対して点対称となるように設けられているため、反射部の偏心を防ぎ、弾性連結部の回転中心と、光走査装置全体としての回転中心とを一致させることができる。
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7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、反射部を挟んで両側に、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ようにするとよい。
このように構成された光走査装置では、反射部を挟んで一方側に設けられた検出櫛歯対の静電容量信号と、他方側に設けられた検出櫛歯対の静電容量信号とは同位相となる。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。
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8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となるように設けられ、反射部を挟んで両側に、反射部の重心に対して点対称となるように設けられ、反射部を挟んで両側に、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ようにするとよい。
このように構成された光走査装置では、請求項5、請求項6及び請求項7に記載の光走査装置と同様の効果を得ることができる。
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。
このため、櫛歯−櫛歯間静電容量が或る値をとる場合に、この櫛歯−櫛歯間静電容量の値に対応する所定回転変位量は、正負が異なり且つ大きさが同一な2値が考えられる。このため、櫛歯−櫛歯間静電容量の絶対値を検出することができるが、正負を判別することができない。
そこで、請求項1〜請求項8の何れかに記載の光走査装置において、請求項9に記載のように、第3櫛歯状電極部の櫛歯及び第4櫛歯状電極部の櫛歯は、回転軸に直交する断面が矩形状となるように形成され、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は、絶縁膜を介して導電性の薄膜が設けられるようにするとよい。
このように構成された光走査装置では、第3櫛歯状電極部と導電性の薄膜との間の静電
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。
或いは、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と、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の変化とに基づいて変位量を検出するように構成すれば、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の変化とに基づいて所定回転変位量の絶対値を検出して、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所定回転変位量の正負を検出するようにすることができる。
また請求項10に記載の光走査装置は、光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、反射部に連結された弾性変形可能な弾性連結部を有し、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反射部を揺動可能に支持する揺動支持部と、反射部に設けられ、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、第1櫛歯状電極部と噛み合い可能な櫛歯状に形成され、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、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、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、第5櫛歯状電極部と第6櫛歯状電極部との間の静電容量の変化に基づいて、反射部の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、第1櫛歯状電極部と第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、反射部を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、第5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5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することを特徴とする。
このように構成された光走査装置では、反射部を回転駆動するための櫛歯状電極部(即ち、第1櫛歯状電極部及び第2櫛歯状電極部)と、反射部の変位量を検出するための櫛歯状電極部(即ち、第5櫛歯状電極部及び第6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5櫛歯状電極部は、第5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、第1櫛歯状電極部及び第2櫛歯状電極部と第5櫛歯状電極部及び第6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5櫛歯状電極部と第6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、第5櫛歯状電極部の櫛歯の先端部の所定回転変位量よりも大きいからである。
したがって、第5櫛歯状電極部と第6櫛歯状電極部についての変位検出対向期間が長くなる分、第5櫛歯状電極部と第6櫛歯状電極部との間の静電容量を検出することができるため、より大きい所定回転変位量を精度よく検出することができる。
更に、第5櫛歯状電極部は、弾性連結部に設けられているので、上記の第1櫛歯状電極部よりも回転軸に近い位置に配置することができる。したがって、第1櫛歯状電極部よりも変位検出対向期間を長くすることができ、より大きい所定回転変位量を精度よく検出することができる。
また、請求項10に記載の光走査装置において、請求項11に記載のように、第5櫛歯状電極部と第6櫛歯状電極部との対が、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。
このように構成された光走査装置では、弾性連結部を挟んで一方側に設けられた検出櫛歯対の静電容量信号と、他方側に設けられた検出櫛歯対の静電容量信号とは逆位相となる。このため、これら2つの静電容量信号の差動増幅をとることで、請求項5に記載の光走査装置と同様の効果を得ることができる。
また、請求項10に記載の光走査装置において、請求項12に記載のように、弾性連結部は、反射部を挟んで回転軸に沿った上側に配置された上側連結部と、反射部を挟んで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、第5櫛歯状電極部と第6櫛歯状電極部との対が反射部を挟んで両側に回転軸に直交する面に対して対称となるように、第5櫛歯状電極部が上側連結部と下側連結部とに設けられるようにするとよい。
このように構成された光走査装置では、反射部を挟んで上側に設けられた検出櫛歯対の静電容量信号と、下側に設けられた検出櫛歯対の静電容量信号とは同位相となる。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。
また、請求項10〜請求項12の何れかに記載の光走査装置において、請求項13に記載のように、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、回転軸に直交する断面が矩形状となるように形成され、第6櫛歯状電極部の櫛歯における、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ようにするとよい。
このように構成された光走査装置によれば、請求項9に記載の光走査装置と同様の効果を得ることができる。
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。
このように構成された光走査装置によれば、Al、Ti及びTiNは金属材料であるので電気抵抗を低くすることができ、高周波で静電容量の変化を計測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15に記載のように、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ようにするとよい。
このように構成された光走査装置によれば、単結晶Siまたは多結晶Siは半導体材料であるので、高温プロセスで光走査装置を製造することが可能となる。
(第1実施形態)
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。
光走査装置1は、例えばSOI(Silicon On Insulator)ウエハを半導体プロセスで加工して製造されたものであり、光ビームを反射する光ビーム反射部2と、光ビーム反射部2を支持する支持部3と、光ビーム反射部2に回転駆動力を印加する駆動部4と、光ビーム反射部2の回転角度を検出する角度検出部5とを備える。
光ビーム反射部2は、アルミ薄膜の鏡面が表面に形成される矩形状の本体部11と、本体部11の上辺11aと支持部3とを連結する弾性変形可能な弾性連結部12aと、本体部11の下辺11bと支持部3とを連結する弾性変形可能な弾性連結部12bと、本体部11の左辺11cに設けられて櫛歯状に形成された櫛歯電極部13aと、本体部11の右辺11dに設けられて櫛歯状に形成された櫛歯電極部13bと、本体部11の上辺11aに設けられて櫛歯状に形成された櫛歯電極部14a,14bと、本体部11の下辺11bに設けられて櫛歯状に形成された櫛歯電極部14c,14dとから構成される。
これらのうち、弾性連結部12a及び弾性連結部12bは、同一直線上に配置されており、光ビーム反射部2の回転軸KJとなる。
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。
また、櫛歯電極部14a,14b,14c,14dの櫛歯の先端部と回転軸KJとの距離DS1が、櫛歯電極部13a,13bの櫛歯の先端部と回転軸KJとの距離DS2よりも短くなるように設置されるとともに、櫛歯電極部14a,14b,14c,14dの櫛歯長KL1は、櫛歯電極部13a,13bの櫛歯長KL2よりも短くなるように形成されている。
次に支持部3は、上辺11aと連結されていない側の弾性連結部12aの端部と連結される上側支持部3aと、下辺11bと連結されていない側の弾性連結部12bの端部と連結される下側支持部3bとから構成される。
更に駆動部4は、櫛歯電極部13aと一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部4aと、櫛歯電極部13bと一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部4bとから構成される。
また角度検出部5は、櫛歯電極部14aと一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部5aと、櫛歯電極部14bと一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部5bと、櫛歯電極部14cと一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部5cと、櫛歯電極部14dと一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部5dとから構成される。そして櫛歯電極部5a,5b,5c,5dはそれぞれ、櫛歯電極部14a,14b,14c,14dと噛み合うように設置される。
なお、13a,13bの櫛歯幅と、櫛歯電極部4a,4bの櫛歯幅と、櫛歯電極部14a,14b,14c,14dの櫛歯幅KW2(図2を参照)と、櫛歯電極部5a,5b,5c,5dの櫛歯幅KW1(図2を参照)とが略同じとなるように形成されている。
また櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対と、櫛歯電極部14bと櫛歯電極部5bの対とは、弾性連結部12aを挟んで両側に、回転軸KJに対して対称になるように設けられる。また櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対と、櫛歯電極部14dと櫛歯電極部5dの対とは、本体部11を挟んで両側に、本体部11の重心JSに対して点対称となるように設けられる。また櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対と、櫛歯電極部14cと櫛歯電極部5cの対とは、本体部11を挟んで両側に、本体部11の重心JSを通り回転軸KJに直交する面JMに対して対称となるように設けられる。
また櫛歯電極部5a,5b,5c,5dはそれぞれ、図2に示すように(図2では、櫛歯電極部5dで代表して示す)、櫛歯電極部14a,14b,14c,14dと非対向となる2つの面KM1,KM2の何れか一方の面(図2では、面KM1)に、絶縁膜21を介して導電性の薄膜22が設けられている。この薄膜22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。
次に、光走査装置1の電気的構成について説明する。図3は、光走査装置1の電気的構成を示すブロック図である。
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。
次に、光走査装置1の動作について説明する。
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。
ここで、駆動信号発生回路31は、本体部11の慣性モーメントと弾性連結部12a,12bのバネ定数とにより決まるねじり振動子の共振周波数の2倍の周波数の駆動信号を出力するようになっており、これにより、本体部11と弾性連結部12a,12bとからなる振動系が共振し、本体部11が共振周波数で往復振動する。
そして、この状態で本体部11に半導体レーザ35から光ビームが照射されると、その光ビームが本体部11の鏡面で反射されることにより出射されるとともに、本体部11の往復振動に伴い、本体部11の回転角度(回転方向KHに沿った変位量)に応じた方向に走査される。
一方、本体部11の往復振動に伴い、櫛歯電極部5a,5b,5c,5dと櫛歯電極部
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。
図4は、静電容量SY1,SY2の走査角度に対する変化を示す図である。
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。
一方、静電容量SY2は、走査角度0度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、図2に示すように、導電性の薄膜22が、櫛歯電極部5a,5b,5c,5dの非対向面KM1,KM2の何れか一方の面に設けられているために、走査角度が0度のときに、櫛歯電極部5a,5b,5c,5dの薄膜22と櫛歯電極部14a,14b,14c,14dとが最接近していないからである。このため、静電容量SY2が或る値をとる場合に、この静電容量SY2の値に対応する走査角度は、走査角度が変化する範囲で1値となる(図中の点P3を参照)。このため、走査角度の正負を検出することが可能となる。
そして制御回路36は、これらの静電容量に基づき、本体部11の回転角度を検出する。具体的には、C−V変換回路33から出力される電圧値に基づいて走査角度の絶対値を検出するとともに、C−V変換回路34から出力される電圧値に基づいて走査角度の正負を検出する。これにより制御回路36は、本体部11の振動のタイミングに合わせて、半導体レーザ35から光ビームを照射することができる。
このように構成された光走査装置1では、本体部11を回転駆動するための櫛歯電極部13a,13b及び櫛歯電極部4a,4bと、本体部11の走査角度を検出する櫛歯電極部14a,14b,14c,14d及び櫛歯電極部5a,5b,5c,5dとが異なる櫛歯電極部として構成されている。そして、櫛歯電極部14a,14b,14c,14dは、回転軸KJに対して直交する方向に延出した櫛歯を有し、当該櫛歯電極部14a,14b,14c,14dの櫛歯の先端部と回転軸KJとの距離DS1が、櫛歯電極部13a,13bの櫛歯の先端部と回転軸KJとの距離DS2よりも短くなるように設置されるとともに、櫛歯電極部13a,13bの櫛歯長よりも短い櫛歯を有している。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14a,14b,14c,14dの櫛歯幅KW2(図2を参照)と、櫛歯電極部5a,5b,5c,5dの櫛歯幅KW1(図2を参照)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(以下、駆動対向期間ともいう)よりも、櫛歯電極部14a,14b,14c,14dと櫛歯電極部5a,5b,5c,5d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、櫛歯電極部13a,13bの櫛歯の先端部の回転方向KH(図2を参照)に沿った変位量のほうが、櫛歯電極部14a,14b,14c,14dの櫛歯の先端部の回転方向KHに沿った変位量よりも大きいからである。なお以下、回転方向KHに沿った変位量を回転変位量という。
したがって、櫛歯電極部14a,14b,14c,14dと櫛歯電極部5a,5b,5
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。
更に、本体部11を回転駆動するための櫛歯電極部13a,13b及び櫛歯電極部4a,4bと、本体部11の走査角度を検出する櫛歯電極部14a,14b,14c,14d及び櫛歯電極部5a,5b,5c,5dとが別々に設けられているので、櫛歯電極部13a,13b及び櫛歯電極部4a,4bに印加した電圧で発生したノイズが、櫛歯電極部14a,14b,14c,14d及び櫛歯電極部5a,5b,5c,5dに影響を与えないようにするためのシールド等を設けることができる。
また、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対と、櫛歯電極部14bと櫛歯電極部5bの対とは、弾性連結部12aを挟んで両側に、回転軸KJに対して対称になるように設けられる。このため、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対の静電容量を示す信号(以下、「静電容量を示す信号」を静電容量信号という)と、櫛歯電極部14bと櫛歯電極部5bの対の静電容量信号とは逆位相となる。従って、これら2つの静電容量信号の差動増幅をとることで、静電容量信号の出力が増すとともに、回転変位量(走査角度)と静電容量信号の電圧値との関係の線形性を向上させることができる。更に、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対と、櫛歯電極部14bと櫛歯電極部5bの対との両方の静電容量信号に、櫛歯電極部13a,13b及び櫛歯電極部4a,4bに印加した電圧で発生したノイズが混入した場合に、このノイズは櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対と櫛歯電極部14bと櫛歯電極部5bの対とで同位相であるので、これら2つの静電容量信号の差動増幅をとることで、このノイズを打ち消す、または低減することができる。
また、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対と、櫛歯電極部14dと櫛歯電極部5dの対とは、本体部11を挟んで両側に、本体部11の重心JSに対して点対称となるように設けられる。このため、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対の静電容量信号と、櫛歯電極部14dと櫛歯電極部5dの対の静電容量信号とは逆位相となる。従って、これら2つの静電容量信号の差動増幅をとることで、静電容量信号の出力が増すとともに、回転変位量(走査角度)と静電容量信号の電圧値との関係の線形性を向上させることができる。更に、本体部11の重心JSに対して点対称となるように設けられているため、本体部11の偏心を防ぎ、弾性連結部12a,12bの回転中心と、光走査装置全体1としての回転中心とを一致させることができる。
また、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対と、櫛歯電極部14cと櫛歯電極部5cの対とは、本体部11を挟んで両側に、本体部11の重心JSを通り回転軸KJに直交する面JMに対して対称となるように設けられる。これにより、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対の静電容量信号と、櫛歯電極部14cと櫛歯電極部5cの対の静電容量信号とは同位相となる。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。
また制御回路36は、C−V変換回路33から出力される電圧値に基づいて走査角度の絶対値を検出するとともに、C−V変換回路34から出力される電圧値に基づいて走査角度の正負を検出する。即ち、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(以下、櫛歯−櫛歯間静電容量という)は、図4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の薄膜22との間の静電容量(以下、櫛歯−薄膜間静電容量という)よりも大きいため、大きい静電容量を有する櫛歯−櫛歯間静電容量を用いて、走査角度の絶対値を検出し、小さい静電容量を有する櫛歯−薄膜間静電容量を用いて、走査角度の正負を検出する。
これにより、C−V変換回路33から出力される電圧に混入したノイズを除去するためにフィルタを使い、C−V変換回路33から出力される電圧値が小さくなっても、この電圧値を、走査角度の絶対値の検出ができないレベルまで小さくなるのを抑えることができる。なお、櫛歯−薄膜間静電容量を表すC−V変換回路34から出力される電圧値は、走査角度が正であるか負であるかを検出するためのものであるので、ノイズが混入しても検出に大きな影響を及ぼさない。
また薄膜22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。即ち、金属材料で形成されているので、電気抵抗を低くすることができ、高周波で静電容量の変化を計測することが可能となる。
以上説明した実施形態において、本体部11は本発明における反射部、弾性連結部12a,12b及び支持部3は本発明における揺動支持部、櫛歯電極部13a,13bは本発明における第1櫛歯状電極部、櫛歯電極部4a,4bは本発明における第2櫛歯状電極部、櫛歯電極部14a,14b,14c,14dは本発明における第3櫛歯状電極部、櫛歯電極部5a,5b,5c,5dは本発明における第4櫛歯状電極部、櫛歯電極部14a,14b,14c,14dと櫛歯電極部5a,5b,5c,5dとC−V変換回路33,34は本発明における変位量検出手段、回転方向KHは本発明における所定回転方向である。
(第2実施形態)
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。
図5は、本発明が適用された第2実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図である。
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。
このように構成された光走査装置1では、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対と、櫛歯電極部14bと櫛歯電極部5bの対とは、弾性連結部12aを挟んで両側に、回転軸KJに対して対称になるように設けられる。このため、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対の静電容量信号と、櫛歯電極部14bと櫛歯電極部5bの対の静電容量信号とは逆位相となる。従って、これら2つの静電容量信号の差動増幅をとることで、静電容量信号の出力が増すとともに、回転変位量(走査角度)と静電容量信号の電圧値との関係の線形性を向上させることができる。更に、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aと櫛歯電極部14bと櫛歯電極部5bの対との両方の静電容量信号に、櫛歯電極部13a,13b及び櫛歯電極部4a,4bに印加した電圧で発生したノイズが混入した場合に、このノイズは櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対と櫛歯電極部14bと櫛歯電極部5bの対とで同位相であるので、これら2つの静電容量信号の差動増幅をとることで、このノイズを打ち消す、または低減することができる。
(第3実施形態)
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。
図6は、本発明が適用された第3実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図である。
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。
このように構成された光走査装置1では、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対と、櫛歯電極部14cと櫛歯電極部5cの対とは、本体部11を挟んで両側に、本体部11の重心JSを通り回転軸KJに直交する面JMに対して対称となるように設けられる。櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対の静電容量信号と、櫛歯電極部14cと櫛歯電極部5cの対の静電容量信号とは同位相となる。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。
(第4実施形態)
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。
図7は、本発明が適用された第4実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図である。
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。
このように構成された光走査装置1では、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対と、櫛歯電極部14dと櫛歯電極部5dの対とは、本体部11を挟んで両側に、本体部11の重心JSに対して点対称となるように設けられる。このため、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部5aの対のる静電容量信号と、櫛歯電極部14dと櫛歯電極部5dの対の静電容量信号とは逆位相となる。従って、これら2つの静電容量信号の差動増幅をとることで、静電容量信号の出力が増すとともに、回転変位量(走査角度)と静電容量信号の電圧値との関係の線形性を向上させることができる。更に、本体部11の重心JSに対して点対称となるように設けられているため、本体部11の偏心を防ぎ、弾性連結部12a,12bの回転中心と、光走査装置全体1としての回転中心とを一致させることができる。
(第5実施形態)
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。
図8は、本発明が適用された第5実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図である。
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。
櫛歯電極部14e,14fは、本体部11の上辺11a上に設けられて櫛歯状に形成されている。そして、櫛歯電極部14e,14f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。
更に、櫛歯電極部14fは、弾性連結部12aを挟んで、櫛歯電極部14eが配置されているのと同じ側に配置される。また櫛歯電極部14fは、櫛歯電極部14eよりも、回転軸KJから遠い位置に配置される。
また、櫛歯電極部14fの櫛歯の先端部と回転軸KJとの距離DS3が、櫛歯電極部13a,13bの櫛歯の先端部と回転軸KJとの距離DS2よりも短くなるように設置されるとともに、櫛歯電極部14e,14fの櫛歯長KL3は、櫛歯電極部13a,13bの櫛歯長KL2よりも短くなるように形成されている。
また櫛歯電極部5e,5fはそれぞれ、櫛歯電極部14e,14fと一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成される。そして櫛歯電極部5e,5fはそれぞれ、櫛歯電極部14e,14fと噛み合うように設置される。
このように構成された光走査装置1では、櫛歯電極部5eと櫛歯電極部14eとの対のみが設けられている場合よりも大きな静電容量を検出することができ、回転変位量(走査角度)をより精度よく検出することができる。
以上説明した実施形態において、櫛歯電極部14e,14fは本発明における第3櫛歯状電極部、櫛歯電極部5e,5fは本発明における第4櫛歯状電極部である。
(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。
図9は、本発明が適用された第6実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図である。
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。
櫛歯電極部14g,14hは、弾性連結部12aに設けられて櫛歯状に形成されている。また、櫛歯電極部14i,14jは、弾性連結部12a,12bに設けられて櫛歯状に形成されている。そして、櫛歯電極部14g,14h,14i,14j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。
更に、櫛歯電極部14gと櫛歯電極部14hとは弾性連結部12aを挟んで対向するように配置され、櫛歯電極部14iと櫛歯電極部14jとは弾性連結部12bを挟んで対向するように配置される。
また櫛歯電極部14gと櫛歯電極部5gの対と、櫛歯電極部14iと櫛歯電極部5iの対とは、本体部11を挟んで両側に、本体部11の重心JSを通り回転軸KJに直交する面JMに対して対称となるように設けられる。更に、櫛歯電極部14hと櫛歯電極部5hの対と、櫛歯電極部14jと櫛歯電極部5jの対とは、本体部11を挟んで両側に、面JMに対して対称となるように設けられる。
また、櫛歯電極部14g,14h,14i,14jの櫛歯の先端部と回転軸KJとの距離DS4が、櫛歯電極部13a,13bの櫛歯の先端部と回転軸KJとの距離DS2よりも短くなるように設置されるとともに、櫛歯電極部14g,14h,14i,14jの櫛歯長KL4は、櫛歯電極部13a,13bの櫛歯長KL2よりも短くなるように形成されている。
また櫛歯電極部5g,5h,5i,5jはそれぞれ、櫛歯電極部14g,14h,14i,14jと一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成される。そして櫛歯電極部5g,5h,5i,5jはそれぞれ、櫛歯電極部14g,14h,14i,14jと噛み合うように設置される。
なお、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。
このように構成された光走査装置1では、本体部11を回転駆動するための櫛歯電極部13a,13b及び櫛歯電極部4a,4bと、本体部11の走査角度を検出する櫛歯電極部14g,14h,14i,14j及び櫛歯電極部5g,5h,5i,5jとが異なる櫛歯電極部として構成されている。そして、櫛歯電極部14g,14h,14i,14jは、櫛歯電極部14g,14h,14i,14jの櫛歯の先端部と回転軸KJとの距離DS4が、櫛歯電極部13a,13bの櫛歯の先端部と回転軸KJとの距離DS2よりも短くなるように設置されるとともに、櫛歯電極部13a,13bの櫛歯長よりも短い櫛歯を有している。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14g,14h,14i,14jと櫛歯電極部5g,5h,5i,5j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14g,14h,14i,14j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。
したがって、櫛歯電極部14g,14h,14i,14jと櫛歯電極部5g,5h,5i,5jについての変位検出対向期間が長くなる分、櫛歯電極部14g,14h,14i,14jと櫛歯電極部5g,5h,5i,5j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。
更に、櫛歯電極部14g,14h,14i,14jは、弾性連結部12aまたは弾性連結部12bに設けられているので、第1実施形態の櫛歯電極部14a,14b,14c,14dよりも回転軸KJに近い位置に配置することができる。したがって、櫛歯電極部14a,14b,14c,14dよりも変位検出対向期間を長くすることができ、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。
また、櫛歯電極部14gと櫛歯電極部5gの対と、櫛歯電極部14hと櫛歯電極部5hの対とは、弾性連結部12aを挟んで両側に、回転軸KJに対して対称になるように設けられる。このため、櫛歯電極部14gと櫛歯電極部5gの対の静電容量信号と、櫛歯電極部14hと櫛歯電極部5hの対の静電容量信号とは逆位相となる。従って、これら2つの静電容量信号の差動増幅をとることで、静電容量信号の出力が増すとともに、回転変位量(走査角度)と静電容量信号の電圧値との関係の線形性を向上させることができる。更に、櫛歯電極部14gと櫛歯電極部5gの対と櫛歯電極部14hと櫛歯電極部5hの対との両方の静電容量信号に、櫛歯電極部13a,13b及び櫛歯電極部4a,4bに印加した電圧で発生したノイズが混入した場合に、このノイズは櫛歯電極部14gと櫛歯電極部5gの対と櫛歯電極部14hと櫛歯電極部5hの対とで同位相であるので、これら2つの静電容量信号の差動増幅をとることで、このノイズを打ち消す、または低減することができる。
また、櫛歯電極部14gと櫛歯電極部5g(櫛歯電極部14hと櫛歯電極部5h)の対と、櫛歯電極部14iと櫛歯電極部5i(櫛歯電極部14jと櫛歯電極部5j)の対とは、本体部11を挟んで両側に、本体部11の重心JSを通り回転軸KJに直交する面JMに対して対称となるように設けられる。これにより、櫛歯電極部14gと櫛歯電極部5g(櫛歯電極部14hと櫛歯電極部5h)の対の静電容量信号と、櫛歯電極部14iと櫛歯電極部5i(櫛歯電極部14jと櫛歯電極部5j)の対の静電容量信号とは同位相となる
。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。
以上説明した実施形態において、櫛歯電極部14g,14h,14i,14jは本発明における第5櫛歯状電極部、櫛歯電極部5g,5h,5i,5jは本発明における第6櫛歯状電極部である。
(第7実施形態)
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。
図10は本発明が適用された第7実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図、図11は図10のA−A断面部を示す図である。
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。
櫛歯電極部14k,14lは、本体部11の上辺11a上に設けられて櫛歯状に形成されている。そして、櫛歯電極部14k,14lを構成する櫛歯は、回転軸KJに対して平行な方向に延びている。
更に、櫛歯電極部14kと櫛歯電極部14lとは弾性連結部12aを挟んで対向するように配置される。
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。
また櫛歯電極部5k,5lはそれぞれ、櫛歯電極部14k,14lと一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成される。そして櫛歯電極部5k,5lはそれぞれ、櫛歯電極部14k,14lと噛み合うように設置される。
なお、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となるように形成されている。
そして、櫛歯電極部5k,5lの櫛歯及び櫛歯電極部14k,14lの櫛歯は、図11に示すように、回転軸KJに直交する断面が矩形状となるように形成されており、櫛歯電極部5k,5lの櫛歯における回転軸KJ側を向いている面KT1と弾性連結部12aの中心部CHとの距離DT1が、櫛歯電極部14k,14lの櫛歯における、面KT1と対向している面KT2側の角部KKと弾性連結部12aの中心部CHとの距離DT2より長くなるように配置されている。
このように構成された光走査装置1では、本体部11を回転駆動するための櫛歯電極部13a,13b及び櫛歯電極部4a,4bと、本体部11の走査角度を検出する櫛歯電極部14k,14l及び櫛歯電極部5k,5lとが異なる櫛歯電極部として構成されている。そして櫛歯電極部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。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。
したがって、櫛歯電極部14k,14lと櫛歯電極部5k,5lについての変位検出対向期間が長くなる分、櫛歯電極部14k,14lと櫛歯電極部5k,5l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。
更に、櫛歯電極部14k,14lを構成する櫛歯は、回転軸KJに対して平行な方向に延びているため、櫛歯が回転軸KJに対して垂直な方向に延びている場合よりも、検出櫛歯対から検出される静電容量信号を差動増幅した際における静電容量の電圧に対する変化を緩やかにすることができる。例えば、図12(a)に示すように櫛歯KB1を回転軸KJに対して平行な方向に延出させて設けた場合における回転軸KJに対して対称に配置された2つの櫛歯KB1からの静電容量信号SS1,SS2(図13(a)を参照)についての差動増幅信号SZ1の傾きKS1(図13(a)を参照)は、図12(b)に示すように櫛歯KB2を回転軸KJに対して垂直な方向に延出させた場合における回転軸KJに対して対称に配置された2つの櫛歯KB2からの静電容量信号SS3,SS4(図13(b)を参照)についての差動増幅信号SZ2の傾きKS2(図13(b)を参照)よりも小さくなる。なお、図13(a),(b)では、傾きを対比させやすいように、傾きKS1及び傾きKS2を並べて表示している。
また、櫛歯電極部5k,5lの櫛歯における回転軸KJ側を向いている面KT1と弾性連結部12aの中心部CHの距離DT1が、櫛歯電極部14k,14lの櫛歯における、面KT1と対向している面KT2側の角部KKと弾性連結部12aの中心部CHとの距離DT2より長くなるように配置されているので、本体部11を回転方向KHに回転させる際に、面KT1と角部KKとが接触しないようにすることができる。
以上説明した実施形態において、櫛歯電極部14k,14lは本発明における第3櫛歯状電極部、櫛歯電極部5k,5lは本発明における第4櫛歯状電極部、面KT1は本発明における第4櫛歯内側面、面KT2は本発明における第3櫛歯対向面である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
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。
また上記実施形態においては、櫛歯電極部14a,14b,14c,14dを構成する櫛歯が回転軸KJに対して直交する方向に延びているものを示したが、櫛歯が延びる方向はこれに限られるものではなく、回転軸KJに対して非平行な方向であれば直交する方向でなくてもよい。
また上記実施形態においては、櫛歯−櫛歯間静電容量を用いて走査角度の絶対値を検出し、櫛歯−薄膜間静電容量を用いて走査角度の正負を検出するものを示したが、櫛歯−薄膜間静電容量を用いて走査角度の絶対値と正負とを検出するようにしてもよい。
また上記実施形態においては、本体部11が矩形状であるものを示したが、本体部11の形状はこれに限られるものではなく、例えば、図14に示すように本体部11が円形状であってもよい。
第1実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図である。 図1のA−A断面部を示す図である。 光走査装置1の電気的構成を示すブロック図である。 静電容量SY1,SY2の走査角度に対する変化を示す図である。 第2実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図である。 第3実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図である。 第4実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図である。 第5実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図である。 第6実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図である。 第7実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図である。 図10のA−A断面部を示す図である。 櫛歯KB1及び櫛歯KB2についての回転軸KJに対する延出方向を説明するための図である。 櫛歯KB1及び櫛歯KB2についての差動増幅信号を示す図である。 別の実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図である。
符号の説明
1…光走査装置、2…光ビーム反射部、3…支持部、3a…上側支持部、3b…下側支持部、4…駆動部、4a,4b…櫛歯電極部、5…角度検出部、5a〜5l…櫛歯電極部、11…本体部、12a,12b…弾性連結部、13…駆動信号発生回路、13a,13b…櫛歯電極部、14a〜14l…櫛歯電極部、21…絶縁膜、22…薄膜、31…駆動信号発生回路、32…増幅回路、33(33a〜33d),34(34a〜34d)…C−V変換回路、35…半導体レーザ、36…制御回路、JM…面、JS…重心、KJ…回転軸

Claims (15)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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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