JP2021033087A - ミラースキャナ - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模及びコストを抑えたミラースキャナを提供する。【解決手段】光を反射する第１の面を有し、所定の角度で交わる第１軸及び第２軸周りに揺動可能なミラー１０と、ミラーの第２の面に配された永久磁石と、一対のコア部を有する第１のヨーク２１と、第１のヨークに巻き付けられた第１のコイル部２３Ａと、一対のコア部を有する第２のヨーク２２と、第２のヨークに巻き付けられた第２のコイル部２３Ｂと、第１のコイル部に第１の駆動電流を印加し、第２のコイル部に第２の駆動電流を印加する駆動回路２５と、を有する。第１のヨークは、一対のコア部の各々の一端がミラーの第２の面に対向し且つ一端同士を結ぶ直線が第１軸及び第２軸に交差する。第２のヨークは、一対のコア部の各々の一端がミラーの第２の面に対向し且つ一端同士を結ぶ直線が第１軸及び第２軸に交差するとともに第１のヨークの一対のコア部の各々の一端同士を結ぶ直線と交差する。【選択図】図１

Description

本発明は、ミラースキャナに関し、特に、２軸周りでミラーを揺動させるミラースキャナに関する。

光を偏向しつつ所定の領域に向けて出射し、当該所定の領域から戻ってきた光を検出することによって、当該所定の領域内に位置する物体に関する種々の情報を得る走査装置が知られている。このような走査装置において、光を偏向する部分として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー等の可動式のミラーが設けられている。可動式のミラーを有する光走査装置として、ミラー振動子及び永久磁石が上下カバーにより包囲された光走査装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００９−６９６７６号公報

上記のような光走査装置では、可動式ミラーの可動部分に対して磁気等により外部から力を加え、揺動運動や往復運動等を行わせる。例えば、一般的な２軸駆動の可動式ミラーは、共振駆動による高速軸周りの揺動と、非共振駆動による低速軸周りの揺動とを組み合わせて可動式ミラーの揺動が行われる。

非共振駆動は、共振現象を利用しない駆動方法であるため、共振駆動を行う場合よりもより大きなパワーを必要とする。このため、低速軸用の磁気回路は、高速軸用の磁気回路と比べて回路規模が大きい。従って、低速軸用の磁気回路を備えた光走査装置は、当該磁気回路の回路規模にひきずられて、デバイス全体のサイズが大きくなってしまうという問題があった。

また、高速軸用の磁気回路と低速軸用の磁気回路とでは求められる性能が大きく異なるため、共用が難しく、コストアップの要因となる。そして、また、大きなパワーを必要とする低速軸用の磁気回路を駆動するためには、高出力のアンプ回路等が必要になり、やはりコストアップの要因になるという問題があった。

このように、非共振駆動によりミラーを揺動させるミラースキャナは、回路規模が大きく且つコストも高いということが課題の一例として挙げられる。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、回路規模及びコストを抑えたミラースキャナを提供することを目的の一つとしている。

請求項１に記載の発明は、光を反射する第１の面を有し、所定の角度で交わる第１軸及び第２軸周りに揺動可能なミラーと、前記ミラーの前記第１の面とは反対側の面である第２の面に配された永久磁石と、一対のコア部を有する第１のヨークと、前記第１のヨークに巻き付けられた第１のコイル部と、一対のコア部を有する第２のヨークと、前記第２のヨークに巻き付けられた第２のコイル部と、前記第１のコイル部に第１の駆動電流を印加し、前記第２のコイル部に第２の駆動電流を印加する駆動回路と、を有し、前記第１のヨークは、前記一対のコア部の各々の一端が前記ミラーの前記第２の面に対向し、且つ当該一端同士を結ぶ直線が前記第１軸及び前記第２軸に交差するように配され、前記第２のヨークは、前記一対のコア部の各々の一端が前記ミラーの前記第２の面に対向し、且つ当該一端同士を結ぶ直線が前記第１軸及び前記第２軸に交差するとともに前記第１のヨークの前記一対のコア部の各々の一端同士を結ぶ直線と交差するように配されていることを特徴とする。

実施例１に係るミラースキャナの全体構成を示す図である。 実施例１に係るミラーの平面図である。 実施例１に係るミラーの断面図である。 実施例１に係るミラースキャナの上面図である。 コイルのヨークへの巻き付けられ方の態様を模式的に示す図である。 第１駆動信号及び第２駆動信号の信号波形を示す図である。 高速軸駆動用の信号成分の信号波形の一部を取り出して示す図である。 高速軸駆動用の信号成分の信号波形の一部を取り出して示す図である。 駆動信号の印加時に発生する磁界の磁極を模式的に示す図である。 駆動信号の印加時に発生する磁界の磁束を模式的に示す図である。 合成した磁束を第１軸方向及び第２軸方向に分解した成分を模式的に示す図である。 第１駆動信号及び第２駆動信号の印加により磁気回路に交番に磁界が発生することを示す図である。 第１駆動信号及び第２駆動信号の印加により磁気回路に交番に磁界が発生することを示す図である。 実施例２のミラースキャナの全体構成を示す斜視図である。 実施例２に係るミラースキャナの上面図である。 駆動信号の印加時に発生する磁界の磁極を模式的に示す図である。 駆動信号の印加時に発生する磁界の磁束を模式的に示す図である。 合成した磁束を第１軸方向及び第２軸方向に分解した成分を模式的に示す図である。 実施例３の第１のヨークと第２のヨークとの位置関係を示す斜視図である。 実施例３に係るミラースキャナの上面図である。 駆動信号の印加時に発生する磁界の磁極を模式的に示す図である。 駆動信号の印加時に発生する磁界の磁束を模式的に示す図である。 合成した磁束を第１軸方向及び第２軸方向に分解した成分を模式的に示す図である。 第１のヨーク及び第２のヨークの配置についての変形例を模式的に示す斜視図である。 第１のヨーク及び第２のヨークの配置についての他の変形例を模式的に示す斜視図である。 コイルのヨークへの巻き付けられ方についての第１の変形例を模式的に示す図である。 コイルのヨークへの巻き付けられ方についての第２の変形例を模式的に示す図である。 コイルのヨークへの巻き付けられ方についての第３の変形例を模式的に示す図である。

以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の各実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一または等価な部分には同一の参照符号を付している。

図１は、本実施例に係るミラースキャナ１００の全体構成を示す斜視図である。ミラースキャナ１００は、可動式のミラーを周期的に揺動することで光の偏向動作を行う光走査装置である。

ミラースキャナ１００は、光偏向を行うミラー１０と、ミラー１０を揺動させための磁界を発生させる磁界発生源である磁気回路２０と、を有する。

本実施例のミラースキャナ１００では、磁気回路２０によって発生した磁界がミラー１０に印加されることで、ミラー１０が揺動する。ミラースキャナ１００は、例えば磁界の変化によってミラー１０が動作する磁気駆動型のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）装置である。

磁気回路２０は、軟質磁性体材料、例えば電磁鋼板からなる第１のヨーク２１及び第２のヨーク２２を有する。第１のヨーク２１は、一対のコア部２１Ａと、一対のコア部２１Ａを連結する連結部２１Ｂと、一対の端部２１Ｅと、からなるＣ字型（Ｕ字型）の形状を有する。一対の端部２１Ｅは、一対のコア部２１Ａの連結部２１Ｂに接続された部分とは反対側に位置している。第２のヨーク２２は、一対のコア部２２Ａと、一対のコア部２２Ａを連結する連結部２２Ｂと、一対の端部２２Ｅと、からなるＣ字型（Ｕ字型）の形状を有する。一対の端部２２Ｅは、一対のコア部２２Ａの連結部２２Ｂに接続された部分とは反対側に位置している。第１のヨーク２１の連結部２２Ａ及び第２のヨーク２２の連結部２２Ｂは、各々の中心付近で重なるように交差している。

また、磁気回路２０は、第１のヨーク２１の一対のコア部２１Ａの一方に巻き付けられた第１のコイル２３Ａと、他方に巻き付けられた第２のコイル２３Ｂと、からなる第１コイル部を有する。さらに、磁気回路２０は、第２のヨーク２２の一対のコア部２２Ａの一方に巻き付けられた第３のコイル２４Ａと、他方に巻き付けられた第４のコイル２４Ｂと、からなる第２コイル部を有する。第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂは、例えば共通の鋼線を用いて連続して巻き付けられている。同様に、第３のコイル２４Ａ及び第４のコイル２４Ｂは共通の鋼線を用いて連続して巻き付けられている。

また、磁気回路２０は、第１コイル部（すなわち、第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂ）及び第２コイル部（すなわち、第３のコイル２４Ａ及び第４のコイル２４Ｂ）の各々に駆動信号として電流を印加することで第１のヨーク２１及び第２のヨーク２２の各々から磁界を発生させる駆動回路２５を有する。本実施例においては、駆動回路２５は、第１コイル部及び第２コイル部の各々に対し、独立した交流電流を駆動信号として印加する。これによって、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅ及び第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅから、それぞれ独立した交流磁界が発生する。すなわち、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅ及び第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅは、磁界を発生させる磁界発生端としての性質を有する。

本実施例においては、第１のヨーク２１は、駆動回路２５によって第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂに電流が印加されることにより、電磁石として機能する。同様に、第２のヨーク２２は、駆動回路２５によって第３のコイル２４Ａ及び第４のコイル２４Ｂに電流が印加されることにより、電磁石として機能する。すなわち、本実施例の磁気回路２０は、各々が交流磁界を発生させる２つの電磁石を有する。

図２Ａは、ミラー１０の平面図である。また、図２Ｂは、ミラー１０の断面図であり、図２Ａにおける３−３線に沿った断面図である。図２Ａ及び図２Ｂを用いて、ミラー１０の構成について説明する。

本実施例においては、ミラー１０は、所定の光に対して反射性を有する光反射面１０Ｓを有し、光反射面１０Ｓが第１の揺動軸ＡＸ及び第２の揺動軸ＡＹの周りに揺動するＭＥＭＳミラーである。

ミラー１０は、支持部１１と、支持部１１によって揺動可能に支持された可動部１２と、永久磁石１３と、を含む。永久磁石１３は、磁界の変化に応じて可動部１２を揺動させる。

可動部１２は、第１の揺動軸ＡＹの周りに揺動可能な状態で支持部１１に支持された可動枠１２Ａを有する。本実施例においては、可動枠１２Ａは、環状の枠体であり、第２の揺動軸ＡＸに沿って延びるトーションバー１１Ｘによって支持部１１に接続及び支持されている。

また、可動部１２は、可動枠１２Ａの内側に配置され、第１の揺動軸ＡＹの周りに揺動可能な状態で可動枠１２Ａに支持された可動板１２Ｂを有する。本実施例においては、可動板１２Ｂは、平板状の部材であり、その面の一方が光反射面１０Ｓとして機能する。また、可動板１２Ｂは、第１の揺動軸ＡＹに沿って延びるトーションバー１２Ｙによって可動枠１２Ａに接続及び支持されている。

トーションバー１１Ｘがその周方向にねじれるように永久磁石１３に磁界が印加されると、可動枠１２Ａ及び可動板１２Ｂは、支持部１１に支持されつつ第２の揺動軸ＡＸの周りに揺動する。また、トーションバー１１Ｘ及び１２Ｙがその周方向にねじれるように永久磁石１３に磁界が印加されると、可動枠１２Ａが第２の揺動軸ＡＸの周りに揺動し、かつ可動板１２Ｂが第１の揺動軸ＡＹ及び第２の揺動軸ＡＸの周りに揺動する。

また、本実施例においては、永久磁石１３は、可動板１２Ｂにおける他方の面（光反射面１０Ｓとして機能する面とは反対側の面）上に固定されている。また、例えば、ミラー１０における支持部１１及び可動部１２は、半導体材料からなり、例えば半導体ウェハを加工することで形成することができる。

図３Ａは、本実施例に係るミラースキャナ１００の光反射面１０Ｓに垂直な方向から見た上面図である。なお、ここでは第１のヨーク２１の連結部２１Ｂ及び第２のヨーク２２の連結部２２Ｂについては図示を省略している。

第１のヨーク２１は、一対の端部２１Ｅの各々がミラー１０の可動板１２Ｂの第２の面に対向し、且つ一対の端部２１Ｅの中心同士を結ぶ直線である直線Ａ１が第１の揺動軸ＡＹ及び第２の揺動軸ＡＸとそれぞれ４５度（又は１３５度）の角度をなすように配置されている。

一方、第２のヨーク２２は、一対の端部２２Ｅの各々がミラー１０の可動板１２Ｂの第２の面に対向し、且つ一対の端部２１Ｅの中心同士を結ぶ直線である直線Ａ２が第１の揺動軸ＡＹ及び第２の揺動軸ＡＸと１３５度（又は４５度）の角度をなすように配置されている。また、本実施例において、直線Ａ１及び直線Ａ２は互いに直交している。

なお、第１のヨーク２１及び第２のヨーク２２は、直線Ａ１と直線Ａ２との交点が、ミラー１０の光反射面１０Ｓに垂直な方向において第１の揺動軸ＡＹ及び第２の揺動軸ＡＸの交点に重なる位置となるように配置されている。第１の揺動軸ＡＹ及び第２の揺動軸ＡＸの交点に相当する位置のミラー１０の可動板１２Ｂの第２の面上には、永久磁石１３が配置されている。

また、第１のヨーク２１は、一対の端部２１Ｅが永久磁石１３の配置位置を中心として直線Ａ１上において対称な位置関係となるように配置されている。また、第２のヨーク２２は、一対の端部２２Ｅが、永久磁石１３の配置位置を中心として直線Ａ２上において対称な位置関係となるように配置されている。すなわち、第１のヨーク２１及び第２のヨーク２２は、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅ及び第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅが永久磁石１３の配置位置を囲むように配置されている。

図３Ｂは、第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂの態様を模式的に示す図である。第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂは、例えば共通の巻き線を用いて第１のヨーク２１の一対のコア部２１Ａの一方及び他方に連続して同じ方向に巻き付けられている。このように第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂが巻き付けられることにより、第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂに所定の方向（例えば、図２に矢印で示す方向）に交流電流Ｉ１を流した際、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅの一方がＮ極となり、他方がＳ極となるように交流磁界が発生する。なお、第３のコイル２４Ａ及び第４のコイル２４Ｂも、同様の態様で第２のヨーク２２の一対のコア部２２Ａに巻き付けられている。

再び図１を参照すると、本実施例のミラースキャナ１００は、ミラー１０を第１の揺動ＡＹの周りに高速で揺動するように共振動作させるとともに、第２の揺動軸ＡＸの周りに低速で揺動するように非共振動作させるべく、交流磁界を発生させる。すなわち、本実施例では第１の揺動軸ＡＹが高速軸、第２の揺動軸ＡＸが低速軸となる。

駆動回路２５は、第１の駆動信号ＤＳ１を第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂに印加するとともに、第２の駆動信号ＤＳ２を第３のコイル２４Ａ及び第４のコイル２４Ｂに印加する。

第１の駆動信号ＤＳ１は、低速軸駆動用の第１の正弦波に第１の正弦波よりも振幅が小さく且つ周波数が大きい高速軸駆動用の第２の正弦波を重畳した電流波形を有する。第２の駆動信号ＤＳ２は、第２の正弦波と同じ振幅及び周波数を有し且つ位相が第２の正弦波とは１８０度異なる高速軸駆動用の第３の正弦波を低速軸駆動用の第１の正弦波に重畳した電流波形を有する。

図４Ａは、第１の駆動信号ＤＳ１及び第２の駆動信号ＤＳ２の電流波形を併せて示す波形図である。振幅ＡＭＬは、低速軸駆動用の第１の正弦波に相当する低速軸用振幅を示している。また、振幅ＡＭＨは、高速軸駆動用の第２の正弦波及び第３の正弦波に相当する高速軸用振幅を示している。

前述の通り、第１の駆動信号ＤＳ１の成分である第２の正弦波と第２の駆動信号ＤＳ２の成分である第３の正弦波は、振幅及び周波数が互いに等しく且つ位相が１８０度異なる。このため、第１の駆動信号ＤＳ１及び第２の駆動信号ＤＳ２は、各々の高速軸駆動用の信号成分の上下が交互に入れ替わる信号となる。

図４Ｂ及び図４Ｃは、異なる時間帯における第１の駆動信号ＤＳ１及び第２の駆動信号ＤＳ２の各々の高速軸駆動用の信号成分の信号波形の一部を取り出して、その関係を示す図である。図４Ｂは図４ＡのＴＷ１の部分、図４Ｃは図４ＡのＴＷ２の部分をそれぞれ拡大して示している。例えば、図４Ｂに示す時刻Ａでは、第１の駆動信号ＤＳ１の値の方が第２の駆動信号ＤＳ２の値よりも大きい。また、図４Ｃに示す時刻Ｂでは、第２の駆動信号ＤＳ２の値の方が第１の駆動信号ＤＳ１の値よりも大きい。

図５Ａは、第１の駆動信号ＤＳ１及び第２の駆動信号ＤＳ２の印加によって磁界が発生した際に、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅ及び第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅに生じる磁極を模式的に示す図である。

第１の駆動信号ＤＳ１の印加により第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂに電流が流れ、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅの一方がＮ極、他方がＳ極となるように磁界が発生する。図５Ａでは、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅのうち、第１のコイル２３Ａが巻き付けられたコア部側の端部である一方の端部２１ＥがＮ極（図中、Ｎａとして示す）、第２のコイル２３Ｂが巻き付けられたコア部側の端部である他方の端部２１ＥがＳ極（図中、Ｓａとして示す）となった場合を示している。

同様に、第２の駆動信号ＤＳ２の印加により、第３のコイル２４Ａ及び第４のコイル２４Ｂに電流が流れ、第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅの一方がＮ極、他方がＳ極となるように磁界が発生する。図５Ａでは、第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅのうち、第３のコイル２４Ａが巻き付けられたコア部２２Ａに接続された一方の端部２２ＥがＮ極（図中、Ｎｂとして示す）、第４のコイル２４Ｂが巻き付けられたコア部２２Ａに接続された他方の端部２２ＥがＳ極（図中、Ｓｂとして示す）となった場合を示している。

図５Ｂは、第１の駆動信号ＤＳ１及び第２の駆動信号ＤＳ２の印加によって発生する磁界の磁束を、ベクトルを用いて模式的に示す図である。第１の駆動信号ＤＳ１の印加により、磁極Ｎａから磁極Ｓａに向かう方向にベクトルＳ１として示す磁束が発生する。また、第２の駆動信号ＤＳ２の印加により、磁極Ｎｂから磁極Ｓｂに向かう方向にベクトルＳ２として示す磁束が発生する。

なお、ベクトルＳ１及びベクトルＳ２は、互いに直交し且つ第１の揺動軸ＡＹ及び第２の揺動軸ＡＸの各々とのなす角が±４５度となるように（すなわち、一方が＋４５度のときに他方が−４５度となるように）形成される。なお、前述の通り第１の駆動信号ＤＳ１と第２の駆動信号ＤＳ２との間には、第２の正弦波と第３の正弦波との位相差に相当する差異がある。このため、ベクトルＳ１及びベクトルＳ２は、第１の揺動軸ＡＹを挟んで完全な対称な位置関係にあるのではなく、第１の揺動軸ＡＹ及び第２の揺動軸ＡＸのそれぞれの方向にずれた位置関係となる。

図５Ｃは、図５Ｂに示すベクトルＳ１及びＳ２の磁束を合成した合成磁束を第１の揺動ＡＹの方向（以下、Ｙ方向と称する）及び第２の揺動軸ＡＸの方向（以下、Ｘ方向と称する）に分解した成分を、ベクトルを用いて模式的に示す図である。合成磁束のＹ方向の成分ＳＹは、図５Ｂに示すベクトルＳ１のＹ方向の成分Ｓ１ｙとベクトルＳ２のＹ方向の成分Ｓ２ｙとの和に相当するベクトル成分となる。一方、合成磁束のＸ方向の成分ＳＸは、図５Ｂに示すベクトルＳ１のＸ方向の成分Ｓ１ｘとベクトルＳ２のＸ方向の成分Ｓ２ｘとの差（すなわち、図５Ｂに示すベクトルＳ１及びベクトルＳ２のＸ方向のずれ）に相当するベクトル成分となる。

このように、第１の駆動信号ＤＳ１を第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂに印加し、第２の駆動信号ＤＳ２を第３のコイル２４Ａ及び第４のコイル２４Ｂに印加することにより、Ｙ方向の磁束成分が大きく、Ｘ方向の磁束成分が小さい磁界が発生する。従って、かかる磁界を永久磁石１３に印加することにより、比較的大きなパワーを必要とする非共振駆動（低速駆動）でミラー１０を第２の揺動軸ＡＸの周りに揺動させ、大きなパワーを必要としない共振駆動（高速駆動）でミラー１０を第１の揺動軸ＡＹの周りに揺動させることができる。

図６Ａ及び図６Ｂは、図４Ａに示すような信号波形の第１駆動信号ＤＳ１及び第２駆動信号ＤＳ２を印加することにより、磁気回路２０に交番に磁界が発生することを示す図である。図６Ａは図４Ｂに示す時刻Ａにおいて第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅ及び第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅで発生する磁極、図６Ｂは図４Ｃに示す時刻Ｂにおいて第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅ及び第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅで発生する磁極を示している。

時刻Ａでは、第１駆動信号ＤＳ１の値が第２駆動信号ＤＳ２の値よりも大きいため、磁界の強さはＮａ＞Ｎｂ且つＳａ＞Ｓｂの状態で、Ｎａ＋ＳｂがＮｂ＋Ｓａに対して相対的にＮ寄り、Ｎｂ＋ＳａがＮａ＋Ｓｂに対して相対的にＳ寄りの状態となる。そして、時刻Ｂではこれらの関係が反転した状態となる。このように、高速軸用の周波数で電流反転を繰り返しながら、低速軸用の周波数で電流反転することにより、全体として所望の回転動作（すなわち、揺動動作）を実現することができる。

以上のように、本実施例のミラースキャナ１００では、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅの中心同士を結ぶ直線及び第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅの中心同士を結ぶ直線がミラー１０の揺動軸である第１の揺動軸ＡＹ及び第２の揺動軸ＡＸと４５度の角度をなし且つ互いに直交するように配された第１のヨーク２１及び第２のヨークを用いて磁気回路２０を構成している。そして、低速軸用の正弦波に高速軸用の正弦波を重畳した駆動信号であって且つ高速軸用の正弦波については位相が１８０度異なるような第１の駆動信号ＤＳ１及び第２の駆動信号ＤＳ２をコイルに印加して交番磁界を発生させる。これにより、ミラー１０を第１の揺動軸ＡＹの周りに高速で揺動させ、第２の揺動軸ＡＸの周りに低速で揺動させることができる。

本実施例のミラースキャナ１００によれば、高速軸用の共振駆動の磁気回路と比べてより大きなパワーを必要とする低速軸用の非共振駆動用の磁気回路を設ける必要がないため、回路規模を抑えることが可能となる。また、低速軸用の磁気回路を駆動するための高出力のアンプ回路等も必要ではないため、コストの増大を抑えることが可能となる。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例のミラースキャナは、第１のヨーク２１及び第２のヨーク２２の配置の態様において実施例１のミラースキャナ１００と異なる。

図７Ａは、本実施例に係るミラースキャナ２００の全体構成を示す斜視図である。本実施例のミラースキャナ２００は、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅの中心同士を結ぶ直線である直線Ａ１と第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅの中心同士を結ぶ直線である直線Ａ２とのなす角が直角ではなく、これらと第１の揺動軸ＡＹ及び第２の揺動軸ＡＸとのなす角が４５度ではない点で、実施例１のミラースキャナ１００と異なる。

図７Ｂは、本実施例に係るミラースキャナ２００の光反射面１０Ｓに垂直な方向から見た上面図である。第１のヨーク２１は、一対の端部２１Ｅの各々がミラー１０の可動板１２Ｂの第２の面に対向し、且つ一対の端部２１Ｅの中心同士を結ぶ直線である直線Ａ１が実施例１よりも第１の揺動軸ＡＹ寄りになるように配置されている。すなわち、本実施例の第１のヨーク２１は、直線Ａ１と第１の揺動軸ＡＹとのなす角が４５度未満となるように配置されている。

一方、第２のヨーク２２は、一対の端部２２Ｅの各々がミラー１０の可動板１２Ｂの第２の面に対向し、且つ一対の端部２２Ｅの中心同士を結ぶ直線である直線Ａ２が実施例１よりも第１の揺動軸ＡＹ寄りになるように配置されている。すなわち、本実施例の第２のヨーク２２は、直線Ａ２と第１の揺動軸ＡＹとのなす角が４５度未満となるように配置されている。なお、直線Ａ１と直線Ａ２との交点が、ミラー１０の光反射面１０Ｓに垂直な方向から見て第１の揺動軸ＡＹ及び第２の揺動軸ＡＹの交点に重なる位置となるように配置されている点については、実施例１と同様である。

また、実施例１と同様、第１のヨーク２１は、一対の端部２１Ｅが永久磁石１３の配置位置を中心として直線Ａ１上において対称な位置関係となるように配置されている。また、第２のヨーク２２は、一対の端部２２Ｅが、永久磁石１３の配置位置を中心として直線Ａ２上において対称な位置関係となるように配置されている。

図８Ａは、本実施例において、第１の駆動信号ＤＳ１及び第２の駆動信号ＤＳ２の印加によって磁界が発生した際に、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅ及び第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅに生じる磁極を模式的に示す図である。

第１の駆動信号ＤＳ１の印加により第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂに電流が流れ、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅの一方がＮ極、他方がＳ極となるように磁界が発生する。図８Ａでは、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅのうち、第１のコイル２３Ａが巻き付けられたコア部側の端部である一方の端部２１ＥがＮ極（図中、Ｎａとして示す）、第２のコイル２３Ｂが巻き付けられたコア部側の端部である他方の端部２１ＥがＳ極（図中、Ｓａとして示す）となった場合を示している。

同様に、第２の駆動信号ＤＳ２の印加により、第３のコイル２４Ａ及び第４のコイル２４Ｂに電流が流れ、第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅの一方がＮ極、他方がＳ極となるように磁界が発生する。図８Ａでは、第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅのうち、第３のコイル２４Ａが巻き付けられたコア部側の端部である一方の端部２２ＥがＮ極（図中、Ｎｂとして示す）、第４のコイル２４Ｂが巻き付けられたコア部側の端部である他方の端部２２ＥがＳ極（図中、Ｓｂとして示す）となった場合を示している。

図８Ｂは、第１の駆動信号ＤＳ１及び第２の駆動信号ＤＳ２の印加によって発生する磁界の磁束を、ベクトルを用いて模式的に示す図である。第１の駆動信号ＤＳ１の印加により、磁極Ｎａから磁極Ｓａに向かう方向にベクトルＳ１として示す磁束が発生する。また、第２の駆動信号ＤＳ２の印加により、磁極Ｎｂから磁極Ｓｂに向かう方向にベクトルＳ２として示す磁束が発生する。

本実施例では、ベクトルＳ１と第１の揺動軸ＡＹとのなす角θは、４５度よりも小さい。また、ベクトルＳ２は、第２の揺動軸ＡＸに対してベクトルＳ１と反対方向であり且つ第１の揺動軸ＡＹとのなす角が４５度よりも小さい。なお、実施例１と同様、第１の駆動信号ＤＳ１と第２の駆動信号ＤＳ２との間には、第２の正弦波と第３の正弦波との位相差に相当する差異があるため、ベクトルＳ１及びベクトルＳ２は、第１の揺動軸ＡＹを挟んで完全な対称な位置関係にあるのではなく、第１の揺動軸ＡＹ及び第２の揺動軸ＡＸのそれぞれの方向にずれた位置関係となる。

図８Ｃは、図８Ｂに示すベクトルＳ１及びＳ２の磁束を合成した合成磁束をＹ方向及びＸ方向に分解した成分を、ベクトルを用いて模式的に示す図である。合成磁束のＹ方向の成分ＳＹは、図８Ｂに示すベクトルＳ１のＹ方向の成分Ｓ１ｙとベクトルＳ２のＹ方向の成分Ｓ２ｙとの和に相当するベクトル成分となる。合成磁束のＸ方向の成分ＳＸは、図８Ｂに示すベクトルＳ１のＸ方向の成分Ｓ１ｘとベクトルＳ２のＸ方向の成分Ｓ２ｘとの差に相当するベクトル成分となる。

本実施例では、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅの中心同士を結ぶ直線及び第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅの中心同士を結ぶ直線が、第１の揺動軸ＡＹと４５度未満の角度をなすように配置されている。このため、ベクトルＳ１のＹ方向の成分Ｓ１ｙはＸ方向の成分Ｓ１ｘよりも大きい。同様に、ベクトルＳ２のＹ方向の成分Ｓ２ｙはＸ方向の成分Ｓ２ｘよりも大きい。

このように、ベクトルＳ１及びベクトルＳ２の各々のＹ方向の成分がＸ方向の成分よりも大きいため、本実施例における合成磁束のＹ方向の成分ＳＹは、実施例１の合成磁束のＹ方向の成分ＳＹよりも大きくなる。

従って、本実施例のミラースキャナ１００によれば、ミラー１０を第２の揺動軸ＡＸの周りにより大きな力で揺動させることができる。また、本実施例のミラースキャナ２００によれば、低速軸により大きなトルクを配分することができるため、低速軸回りの駆動を効率よく実現することが可能となる。

次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例のミラースキャナは、第１のヨーク２１及び第２のヨーク２２の配置の態様において実施例１のミラースキャナ１００と異なる。

図９Ａは、本実施例における第１のヨーク２１と第２のヨーク２２との位置関係を示す斜視図である。ここでは、ミラー１０及び駆動回路２５については図示を省略している。また、第１のコイル２３Ａと第２のコイル２３Ｂとを結ぶ鋼線及び第３のコイル２４Ａと第４のコイル２４Ｂとを結ぶ鋼線についても図示を省略している。本実施例の第１のヨーク２１の一対のコア部２１Ａを連結する連結部分である連結部２１Ｂと、第２のヨーク２２の一対のコア部２２Ａを連結する連結部分である連結部２２Ｂとが交差しておらず、第１のヨーク２１及び第２のヨーク２２は離れて配置されている。

図９Ｂは、本実施例に係るミラースキャナ２００の光反射面１０Ｓに垂直な方向から見た上面図である。本実施例では、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅの中心同士を結ぶ線分と第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅの中心同士を結ぶ線分とが互いに交差しておらず、第１の揺動軸ＡＹを挟んで対向するように配されている。

すなわち、本実施例では、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅの中心同士を結ぶ直線Ａ１と、第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅの中心同士を結ぶ直線Ａ２とが、一対の端部の間の範囲では交差せず、各々の一対の端部のうちの一方の方向にそれぞれ直線を延長したところで互いに交差している。

なお、実施例２と同様、第１のヨーク２１は、一対の端部２１Ｅの中心同士を結ぶ直線である直線Ａ１が第２の揺動軸ＡＸよりも第１の揺動軸ＡＹ寄りになるように配置されている。同様に、第２のヨーク２２は、一対の端部２２Ｅの中心同士を結ぶ直線である直線Ａ２が第２の揺動軸ＡＸよりも第１の揺動軸ＡＹ寄りになるように配置されている。

図１０Ａは、図８Ａは、本実施例において、第１の駆動信号ＤＳ１及び第２の駆動信号ＤＳ２の印加によって磁界が発生した際に、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅ及び第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅに生じる磁極を模式的に示す図である。

第１の駆動信号ＤＳ１の印加により第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂに電流が流れ、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅの一方がＮ極、他方がＳ極となるように磁界が発生する。図１０Ａでは、第１のコイル２３Ａが巻き付けられたコア部側の端部である一方の端部２１ＥがＮ極（図中、Ｎａとして示す）、第２のコイル２３Ｂが巻き付けられたコア部側の端部である他方の端部２１ＥがＳ極（図中、Ｓａとして示す）となった場合を示している。

同様に、第２の駆動信号ＤＳ２の印加により、第３のコイル２４Ａ及び第４のコイル２４Ｂに電流が流れ、第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅの一方がＮ極、他方がＳ極となるように磁界が発生する。図１０Ａでは、第３のコイル２４Ａが巻き付けられたコア部側の端部である一方の端部２２ＥがＮ極（図中、Ｎｂとして示す）、第４のコイル２４Ｂが巻き付けられたコア部側の端部である他方の端部２２ＥがＳ極（図中、Ｓｂとして示す）となった場合を示している。

図１０Ｂは、第１の駆動信号ＤＳ１及び第２の駆動信号ＤＳ２の印加によって発生する磁界の磁束を、ベクトルを用いて模式的に示す図である。第１の駆動信号ＤＳ１の印加により、磁極Ｎａから磁極Ｓａに向かう方向にベクトルＳ１として示す磁束が発生する。また、第２の駆動信号ＤＳ２の印加により、磁極Ｎｂから磁極Ｓｂに向かう方向にベクトルＳ２として示す磁束が発生する。なお、実施例１及び実施例２と同様、第１の駆動信号ＤＳ１と第２の駆動信号ＤＳ２との間には、第２の正弦波と第３の正弦波との位相差に相当する差異があるため、ベクトルＳ１及びベクトルＳ２は、第１の揺動軸ＡＹを挟んで完全な対称な位置関係にあるのではなく、第１の揺動軸ＡＹ及び第２の揺動軸ＡＸのそれぞれの方向にずれた位置関係となる。

図１０Ｃは、図１０Ｂに示すベクトルＳ１及びＳ２を合成した合成磁束をＹ方向及びＸ方向のそれぞれの成分についてベクトルを用いて模式的に示す図である。合成磁束のＹ方向の成分ＳＹは、図１０Ｂに示すベクトルＳ１のＹ方向の成分Ｓ１ｙとベクトルＳ２のＹ方向の成分Ｓ２ｙとの和に相当するベクトル成分となる。合成磁束のＸ方向の成分ＳＸは、図１０Ｂに示すベクトルＳ１のＸ方向の成分Ｓ１ｘとベクトルＳ２のＸ方向の成分Ｓ２ｘとの差に相当するベクトル成分となる。

このように、本実施例のミラースキャナでは、実施例１や実施例２とは異なりベクトルＳ１及びベクトルＳ２が交差せず、回転中心である第１の揺動軸ＡＹ及び第２の揺動軸ＡＸの交点において交わらないものの、実施例１や実施例２と同様に、その合成磁束としてＹ方向に大きく、Ｘ方向に小さいベクトルの磁束が生じる。

従って、本実施例のミラースキャナによれば、実施例１や実施例２と同様、大きなパワーを必要とする低速軸用の非共振駆動用の磁気回路を特に設ける必要がないため、回路規模を抑えることが可能となる。また、低速軸用の磁気回路を駆動するための高出力のアンプ回路等も必要ではないため、コストの増大を抑えることが可能となる。

さらに、本実施例のミラースキャナによれば、実施例１及び実施例２のように交差配置を行う場合とは異なり、同じ形状のヨークを第１のヨーク２１及び第２のヨーク２２として並列配置すればよいため、組み立てが容易であり、保持に必要な部品点数も少ない。また、ヨーク同士を交差させるスペースが不要であるため、装置全体を小型化することが可能である。

なお、本実施例のミラースキャナにおいて、第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅの一方と第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅの一方とが物理的に接続された構成であってもよい。

図１１は、このような変形例における第１のヨーク２１及び第２のヨーク２２の配置を模式的に示す斜視図である。第１のヨーク２１の第２のコイル２３Ｂが巻き付けられたコア部側の端部である一方の端部２１Ｅと、第２のヨーク２２の第４のコイル２４Ｂが巻き付けられたコア部側の端部である他方の端部２２Ｅと、が接続部２６を介して物理的に接続され、一体となってコア部２１Ａ及び２２Ａを構成している。接続部２６によって接続されている端部は、第１のヨーク２１及び第２のヨーク２２の各々の端部（２１Ｅ、２２Ｅ）のうち、近接して位置する端部である。なお、接続部２６は、例えば第１のヨーク２１の一対のコア部２１Ａ及び第２のヨーク２２の一対のコア部２２Ａを構成する材料と同一の材料から構成されている。

また、図１２に示すように、第１のヨーク２１及び第２のヨーク２２の各々の端部（２１Ｅ、２２Ｅ）のうち、近接した位置にある端部とは反対側の端部（すなわち、距離が遠い側の端部）が接続部２６によって接続されていてもよい。

図１１や図１２に示すような構成の第１のヨーク２１及び第２のヨーク２２を有している場合であっても、発生する磁界の磁束の向きは図９Ｂ及び図９Ｃに示す実施例３の磁束のベクトルと同様となる。一方、発生する磁界の磁束の大きさについては、接続部２６が存在することにより、磁束分布の勾配を増強させることができる。従って、高速軸である第１の揺動軸ＡＹ周りのエネルギーを効率よく取り出すことが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施例では、第１の揺動軸ＡＹを高速軸、第２の揺動軸ＡＸを低速軸として双方の軸周りにミラー１０を揺動させる例について説明したが、これとは逆に第１の揺動軸ＡＹを低速軸、第２の揺動軸ＡＸを高速軸としてもよい。

また、上記実施例では、駆動信号として低速軸用の第１の正弦波に高速軸用の第２の正弦波又は第３の正弦波を重畳した信号を用いる例について説明したが、これに限られず、第１の揺動軸ＡＹ及び第２の揺動軸ＡＸの周りにミラー１０を揺動させることが可能な駆動信号を第１駆動信号ＤＳ１及び第２駆動信号ＤＳ２として用いるものであればよい。

また、上記実施例では、第１駆動信号ＤＳ１において重畳されている第２の正弦波の位相と第２駆動信号ＤＳ２において重畳されている第３の正弦波の位相とが１８０度異なる場合を例として説明したが、これに限られず、第２の正弦波と第３の正弦波との間には所定の位相差があればよい。

また、上記実施例では、第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂが共通の鋼線を用いて連続して巻き付けられている例について説明した。しかし、第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂはそれぞれ独立して第１のヨーク２１の一対のコア部２１Ａに巻き付けられていてもよい。すなわち、第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂは、第１の駆動信号ＤＳ１の印加を受けた際に第１のヨーク２１の一対の端部２１Ｅの一方がＮ極、他方がＳ極となるように巻き付けられていればよい。

同様に、第３のコイル２４Ａ及び第４のコイル２４Ｂは、それぞれ独立して第２のヨーク２２の一対のコア部２２Ａに巻き付けられていてもよい。すなわち、第３のコイル２４Ａ及び第２のコイル２４Ｂは、第２の駆動信号ＤＳ２の印加を受けた際に第２のヨーク２２の一対の端部２２Ｅの一方がＮ極、他方がＳ極となるように巻き付けられていればよい。

また、上記実施例では、第１コイル部を構成する第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂが第１のヨーク２１の一対のコア部２１Ａに巻き付けられ、第２コイル部を構成する第３のコイル２４Ａ及び第４のコイル２４Ｂが第２のヨーク２２の一対のコア部２２Ａに巻き付けられている場合を例として説明を行った。しかし、第１コイル部及び第２コイル部の各々の構成はこれに限られない。

例えば、図１３Ａに示すように、第１コイル部は、第１のヨーク２１の連結部２１Ｂに巻き付けられたコイル２３Ｃのみから構成されていてもよい。第２のコイル部についても同様である。すなわち、第１コイル部及び第２コイル部の各々は、上記実施例のように一対のコア部に分離して巻き付けられた一対のコイルではなく、分離されていない１つのコイルによって構成することが可能である。また、コイルが巻き付けられる位置は、ヨークの一対のコア部以外の部分（例えば、図１３Ａでは一対のコア部を連結する連結部）であってもよい。

また、図１３Ｂに示すように、第１コイル部は、第１のヨーク２１の一対のコア部２１Ａに巻き付けられた第１のコイル２３Ａ及び第２のコイル２３Ｂと、連結部２１Ｂに巻き付けられたコイル２３Ｃと、から構成されていてもよい。第２のコイル部についても同様である。すなわち、第１コイル部及び第２コイル部の各々は、ヨークの一対のコア部及び連結部にそれぞれ分離して巻き付けられた３つのコイルによって構成することが可能である。

また、図１３Ｃに示すように、第１コイル部は、図１３Ｂに示した３つのコイル（２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃ）を足し合わせた長さを有する一連のコイル２３から構成されていてもよい。第２のコイル部についても同様である。すなわち、第１コイル部及び第２コイル部の各々は、ヨークの一対のコア部及び連結部に亘って巻き付けられた一連のコイルから構成されていてもよい。

また、上記実施例で説明した一連の処理は、例えばＲＯＭなどの記録媒体に格納されたプログラムに従ったコンピュータ処理により行うことができる。

１００ ミラースキャナ
１０ ミラー
１０Ｓ 光反射面
１１ 支持部
１２ 可動部
１２Ａ 可動枠
１２Ｂ 可動板
１３ 永久磁石
２０ 磁気回路
２１ 第１のヨーク
２２ 第２のヨーク
２３Ａ 第１のコイル
２３Ｂ 第２のコイル
２４Ａ 第３のコイル
２４Ｂ 第４のコイル
２５ 駆動回路
２６ 接続部

Claims (10)

1. 光を反射する第１の面を有し、所定の角度で交わる第１軸及び第２軸周りに揺動可能なミラーと、
   前記ミラーの前記第１の面とは反対側の面である第２の面に配された永久磁石と、
   一対のコア部を有する第１のヨークと、
   前記第１のヨークに巻き付けられた第１のコイル部と、
   一対のコア部を有する第２のヨークと、
   前記第２のヨークに巻き付けられた第２のコイル部と、
   前記第１のコイル部に第１の駆動電流を印加し、前記第２のコイル部に第２の駆動電流を印加する駆動回路と、
   を有し、
   前記第１のヨークは、前記一対のコア部の各々の一端が前記ミラーの前記第２の面に対向し、且つ当該一端同士を結ぶ直線が前記第１軸及び前記第２軸に交差するように配され、
   前記第２のヨークは、前記一対のコア部の各々の一端が前記ミラーの前記第２の面に対向し、且つ当該一端同士を結ぶ直線が前記第１軸及び前記第２軸に交差するとともに前記第１のヨークの前記一対のコア部の各々の一端同士を結ぶ直線と交差するように配されていることを特徴とするミラースキャナ。
2. 前記第１のコイル部は、前記第１の駆動電流の印加を受けた際に、前記第１のヨークの前記一対のコア部の各々の一端が互いに逆極性となるように構成され、
   前記第２のコイル部は、前記第２のコイル部に前記第２の駆動電流の印加を受けた際に、前記第２のヨークの前記一対のコア部の各々の一端が互いに逆極性となるように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のミラースキャナ。
3. 前記駆動回路は、第１の正弦波に前記第１の正弦波よりも振幅が小さく且つ周波数が大きい第２の正弦波を重畳した電流波形を有する駆動電流を前記第１の駆動電流として前記第１のコイル部に印加し、前記第２の正弦波と同じ振幅及び周波数を有し且つ位相が異なる第３の正弦波を前記第１の正弦波に重畳した電流波形を有する駆動電流を前記第２の駆動電流として前記第２のコイル部に印加することを特徴とする請求項２に記載のミラースキャナ。
4. 前記永久磁石は、前記ミラーの前記第２の面上の前記第１軸及び前記第２軸を含む平面に垂直な方向から見て前記第１軸及び前記第２軸の交点と重なる位置に配され、
   前記第１のヨーク及び前記第２のヨークの各々は、前記第１のヨークの前記一対のコア部の各々の一端と前記第２のヨークの前記一対のコア部の各々の一端とが前記永久磁石と対向するように配されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載のミラースキャナ。
5. 前記第１のヨーク及び前記第２のヨークは、前記第１のヨークの前記一対のコア部の各々の一端及び前記第２のヨークの前記一対のコア部の各々の一端が、前記永久磁石が配置された位置を囲むように配置されていることを特徴とする請求項４に記載のミラースキャナ。
6. 前記第１のヨーク及び前記第２のヨークの各々は、前記第１のヨークの前記一対のコア部の各々の一端を結ぶ線分と前記第２のヨークの前記一対のコア部の各々の一端を結ぶ線分とが互いに交差するように配されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載のミラースキャナ。
7. 前記第１のヨーク及び前記第２のヨークの各々は、前記第１のヨークの前記一対のコア部の各々の一端を結ぶ線分と前記第２のヨークの前記一対のコア部の各々の一端を結ぶ線分とが前記第１軸を挟んで対向するように配されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載のミラースキャナ。
8. 前記第１のヨーク及び前記第２のヨークは、前記第１のヨークの前記一対のコア部の一方の一端及び前記第２のヨークの前記一対のコア部の一方の一端を介して物理的に接続されていることを特徴とする請求項７に記載のミラースキャナ。
9. 前記第１のヨークは、前記第１のヨークの前記一対のコア部の各々の一端を結ぶ直線が前記第１軸及び前記第２軸に対して４５度の角度をなすように配され、
   前記第２のヨークは、前記第２のヨークの前記一対のコア部の各々の一端を結ぶ直線が前記第１軸及び前記第２軸に対して４５度の角度をなすように配されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１に記載のミラースキャナ。
10. 前記第１のコイル部は、前記第１のヨークの前記一対のコア部の一方に巻き付けられた第１のコイル及び他方に巻き付けられた第２のコイルから構成され、
    前記第２のコイル部は、前記第２のヨークの前記一対のコア部の一方に巻き付けられた第３のコイル及び他方に巻き付けられた第４のコイルから構成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１に記載のミラースキャナ。