JP5084996B2 - ガルバノミラー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を反射する反射鏡と、この反射鏡を傾動自在に支持する支持部材とを有するガルバノミラーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガルバノミラーは、一般に、光磁気ディスクドライブ、追記型ディスクドライブ、相変化型ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、光カードなどの光記録媒体に対して情報を記録および／または再生する情報記録再生装置や、光スキャナー、光通信用の光偏向機などの光学装置において、光束を所定の向きに傾ける光学素子支持装置の一部として利用されている。
【０００３】
例えば、特開平７−７２４０９号公報には、図１１，１２に示す如くの小型の光学素子支持装置（以下、従来技術１という）が開示されている。この光学素子支持装置は、振動子３０が電極を形成したガラス基板３４にスペーサ３５を介して取り付けられたものである。振動子３０は、厚さ０．３(ｍｍ)のシリコンからエッチングにより一体成形された、反射鏡（ミラー）を配置する可動板３１と、この可動板３１とＳ字型のスパンバウンド３２を介して一体に取り付けられた枠３３とからなり、可動板３１およびスパンバウンド３２の厚みは、２０(μｍ)である。振動子３０では、可動板３１と、ガラス基板３４に形成した電極との間に電圧を印加すると、両者の間に静電力が働き、可動板３１がスパンバウンド３２を軸として電極に吸引されるために振動する。
【０００４】
また特開平７−７２４０９号公報には、図１３に示す如くの小型の光学素子支持装置（以下、従来技術２という）も開示されている。この光学素子支持装置において、反射鏡であるミラーは、ガラス基板４４に形成したギャップ形成部４３に接合するミラー外周部４２と、ミラー外周部４２から延在させた梁４１を介して支持されたギャップ形成部４３と非接触のミラー部４０とからなり、このミラー部４０が可動板の機能を兼ねている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術にはそれぞれ、以下に説明の如くの不都合が生じていた。
【０００６】
まず従来技術１では、図１１，１２に示す如く、反射面となる可動板３１の側面にスパンバウンド３２を設けているため、可動板３１の表面に対して直交する方向（垂線方向）の剛性が低く、この垂線方向に振動しやすい。このため、可動板３１の表面で反射された光が平行移動することにより目標位置に対してズレを生じてしまうと言う不都合があった。
【０００７】
次に従来技術２では、ミラー部４０の反射面に直交する方向（垂線方向）に振動が加わったときにミラー部４０の背面がギャップ形成部４３に衝突してしまうため、ミラー部４０の回転駆動が安定しない。加えて、ミラー部４０がギャップ形成部４３から離れる方向の規制が無いため、ミラー部４０がギャップ形成部４３から離間する方向への振動を規制することができない。さらに、梁４１はミラー部４０の側面に位置してミラー部４０の垂線方向に撓みを生じさせるため、剛性がそれほど大きくなく振動しやすかった。このため、従来技術２も、ミラー部４０の表面で反射された光が平行移動することにより目標位置に対してズレを生じてしまうと言う不都合があった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解消するためになされたものであって、反射鏡の反射面に対して垂直な方向の振動を効果的に抑制することができるガルバノミラーを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、第１発明に係る、ガルバノミラーは、光を反射する反射鏡と、少なくともこの反射鏡を有する可動部と、この反射鏡を固定部に対して傾動自在に支持する支持部材とを有するガルバノミラーにおいて、前記反射鏡の背面と前記固定部との隙間に、前記可動部と前記固定部とを前記反射鏡の反射面にほぼ垂直方向に一体に連結するとともに前記可動部の振動を抑制させる減衰部材設け、当該減衰部材を、前記固定部に対する前記可動部の傾動中心に配置したことを特徴とするものである。
【００１０】
第２発明に係る、ガルバノミラーの減衰構造は、上記第１発明において、前記固定部は前記反射鏡の背面に向かって延在する突起部を有し、前記減衰部材は前記突起部の先端と前記反射鏡の背面とを一体に連結することを特徴とするものである。
【００１１】
第３発明に係る、ガルバノミラーの減衰構造は、上記第1発明において、前記支持部材は前記反射鏡の反射面に平行に延在することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１実施形態であるガルバノミラー１００を備えた光路切り替え装置１０の作用を概略的に示したシステム図である。また図２は、本発明の第１実施形態であるガルバノミラー１００を示す斜視図、図３はガルバノミラー１００の分解図、図４はガルバノミラー１００の正面図、図５はガルバノミラー１００のミラーを内側から示す内部図、図６はガルバノミラー１００のホルダ周辺を示す横断面図、図７はガルバノミラー１００を示す横断面図、図８はガルバノミラー１００を示す縦断面図である。
【００１５】
光路切り替え装置１０は、図１に示す如く、光通信用伝送信号である光が出射される１本の光ファイバー２０と、光ファイバー２０からの出射光を反射するガルバノミラー１００と、この反射光が入射される複数の光ファイバー２１〜２９とからなる。光ファイバー２０は、その先端に光軸が一致するように配置したレンズ２０ａを備え、同様に、光ファイバー２１〜２９は、同一平面上に３段３列の合計９つに配置され、その先端にはそれぞれ、光軸が一致するように配置したレンズ２１ａ〜２９ａを備える。
【００１６】
ガルバノミラー１００を構成する反射鏡であるミラー１１０は、互いに直交する２つの回転軸Ｏx，Ｏyの周りに回転自在に後述する支持部材であるばね１１２（図３参照）によって支持されており、同じく後述の励磁コイルＣ1，Ｃ2に駆動信号（電流）を印加してミラー１１０を回転軸Ｏx，Ｏyの周りで回転させることにより、ミラー１１０の傾きを自由に設定できるようにしている。
【００１７】
このため、光路切り替え装置１０は、光ファイバー２０から出射される光をレンズ２０ａで平行光にして、この出射光Ｌ1をミラー１１０の前面（反射面）１１０ｆに投射し、この反射面１１０ｆからの反射光Ｌ2は、上記した駆動信号によってミラー１１０を回転軸Ｏx，Ｏyの周りで回転させることにより、９つのレンズ２１ａ〜２９ａのうちのいずれか１つを介して９つの光ファイバー２１〜２９のうちの１本に選択的に入射させる。
【００１８】
これにより、光路切り替え装置１０は、１本の光ファイバ２０から出力された光を９本の光ファイバ２１〜２９のうちの１本に選択して出力することができる。なお、入射光Ｌ1および反射光Ｌ2は、ガルバノミラー１００のミラー１１０で偏向する主な光線である。
【００１９】
具体的には、ミラー１１０を回転軸Ｏx周りに傾けてミラー１１０での反射光Ｌ2を図１に示すＸ方向に偏向させると共に、ミラー１１０を回転軸Ｏy周りに傾けてミラー１１０での反射光Ｌ2を図１に示すＹ方向に偏向させる。これにより、例えば、ガルバノミラー１００は、反射光Ｌ2の向きをレンズ２１ａからレンズ２９ａに変更して、反射光Ｌ2を光ファイバー２１から光ファイバー２９に入射させることができる。なお、ミラー１１０は、回転軸Ｏx周りまたは回転軸Ｏy周りのいずれか一方のみを傾動させて反射光Ｌ2を偏向させてもよい。
【００２０】
ここで、本発明の第１の実施形態であるガルバノミラー１００を説明する。
【００２１】
ガルバノミラー１００は、図２に示す如く、ミラー１１０をハウジング１００ａの前側開口部に取り付けたマグネットホルダ１２０の中央部に配置し、ミラー１１０を、水平方向Ｘに対して平行な回転軸Ｏyと、水平方向Ｘに直交する垂直方向Ｙに対して平行な回転軸Ｏxとの周りに回転自在に支持する支持駆動機構と、ミラー１１０の２つの回転軸Ｏx，Ｏy周りの回転変位を検出するために、ミラー１１０の背面側のハウジング１００ａ内に配して（２次元或いは２方向に対する光を利用した）位置検出装置とを有する。
【００２２】
ミラー１１０は、図２に示す如く、正方形（乃至は長方形）の板形状であり、その表側の反射面１１０ｆは、例えば、光通信に用いる主な光の波長１．３(μｍ)〜１．７(μｍ)に対して反射率が高くなるようにコーティング膜が施されている。またミラー１１０の背面１１０ｂ（図３参照）には、センサ用の光を発生するレーザ１４０（図３参照）の例えば波長７８０(ｎｍ)に対する反射率が高くなるようにコーティング膜が施されている。さらにミラー１１０は、四角枠状のミラーホルダ１１１の中央部にある取り付け凹部１１１ｎ（図３参照）に収納され、位置決め状態で周囲が接着固定されている。
【００２３】
具体的にミラーホルダ１１１は、図６に示す如く、外側に四角枠状に形成された第一のパーツ１１１ａと、このパーツ１１１ａの内側にほぼ四角枠状に形成される第二のパーツ１１１ｂとからなり、このパーツ１１１ｂの前面に形成した取り付け凹部１１１ｎ内にミラー１１０が収納固定されている。パーツ１１１ｂの外側における前後方向のほぼ中央位置にパーツ１１１ａが段差状に形成され、このパーツ１１１ａの段差部と、その前後に隣接するパーツ１１１ｂの外周面とで第１のコイルＣ1および第２のコイルＣ2を固定保持するコイルホルダの機能を有する。
【００２４】
またパーツ１１１ａの外周位置には、図５に示す如く、ほぼ円弧形状にした４本のばね１１２（１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ）が配置され、このばね１１２の両端は、図３では、ばね１１２とマグネットホルダ１２０とが分解して別体で示してあるが、マグネットホルダ１２０内にインサート成形される。
【００２５】
具体的には、図５に示す如く、ミラーホルダ１１１のパーツ１１１ａと、マグネットホルダ１２０とがプラスチックで成形される時に、ベリリウム銅の２０(μｍ)の箔をエッチング加工して表面に金メッキされた）４本のばね１１２の内側部分はミラーホルダ１１１のパーツ１１１ａに、外側部分はマグネットホルダ１２０に最初にインサート成形され、その両端が保持される。
【００２６】
その次に、ばね１１２の前後両側に第１のコイルＣ1と第２のコイルＣ2とをパーツ１１１ｂの成形時にインサート成形することにより、ミラーホルダ１１１に固定されるミラー１１０と、ミラーホルダ１１１の外周面に取り付けられる第１コイルＣ1と第２コイルＣ2とは可動部を構成する。
【００２７】
さらに詳細に説明すると、４本のばね１１２は、図５に示すように、ミラーホルダ１１１の回転軸Ｏxに近い上面中央および下面中央のそれぞれ２箇所に一端が固定されており、その固定端付近は回転軸Ｏxに平行となるように変形させた第１の変形部１１２ａを有する。第１の変形部１１２ａ付近には、この第１の変形部１１２ａにミラーホルダ１１１の内部で接続されている半田付け部ｈが配置され、合計４箇所の半田付け部ｈに第１のコイルＣ1および第２のコイルＣ2の両端末が導電性接着剤にて固定されている。
【００２８】
またばね１１２の他端はマグネットホルダ１２０の回転軸Ｏyに近い左右の側面壁でそれぞれ２箇所に固定されており、その他端の固定端付近は回転軸Ｏyに平行となるように変形させた第２の変形部１１２ｂを有する。なお、第２の変形部１１２ｂの端部は、マグネットホルダ１２０の左右側面から突出する長方形状の突出部１２１内を貫通して、マグネットホルダ１２０にインサートされているが、このインサート部はマグネットホルダ１２０内を通り、マグネットホルダ１２０の外面に突出する４つの端子ｔに至っている。
【００２９】
さらにばね１１２は、第１の変形部１１２ａと、第２の変形部１１２ｂとを連結する連結部１１２ｃを有し、この連結部１１２ｃは、ミラーホルダ１１１の４角を取り囲むように配置されている。これら４本の変形部１１２ａ、第２の変形部１１２ｂおよび連結部１１２ｃを有するばね１１２が本実施形態における支持部材となる。
【００３０】
第１の変形部１１２ａおよび半田付け部ｈと、第２の変形部１１２ｂおよび突出部１２１とには、紫外線硬化のシリコンゲルであるダンパＤ1，Ｄ2が付着するように設けてあり、ばね１１２の両端部の振動に対するダンピング機能を保持する。
【００３１】
マグネットホルダ１２０は、図３，図４，図６などに示すように、水平方向に着磁された２つのマグネットｍ1がそれぞれ、ヨーク１２２を背面に固定し、これらマグネットｍ1の内側に第１のコイルＣ1が対向する左右の位置に接着により取り付けられている。これにより、マグネットｍ1による磁界がその内側に対向配置された第１のコイルＣ1に作用するような磁気回路を構成する。
【００３２】
またマグネットホルダ１２０は、図３のように、上下方向に着磁された２つのマグネットｍ2がそれぞれ、ヨーク１２３を背面に固定し、これらマグネットｍ2の内側に第２のコイルＣ2が対向する上下の位置に接着により取り付けられている。
【００３３】
これにより、ミラー１１０、ミラーホルダ１１１および２つのコイルＣ1，Ｃ2からなる可動部は、支持部材である４本のばね１１２を介してマグネットホルダ１２０に対して傾動自在に支持されると共に、４つの端子ｔ（図５参照）にフレキシブルケーブルを半田付けしてフレキシブルケーブルを経て給電することにより、４本のばね１１２を介して２つのコイルＣ1，Ｃ2に駆動信号を供給して回動させることができる。つまり、ミラー１１０を、ミラーホルダ１１１を介して第１コイルＣ1および第２コイルＣ2に生じる駆動力に応じた量だけ傾動させることができる。
【００３４】
ミラーホルダ１１１とマグネットホルダ１２０は、非導電性プラスチック（例えば、チタン酸ウイスカ入りの液晶ポリマー）で成形されている。マグネットホルダ１２０は、ほぼ四角枠状をしており、例えば、亜鉛ダイキャストで成形されたハウジング１００ａの前面で開口する取り付け面１００ｆに接着されている。
【００３５】
本実施形態において、マグネットホルダ１２０の背面には、図３に示す如く、プレート１３０が固定されている。プレート１３０は、マグネットホルダ１２０の背面に取り付けられる固定部１３１と、この固定部１３１の中央部には、その前面からマグネットホルダ１２０を貫通してミラー１１０の背面１１０ｂに向かって延在する先端が球面の円筒形をした突起部１３２を有し、この突起部１３２の先端には、図６〜８に示す如く、ミラー１１０の背面１１０ｂに接触するダンピング部材（減衰部材）１３３が設けられている。
【００３６】
本実施形態において、プレート１３０の突起部１３２は、固定部１３１の中央部に位置し、この突起部１３２の周辺をプレート１３０の外周部１３１ａと４本の細い連結部１３０ｂにて連結している。
【００３７】
また本実施形態では、マグネットホルダ１２０の背面にプレート１３０を固定する際、ミラー１１０の背面１１０ｂと突起部１３２の先端との間に僅かな隙間Δｃ（例えば、０．２〜１ｍｍ）が生じるようにしてある。これにより、本実施形態のダンピング部材１３３は、例えば、ＵＶ硬化のゲル等からなるダンピング材を隙間Δｃに充填したのち硬化させて一体成形されている。
【００３８】
上述のように、ミラー１１０、ミラーホルダ１１１、第１および第２コイルＣ1，Ｃ2は可動部を構成し、図６に示すように、可動部の重心Ｇは回転軸Ｏx上で且つ回転軸Ｏy上ともなるようにしている。また、可動部の慣性主軸は回転軸Ｏxと回転軸Ｏyとに一致している。また、ダンピング部材１３３は重心Ｇと回転軸Ｏx，Ｏyに極近似した位置に配置されている。
【００３９】
また、ばね１１２は、回転軸Ｏxと回転軸Ｏyが構成する平面上に一致するように配置されている。また図５に示す第１の変形部１１２ａは回転軸Ｏxにほぼ一致する位置に配置され、第２の変形部１１２ｂは回転軸Ｏyにほぼ一致する位置に配置されている。
【００４０】
図６に示すように前後に取り付けられた第１のコイルＣ1と第２のコイルＣ2との中央位置にばね１１２を配置するのではなく、ミラー１１０が配置された第１のコイルＣ1寄りの位置にばね１１２を配置して、これにより、ミラー１１０を含めた重心位置をバランサ無しで、回転軸Ｏx，Ｏyに一致させることができるようにしている。
【００４１】
なお、図６は、回転軸Ｏyを含む水平面を示した断面図である。第１のコイルＣ1には、図６に示す如く、駆動点Ｆ1に対して図面の上下方向に沿った力が発生する。このため、第１のコイルＣ1の両側にある２つの駆動点Ｆ1，Ｆ1を結ぶ中点Ｆm1を中心とするトルクが発生する。そして、駆動点Ｆ1および中点Ｆm1を中心とするトルクは、回転軸Ｏyを含む水平面上にある。
【００４２】
第２のコイルＣ2には、図６の表裏方向の辺に力が発生し、その力は図６の駆動点Ｆ2に対して図６の紙面に垂直な上下面に上下方向に発生する。このため、第２のコイルＣ2の両側にある２つの駆動点Ｆ2，Ｆ2を結ぶ中点Ｆm2（図６では、２つの駆動点Ｆ2，Ｆ2と中点Ｆm2とは一致している）を中心とするトルクが発生する。なお、図８は、回転軸Ｏxを含む垂直面を示した断面図であり、この図８から、駆動点Ｆ2および中点Ｆm2を中心とするトルクは、回転軸Ｏxを含む垂直面上にあることがわかる。
【００４３】
つまり、図６に示すように、中点Ｆ1(m)を中心とするトルクと、中点Ｆm2を中心とするトルクとは、重心Ｇに近い距離となるように形成されている。
【００４４】
ハウジング１００ａは、回転軸Ｏx，Ｏy周りの回転に伴うミラー１１０の傾きを検出するセンサを備える。ハウジング１００ａは、図３，７に示す如く、センサ用の光源となるレーザ（ダイオード）１４０をハウジング１００ａの後端の開口部１００ｂに圧入により固着させている。また、レーザ１４０の前方には、１／４λ板１５１を接合したＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１５２を配し、このＰＢＳ１５２の一側面（接着面）１５１ｂをハウジング１００ａの（一方の）内壁面に接着固定する。
【００４５】
さらにハウジング１００ａは、ＰＢＳ１５２の前方にレンズ１５３を接着固定している。そしてレーザ１４０によるレーザ光は、ＰＢＳ１５２，１／４λ板１５１，レンズ１５３を経て、マグネットホルダ１２０に固定されたプレート１３０に照射され、このプレート１３０に形成した突起部１３２の周囲を通過できる光がレンズホルダ１１１に保持されたミラー１１０の裏面１１０ｂに入射される。なお、レンズホルダ１１１の背面側の内壁形状は、円形の開口１１１ｂを形成している（図５参照）。
【００４６】
さらにハウジング１００ａは、図７に示す如く、ＰＢＳ１５２の側面１５１ｂが接着された内壁面と対向する位置を開口し、この開口部分に、投射される光の２方向の光照射中心位置を検出する位置検出センサ（ＰＳＤ）１５４を接着固定している。このＰＳＤ１５４は、その受光部１５４ａに投射された光の２方向（Ｘ，Ｙ方向）の中心位置を電圧で出力する２次元位置センサである。
【００４７】
次に、ガルバノミラー１００の作用を説明する。４本のばね１１２のうちの２本を介して第１のコイルＣ1に電流を流すと、その左右両側に配置したマグネットｍ1から受ける磁界により回転軸Ｏxの周りに回転トルクを発生し、主に第1の変形部１１２ａがねじり変形を受け、可動部を回転軸Ｏxの周りに傾ける（回動させる）。
【００４８】
４本のばね１１２の他の２本を介して第２のコイルＣ2に電流を流すと、その上下両側に配置されたマグネットｍ2から受ける磁界により回転軸Ｏyの周りに回転トルクを発生し、主に第２の変形部１１２ｂがねじり変形を受け、可動部を回転軸Ｏyの周りに傾ける（回動させる）。
【００４９】
レーザ１４０で発生したレーザ光は、Ｐ偏光にてＰＢＳ１５２に入射し、偏光面１５２ａをほとんど１００パーセント透過し、１／４λ板１５１を介して円偏光の光となってレンズ１５３に入射し、このレンズ１５３で集光されてミラー１１０の裏面１１０ｂに入射する。この裏面１１０ｂにて反射された光は、１／４λ板１５１を透過して、偏光面が９０度回転させられたＳ偏光となり、このＳ偏光の光で偏光面１５４ａに入射するため、ここでほとんど１００パーセント反射されてＰＳＤ１５４の受光面１５４ａにスポット状に入射する。
【００５０】
ミラー１１０が回転軸Ｏxの周りで傾くと、受光面１５４ａ上の光は図３のＸ方向（図７では左右方向）に移動し、ミラー１１０が回転軸Ｏyの周りで傾くと、受光面１５４ａ上の光はＹ方向（図７では上下方向）に移動するため、ＰＳＤ１５４の出力によりミラー１１０の２方向の傾きを検出できる。
【００５１】
従って第1のコイルＣ1および第２のコイルＣ2に対して、ＰＳＤ１５４からの位置検出信号が所望の値になる駆動信号を供給することにより、可動部と共に、ミラー１１０（の反射面１１０ｂ）の傾き角を所望する値に制御することができる。
【００５２】
ダンピング部材１３３は、ミラー１１０の反射面１１０ｆと垂直な方向で、ばね１１２の剛性が低い方向に配置されている。これにより、４本のばね１１２の剛性が低い方向であるミラー１１０の反射面１１０ｆと垂直方向の剛性を、ダンピング部材１３３が、この方向の支持部材となるため、格段に上げることができる。そのため、ミラー１１０がミラー１１０の反射面１１０ｆと垂直な方向に振動する振幅を小さくすることができ、反射光Ｌ2を不必要に変位させることがない。
【００５３】
ダンピング部材１３３は、ミラー１１０の反射面１１０ｆと垂直方向で、その裏面１１０ｂの中央に位置し、さらに可動部の回転中心に近い位置に設定してある。これにより、ミラー１１０を含む可動部がミラー１１０の反射面１１０ｂに垂直方向に外部の振動を受けた場合などに可動部の振動を効果的に抑制することができる。また可動部が回転軸Ｏxまたは回転軸Ｏyの周りに回転する時にも、ダンピング部材１３３が変形を受けるので、この方向の振動も抑制することができる。
【００５４】
またダンピング部材１３３は、可動部の回転中心と近くに配置してある。このため、可動部が傾く時のダンピング部材１３３の受ける変形量が過度にならず、可動部の動きの感度を大きく低下させることが無い。またダンピング部材１３３をミラー１１０の中央部のみに配置したため、その周辺を透過する光により、ミラー１１０の傾きを検出することができる。
【００５５】
ミラー１１０を２軸周りに傾けるガルバノミラー１００において、そのミラー１１０と一体に構成された２軸方向に傾ける２種類のコイルＣ1，Ｃ2を支持する部材であり、２方向の回転中心を含むばね１１２をミラー１１０の反射面１１０ｆに垂直な方向に挟むように配置する。このため、コイルＣ1，Ｃ2の駆動トルクの中心が支持部材、回転中心と大きくずれないように設定できる。
【００５６】
また２種類のコイルＣ1，Ｃ2を含む可動部の重心位置を回転中心に容易に一致させることができる。このため、ミラー１１０の傾きの駆動特性において、共振の発生を抑制することができ、サーボ特性を向上させることができる。
【００５７】
さらに２方向に傾けるコイルＣ1，Ｃ2を支持部材の両側に配置し、またミラー１１０の反射面１１０ｆに垂直方向に離間させる。このため、２つのコイルＣ1，Ｃ2および、それぞれの磁気回路を構成するマグネットｍ1，ｍ2を、各々干渉せずに容易に配置することができる。こうした配置により、２つのコイルＣ1，Ｃ2をミラー１１０の反射面１１０ｆに垂直方向に離間させても、支持点とのずれを小さくすることができる。このため、２方向回転用のマグネットｍ1，ｍ2を容易に配置することができると共に、２方向回転用のマグネットｍ1，ｍ2の相互の磁気干渉を小さくでき、２つのコイルＣ1，Ｃ2に作用する磁気の乱れを小さくすることができる。
【００５８】
本実施形態では、ばね１１２を４本としたため、２方向に駆動力を発生するコイルＣ1，Ｃ2それぞれの＋／−の合計４本の給電ライン（駆動ライン）を兼ねることができる。このため、可動部への給電用のフレキシブルケーブル等が不要となり、ミラー１１０の支９駆動動作に影響を及ぼさない。
【００５９】
また本実施形態では、ばね１１２の両端にダンパＤ1,Ｄ2を配置したので、ばね１１２を捻り変形させた場合に発生する振動を有効に抑制することができる。さらにミラー１１０の傾きセンサを主な光線に対する反射面１１０ｆとは裏側の背面側に配置している。このため、傾きセンサが主な光線と干渉しないようにすることができる。
【００６０】
本実施形態では、プレート１３０を用いたが、円筒形の突起部１３２をレンズ１５３を固定部として直接、レンズ１５３の表面に固定することもできる。また予め円筒形に形成したシリコンゴム等のダンピング部材をレンズ１５３の表面とミラー１１０の背面１１０ｂとを連結配置してもよい。
【００６１】
さらに、ミラー１１０の背面１１０ｂを透過面とし、メインの光が反射されるミラー１１０の反射面１１０ｆをセンサに用いた構成にしてもよい。またミラー１１０の背面１１０ｂではなく、レンズ１５３側のミラーホルダ１１１またはコイルＣ2と、ハウジング１００ａとの間にダンピング部材１３３を配置してもよい。
【００６２】
また本実施形態のようなセンサを用いない場合には、ミラー１１０の反射面１１０ｆの裏側に配したミラーホルダ１１１の中央部の開口部に壁を設け、この壁にダンピング部材１３３を配置することができる。
【００６３】
ところで、ガルバノミラーのミラー部分は、ホルダを利用すること無く、ミラー部分を直接傾動させる構造であってもよい。
【００６４】
次に図９および図１０を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。なお本実施形態のガルバノミラー２００は、１つの軸周りで回転する構造のものである。
【００６５】
図９に示すガルバノミラー２００は、シリコン基板を半導体プロセスにてエッチングして、フレーム２０１と、その中央に四角板状のミラー２１０と、このミラー２１０の上辺および下辺の左右方向の中央位置でそれぞれ、上下方向に細く直線状に延在してフレーム２０１と連結するばね２１２とを形成したものである。
【００６６】
ミラー２１０の両面には、図１０に示す如く、四角形状のコイルＣ3，Ｃ4を電鋳にて形成する。これらのコイルＣ3，Ｃ4の端末は、２本の直線状のばね部２１２（及びフレーム２０１）の両面に形成された導電パターン２０２により、フレーム２０１に設けた半田付け用のランド２０３に接続されている。両側のコイルＣ3，Ｃ4が、支持部材であるばね部２１２とミラー２１０、ばね部２１２の中心軸として形成される回転軸Ｏxを挟むように構成している。
【００６７】
フレーム２０１には、２つのコイルＣ3，Ｃ4それぞれに対向する位置に２つのマグネットｍ3がフレーム２０１の切り欠き部に位置決めされた状態で接着固定されている。ミラー２１０の表面には、例えば、金のコーティング膜を設けて反射率を高めた反射面２１０ｆが形成されている。またミラー２１０の背面にも、センサ用光に対して高い反射率にした金などのコーティング膜が施されている。
【００６８】
ミラー２１０の背面２１０ｂには、図１０に示す如く、Ｖ溝２１０ｎがコイルＣ3の内側に形成されていると共に、その対向する位置にプレート２３０が配置されている。
【００６９】
プレート２３０は、両端にマグネットｍ3が固定された固定部２３１と、この固定部２３１の中央部に前面からミラー２１０の背面２１０ｂに延在する屋根型の三角断面の突起部２３２とを有し、この突起部２３２の先端には、ミラー２１０の背面２１０ｂに形成したＶ溝２１０ｎに接触するダンピング部材（減衰部材）２３３が設けられている。
【００７０】
本実施形態では、第１の実施形態と同様、ミラー２１０の背面２１０ｂにプレート２３０を固定する際、ミラー２１０のＶ溝２１０ｎと突起部２３２の先端との間に僅かな隙間Δｃ（例えば、０．２〜１ｍｍ）が生じるようにしてある。これにより、本実施形態のダンピング部材２３３も、例えば、ＵＶ硬化のゲル等からなるダンピング材を隙間Δｃに充填したのち硬化させて一体成形されている。
【００７１】
このため、本実施形態によれば、ミラー２１０の回転軸Ｏx周りの振動と、ミラー２１０の反射面２１０ｆに垂直方向の振動とを効果的に抑制することができる。また本実施形態では、ミラー２１０の傾きを調整する回転軸が１軸のみであるため、ダンピング部材２３３をミラー２１０の中央に線状に配置してある。
【００７２】
さらに本実施形態におけるプレート２３０には、図９に示す如く、ＬＥＤ（発光ダイオード）２４１と、その受光面が２分割されたＰＤ（フォトダイオード）２４２とが配置されている。この場合、ＬＥＤ２４１から出射した光は背面２１０ｂで反射されたのち、分割されたＰＤ２４２に入射する。このため、このＰＤ２４２の各出力の差動を取ることによって、ミラー２１０の回転軸Ｏx周りの回転量を検出することができる。
【００７３】
２つのコイルＣ1，Ｃ2には、図１０に示すように、駆動点Ｆ3に力が発生し、この駆動力によるトルクの中心は中点Ｆm3に位置する。つまり、本実施形態のガルバノミラー２００は、図１０に示す如く、ミラー２１０と、コイルＣ3，Ｃ4とで構成される可動部の重心Ｇに回転軸Ｏxと、トルクの中心Ｆm3)とが一致する対称的な構造になっている。
【００７４】
従って、本実施形態によれば、２つのコイルＣ3，Ｃ4への給電を、ミラー２１０を支持するばね部２１２の両面を利用して、４本の給電ラインを２箇所の支持用ばね部２１２の両面に形成したため、１本の給電ラインをばね部の各面に配置すればよい。このため、ばね部２１２の幅が狭くても容易に給電ラインを配置することができる。本実施形態においても、ミラー２１０の反射面２１０ｆにおける垂直方向の剛性を高くすると共に振動を効果的に抑制することができる。
【００７５】
またフレーム２０１と可動部とを半導体プロセスにより容易に加工できるため、生産性がよい。また回転軸Ｏxに対して完全な対称形状であるため、完全（高精度）にバランスが取れた状態に設定することができ、トルクの中心を、重心Ｇおよび回転中心となる回転軸Ｏxに一致させるための設定を高精度に行うことができる。上記実施形態では、ダンピング材をミラーの反射面と垂直な方向の支持部材としたが、ナイロン等の柔らかいプラスチック成形品のヒンジ等でもよい。さらに、光通信用に限ることなく、例えば、光記録再生装置のトラッキング装置などにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態である減衰構造を有するガルバノミラーを備えた光路切り替え装置のシステム図である。
【図２】 本発明の第１実施形態である減衰構造を備えたガルバノミラーを示す斜視図である。
【図３】 図２の分解図である。
【図４】 図２のガルバノミラーを示す正面図である。
【図５】 図２のガルバノミラーを内側から示す内部図である。
【図６】 図２のガルバノミラーのホルダ周辺を示す横断面図である。
【図７】 図２のガルバノミラーを示す横断面図である。
【図８】 図２のガルバノミラーを示す縦断面図である。
【図９】 本発明の第２実施形態である減衰構造を備えたガルバノミラーを分解した状態で示す斜視図である。
【図１０】 図９のガルバノミラーを示す横断面図である。
【図１１】 ガルバノミラーの従来例を一部断面にて示す斜視図である。
【図１２】 図１１のガルバノミラーを示すシステム図である。
【図１３】 ガルバノミラーの他の従来例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 光路切り替え装置
２０ 出射側光ファイバー
２０ａ レンズ
２１〜２９ 入射側光ファイバー
２１ａ〜２９ａ レンズ
１００ ガルバノミラー
１１０ ミラー
１１１ ミラーホルダ
１１１ａ 第一のパーツ
１１１ｂ 第二のパーツ
１１１ｎ ミラー取り付け用凹部
１１２ ばね部
１１２ａ 第１の変形部
１１２ｂ 第２の変形部
１１２ｃ 連結部
１２０ マグネットホルダ
１２２，１２３ ヨーク
１３０ プレート
１３１ 固定部
１３１ａ プレート外周部
１３１ｂ 連結部
１３２ 突起部
１３３ 減衰部材
１４０ レーザ
１５１ １／４λ板
１５２ ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）
１５３ レンズ
１５４ ＰＳＤ（位置検出センサ）
１５４ａ 受光部
２００ ガルバノミラー
２０１ フレーム
２０２ 導電パターン
２０３ 半田付け用ランド
２１０ ミラー
２１２ ばね部
２３０ プレート
２３１ 固定部
２３２ 突起部
２３３ 減衰部材
２４１ ＬＥＤ
２４２ ＰＤ
Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4 コイル
ｍ1，ｍ2，ｍ3 マグネット
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を反射する反射鏡と、この反射鏡を傾動自在に支持する支持部材とを有するガルバノミラーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガルバノミラーは、一般に、光磁気ディスクドライブ、追記型ディスクドライブ、相変化型ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、光カードなどの光記録媒体に対して情報を記録および／または再生する情報記録再生装置や、光スキャナー、光通信用の光偏向機などの光学装置において、光束を所定の向きに傾ける光学素子支持装置の一部として利用されている。
【０００３】
例えば、特開平７−７２４０９号公報には、図１１，１２に示す如くの小型の光学素子支持装置（以下、従来技術１という）が開示されている。この光学素子支持装置は、振動子３０が電極を形成したガラス基板３４にスペーサ３５を介して取り付けられたものである。振動子３０は、厚さ０．３(ｍｍ)のシリコンからエッチングにより一体成形された、反射鏡（ミラー）を配置する可動板３１と、この可動板３１とＳ字型のスパンバウンド３２を介して一体に取り付けられた枠３３とからなり、可動板３１およびスパンバウンド３２の厚みは、２０(μｍ)である。振動子３０では、可動板３１と、ガラス基板３４に形成した電極との間に電圧を印加すると、両者の間に静電力が働き、可動板３１がスパンバウンド３２を軸として電極に吸引されるために振動する。
【０００４】
また特開平７−７２４０９号公報には、図１３に示す如くの小型の光学素子支持装置（以下、従来技術２という）も開示されている。この光学素子支持装置において、反射鏡であるミラーは、ガラス基板４４に形成したギャップ形成部４３に接合するミラー外周部４２と、ミラー外周部４２から延在させた梁４１を介して支持されたギャップ形成部４３と非接触のミラー部４０とからなり、このミラー部４０が可動板の機能を兼ねている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術にはそれぞれ、以下に説明の如くの不都合が生じていた。
【０００６】
まず従来技術１では、図１１，１２に示す如く、反射面となる可動板３１の側面にスパンバウンド３２を設けているため、可動板３１の表面に対して直交する方向（垂線方向）の剛性が低く、この垂線方向に振動しやすい。このため、可動板３１の表面で反射された光が平行移動することにより目標位置に対してズレを生じてしまうと言う不都合があった。
【０００７】
次に従来技術２では、ミラー部４０の反射面に直交する方向（垂線方向）に振動が加わったときにミラー部４０の背面がギャップ形成部４３に衝突してしまうため、ミラー部４０の回転駆動が安定しない。加えて、ミラー部４０がギャップ形成部４３から離れる方向の規制が無いため、ミラー部４０がギャップ形成部４３から離間する方向への振動を規制することができない。さらに、梁４１はミラー部４０の側面に位置してミラー部４０の垂線方向に撓みを生じさせるため、剛性がそれほど大きくなく振動しやすかった。このため、従来技術２も、ミラー部４０の表面で反射された光が平行移動することにより目標位置に対してズレを生じてしまうと言う不都合があった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解消するためになされたものであって、反射鏡の反射面に対して垂直な方向の振動を効果的に抑制することができるガルバノミラーを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、第１発明に係る、ガルバノミラーは、光を反射する反射鏡と、少なくともこの反射鏡を有する可動部と、この反射鏡を固定部に対して傾動自在に支持する支持部材とを有するガルバノミラーにおいて、前記反射鏡の背面と前記固定部との隙間に、前記可動部と前記固定部とを前記反射鏡の反射面にほぼ垂直方向に一体に連結するとともに前記可動部の振動を抑制させる減衰部材設け、当該減衰部材を、前記固定部に対する前記可動部の傾動中心に配置したことを特徴とするものである。
【００１０】
第２発明に係る、ガルバノミラーの減衰構造は、上記第１発明において、前記固定部は前記反射鏡の背面に向かって延在する突起部を有し、前記減衰部材は前記突起部の先端と前記反射鏡の背面とを一体に連結することを特徴とするものである。
【００１１】
第３発明に係る、ガルバノミラーの減衰構造は、上記第1発明において、前記支持部材は前記反射鏡の反射面に平行に延在することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１実施形態であるガルバノミラー１００を備えた光路切り替え装置１０の作用を概略的に示したシステム図である。また図２は、本発明の第１実施形態であるガルバノミラー１００を示す斜視図、図３はガルバノミラー１００の分解図、図４はガルバノミラー１００の正面図、図５はガルバノミラー１００のミラーを内側から示す内部図、図６はガルバノミラー１００のホルダ周辺を示す横断面図、図７はガルバノミラー１００を示す横断面図、図８はガルバノミラー１００を示す縦断面図である。
【００１５】
光路切り替え装置１０は、図１に示す如く、光通信用伝送信号である光が出射される１本の光ファイバー２０と、光ファイバー２０からの出射光を反射するガルバノミラー１００と、この反射光が入射される複数の光ファイバー２１〜２９とからなる。光ファイバー２０は、その先端に光軸が一致するように配置したレンズ２０ａを備え、同様に、光ファイバー２１〜２９は、同一平面上に３段３列の合計９つに配置され、その先端にはそれぞれ、光軸が一致するように配置したレンズ２１ａ〜２９ａを備える。
【００１６】
ガルバノミラー１００を構成する反射鏡であるミラー１１０は、互いに直交する２つの回転軸Ｏx，Ｏyの周りに回転自在に後述する支持部材であるばね１１２（図３参照）によって支持されており、同じく後述の励磁コイルＣ1，Ｃ2に駆動信号（電流）を印加してミラー１１０を回転軸Ｏx，Ｏyの周りで回転させることにより、ミラー１１０の傾きを自由に設定できるようにしている。
【００１７】
このため、光路切り替え装置１０は、光ファイバー２０から出射される光をレンズ２０ａで平行光にして、この出射光Ｌ1をミラー１１０の前面（反射面）１１０ｆに投射し、この反射面１１０ｆからの反射光Ｌ2は、上記した駆動信号によってミラー１１０を回転軸Ｏx，Ｏyの周りで回転させることにより、９つのレンズ２１ａ〜２９ａのうちのいずれか１つを介して９つの光ファイバー２１〜２９のうちの１本に選択的に入射させる。
【００１８】
これにより、光路切り替え装置１０は、１本の光ファイバ２０から出力された光を９本の光ファイバ２１〜２９のうちの１本に選択して出力することができる。なお、入射光Ｌ1および反射光Ｌ2は、ガルバノミラー１００のミラー１１０で偏向する主な光線である。
【００１９】
具体的には、ミラー１１０を回転軸Ｏx周りに傾けてミラー１１０での反射光Ｌ2を図１に示すＸ方向に偏向させると共に、ミラー１１０を回転軸Ｏy周りに傾けてミラー１１０での反射光Ｌ2を図１に示すＹ方向に偏向させる。これにより、例えば、ガルバノミラー１００は、反射光Ｌ2の向きをレンズ２１ａからレンズ２９ａに変更して、反射光Ｌ2を光ファイバー２１から光ファイバー２９に入射させることができる。なお、ミラー１１０は、回転軸Ｏx周りまたは回転軸Ｏy周りのいずれか一方のみを傾動させて反射光Ｌ2を偏向させてもよい。
【００２０】
ここで、本発明の第１の実施形態であるガルバノミラー１００を説明する。
【００２１】
ガルバノミラー１００は、図２に示す如く、ミラー１１０をハウジング１００ａの前側開口部に取り付けたマグネットホルダ１２０の中央部に配置し、ミラー１１０を、水平方向Ｘに対して平行な回転軸Ｏyと、水平方向Ｘに直交する垂直方向Ｙに対して平行な回転軸Ｏxとの周りに回転自在に支持する支持駆動機構と、ミラー１１０の２つの回転軸Ｏx，Ｏy周りの回転変位を検出するために、ミラー１１０の背面側のハウジング１００ａ内に配して（２次元或いは２方向に対する光を利用した）位置検出装置とを有する。
【００２２】
ミラー１１０は、図２に示す如く、正方形（乃至は長方形）の板形状であり、その表側の反射面１１０ｆは、例えば、光通信に用いる主な光の波長１．３(μｍ)〜１．７(μｍ)に対して反射率が高くなるようにコーティング膜が施されている。またミラー１１０の背面１１０ｂ（図３参照）には、センサ用の光を発生するレーザ１４０（図３参照）の例えば波長７８０(ｎｍ)に対する反射率が高くなるようにコーティング膜が施されている。さらにミラー１１０は、四角枠状のミラーホルダ１１１の中央部にある取り付け凹部１１１ｎ（図３参照）に収納され、位置決め状態で周囲が接着固定されている。
【００２３】
具体的にミラーホルダ１１１は、図６に示す如く、外側に四角枠状に形成された第一のパーツ１１１ａと、このパーツ１１１ａの内側にほぼ四角枠状に形成される第二のパーツ１１１ｂとからなり、このパーツ１１１ｂの前面に形成した取り付け凹部１１１ｎ内にミラー１１０が収納固定されている。パーツ１１１ｂの外側における前後方向のほぼ中央位置にパーツ１１１ａが段差状に形成され、このパーツ１１１ａの段差部と、その前後に隣接するパーツ１１１ｂの外周面とで第１のコイルＣ1および第２のコイルＣ2を固定保持するコイルホルダの機能を有する。
【００２４】
またパーツ１１１ａの外周位置には、図５に示す如く、ほぼ円弧形状にした４本のばね１１２（１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ）が配置され、このばね１１２の両端は、図３では、ばね１１２とマグネットホルダ１２０とが分解して別体で示してあるが、マグネットホルダ１２０内にインサート成形される。
【００２５】
具体的には、図５に示す如く、ミラーホルダ１１１のパーツ１１１ａと、マグネットホルダ１２０とがプラスチックで成形される時に、ベリリウム銅の２０(μｍ)の箔をエッチング加工して表面に金メッキされた）４本のばね１１２の内側部分はミラーホルダ１１１のパーツ１１１ａに、外側部分はマグネットホルダ１２０に最初にインサート成形され、その両端が保持される。
【００２６】
その次に、ばね１１２の前後両側に第１のコイルＣ1と第２のコイルＣ2とをパーツ１１１ｂの成形時にインサート成形することにより、ミラーホルダ１１１に固定されるミラー１１０と、ミラーホルダ１１１の外周面に取り付けられる第１コイルＣ1と第２コイルＣ2とは可動部を構成する。
【００２７】
さらに詳細に説明すると、４本のばね１１２は、図５に示すように、ミラーホルダ１１１の回転軸Ｏxに近い上面中央および下面中央のそれぞれ２箇所に一端が固定されており、その固定端付近は回転軸Ｏxに平行となるように変形させた第１の変形部１１２ａを有する。第１の変形部１１２ａ付近には、この第１の変形部１１２ａにミラーホルダ１１１の内部で接続されている半田付け部ｈが配置され、合計４箇所の半田付け部ｈに第１のコイルＣ1および第２のコイルＣ2の両端末が導電性接着剤にて固定されている。
【００２８】
またばね１１２の他端はマグネットホルダ１２０の回転軸Ｏyに近い左右の側面壁でそれぞれ２箇所に固定されており、その他端の固定端付近は回転軸Ｏyに平行となるように変形させた第２の変形部１１２ｂを有する。なお、第２の変形部１１２ｂの端部は、マグネットホルダ１２０の左右側面から突出する長方形状の突出部１２１内を貫通して、マグネットホルダ１２０にインサートされているが、このインサート部はマグネットホルダ１２０内を通り、マグネットホルダ１２０の外面に突出する４つの端子ｔに至っている。
【００２９】
さらにばね１１２は、第１の変形部１１２ａと、第２の変形部１１２ｂとを連結する連結部１１２ｃを有し、この連結部１１２ｃは、ミラーホルダ１１１の４角を取り囲むように配置されている。これら４本の変形部１１２ａ、第２の変形部１１２ｂおよび連結部１１２ｃを有するばね１１２が本実施形態における支持部材となる。
【００３０】
第１の変形部１１２ａおよび半田付け部ｈと、第２の変形部１１２ｂおよび突出部１２１とには、紫外線硬化のシリコンゲルであるダンパＤ1，Ｄ2が付着するように設けてあり、ばね１１２の両端部の振動に対するダンピング機能を保持する。
【００３１】
マグネットホルダ１２０は、図３，図４，図６などに示すように、水平方向に着磁された２つのマグネットｍ1がそれぞれ、ヨーク１２２を背面に固定し、これらマグネットｍ1の内側に第１のコイルＣ1が対向する左右の位置に接着により取り付けられている。これにより、マグネットｍ1による磁界がその内側に対向配置された第１のコイルＣ1に作用するような磁気回路を構成する。
【００３２】
またマグネットホルダ１２０は、図３のように、上下方向に着磁された２つのマグネットｍ2がそれぞれ、ヨーク１２３を背面に固定し、これらマグネットｍ2の内側に第２のコイルＣ2が対向する上下の位置に接着により取り付けられている。
【００３３】
これにより、ミラー１１０、ミラーホルダ１１１および２つのコイルＣ1，Ｃ2からなる可動部は、支持部材である４本のばね１１２を介してマグネットホルダ１２０に対して傾動自在に支持されると共に、４つの端子ｔ（図５参照）にフレキシブルケーブルを半田付けしてフレキシブルケーブルを経て給電することにより、４本のばね１１２を介して２つのコイルＣ1，Ｃ2に駆動信号を供給して回動させることができる。つまり、ミラー１１０を、ミラーホルダ１１１を介して第１コイルＣ1および第２コイルＣ2に生じる駆動力に応じた量だけ傾動させることができる。
【００３４】
ミラーホルダ１１１とマグネットホルダ１２０は、非導電性プラスチック（例えば、チタン酸ウイスカ入りの液晶ポリマー）で成形されている。マグネットホルダ１２０は、ほぼ四角枠状をしており、例えば、亜鉛ダイキャストで成形されたハウジング１００ａの前面で開口する取り付け面１００ｆに接着されている。
【００３５】
本実施形態において、マグネットホルダ１２０の背面には、図３に示す如く、プレート１３０が固定されている。プレート１３０は、マグネットホルダ１２０の背面に取り付けられる固定部１３１と、この固定部１３１の中央部には、その前面からマグネットホルダ１２０を貫通してミラー１１０の背面１１０ｂに向かって延在する先端が球面の円筒形をした突起部１３２を有し、この突起部１３２の先端には、図６〜８に示す如く、ミラー１１０の背面１１０ｂに接触するダンピング部材（減衰部材）１３３が設けられている。
【００３６】
本実施形態において、プレート１３０の突起部１３２は、固定部１３１の中央部に位置し、この突起部１３２の周辺をプレート１３０の外周部１３１ａと４本の細い連結部１３０ｂにて連結している。
【００３７】
また本実施形態では、マグネットホルダ１２０の背面にプレート１３０を固定する際、ミラー１１０の背面１１０ｂと突起部１３２の先端との間に僅かな隙間Δｃ（例えば、０．２〜１ｍｍ）が生じるようにしてある。これにより、本実施形態のダンピング部材１３３は、例えば、ＵＶ硬化のゲル等からなるダンピング材を隙間Δｃに充填したのち硬化させて一体成形されている。
【００３８】
上述のように、ミラー１１０、ミラーホルダ１１１、第１および第２コイルＣ1，Ｃ2は可動部を構成し、図６に示すように、可動部の重心Ｇは回転軸Ｏx上で且つ回転軸Ｏy上ともなるようにしている。また、可動部の慣性主軸は回転軸Ｏxと回転軸Ｏyとに一致している。また、ダンピング部材１３３は重心Ｇと回転軸Ｏx，Ｏyに極近似した位置に配置されている。
【００３９】
また、ばね１１２は、回転軸Ｏxと回転軸Ｏyが構成する平面上に一致するように配置されている。また図５に示す第１の変形部１１２ａは回転軸Ｏxにほぼ一致する位置に配置され、第２の変形部１１２ｂは回転軸Ｏyにほぼ一致する位置に配置されている。
【００４０】
図６に示すように前後に取り付けられた第１のコイルＣ1と第２のコイルＣ2との中央位置にばね１１２を配置するのではなく、ミラー１１０が配置された第１のコイルＣ1寄りの位置にばね１１２を配置して、これにより、ミラー１１０を含めた重心位置をバランサ無しで、回転軸Ｏx，Ｏyに一致させることができるようにしている。
【００４１】
なお、図６は、回転軸Ｏyを含む水平面を示した断面図である。第１のコイルＣ1には、図６に示す如く、駆動点Ｆ1に対して図面の上下方向に沿った力が発生する。このため、第１のコイルＣ1の両側にある２つの駆動点Ｆ1，Ｆ1を結ぶ中点Ｆm1を中心とするトルクが発生する。そして、駆動点Ｆ1および中点Ｆm1を中心とするトルクは、回転軸Ｏyを含む水平面上にある。
【００４２】
第２のコイルＣ2には、図６の表裏方向の辺に力が発生し、その力は図６の駆動点Ｆ2に対して図６の紙面に垂直な上下面に上下方向に発生する。このため、第２のコイルＣ2の両側にある２つの駆動点Ｆ2，Ｆ2を結ぶ中点Ｆm2（図６では、２つの駆動点Ｆ2，Ｆ2と中点Ｆm2とは一致している）を中心とするトルクが発生する。なお、図８は、回転軸Ｏxを含む垂直面を示した断面図であり、この図８から、駆動点Ｆ2および中点Ｆm2を中心とするトルクは、回転軸Ｏxを含む垂直面上にあることがわかる。
【００４３】
つまり、図６に示すように、中点Ｆ1(m)を中心とするトルクと、中点Ｆm2を中心とするトルクとは、重心Ｇに近い距離となるように形成されている。
【００４４】
ハウジング１００ａは、回転軸Ｏx，Ｏy周りの回転に伴うミラー１１０の傾きを検出するセンサを備える。ハウジング１００ａは、図３，７に示す如く、センサ用の光源となるレーザ（ダイオード）１４０をハウジング１００ａの後端の開口部１００ｂに圧入により固着させている。また、レーザ１４０の前方には、１／４λ板１５１を接合したＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１５２を配し、このＰＢＳ１５２の一側面（接着面）１５１ｂをハウジング１００ａの（一方の）内壁面に接着固定する。
【００４５】
さらにハウジング１００ａは、ＰＢＳ１５２の前方にレンズ１５３を接着固定している。そしてレーザ１４０によるレーザ光は、ＰＢＳ１５２，１／４λ板１５１，レンズ１５３を経て、マグネットホルダ１２０に固定されたプレート１３０に照射され、このプレート１３０に形成した突起部１３２の周囲を通過できる光がレンズホルダ１１１に保持されたミラー１１０の裏面１１０ｂに入射される。なお、レンズホルダ１１１の背面側の内壁形状は、円形の開口１１１ｂを形成している（図５参照）。
【００４６】
さらにハウジング１００ａは、図７に示す如く、ＰＢＳ１５２の側面１５１ｂが接着された内壁面と対向する位置を開口し、この開口部分に、投射される光の２方向の光照射中心位置を検出する位置検出センサ（ＰＳＤ）１５４を接着固定している。このＰＳＤ１５４は、その受光部１５４ａに投射された光の２方向（Ｘ，Ｙ方向）の中心位置を電圧で出力する２次元位置センサである。
【００４７】
次に、ガルバノミラー１００の作用を説明する。４本のばね１１２のうちの２本を介して第１のコイルＣ1に電流を流すと、その左右両側に配置したマグネットｍ1から受ける磁界により回転軸Ｏxの周りに回転トルクを発生し、主に第1の変形部１１２ａがねじり変形を受け、可動部を回転軸Ｏxの周りに傾ける（回動させる）。
【００４８】
４本のばね１１２の他の２本を介して第２のコイルＣ2に電流を流すと、その上下両側に配置されたマグネットｍ2から受ける磁界により回転軸Ｏyの周りに回転トルクを発生し、主に第２の変形部１１２ｂがねじり変形を受け、可動部を回転軸Ｏyの周りに傾ける（回動させる）。
【００４９】
レーザ１４０で発生したレーザ光は、Ｐ偏光にてＰＢＳ１５２に入射し、偏光面１５２ａをほとんど１００パーセント透過し、１／４λ板１５１を介して円偏光の光となってレンズ１５３に入射し、このレンズ１５３で集光されてミラー１１０の裏面１１０ｂに入射する。この裏面１１０ｂにて反射された光は、１／４λ板１５１を透過して、偏光面が９０度回転させられたＳ偏光となり、このＳ偏光の光で偏光面１５４ａに入射するため、ここでほとんど１００パーセント反射されてＰＳＤ１５４の受光面１５４ａにスポット状に入射する。
【００５０】
ミラー１１０が回転軸Ｏxの周りで傾くと、受光面１５４ａ上の光は図３のＸ方向（図７では左右方向）に移動し、ミラー１１０が回転軸Ｏyの周りで傾くと、受光面１５４ａ上の光はＹ方向（図７では上下方向）に移動するため、ＰＳＤ１５４の出力によりミラー１１０の２方向の傾きを検出できる。
【００５１】
従って第1のコイルＣ1および第２のコイルＣ2に対して、ＰＳＤ１５４からの位置検出信号が所望の値になる駆動信号を供給することにより、可動部と共に、ミラー１１０（の反射面１１０ｂ）の傾き角を所望する値に制御することができる。
【００５２】
ダンピング部材１３３は、ミラー１１０の反射面１１０ｆと垂直な方向で、ばね１１２の剛性が低い方向に配置されている。これにより、４本のばね１１２の剛性が低い方向であるミラー１１０の反射面１１０ｆと垂直方向の剛性を、ダンピング部材１３３が、この方向の支持部材となるため、格段に上げることができる。そのため、ミラー１１０がミラー１１０の反射面１１０ｆと垂直な方向に振動する振幅を小さくすることができ、反射光Ｌ2を不必要に変位させることがない。
【００５３】
ダンピング部材１３３は、ミラー１１０の反射面１１０ｆと垂直方向で、その裏面１１０ｂの中央に位置し、さらに可動部の回転中心に近い位置に設定してある。これにより、ミラー１１０を含む可動部がミラー１１０の反射面１１０ｂに垂直方向に外部の振動を受けた場合などに可動部の振動を効果的に抑制することができる。また可動部が回転軸Ｏxまたは回転軸Ｏyの周りに回転する時にも、ダンピング部材１３３が変形を受けるので、この方向の振動も抑制することができる。
【００５４】
またダンピング部材１３３は、可動部の回転中心と近くに配置してある。このため、可動部が傾く時のダンピング部材１３３の受ける変形量が過度にならず、可動部の動きの感度を大きく低下させることが無い。またダンピング部材１３３をミラー１１０の中央部のみに配置したため、その周辺を透過する光により、ミラー１１０の傾きを検出することができる。
【００５５】
ミラー１１０を２軸周りに傾けるガルバノミラー１００において、そのミラー１１０と一体に構成された２軸方向に傾ける２種類のコイルＣ1，Ｃ2を支持する部材であり、２方向の回転中心を含むばね１１２をミラー１１０の反射面１１０ｆに垂直な方向に挟むように配置する。このため、コイルＣ1，Ｃ2の駆動トルクの中心が支持部材、回転中心と大きくずれないように設定できる。
【００５６】
また２種類のコイルＣ1，Ｃ2を含む可動部の重心位置を回転中心に容易に一致させることができる。このため、ミラー１１０の傾きの駆動特性において、共振の発生を抑制することができ、サーボ特性を向上させることができる。
【００５７】
さらに２方向に傾けるコイルＣ1，Ｃ2を支持部材の両側に配置し、またミラー１１０の反射面１１０ｆに垂直方向に離間させる。このため、２つのコイルＣ1，Ｃ2および、それぞれの磁気回路を構成するマグネットｍ1，ｍ2を、各々干渉せずに容易に配置することができる。こうした配置により、２つのコイルＣ1，Ｃ2をミラー１１０の反射面１１０ｆに垂直方向に離間させても、支持点とのずれを小さくすることができる。このため、２方向回転用のマグネットｍ1，ｍ2を容易に配置することができると共に、２方向回転用のマグネットｍ1，ｍ2の相互の磁気干渉を小さくでき、２つのコイルＣ1，Ｃ2に作用する磁気の乱れを小さくすることができる。
【００５８】
本実施形態では、ばね１１２を４本としたため、２方向に駆動力を発生するコイルＣ1，Ｃ2それぞれの＋／−の合計４本の給電ライン（駆動ライン）を兼ねることができる。このため、可動部への給電用のフレキシブルケーブル等が不要となり、ミラー１１０の支９駆動動作に影響を及ぼさない。
【００５９】
また本実施形態では、ばね１１２の両端にダンパＤ1,Ｄ2を配置したので、ばね１１２を捻り変形させた場合に発生する振動を有効に抑制することができる。さらにミラー１１０の傾きセンサを主な光線に対する反射面１１０ｆとは裏側の背面側に配置している。このため、傾きセンサが主な光線と干渉しないようにすることができる。
【００６０】
本実施形態では、プレート１３０を用いたが、円筒形の突起部１３２をレンズ１５３を固定部として直接、レンズ１５３の表面に固定することもできる。また予め円筒形に形成したシリコンゴム等のダンピング部材をレンズ１５３の表面とミラー１１０の背面１１０ｂとを連結配置してもよい。
【００６１】
さらに、ミラー１１０の背面１１０ｂを透過面とし、メインの光が反射されるミラー１１０の反射面１１０ｆをセンサに用いた構成にしてもよい。またミラー１１０の背面１１０ｂではなく、レンズ１５３側のミラーホルダ１１１またはコイルＣ2と、ハウジング１００ａとの間にダンピング部材１３３を配置してもよい。
【００６２】
また本実施形態のようなセンサを用いない場合には、ミラー１１０の反射面１１０ｆの裏側に配したミラーホルダ１１１の中央部の開口部に壁を設け、この壁にダンピング部材１３３を配置することができる。
【００６３】
ところで、ガルバノミラーのミラー部分は、ホルダを利用すること無く、ミラー部分を直接傾動させる構造であってもよい。
【００６４】
次に図９および図１０を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。なお本実施形態のガルバノミラー２００は、１つの軸周りで回転する構造のものである。
【００６５】
図９に示すガルバノミラー２００は、シリコン基板を半導体プロセスにてエッチングして、フレーム２０１と、その中央に四角板状のミラー２１０と、このミラー２１０の上辺および下辺の左右方向の中央位置でそれぞれ、上下方向に細く直線状に延在してフレーム２０１と連結するばね２１２とを形成したものである。
【００６６】
ミラー２１０の両面には、図１０に示す如く、四角形状のコイルＣ3，Ｃ4を電鋳にて形成する。これらのコイルＣ3，Ｃ4の端末は、２本の直線状のばね部２１２（及びフレーム２０１）の両面に形成された導電パターン２０２により、フレーム２０１に設けた半田付け用のランド２０３に接続されている。両側のコイルＣ3，Ｃ4が、支持部材であるばね部２１２とミラー２１０、ばね部２１２の中心軸として形成される回転軸Ｏxを挟むように構成している。
【００６７】
フレーム２０１には、２つのコイルＣ3，Ｃ4それぞれに対向する位置に２つのマグネットｍ3がフレーム２０１の切り欠き部に位置決めされた状態で接着固定されている。ミラー２１０の表面には、例えば、金のコーティング膜を設けて反射率を高めた反射面２１０ｆが形成されている。またミラー２１０の背面にも、センサ用光に対して高い反射率にした金などのコーティング膜が施されている。
【００６８】
ミラー２１０の背面２１０ｂには、図１０に示す如く、Ｖ溝２１０ｎがコイルＣ3の内側に形成されていると共に、その対向する位置にプレート２３０が配置されている。
【００６９】
プレート２３０は、両端にマグネットｍ3が固定された固定部２３１と、この固定部２３１の中央部に前面からミラー２１０の背面２１０ｂに延在する屋根型の三角断面の突起部２３２とを有し、この突起部２３２の先端には、ミラー２１０の背面２１０ｂに形成したＶ溝２１０ｎに接触するダンピング部材（減衰部材）２３３が設けられている。
【００７０】
本実施形態では、第１の実施形態と同様、ミラー２１０の背面２１０ｂにプレート２３０を固定する際、ミラー２１０のＶ溝２１０ｎと突起部２３２の先端との間に僅かな隙間Δｃ（例えば、０．２〜１ｍｍ）が生じるようにしてある。これにより、本実施形態のダンピング部材２３３も、例えば、ＵＶ硬化のゲル等からなるダンピング材を隙間Δｃに充填したのち硬化させて一体成形されている。
【００７１】
このため、本実施形態によれば、ミラー２１０の回転軸Ｏx周りの振動と、ミラー２１０の反射面２１０ｆに垂直方向の振動とを効果的に抑制することができる。また本実施形態では、ミラー２１０の傾きを調整する回転軸が１軸のみであるため、ダンピング部材２３３をミラー２１０の中央に線状に配置してある。
【００７２】
さらに本実施形態におけるプレート２３０には、図９に示す如く、ＬＥＤ（発光ダイオード）２４１と、その受光面が２分割されたＰＤ（フォトダイオード）２４２とが配置されている。この場合、ＬＥＤ２４１から出射した光は背面２１０ｂで反射されたのち、分割されたＰＤ２４２に入射する。このため、このＰＤ２４２の各出力の差動を取ることによって、ミラー２１０の回転軸Ｏx周りの回転量を検出することができる。
【００７３】
２つのコイルＣ1，Ｃ2には、図１０に示すように、駆動点Ｆ3に力が発生し、この駆動力によるトルクの中心は中点Ｆm3に位置する。つまり、本実施形態のガルバノミラー２００は、図１０に示す如く、ミラー２１０と、コイルＣ3，Ｃ4とで構成される可動部の重心Ｇに回転軸Ｏxと、トルクの中心Ｆm3)とが一致する対称的な構造になっている。
【００７４】
従って、本実施形態によれば、２つのコイルＣ3，Ｃ4への給電を、ミラー２１０を支持するばね部２１２の両面を利用して、４本の給電ラインを２箇所の支持用ばね部２１２の両面に形成したため、１本の給電ラインをばね部の各面に配置すればよい。このため、ばね部２１２の幅が狭くても容易に給電ラインを配置することができる。本実施形態においても、ミラー２１０の反射面２１０ｆにおける垂直方向の剛性を高くすると共に振動を効果的に抑制することができる。
【００７５】
またフレーム２０１と可動部とを半導体プロセスにより容易に加工できるため、生産性がよい。また回転軸Ｏxに対して完全な対称形状であるため、完全（高精度）にバランスが取れた状態に設定することができ、トルクの中心を、重心Ｇおよび回転中心となる回転軸Ｏxに一致させるための設定を高精度に行うことができる。上記実施形態では、ダンピング材をミラーの反射面と垂直な方向の支持部材としたが、ナイロン等の柔らかいプラスチック成形品のヒンジ等でもよい。さらに、光通信用に限ることなく、例えば、光記録再生装置のトラッキング装置などにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態である減衰構造を有するガルバノミラーを備えた光路切り替え装置のシステム図である。
【図２】 本発明の第１実施形態である減衰構造を備えたガルバノミラーを示す斜視図である。
【図３】 図２の分解図である。
【図４】 図２のガルバノミラーを示す正面図である。
【図５】 図２のガルバノミラーを内側から示す内部図である。
【図６】 図２のガルバノミラーのホルダ周辺を示す横断面図である。
【図７】 図２のガルバノミラーを示す横断面図である。
【図８】 図２のガルバノミラーを示す縦断面図である。
【図９】 本発明の第２実施形態である減衰構造を備えたガルバノミラーを分解した状態で示す斜視図である。
【図１０】 図９のガルバノミラーを示す横断面図である。
【図１１】 ガルバノミラーの従来例を一部断面にて示す斜視図である。
【図１２】 図１１のガルバノミラーを示すシステム図である。
【図１３】 ガルバノミラーの他の従来例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 光路切り替え装置
２０ 出射側光ファイバー
２０ａ レンズ
２１〜２９ 入射側光ファイバー
２１ａ〜２９ａ レンズ
１００ ガルバノミラー
１１０ ミラー
１１１ ミラーホルダ
１１１ａ 第一のパーツ
１１１ｂ 第二のパーツ
１１１ｎ ミラー取り付け用凹部
１１２ ばね部
１１２ａ 第１の変形部
１１２ｂ 第２の変形部
１１２ｃ 連結部
１２０ マグネットホルダ
１２２，１２３ ヨーク
１３０ プレート
１３１ 固定部
１３１ａ プレート外周部
１３１ｂ 連結部
１３２ 突起部
１３３ 減衰部材
１４０ レーザ
１５１ １／４λ板
１５２ ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）
１５３ レンズ
１５４ ＰＳＤ（位置検出センサ）
１５４ａ 受光部
２００ ガルバノミラー
２０１ フレーム
２０２ 導電パターン
２０３ 半田付け用ランド
２１０ ミラー
２１２ ばね部
２３０ プレート
２３１ 固定部
２３２ 突起部
２３３ 減衰部材
２４１ ＬＥＤ
２４２ ＰＤ
Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4 コイル
ｍ1，ｍ2，ｍ3 マグネット
Claims (3)
- 光を反射する反射鏡と、少なくともこの反射鏡を有する可動部と、この反射鏡を固定部に対して傾動自在に支持する支持部材とを有するガルバノミラーにおいて、
前記反射鏡の背面と前記固定部との隙間に、前記可動部と前記固定部とを前記反射鏡の反射面にほぼ垂直方向に一体に連結するとともに前記可動部の振動を抑制させる減衰部材を設け、当該減衰部材を、前記固定部に対する前記可動部の傾動中心に配置したことを特徴とするガルバノミラー。 - 前記固定部は前記反射鏡の背面に向かって延在する突起部を有し、前記減衰部材は前記突起部の先端と前記反射鏡の背面とを一体に連結することを特徴とする請求項１に記載のガルバノミラー。
- 前記支持部材は前記反射鏡の反射面に平行に延在することを特徴とする請求項１に記載のガルバノミラー。
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