WO2015015664A1

WO2015015664A1 - ミラー装置

Info

Publication number: WO2015015664A1
Application number: PCT/JP2013/083360
Authority: WO
Inventors: 貞治滝本; 正国木元; 訓秀足立
Original assignee: 浜松ホトニクス株式会社
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2015-02-05
Also published as: EP3029509A1; US20160154233A1; EP3029509A4; JP2017060205A

Abstract

ミラー装置１は、支持部１１と、支持部１１に揺動可能に連結された第一可動部１２及び第二可動部１３と、それらに配置されたミラー１６、第一コイル１７及び第二コイル１８と、を有するミラー構造体１０と、ミラー構造体１０と対向するようにミラー構造体１０の裏面１０ｂ側に配置された第一極性の磁極２１ａ、第二極性の磁極２２ｂをそれぞれ有する第一磁性部２１、第二磁性部２２と、ミラー構造体１０の面１０ａ側に配置されたキャップ構造体３０と、を備える。キャップ構造体３０は、磁極２１ａに対向するように位置する第一極性の磁極３１ａを有する第一領域３１と、磁極２２ｂに対向するように位置する第二極性の磁極３２ｂを有する第二領域３２と、第一領域３１と第二領域３２との間に位置し、着磁されていない第三領域３３と、を有する。

Description

ミラー装置

　本発明は、ミラー装置に関する。

　反射光の光路を変更し得るミラー装置として、固定フレームと、固定フレームに対して梁で接続された可動フレームと、この可動フレーム上に配置されたミラーと、を備えるものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のミラー装置は、固定フレームの上方及び下方のそれぞれに設けられた複数の永久磁石を備えていると共に、導体からなり可動フレームに設けられたコイルを備えている。特許文献１に記載のミラー装置では、コイルに電流が供給されることにより、永久磁石による磁界とコイルの電流とに応じた力がコイルに作用し、コイルに作用する力により可動フレームが揺動し、これによりミラーが揺動する。

米国特許第８２３７５２２号明細書

　上述のミラー装置において、ミラーの揺動角を大きくするためには、コイルの巻き数を増やすか、コイルに供給される電流を増やすか、コイル近傍の磁界を強めるかのいずれかが考えられる。しかしながら、コイルの巻き数を増やすと、コイルが占める領域が大きくなるため、ミラーの小型化が難しくなる。電流を増やすと、コイルが発熱により断線するおそれがあるとともに、消費電力も増加するため、好ましくない。そこで、コイル近傍における磁界を強めることが好ましい。

　しかしながら、特許文献１に記載のミラー装置では、コイルに対して個々の磁石を位置決めする必要があるため、コイルと磁石との位置決めを精密に行うことが難しい。したがって、コイルの近傍に磁界を確実に集中させることが難しい。

　そこで、本発明は、コイルの近傍に磁界を確実に集中させることができるミラー装置を提供することを目的とする。

　本発明の一つの観点に係るミラー装置は、支持部と、支持部に揺動可能に連結された可動部と、可動部に配置されたミラー及びコイルと、を有するミラー構造体と、第一極性の磁極を有すると共に、ミラー構造体のミラーが配置された面の裏面側に、第一極性の磁極がミラー構造体と対向するように配置された第一磁性部と、第一極性とは異なる第二極性の磁極を有し、第二極性の磁極がミラー構造体と対向するようにミラー構造体の裏面側に配置された第二磁性部と、ミラー構造体のミラーが配置された面側に配置されたキャップ構造体と、を備え、キャップ構造体は、第一磁性部の第一極性の磁極に対向するように位置する第一極性の磁極を有する第一領域と、第二磁性部の第二極性の磁極に対向するように位置する第二極性の磁極を有する第二領域と、第一領域と第二領域との間に位置し、着磁されていない第三領域と、を有する。

　本発明の一つの観点に係るミラー装置によれば、第一磁性部の第一極性の磁極とキャップ構造体の第一領域の第一極性の磁極とが対向しており、第二磁性部の第二の極性の磁極とキャップ構造体の第二領域の第二極性の磁極とが対向している。このため、第一磁性部、第二磁性部、キャップ構造体の第一領域及び第二領域により、コイルの近傍に強い磁界が形成される。第一領域と第二領域との間に位置する着磁されていない第三領域の大きさを調整することにより、第一領域及び第二領域により形成される磁界をコイルの近傍に集中させることができる。さらに、この磁界が、第三領域を有するキャップ構造体によりコイル近傍に閉じ込められる。これにより、コイル近傍における磁界が一層強められる。

　ここで、磁界をコイル近傍に形成する第一領域及び第二領域は、キャップ構造体として一体に形成される。このため、第一領域及び第二領域をコイルに対して高精度に位置決めすることが容易となる。したがって、本発明に係るミラー装置によれば、コイル近傍に磁界を確実に集中させることができる。

　開口部を有し、ミラー構造体、第一磁性部、及び第二磁性部を収容する筐体をさらに備え、キャップ構造体は、開口部を覆うように配置されていてもよい。この場合には、ミラー構造体に対して、第一磁性部と第二磁性部とが、筐体に収容されることにより位置決めされる。同時に、キャップ構造体により、筐体の開口部が覆われるため、磁界がコイルの近傍に閉じ込められる。このため、第一磁性部及び第二磁性部により形成される磁界をより確実にコイルの近傍に集中させることができる。

　第三領域には、ミラーに対応する位置に貫通孔が形成されており、貫通孔は、キャップ構造体のミラー構造体に対向する面側から裏面側に向かって拡径したテーパ状の内面により画成されていてもよい。ミラー構造体のコイル近傍における磁界を強めるためには、キャップ構造体の厚さを大きくし、かつキャップ構造体をミラー構造体に近接した位置に配置する必要がある。しかし、上述のように、貫通孔をテーパ状の内面により画成する場合には、貫通孔を通ってミラーに入射する光、及びミラーにより反射されて貫通孔を通る光が貫通孔の周縁部に干渉しにくくなる。このため、ミラーによる光の入出力の角度をより大きくすることができる。

　第一磁性部と第二磁性部との間に配置された第三磁性部をさらに備え、第一磁性部、第三磁性部及び第二磁性部が、ハルバッハ配列を構成していてもよい。この場合には、ハルバッハ配列を構成する第一磁性部、第三磁性部及び第二磁性部によりコイルの近傍に形成される磁界をより強めることができる。

　キャップ構造体は、一の部材からなり、該一の部材における対応する領域が着磁されることにより第一領域と第二領域とを有していてもよい。この場合には、第一領域と第二領域とを有する一の部材をミラー構造体に対して位置決めすることにより、第一領域及び第二領域の両方がミラー構造体に対して所望の位置に確実に位置決めされる。このため、磁界を一層確実にコイルの近傍に集中させることができる。

　第一磁性部と第二磁性部とは、一の部材における対応する領域がそれぞれ着磁されることにより構成されていてもよい。この場合には、第一磁性部及び第二磁性部を構成する一の部材をミラー構造体に対して位置決めすることにより、第一磁性部及び第二磁性部の両方がミラー構造体に対して所望の位置に確実に位置決めされる。このため、磁界を一層確実にコイルの近傍に集中させることができる。

　コイルは、略長方形状を有しており、第一磁性部と第二磁性部とは、コイルの各辺が延びる方向に交差する方向に配列されていてもよい。この場合には、第一磁性部と第二磁性部とにより形成される磁界の方向が、コイルの各辺が伸びる方向に対して交差する方向となる。したがって、コイルに電流が供給された場合に、コイルの全ての辺に力が作用する。このため、ミラーを効率よく揺動させることができる。

　コイルは、ミラーに対して第一磁性部及び第二磁性部と同じ側に配置され、かつ、ミラーに垂直な方向から見てミラーと重なるように配置されていてもよい。この場合には、コイルが配置された位置に磁界を形成するために、磁界を形成する第一領域と第二領域との距離をより近づける必要があり、第一領域と第二領域との位置合わせが難しい。しかしながら、本発明によれば、第一領域と第二領域とがキャップ構造体の有する領域として配置されているため、第一領域と第二領域との位置合わせがしやすくなる。したがって、上述の構成によれば、磁界をコイルの近傍に集中させることができるという本発明の効果が好適に発揮される。

　本発明によれば、コイルの近傍に磁界を確実に集中させることができるミラー装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るミラー装置の斜視図である。図２は、図１のII－II線断面図である。図３は、ミラー装置の分解斜視図である。図４は、ミラー構造体の平面図である。図５は、ミラー構造体におけるコイルの配置を示す図である。図６は、コイルの近傍における磁界を模式的に示す図である。図７は、キャップ構造体の有無による揺動角の違いを示すグラフである。図８は、ミラー構造体におけるコイルの配置の別の例を示す図である。

　以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

　図１～図３を参照して、本実施形態に係るミラー装置１の構成を説明する。図１は、ミラー装置１の斜視図である。図２は、図１のII－II線断面図である。図３は、ミラー装置１の分解斜視図である。説明の便宜のために、各図にはＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を付している。

　図１～図３に示されるように、ミラー装置１は、ミラー構造体１０と、下部磁性体２０と、キャップ構造体３０と、筐体４０と、を備える。筐体４０は、略直方体形状を有し、ミラー構造体１０及び下部磁性体２０を収容する。下部磁性体２０は、筐体４０の内側に設けられた開口部４１の底面上に配置されている。ミラー構造体１０は、下部磁性体２０の上方（Ｚ軸正方向の側）に配置されている。キャップ構造体３０は、筐体４０の開口部４１を覆うように配置されている。

　図４及び図５を参照して、ミラー構造体１０の構成について詳細に説明する。図４は、ミラー構造体１０の平面図である。図５は、ミラー構造体１０における第一コイル１７及び第二コイル１８の配置を示す図である。ミラー構造体１０は、支持部１１と、支持部１１に連結された第一可動部１２（可動部）と、第一可動部１２に連結された第二可動部１３（可動部）と、第二可動部１３に配置されたミラー１６と、第一可動部１２に配置された第一コイル１７（コイル）と、第二可動部１３に配置された第二コイル１８（コイル）と、を備える。

　支持部１１は、Ｚ軸方向から見た場合に矩形状を呈する枠体である。支持部１１には、矩形の開口部１１ａが設けられている。開口部１１ａの外縁のうち、Ｘ軸方向に延びる２辺には、第一梁部を収容する略矩形の一対の凹部１１ｂ，１１ｂが設けられている。第一可動部１２は、支持部１１の開口部１１ａ内に配置された、薄板状の部材である。第一可動部１２は、一対の第一梁部１４，１４により、支持部１１に連結されている。一対の第一梁部１４，１４は、Ｙ軸に平行な直線Ａ１上に位置し、第一可動部１２の両側に設けられている。第一可動部１２は、矩形の開口部１２ａを有している。第一可動部１２は、支持部１１に対して、直線Ａ１の周りに揺動可能である。すなわち、第一可動部１２は、支持部１１に対して、直線Ａ１の周りに往復回転可能である。

　第二可動部１３は、略正方形状のフレーム１３Ａと、フレーム１３Ａの内側に固定された円盤状のミラー配置部１３Ｂとにより構成されている。フレーム１３Ａの４辺のうち互いに平行な２辺は、Ｘ軸方向に延びている。フレーム１３Ａの残り２辺は、Ｙ軸方向に延びている。ミラー配置部１３Ｂの外周面は、フレーム１３Ａの４辺それぞれの内周面に接している。第二可動部１３は、一対の第二梁部１５，１５により、第一可動部１２に連結されている。一対の第二梁部１５，１５は、Ｘ軸に平行な直線Ａ２上に位置し、第二可動部１３の両側に設けられている。第二可動部１３は、第一可動部１２に対して、直線Ａ２の周りに揺動可能である。すなわち、第二可動部１３は、第一可動部１２に対して、直線Ａ２の周りに往復回転可能である。

　第一梁部１４は、蛇行形状である。ただし、第一梁部１４の形状は、蛇行形状に限られるものではなく、第一梁部１４が、Ｙ軸方向に直線状に延びていてもよい。

　第二梁部１５は、Ｘ軸方向に直線状に延びている。第二梁部１５の一端は、第一可動部１２の開口部１２ａの内周面に接続されている。第二梁部１５の他端は、第二可動部１３の外周面に接続されている。第二梁部１５の他端側は、第二可動部１３側に向かって徐々に幅が広くなっている。ただし、第二梁部１５の形状は、直線形状に限られるものではなく、例えば、蛇行形状としてもよい。

　ミラー１６は、第二可動部１３のミラー配置部１３Ｂ上において、キャップ構造体３０に対向する面の上に配置されている。ミラー１６は、金属薄膜により構成された光反射膜である。

　図５に示されるように、第一コイル１７は、第一可動部１２に配置されている。第一コイル１７は、Ｘ軸に平行な辺と、Ｙ軸に平行な辺とからなる、略長方形状を有する。なお、本明細書において、長方形には、正方形が含まれる。第一コイル１７は、例えば、第一可動部１２のキャップ構造体３０に対向する側の表面に螺旋状の溝を設け、この溝に金属材料を配置することにより構成することができる。第一コイル１７は、一方の第一梁部１４上に配置された配線１７Ａにより、支持部１１上の一対のパッド１９Ａ，１９Ａに電気的に接続されている。したがって、一対のパッド１９Ａ，１９Ａの間に電流を供給することにより、第一コイル１７に電流が供給される。

　第二コイル１８は、第二可動部１３のフレーム１３Ａに配置されている。第二コイル１８は、Ｘ軸に平行な辺と、Ｙ軸に平行な辺とからなる、略長方形状を有する。第二コイル１８は、例えば、フレーム１３Ａのキャップ構造体３０に対向する側の表面に螺旋状の溝を設け、この溝に金属材料を配置することにより構成することができる。第二コイル１８は、第二梁部１５上に配置された配線１８Ａにより、第一可動部１２上に引き出されているとともに、第一梁部１４上に配置された配線１８Ｂにより、支持部１１上の一対のパッド１９Ｂ，１９Ｂに電気的に接続されている。したがって、一対のパッド１９Ｂ，１９Ｂの間に電流を供給することにより、第二コイル１８に電流が供給される。

　第一コイル１７及び第二コイル１８の巻き数は、適宜定めてよい。第一コイル１７及び第二コイル１８の巻き数を多くすると、第一コイル１７及び第二コイル１８に電流を供給した場合に第一コイル１７及び第二コイル１８に発生する力が強まり、それに応じてミラー１６の揺動角を大きくすることができる。

　上述した構成を有するミラー構造体１０は、例えば、シリコン等の半導体基板に対して異方性エッチング等の加工を行って第一可動部１２、第二可動部１３、第一梁部１４、第二梁部１５を形成することにより、一体として形成されている。

　再び図１～図３を参照して説明を続ける。下部磁性体２０は、直方体形状を有する、一の部材である。下部磁性体２０の互いに直交する３辺は、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に延びている。下部磁性体２０は、第一磁性部２１と、第二磁性部２２と、第三磁性部２３と、を有する。第一磁性部２１及び第二磁性部２２は、第一コイル１７及び第二コイル１８の各辺が延びる方向（すなわちＸ軸方向及びＹ軸方向）に交差する方向に配列されている。より詳細には、第一磁性部２１及び第二磁性部２２は、それぞれ、下部磁性体２０において、下部磁性体２０の底面の対角線方向における一端側及び他端側に配置されている。第三磁性部２３は、第一磁性部２１と第二磁性部２２との間に配置されている。第一磁性部２１と第三磁性部２３との境界面２４、及び第三磁性部２３と第二磁性部２２との境界面２５は、Ｚ軸に平行で、かつＸ軸及びＹ軸の両方と交差する平面である。境界面２４及び境界面２５は、Ｘ軸及びＹ軸に対して、例えばそれぞれ４５°の角度をなしている。このように第一磁性部２１、第二磁性部２２及び第三磁性部２３が配置されていることにより、第一磁性部２１、第二磁性部２２及び第三磁性部２３は、例えば筐体４０の底面の対角線方向に平行な方向の磁界を発生させる。

　第一コイル１７及び第二コイル１８は、Ｘ軸に平行な辺と、Ｙ軸に平行な辺と、からなる略長方形状である。第一コイル１７及び第二コイル１８の辺と、磁界の向きとが平行である場合には、第一コイル１７及び第二コイル１８に電流を流しても、第一コイル１７及び第二コイル１８の当該辺には力が作用しない。このため、下部磁性体２０が発生させる磁界がＸ軸に平行な方向、又はＹ軸に平行な方向な場合、第二可動部１３をＸ軸回り及びＹ軸周りの２次元方向に揺動させるためには、下部磁性体２０として、Ｘ軸に平行な方向の磁界と、Ｙ軸に平行な方向の磁界と、の２つの方向の磁界を発生させる磁性体を別々に設ける必要がある。しかしながら、本実施形態では、下部磁性体２０が有する第一磁性部２１、第三磁性部２３、及び第二磁性部２２が、Ｚ軸に平行で、且つＸ軸及びＹ軸の両方と交差する方向の磁界を発生させる。したがって、本実施形態では、２つの方向の磁界を発生させる磁性体を別々に設ける必要がない。

　なお、下部磁性体２０が発生させる磁界がＸ軸又はＹ軸に平行な場合であっても、第一コイル１７及び第二コイル１８の各辺がＸ軸及びＹ軸の両方に対して交差する方向に延びるように第一コイル１７及び第二コイル１８が配置された場合には、下部磁性体２０が、２つの方向の磁界を発生させなくても、第二可動部１３をＸ軸及びＹ軸のそれぞれの周りの２次元方向に揺動させることができる。

　下部磁性体２０は、ミラー構造体１０の裏面１０ｂの側、すなわちＺ軸負方向側に配置されている。裏面１０ｂは、ミラー構造体のミラー１６が配置された面の裏面である。したがって、第一磁性部２１及び第二磁性部２２は、ミラー構造体１０の裏面１０ｂの側に配置されている。

　第一磁性部２１は、第一極性の磁極２１ａと、第一極性とは異なる第二極性の磁極２１ｂと、を有する。本実施形態では、第一極性はＳ極の極性であり、第二極性はＮ極の極性である。逆に、第一極性がＮ極の極性であり、第二極性がＳ極の極性であってもよい。

　図２に示されるように、磁極２１ａは、ミラー構造体１０と対向するように配置されている。すなわち、磁極２１ａは、第一磁性部２１におけるＺ軸正方向の側に配置されている。磁極２１ｂは、磁極２１ａと逆の側、すなわち第一磁性部２１におけるＺ軸負方向の側に配置されている。

　第二磁性部２２は、第一極性の磁極２２ａと、第二極性の磁極２２ｂと、を有する。磁極２２ｂは、ミラー構造体１０と対向するように配置されている。すなわち、磁極２２ｂは、第二磁性部２２におけるＺ軸正方向の側に配置されている。磁極２２ａは、磁極２２ｂと逆の側、すなわち第二磁性部２２におけるＺ軸負方向の側に配置されている。

　第三磁性部２３は、第一極性の磁極２３ａと、第二極性の磁極２３ｂと、を有する。磁極２３ａは、第三磁性部２３における、第一磁性部２１と対向する側に配置されている。磁極２３ｂは、第三磁性部２３における、第二磁性部２２と対向する側に配置されている。

　第一磁性部２１、第三磁性部２３及び第二磁性部２２は、ハルバッハ配列を構成している。具体的には、第一磁性部２１において、第一極性の磁極２１ａと第一磁性部２１の第二極性の磁極２１ｂとは、ミラー構造体１０の面１０ａ及び面１０ｂに対して垂直な方向において対向している。第一磁性部２１に隣接する第三磁性部２３において、第一極性の磁極２３ａと第三磁性部２３の第二極性の磁極２３ｂとは、ミラー構造体１０の面１０ａ及び面１０ｂに対して平行な方向において対向している。第三磁性部２３に隣接し、且つ第三磁性部２３に関して第一磁性部２１の反対側に位置する第二磁性部２２において、第一極性の磁極２２ａと第二極性の磁極２２ｂとは、ミラー構造体１０の面１０ａ及び面１０ｂに対して垂直な方向において対向している。このように、第一磁性部２１、第三磁性部２３、及び第二磁性部２２のうち隣り合う２つにおいて、それぞれが有する２つの磁極が対向する方向は、互いに垂直な方向である。

　キャップ構造体３０は、Ｚ軸方向から見た場合に矩形を呈する、板状部材である。キャップ構造体３０は、ミラー構造体１０のミラー１６が配置された面側、すなわちＺ軸正方向側に配置されている。

　キャップ構造体３０は、第一領域３１と、第二領域３２と、第三領域３３と、を有する。

　図２に示されるように、第一領域３１は、第一極性の磁極３１ａと、第二極性の磁極３１ｂと、を有する。磁極３１ａは、第一磁性部２１の第一極性の磁極２１ａに対向するように配置されている。すなわち、磁極３１ａは、第一領域３１におけるＺ軸負方向の側に配置されている。磁極３１ｂは、第一領域３１における、磁極３１ａと逆の側、すなわち第一領域３１におけるＺ軸正方向の側に配置されている。第一領域３１における、ミラー構造体１０に対向する側の面は、ミラー構造体１０に対して平行である。

　第二領域３２は、第一極性の磁極３２ａと、第二極性の磁極３２ｂと、を有する。磁極３２ｂは、第二磁性部２２の第二極性の磁極２２ｂに対向するように配置されている。すなわち、磁極３２ｂは、第二領域３２におけるＺ軸負方向の側に配置されている。磁極３２ａは、第二領域３２における、磁極３２ｂと逆の側、すなわち第二領域３２におけるＺ軸正方向の側に配置されている。第二領域３２における、ミラー構造体１０に対向する側の面は、ミラー構造体１０に対して平行である。

　第三領域３３は、第一領域３１と第二領域３２との間に位置する。第三領域３３は、着磁されていない。

　第三領域３３には、ミラー１６に対応する位置、言い換えればＺ軸方向から見てミラー１６と重なる位置に、貫通孔３４が形成されている。図２に示されるように、貫通孔３４は、キャップ構造体３０のミラー構造体１０に対向する面３０ａ側から裏面３０ｂ側に向かって拡径したテーパ状の内面３４ａにより画成されている。

　キャップ構造体３０は、例えばネオジウム系磁石又はサマリウムコバルト系磁石を用いて構成することができる。第一領域３１及び第二領域３２により形成される磁界を十分に強めるために、キャップ構造体３０のＺ軸方向の厚さＴは、例えば１ｍｍ以上とすることが好ましい。また、キャップ構造体３０のミラー構造体１０に対向する側の面とミラー１６とのＺ軸方向における距離Ｄは、キャップ構造体３０のＺ軸方向の厚さＴよりも小さいことが好ましい。

　距離Ｄに関してさらに述べる。ミラー構造体１０と、その上方に配置される磁性体（例えばキャップ構造体３０）の高さ方向（Ｚ軸方向）の位置精度及びフラットネスは、ミラー構造体１０の周囲における磁界を制御するうえで、非常に重要なパラメータである。特許文献１に記載されたミラー装置のように、複数の磁性体を個別に配置した場合には、複数の磁性体の高さ方向の位置合わせ及びフラットネスの保持が難しい。このため、ミラー構造体１０と磁性体との間の距離がずれることにより、所望の磁界が得られなくなるおそれがある。特に、上述した、キャップ構造体３０とミラー１６との間の距離Ｄが、キャップ構造体３０の厚さＴよりも小さい場合には、ミラー構造体１０と磁性体との間の反発力が大きくなり、磁性体の位置決めが非常に困難である。そこで、距離Ｄが厚さＴよりも小さいという関係を保ちつつ、距離Ｄを精度よく調整するには、本実施形態のように、第一領域３１と第二領域３２とを、キャップ構造体３０として一体化することが好適である。

　第一領域３１と第二領域３２との間に位置する第三領域３３の大きさを変更することにより、第一領域３１及び第二領域３２により形成される磁界の分布を変更することができる。したがって、第三領域３３の大きさは、第一領域３１及び第二領域３２により形成される磁界が第一コイル１７及び第二コイル１８の近傍に集中するように、適宜定めることができる。上述したように、第一領域３１の第一極性の磁極３１ａは、第一磁性部２１の第一極性の磁極２１ａに対向するように配置されており、第二領域３２の第二極性の磁極３２ｂは、第二磁性部２２の第二極性の磁極２２ｂに対向するように配置されている。したがって、第一磁性部２１及び第二磁性部２２は、第一磁性部２１、第二磁性部２２及び第三磁性部２３と同様に、例えば筐体４０の底面の対角線方向に平行な方向の磁界を発生させる。

　キャップ構造体３０は、一の部材からなり、この一の部材における対応する領域が着磁されることにより第一領域３１と第二領域３２とを有している。言い換えれば、キャップ構造体３０は、一の部材のうち、第一領域３１及び第二領域３２を着磁することにより、構成されている。第一領域３１及び第二領域３２の着磁は、例えば、第一領域３１及び第二領域３２のそれぞれの部分の周囲にコイルを配置し、このコイルに所定の電流を流して磁界を発生させることにより行うことができる。

　筐体４０は、略直方体形状をなしており、開口部４１を有している。筐体４０は、開口部４１内に、ミラー構造体１０及び下部磁性体２０を収容する。すなわち、筐体４０は、ミラー構造体１０、第一磁性部２１、及び第二磁性部２２を収容する。

　次に、図６を参照して、下部磁性体２０及びキャップ構造体３０により形成される磁界について説明する。図６は、図１のII－II線で示される断面（すなわち図２と同じ断面）における磁界の分布を模式的に示す図である。

　下部磁性体２０による磁界Ｆ１は、第一磁性部２１の第一極性の磁極２１ａから第二磁性部２２の第二極性の磁極２２ｂに向かって形成される。キャップ構造体３０による磁界Ｆ２は、第一領域３１の第一極性の磁極３１ａから第二領域３２の第二極性の磁極３２ｂに向かって形成される。図６に示されるように、第三磁性部２３と第三領域３３とにより挟まれる位置では、磁界Ｆ１，Ｆ２は、ほぼ下部磁性体２０及びキャップ構造体３０の面に沿って形成される。楕円Ｒ１及び楕円Ｒ２は、第一コイル１７及び第二コイル１８が位置する領域を模式的に示す。第一磁性部２１、第二磁性部２２、第一領域３１、及び第二領域３２により形成される磁界は、楕円Ｒ１及び楕円Ｒ２で示される位置において集中している。これにより、楕円Ｒ１及び楕円Ｒ２で示される位置において、第一コイル１７及び第二コイル１８に電流を供給した場合に第一コイル１７及び第二コイル１８に加わる力が強められる。

　以上のように構成されるミラー装置１の組立工程の一例について説明する。まず、ミラー構造体１０と下部磁性体２０と、を筐体４０の開口部４１内に固定する。次に、キャップ構造体３０における第一領域３１及び第二領域３２を予め着磁しておく。次に、キャップ構造体３０を、開口部４１を覆うように筐体４０に接着する。以上の組立工程により、ミラー装置１が得られる。

　ミラー装置１の動作は、次の通りである。第一コイル１７に、ミラー１６の所望の角度に応じた電流が供給されると、供給された電流に応じた力が第一コイル１７に発生する。第一可動部１２は、第一コイル１７に発生する力と第一梁部１４の復元力とが釣り合う角度まで、直線Ａ１（図４参照）の周りに回転する。

　同様に、第二コイル１８に、ミラー１６の所望の角度に応じた電流が供給されると、供給された電流に応じた力が第二コイル１８に発生する。第二可動部１３は、第二コイル１８に発生する力と第二梁部１５の復元力とが釣り合う角度まで、直線Ａ２（図４参照）の周りに回転する。

　ミラー装置１には、貫通孔３４を通って光がＺ軸正方向の側からミラー１６に入射し、ミラー１６に入射した光は、再び貫通孔３４を通ってＺ軸正方向の側に反射される。反射される光の進む方向は、ミラー１６の角度によって変化する。このミラー１６の角度は、上述の通り、第一コイル１７及び第二コイル１８に供給する電流の大きさを変化させて第一可動部１２及び第二可動部１３を回転させることにより制御可能である。したがって、第一コイル１７及び第二コイル１８に供給する電流を制御することによって、ミラー装置１により反射される光の進む方向を制御することができる。

　図７は、本実施形態のミラー装置１におけるミラー１６の揺動角と、比較例のミラー装置におけるミラーの揺動角とを比較して示す図である。図７の横軸は、第一コイル１７及び第二コイル１８に印加される印加電流（単位：ｍＡ）を表す。図７の縦軸は、揺動角（単位：°）を表す。図７の実線の曲線は、本実施形態のミラー装置１におけるミラー１６の揺動角を表す。図７の破線の曲線は、比較例のミラー装置におけるミラーの揺動角を表す。比較例のミラー装置は、キャップ構造体３０を有していない点で、本実施形態のミラー装置１と相違しており、その他の点では、本実施形態のミラー装置１に準じた構成を備えている。

　図７に示されるように、印加電流が１０ｍＡのときに、本実施形態のミラー装置１の揺動角は約１４°であるのに対し、比較例のミラー装置の揺動角は約６°である。このように、本実施形態のミラー装置１によれば、比較例のミラー装置に対して、２倍以上の揺動角が得られる。

　本実施形態に係るミラー装置１によれば、第一磁性部２１の第一極性の磁極２１ａとキャップ構造体３０の第一領域３１の第一極性の磁極３１ａとが対向しており、第二磁性部２２の第二の極性の磁極２２ｂとキャップ構造体３０の第二領域３２の第二極性の磁極３２ｂとが対向している。このため、第一磁性部２１、第二磁性部２２、キャップ構造体３０の第一領域３１及び第二領域３２により、第一コイル１７及び第二コイル１８の近傍に強い磁界Ｆ１，Ｆ２が形成される。第一領域３１と第二領域３２との間に位置する着磁されていない第三領域３３の大きさを調整することにより、第一領域３１及び第二領域３２により形成される磁界Ｆ１，Ｆ２を第一コイル１７及び第二コイル１８の近傍に集中させることができる。さらに、この磁界Ｆ１，Ｆ２が、第三領域３３を有するキャップ構造体３０により第一コイル１７及び第二コイル１８の近傍に閉じ込められる。これにより、第一コイル１７及び第二コイル１８の近傍における磁界が一層強められる。

　ここで、磁界Ｆ１，Ｆ２を第一コイル１７及び第二コイル１８の近傍に形成する第一領域３１及び第二領域３２は、キャップ構造体３０として一体に形成される。このため、第一領域３１及び第二領域３２を第一コイル１７及び第二コイル１８に対して高精度に位置決めすることが容易となる。したがって、ミラー装置１によれば、第一コイル１７及び第二コイル１８の近傍に磁界Ｆ１，Ｆ２を確実に集中させることができる。

　さらに、ミラー装置１は、開口部４１を有し、ミラー構造体１０、第一磁性部２１、及び第二磁性部２２を収容する筐体４０をさらに備えている。キャップ構造体３０は、開口部４１を覆うように配置されている。このため、ミラー構造体１０に対して、第一磁性部２１と第二磁性部２２とが、筐体４０に収容されることにより位置決めされる。同時に、キャップ構造体３０により、筐体４０の開口部４１が覆われるため、磁界Ｆ１，Ｆ２が第一コイル１７及び第二コイル１８の近傍に閉じ込められる。このため、第一磁性部２１及び第二磁性部２２により形成される磁界Ｆ１，Ｆ２をより確実に第一コイル１７及び第二コイル１８の近傍に集中させることができる。

　第三領域３３には、ミラー１６に対応する位置に貫通孔３４が形成されており、貫通孔３４は、キャップ構造体３０のミラー構造体１０に対向する面３０ａ側から裏面３０ｂ側に向かって拡径したテーパ状の内面３４ａにより画成されている。ミラー構造体１０の第一コイル１７及び第二コイル１８の近傍における磁界Ｆ１，Ｆ２を強めるためには、キャップ構造体３０の厚さを大きくし、かつキャップ構造体３０をミラー構造体１０に近接した位置に配置する必要がある。しかし、上述のように、貫通孔３４がキャップ構造体３０の面３０ａ側から裏面３０ｂ側に向かって拡径したテーパ状の内面３４ａにより画成されている。これにより、貫通孔３４を通ってミラー１６に入射する光、及びミラー１６により反射されて貫通孔３４を通る光が貫通孔３４の周縁部に干渉しにくくなる。このため、ミラー１６による光の入出力の角度をより大きくすることができる。

　第一磁性部２１と第二磁性部２２との間に配置された第三磁性部２３をさらに備え、第一磁性部２１、第三磁性部２３及び第二磁性部２２が、ハルバッハ配列を構成している。このため、ハルバッハ配列を構成する第一磁性部２１、第三磁性部２３及び第二磁性部２２により、第一コイル１７及び第二コイル１８の近傍に形成される磁界Ｆ１，Ｆ２をより強めることができる。

　キャップ構造体３０は、一の部材からなり、該一の部材における対応する領域が着磁されることにより第一領域３１と第二領域３２とを有している。このため、第一領域３１と第二領域３２とを有する一の部材をミラー構造体１０に対して位置決めすることにより、第一領域３１及び第二領域３２の両方がミラー構造体１０に対して所望の位置に確実に位置決めされる。このため、磁界Ｆ１，Ｆ２を一層確実に第一コイル１７及び第二コイル１８の近傍に集中させることができる。

　第一磁性部２１と第二磁性部２２とは、一の部材である下部磁性体２０における対応する領域がそれぞれ着磁されることにより構成されている。このため、第一磁性部２１及び第二磁性部２２を構成する一の部材としての下部磁性体２０をミラー構造体１０に対して位置決めすることにより、第一磁性部２１及び第二磁性部２２の両方がミラー構造体１０に対して所望の位置に確実に位置決めされる。このため、磁界Ｆ１，Ｆ２を一層確実に第一コイル１７及び第二コイル１８の近傍に集中させることができる。

　第一コイル１７及び第二コイル１８は、略長方形状を有しており、第一磁性部２１と第二磁性部２２とは、第一コイル１７及び第二コイル１８の各辺が延びる方向（すなわちＸ軸方向及びＹ軸方向）に交差する方向に配列されている。このため、第一磁性部２１と第二磁性部２２とにより形成される磁界の方向が、第一コイル１７及び第二コイル１８の各辺が伸びる方向に対して交差する方向となる。したがって、第一コイル１７及び第二コイル１８に電流が供給された場合に、第一コイル１７及び第二コイル１８の全ての辺に力が作用する。このため、ミラー１６を効率よく揺動させることができる。

　本実施形態では、ミラー構造体の下方に配置される第一磁性部２１及び第二磁性部２２が、Ｘ軸及びＹ軸の両方に交差する方向に磁界を発生させるように配置されている。このため、ミラー構造体１０の上部に磁性体を配置されるにあたっては、第一磁性部２１及び第二磁性部２２が発生させる磁界の向きに沿って、Ｘ軸及びＹ軸の両方に交差する方向に配列される必要がある。この場合、ミラー構造体１０の上部に配置される磁性体の位置合わせは、磁性体がＸ軸又はＹ軸に平行に配置される場合と比較して、一層難しい。しかしながら、本実施形態では、キャップ構造体３０が一の部材からなり、キャップ構造体３０における対応する領域が着磁されることにより第一領域３１及び第二領域３２が形成されている。このため、第一領域３１及び第二領域３２の位置合わせも着磁によって精度よく調整することができる。

　以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

　上記実施形態では、下部磁性体２０が筐体４０に収容されるものであるとしたが、下部磁性体２０と筐体４０とが一体化されていてもよい。

　上記実施形態では、貫通孔３４がテーパ状の内面３４ａにより画定されるものであるとした。しかしながら、貫通孔３４が、キャップ構造体３０のミラー構造体１０に対向する面３０ａに垂直な内面、言い換えればＺ軸に平行な内面により画定されるものであってもよい。

　上記実施形態では、下部磁性体２０が第三磁性部２３を有する。しかしながら、下部磁性体２０における第三磁性部２３に相当する部分が磁化されていなくてもよい。

　上記実施形態では、キャップ構造体３０が、第一領域３１と、第二領域３２と、第三領域３３と、を有する一の部材である。しかしながら、第一領域３１に相当する部材、第二領域３２に相当する部材、及び第三領域３３に相当する部材をそれぞれ別個の部材とし、これらの別個の部材を組み合わせてキャップ構造体を構成することとしてもよい。

　上記実施形態では、第一磁性部２１、第二磁性部２２、及び第三磁性部２３を、一の部材における対応する領域がそれぞれ着磁されたものであるとしたが、第一磁性部２１、第二磁性部２２、及び第三磁性部２３をそれぞれ別個の部材としてもよい。

　第一コイル１７及び第二コイル１８の近傍における磁界Ｆ１，Ｆ２を強めるために、ミラー構造体１０の上方のキャップ構造体３０及び下方の下部磁性体２０に加えて、ミラー構造体１０の側方にも磁性体を配置してもよい。具体的には、例えば、筐体４０の側壁部に磁性体を配置すればよい。この場合、筐体４０の側壁部に磁性体を接着してもよく、筐体４０の側壁部に溝を形成して、この溝に磁性体を埋め込んでもよい。

　上記実施形態では、図５に示されるように、第二コイル１８がミラー１６の周囲に配置される。しかし、第二コイル１８が、ミラー１６の直下に配置されてもよい。言い換えれば、第二コイル１８が、ミラー１６に対して第一磁性部２１及び第二磁性部２２と同じ側に位置し、かつ、ミラー１６に垂直な方向（Ｚ軸方向）から見てミラー１６と重なる位置に配置されていてもよい。

　第二コイル１８がミラー１６の直下に配置された変形例を図８に示す。図８に示されるミラー構造体１０では、第二可動部１３が、ミラー１６よりやや大きい円形形状となっている。第二コイル１８は、略正八角形の螺旋形状を呈して、ミラー１６の直下に配置されている。

　図５に示されるミラー構造体１０に代えて図８に示される変形例のミラー構造体１０を用いた場合であっても、上述した実施形態と同様の作用効果が得られる。また、図８に示されるミラー構造体１０では、第二コイル１８は、ミラー１６に対して第一磁性部２１及び第二磁性部２２と同じ側（Ｚ軸方向の負の側）に配置され、かつ、ミラー１６に垂直な方向（Ｚ軸方向）から見てミラー１６と重なるように配置されている。このように第二コイル１８が配置されている場合には、第二コイル１８が配置された、ミラー構造体１０の中心に近い位置に磁界を形成するために、磁界を形成する第一磁性部２１と第二磁性部２２との距離を近づける必要がある。第一磁性部２１と第二磁性部２２との距離を近づけるのに合わせて、第一領域３１と第二領域３２との距離をより近づける必要もある。第一領域３１と第二領域３２とを別個の磁性体とする場合には、第一領域３１と第二領域３２との距離が近いと、第一領域３１と第二領域３２との距離を適切に調整しながらミラー装置１を組み立てることは難しい。しかしながら、本変形例では、第一領域３１と第二領域３２とがキャップ構造体３０の有する領域として配置されているため、ミラー装置１の組み立て時における第一領域３１と第二領域３２との距離が精度よく調整しやすくなっている。

　本発明は、ミラー装置に利用できる。

　１…ミラー装置、１０…ミラー構造体、１０ａ…ミラー構造体１０のミラー１６が配置された面、１０ｂ…面１０ａの裏面、１２…第一可動部（可動部）、１３…第二可動部（可動部）、１６…ミラー、１７…第一コイル（コイル）、１８…第二コイル（コイル）、２１…第一磁性部、２１ａ…第一磁性部２１の第一極性の磁極、２２…第二磁性部、２２ｂ…第二磁性部２２の第二極性の磁極、２３…第三磁性部、３０…キャップ構造体、３１…第一領域、３１ａ…第一領域３１の第一極性の磁極、３２…第二領域、３２ｂ…第二領域３２の第二極性の磁極、３３…第三領域、３４…貫通孔、３４ａ…貫通孔３４の内面、４０…筐体、４１…開口部。

Claims

　ミラー装置であって、
　支持部と、前記支持部に揺動可能に連結された可動部と、前記可動部に配置されたミラー及びコイルと、を有するミラー構造体と、
　第一極性の磁極を有すると共に、前記ミラー構造体の前記ミラーが配置された面の裏面側に、第一極性の前記磁極が前記ミラー構造体と対向するように配置された第一磁性部と、
　第一極性とは異なる第二極性の磁極を有し、第二極性の前記磁極が前記ミラー構造体と対向するように前記ミラー構造体の前記裏面側に配置された第二磁性部と、
　前記ミラー構造体の前記ミラーが配置された前記面側に配置されたキャップ構造体と、
を備え、
　前記キャップ構造体は、
　　前記第一磁性部の第一極性の前記磁極に対向するように位置する第一極性の磁極を有する第一領域と、
　　前記第二磁性部の第二極性の前記磁極に対向するように位置する第二極性の磁極を有する第二領域と、
　　前記第一領域と前記第二領域との間に位置し、着磁されていない第三領域と、を有する。
　請求項１に記載のミラー装置であって、
　開口部を有し、前記ミラー構造体、前記第一磁性部、及び前記第二磁性部を収容する筐体をさらに備え、
　前記キャップ構造体は、前記開口部を覆うように配置されている。
　請求項１又は２に記載のミラー装置であって、
　前記第三領域には、前記ミラーに対応する位置に貫通孔が形成されており、前記貫通孔は、前記キャップ構造体の前記ミラー構造体に対向する面側から裏面側に向かって拡径したテーパ状の内面により画成されている。
　請求項１～３のいずれか一項に記載のミラー装置であって、
　前記第一磁性部と前記第二磁性部との間に配置された第三磁性部をさらに備え、
　前記第一磁性部、前記第三磁性部及び前記第二磁性部が、ハルバッハ配列を構成する。
　請求項１～４のいずれか一項に記載のミラー装置であって、
　前記キャップ構造体は、一の部材からなり、該一の部材における対応する領域が着磁されることにより前記第一領域と前記第二領域とを有する。
　請求項１～５のいずれか一項に記載のミラー装置であって、
　前記第一磁性部と前記第二磁性部とは、一の部材における対応する領域がそれぞれ着磁されることにより構成されている。
　請求項１～６のいずれか一項に記載のミラー装置であって、
　前記コイルは、略長方形状を有しており、
　前記第一磁性部と前記第二磁性部とは、前記コイルの各辺が延びる方向に交差する方向に配列されている。
　請求項１～７のいずれか一項に記載のミラー装置であって、
　前記コイルは、前記ミラーに対して前記第一磁性部及び前記第二磁性部と同じ側に配置され、かつ、前記ミラーに垂直な方向から見て前記ミラーと重なるように配置されている。