偏向器
【課題】十分な設計自由度を得ることができ、かつ可動板の変位角度を正確に検出できる偏向器を提供すること。
【解決手段】ミラー１０１と、ベースフレーム１０７と、ベースフレーム１０７に対してミラー１０１を揺動可能に支持する一対のトーションバー１０５ａ、１０５ｂと、ミラー１０１に設けられた駆動コイル１０２と、駆動コイル１０２に作用する磁束を生成する永久磁石１０８ａ、１０８ｂと、ミラー１０１の揺動角を電気特性の変化として出力する静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂと、駆動コイル１０２の二端のうち第一端と静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの電気端子の一端とをミラー１０１上で電気的に接続する接続部２２０と、接続部２２０からトーションバー１０５ａ、１０５ｂを通してベースフレーム１０７へ至る第一の配線１１１とを有する。
【解決手段】ミラー１０１と、ベースフレーム１０７と、ベースフレーム１０７に対してミラー１０１を揺動可能に支持する一対のトーションバー１０５ａ、１０５ｂと、ミラー１０１に設けられた駆動コイル１０２と、駆動コイル１０２に作用する磁束を生成する永久磁石１０８ａ、１０８ｂと、ミラー１０１の揺動角を電気特性の変化として出力する静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂと、駆動コイル１０２の二端のうち第一端と静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの電気端子の一端とをミラー１０１上で電気的に接続する接続部２２０と、接続部２２０からトーションバー１０５ａ、１０５ｂを通してベースフレーム１０７へ至る第一の配線１１１とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏向器に関し、特に電磁力を用いた偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏向器のミラーの変位角を検出する構成として、例えば、特許文献１に開示された構成が知られている。図１４は、特許文献１に開示された構成を示す。本構成では、静電容量式の変位角検出方法を用いている。ミラー１２の裏面側に、軸１１に対して対称な位置に電極１６Ａ、１７Ａを設ける。ガラス基板１４側に電極１６Ａ、１７Ａと対をなす電極１６Ｂ、１７Ｂを設ける。これにより、コンデンサＣ１、Ｃ２を構成する。そして、ミラー１２の角度変位を伴う両コンデンサＣ１、Ｃ２の容量差に基づいてミラー１２の変位角を検出する。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２１８８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された構成では、ミラー１２の角度を検出する静電容量の片側の電極１６Ａ、１７Ａが可動板であるミラー１２上に存在する。これにより、静電容量を検出するために、電極１６Ａ、１７Ａに接続された配線を、可動板を支持するトーションバー上を経由して偏向器外へ引き出す必要がある。このため、トーションバー上に配線を形成しなければならない。この結果、偏向器を設計する自由度が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、十分な設計自由度を得ることができ、かつ可動板の変位角度を正確に検出できる偏向器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、可動板と、固定部と、固定部に対して可動板を揺動可能に支持する一対の弾性部材と、可動板に設けられた駆動コイルと、駆動コイルに作用する磁束を生成する磁束発生手段と、可動板の揺動角を電気特性の変化として出力する角度検出手段と、駆動コイルの二端のうち第一端と角度検出手段の電気端子の一端とを可動板上で電気的に接続する接続部と、接続部から弾性部材を通して固定部へ至る第一の配線と、を有することを特徴とする偏向器を提供できる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様によれば、角度検出手段は、可動板上の第一の電極と、第一の電極に対向して設けられた第二の電極との間の静電容量に基づいて可動板の揺動角を検出し、接続部は第一の電極と駆動コイルの第一端を接続することが望ましい。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、固定部に形成した第二の電極に接続されており、第一の電極と第二の電極との間の静電容量を検出する静電容量検出回路と、静電容量検出回路の動作に必要な参照信号を生成する参照信号生成回路と、駆動コイルの駆動指令信号と参照信号を足し合わせる加算器と、加算器の出力を増幅し駆動コイルに供給する増幅器とを備え、増幅器の出力は、第一の配線と固定部側で接続されていることが望ましい。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、固定部に形成した第二の電極に接続されており、第一の電極と第二の電極との間の静電容量を検出する静電容量検出回路と、静電容量検出回路の動作に必要な参照信号を生成し第二の電極に供給する参照信号生成回路と、駆動コイルの駆動指令信号を増幅する増幅器と、駆動コイルの第二端に可動板上で電気的に接続され、接続部から弾性部材を通して固定部へ至る第二の配線と、を備え、増幅器の出力は第二の配線と固定部側で接続されており、第一の配線は固定電位へ接続されていることが望ましい。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、参照信号生成回路は、偏向器の駆動周波数帯域より離れた周波数の参照信号を生成することが望ましい。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、参照信号生成回路は、駆動周波数帯域の最大値に対して所定倍だけ高い帯域の周波数の参照信号を生成することが望ましい。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、増幅器は、駆動コイルへの電流が駆動指令信号に比例するように制御を行う電流増幅回路より構成されており、参照信号生成回路は、第一の電極における電圧の参照信号の周波数成分が一定振幅になるように振幅制御を行う振幅制御手段を有することが望ましい。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、増幅器は、駆動コイルへの電流が駆動指令信号に比例するように制御を行う電流増幅回路より構成されており、静電容量検出回路は、容量を検出した値を、第一の電極における電圧の参照信号の周波数成分の振幅で除算する除算器を備えていることが望ましい。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、第一の電極は可動板の端面に形成した櫛歯であり、第二の電極は可動板の端面の櫛歯と対向した固定端より延在して設置した櫛歯であることが望ましい。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、第一の電極は可動板の回転軸に対して対称に可動板上へ形成した複数の電極であり、第二の電極は可動板上の複数の電極と対向している複数の電極であり、可動板上の電極と可動板上の電極に対向した電極との容量において、対称に配置した容量の差を角度とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、可動板は、一対の弾性部材により固体部に対して揺動可能に支持されている。可動板には駆動コイルが設けられている。磁束発生手段は、駆動コイルに作用する磁束を生成する。また、角度検出手段は、可動板の揺動角を電気特性の変化として出力する。そして、接続部は、駆動コイルの二端のうち第一端と角度検出手段の電気端子の一端とを可動板上で電気的に接続している。また、第一の配線は、接続部から弾性部材を通して固定部へ至っている。この構成では、弾性部材上には、少なくとも第一の配線が形成されていれば良い。このため、十分な設計自由度を得ることができる。また、角度検出手段は、可動板の揺動角を電気特性の変化として検出する。このため、可動板の変位角度を正確に検出できる。この結果、十分な設計自由度を得ることができ、かつ可動板の変位角度を正確に検出できる偏向器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明に偏向器の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により、この発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る偏向器１００の概略構成を示す。偏向器１００は、マイクロマシン技術を用いて製造されている。ミラー１０１は、略矩形形状を有し、空間磁束中に配置されている。ミラー１０１の表面側には反射面が形成されている。また、ミラー１０１の裏面側には、駆動コイル１０２と可動部電極１０３ａと可動部電極１０３ｂとが形成されている。ここで、表面とは、図１において上側の見えている面をいう。裏面とは、図１において下側の見えていない面をいう。ミラー１０１は、可動板に対応する。可動部電極１０３ａと可動部電極１０３ｂとは、ミラー１０１の略矩形形状の対向する二つの辺近傍に形成されている。
【００１９】
また、支持体１０４、トーションバー１０５ａ、１０５ｂ、ミラー１０１、駆動コイル１０２は、それぞれシリコンマイクロマシニングの技術を用いてシリコンウエハ上に一体的に形成されている。その後、シリコンウエハを切断、固定部電極１０６ａと固定部電極１０６ｂとを形成したベースフレーム１０７に接着する。そして、永久磁石１０８ａ、１０８ｂとヨーク１０９からなる部材と組み合わせることにより完成する。永久磁石１０８ａ、１０８ｂとヨーク１０９は、磁束発生手段に対応する。支持体１０４、ベースフレーム１０７は、固定部に対応する。
【００２０】
支持体１０４上に形成された電極部（電極パッド）１１０から駆動コイル１０２に電流を印加すると、永久磁石１０８ａ、１０８ｂにより発生する磁束と駆動コイル１０２に流れる電流との相互関係によりローレンツ力が働く。ミラー１０１は、２つのトーションバー１０５ａ、１０５ｂを介して支持体１０４に接続されている。トーションバー１０５ａ、１０５ｂは、弾性部材に対応する。ローレンツ力が働くことにより、トーションバー１０５ａ、１０５ｂを通る回転軸を中心にミラー１０１が回転する。電流の向きが逆になると、ローレンツ力が働く方向が逆になる。このとき、ミラー１０１はトーションバー１０５ａ、１０５ｂを通る回転軸を中心に反対方向に回転する。ミラー１０１の反射面に、光源（不図示）からレーザー光を照射する。そして、駆動コイル１０２に電流を印加する。これにより、ミラー１０１は揺動する。ミラー１０１の回転角に対応して、レーザー光の反射光は、ミラー１０１で偏向される。ミラー１０１の回転角は電流値により定まる。ミラー１０１の回転角と電流値との関係は、非線形であり、かつ経時変化する。このため、ミラー１０１を正確な角度に変位（偏向）させたいときは、ミラー１０１の回転角を検出する手段を用いて、検出した回転角が目標角になるように駆動電流を制御する。
【００２１】
ここで、「揺動」とは、所定の一本の仮想的な軸の周りの繰り返し往復運動をいう。しかしながら、これに限られるものではなく、所定の一本の仮想的な軸の周りの単なる傾斜も含むものをいう。例えば、可動板が揺動するとは、可動板が一本の軸の周りに傾斜すること、及び繰り返し振動することを意味する。また、ミラー１０１の回転角とは、ミラー１０１が揺動するときの角度（揺動角）をいう。
【００２２】
本実施形態の偏向器１００は、静電容量を用いた角度検出手段（角度センサ）を備えている。可動部電極１０３ａと固定部電極１０６ａとは、それぞれ対向するように配置されている。同様に、可動部電極１０３ｂと固定部電極１０６ｂとは、それぞれ対向するように配置されている。可動部電極１０３ａ、１０３ｂは、第一の電極に対応する。固定部電極１０６ａ、１０６ｂは、第二の電極に対応する。電極間の静電容量はミラー１０１の回転角に応じて増減する。このため、この静電容量値を用いてミラー１０１の回転角を検出する事ができる。ここで、可動部電極１０３ａと固定部電極１０６ａとにより静電容量センサ２３０ａ（図５参照）を構成する。可動部電極１０３ｂと固定部電極１０６ｂとにより静電容量センサ２３０ｂ（図５参照）を構成する。静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂは、角度検出手段に対応する。静電容量センサ２３０ａと静電容量センサ２３０ｂとは、ミラー１０１の回転軸に対して対称に配置されている。このため、容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量変化は相補的に現れる。なお、静電容量センサ２３０ａと静電容量センサ２３０ｂとは、複数の電極に対応する。
【００２３】
図２は、偏向器１００の断面構成を示す。上述したように、ミラー１０１の裏面側には、駆動コイル１０２が形成されている。また、ミラー１０１の対向する位置には、可動部電極１０３ａ、１０３ｂが設けられている。可動部電極１０３ａ、１０３ｂに対向する位置に、それぞれ固定部電極１０６ａ、１０６ｂが形成されている。さらに、ミラー１０１の外側に一対の永久磁石１０８ａ、１０８ｂが設けられている。永久磁石１０８ａ、１０８ｂは、ヨーク１０９に支持されている。ヨーク１０９は、磁性材料で構成されている。
【００２４】
図３−１、図３−２は、それぞれミラー１０１の回転方向を示す図である。偏向器１００のミラー１０１は、回転軸ＡＸの周りに、図３−１の矢印Ｙａ１、Ｙｂ１で示す方向、または図３−２の矢印Ｙａ２、Ｙｂ２で示す方向へ回転する。図４を用いてミラー１０１の回転角と容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量変化の関係について説明する。
【００２５】
偏向器１００のミラー１０１が、支持体１０４に対して略平行である平行状態から、図３−１の矢印Ｙａ１、Ｙｂ１で示す向きへ回転し、再び平行状態へ戻るまでを時間期間ＴＡとする。このとき、可動部電極１０３ａと固定部電極１０６ａとは接近する。これにより、静電容量センサ２３０ａの静電容量は増加する。また、可動部電極１０３ｂと固定部電極１０６ｂとは離れる。これにより、静電容量センサ２３０ｂの静電容量は減少する。ミラー１０１が矢印Ｙａ１、Ｙｂ１で示す向きの最大回転角に達したとき、可動部電極１０３ａと固定部電極１０６ａの距離は最も接近する。このため、静電容量センサ２３０ａの静電容量は最大となる。このとき、可動部電極１０３ｂと固定部電極１０６ｂとの距離は最も離れる。このため、静電容量センサ２３０ｂの静電容量は最小となる。
【００２６】
これに対して、ミラー１０１が平行状態から、図３−２の矢印Ｙａ２、Ｙｂ２で示す向きへ回転し、再び平行状態へ戻るまでを時間期間ＴＢとする。このとき、可動部電極１０３ａと固定部電極１０６ａとは離れる。これにより、静電容量センサ２３０ａの静電容量は減少する。また、可動部電極１０３ｂと固定部電極１０６ｂとは接近する。これにより、静電容量センサ２３０ｂの静電容量は、増加する。ミラー１０１が矢印Ｙａ２、Ｙｂ２で示す向きの最大回転角に達したとき、可動部電極１０３ａと固定部電極１０６ａの距離は最も離れる。このため、静電容量センサ２３０ａの静電容量は最小となる。可動部電極１０３ｂと固定部電極１０６ｂとの距離は最も接近する。このため、静電容量センサ２３０ｂの静電容量は最大となる。静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂは、このように、角度検出手段に対応する。角度検出手段、即ち角度センサは、静電容量を用いているので簡単な構成とすることができる。
【００２７】
次に、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂとミラー１０１の回転角を検出する回路２００について説明する。図５は、回路２００の概略構成を示す。可動部電極１０３ａと可動部電極１０３ｂとは、ミラー１０１の裏面において駆動コイル１０２の第一端と第一の配線１１１と接続部２２０で接続されている。第一の配線１１１は、トーションバー１０５ａ上を経由してミラー１０１の外へ取り出される。取り出された第一の配線１１１は、偏向器１００の外部に設置された駆動回路２１０へ接続されている。駆動コイル１０２の第二端は、第二の配線１１２と接続されている。第二の配線１１２は、トーションバー１０５ａを経由して、偏向器１００の外部に設置された静電容量検出回路の基準電位、例えばＧＮＤ電位に接続されている。基準電位は、固定電位に対応する。
【００２８】
駆動回路２１０の加算器２１２は、駆動信号ＤＳと参照信号生成回路２１１で生成された参照信号ＲＳとを加算する。加算された信号は、増幅回路２１３で増幅される。増幅回路２１３は、増幅器に対応する。第一の配線１１１には、ミラー１０１を回転させるための駆動信号ＤＳと容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂを動作させるための参照信号ＲＳを加算した信号を印加する。可動部電極１０３ａ、１０３ｂは、駆動回路２１０から遠く、かつ至近に存在する駆動コイル１０２により静電容量検出回路の基準電位に終端される。これにより、対ノイズ性が高く、品質の高い容量検出を行うことができる。
【００２９】
静電容量検出回路２４０ａは、静電容量センサ２３０ａの固定部電極１０６ａに接続されている。静電容量検出回路２４０ｂは、静電容量センサ２３０ｂの固定部電極１０６ｂに接続されている。
【００３０】
静電容量検出回路２４０ａは、容量−振幅変換回路２４１ａと、バンドパスフィルタ回路２４２ａと、振幅検出回路２４３ａとから構成されている。また、静電容量検出回路２４０ｂは、容量−振幅変換回路２４１ｂと、バンドパスフィルタ回路２４２ｂと、振幅検出回路２４３ｂとから構成されている。後述するように、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂには、それぞれ参照信号ＲＳが印加されている。容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂは、参照信号ＲＳを印加したときに静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂに流れる電流を検出する。そして、容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂは、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの静電容量値に比例した振幅の信号を出力する。
【００３１】
バンドパスフィルタ回路２４２ａ、２４２ｂは、それぞれ容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂの出力信号に対して参照信号ＲＳの周波数成分のみを通過させる。これにより、バンドパスフィルタ回路２４２ａ、２４２ｂは、駆動信号ＤＳ由来の信号などの回転角検出に不要な信号を除去する。
【００３２】
振幅検出回路２４３ａ、２４３ｂは、それぞれバンドパスフィルタ回路２４２ａ、２４２ｂの出力信号の振幅を検出する。そして、振幅検出回路２４３ａ、２４３ｂは、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量値に相当した信号を出力する。上述したように、静電容量センサ２３０ａと静電容量センサ２３０ｂとの静電容量変化は、相補的に現れる。そして、減算器２５０は、静電容量センサ２３０ａに接続された静電容量検出回路２４０ａと静電容量センサ２３０ｂに接続された静電容量検出回路２４０ｂとの出力の差を導出する。これにより、ミラー１０１の回転角を求めることができる。このように、容量差を用いることで容量検出時の同相ノイズの影響を低減できる。この結果、正確な角度検出が可能となる。
【００３３】
静電容量センサ２３０ａと静電容量センサ２３０ｂとには、参照信号ＲＳと駆動信号ＤＳとが加算された信号が印加されている。そして、容量−振幅検出回路２４１ａ、２４１ｂの出力を、参照信号ＲＳの周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタ回路２４２ａ、２４２ｂを通すことで、駆動信号ＤＳの影響を除去できる。
【００３４】
参照信号ＲＳの周波数は、駆動周波数帯域より離れた値に設定されている。さらに好ましくは、参照信号ＲＳの周波数は、駆動周波数帯域の最大値に対して所定倍だけ高い帯域の周波数に設定されていることが望ましい。例えば、所定倍として略１０倍程度高い帯域を設定できる。これにより、例えば、バンドパスフィルタ回路２４２ａ、２４２ｂを一次、Ｑ＝１としたとき、容量検出における駆動信号ＤＳの影響を略１０分の一にまで低減することができる。このため、精度の良い回転角検出を行うことができる。また、参照信号ＲＳを駆動周波数帯域よりも所定倍だけ高い周波数側に設定すると、直流成分を用いてミラー１０１を駆動できる。このため、さらに精度の良い回転角検出を行うことができる。
【００３５】
また、駆動信号ＤＳに注目すると、駆動コイル１０２にも駆動信号ＤＳと参照信号ＲＳとが加算された信号が印加されている。ここで、参照信号ＲＳは、ミラー１０１の駆動周波数帯域の最大値に対して所定倍だけ離れた値、例えば１０倍程度高い値である。このため、参照信号ＲＳにより発生する揺動成分も、略１０分の一にまで減少させることができる。この結果、安定してミラー１０１を駆動する事ができる。
【００３６】
次に、トーションバー１０５ａ、１０５ｂ上の電気的な配線について説明する。図６−１、図６−２は、それぞれ本実施例におけるトーションバー１０５ａ、１０５ｂ上の配線の構成を示す。また、図６−３は、単純にすべての配線を引き出したときの配線の構成を示す。
【００３７】
まず、図６−３に示すような単純にすべての配線を引き出したときの構成について説明する。駆動コイル１０２に結線される２本の配線と、可動部電極１０３ａ、可動部電極１０３ｂにそれぞれ結線される２本の配線との、合計４本の配線がトーションバー１０５ａ上に配置されている。製造上の制限から、配線の線幅及び線間の下限値は制限される。このため、トーションバー１０５ａは、所定の幅以下には細くできなくなってしまう。トーションバー１０５ａ、１０５ｂの幅は、トーションバー１０５ａ、１０５ｂの弾性係数を決定するのに重要なパラメータである。このように、単純にすべての配線を引き出してしまうと、トーションバー１０５ａ、１０５ｂの幅を所定値以上にしなければならない。この結果、偏向器の設計の自由度に制約が生じてしまう。
【００３８】
図６−１は、本実施例におけるトーションバー１０５ａ上の配線の構成を示す。ミラー１０１上で可動部電極１０３ａ、可動部電極１０３ｂが駆動コイル１０２の一端と結線されている。これにより、トーションバー１０５ａ上に配置される配線は、駆動コイル１０２に接続される２本の配線のみとなる。配線数が４本（図６−３）から２本へ減少したことで、図６−３に示す構成に比較して、トーションバー１０５ａの幅を細くすることができる。このため、設計の自由度が高くなる。具体的には、トーションバー１０５ａの幅を細くすることにより、トーションバー１０５ａを高い柔軟性を有する構成にできる。この結果、より駆動感度の高い偏向器、及びより偏向角の大きな偏向器を実現できる。
【００３９】
図６−１に示した構成では、駆動コイル１０２の２本の配線を片方のトーションバー１０５ａ上に形成している。しかしながら、これに限られず、図６−２に示すように、一対のトーションバー１０５ａ、１０５ｂに、各々１本ずつの配線を通す構成とすることもできる。図６−２で示す構成では、図６−１で示した構成に比較して、さらに設計の自由度を高めることができる。
【００４０】
上述したように、トーションバー１０５ａ、１０５ｂの上の配線の数を、単純に引き出したときに比較して減らした構成により静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量を検出できる。この結果、角度検出手段を備えた偏向器１００において、トーションバー１０５ａ、１０５ｂの設計の自由度を高めることができる。
【００４１】
なお、本実施例では角度検出手段として、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂを用いる構成を用いている。しかしながら、これに限られるものではなく、角度検出手段は以下の（１）、（２）で説明する方式の構成とすることもできる。
（１）トーションバー１０５ａ、１０５ｂの歪みをインピーダンスで検出する方式
（２）ミラー１０１（可動板）上とベースフレーム１０７（固定部）上とに検出用コイルを設けて、これら２コイル間の相互誘導量を検出する方式
【００４２】
上記（１）、（２）の構成としたときでも、ミラー１０１の裏面の接続部２２０において、駆動コイル１０２と角度検出手段との一端を接続する。これにより、トーションバー１０５ａ、１０５ｂ上の配線を増やすことなく角度を検出できる。この結果、トーションバー１０５ａ、１０５ｂの設計の自由度を高めることができる。
【００４３】
また、本実施例は、静電容量検出回路２４０ａ、２４０ｂを偏向器１００の外に配置する構成である。しかしながら、これに限られず、静電容量検出回路２４０ａ、２４０ｂを支持体１０４やベースフレーム１０７上に形成又は配置する構成としたときでも同様の効果を得ることができる。さらに、本実施例では磁束を発生させる構成として永久磁石１０８ａ、１０８ｂとヨーク１０９を用いたが、電磁石とヨークを用いる構成でも良い。
【００４４】
（第一の変形例）
次に、本実施例の第１の変形例について説明する。駆動信号ＤＳは、制御性を考慮すると電流信号とすることが望ましい。例えば、上記実施例１の構成において、電流制御する場合を考える。まず、駆動信号ＤＳと参照信号ＲＳとを加算した信号を、電圧電流変換回路を介して電流信号に変換する。変換された電流信号を、駆動コイル１０２に印加する。ここで、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂに印加される参照信号ＲＳの電圧振幅は、駆動コイル１０２の抵抗値により変化してしまう。このため、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量が不変で一定のときでも、静電容量検出回路２４３ａ、２４３ｂの出力は、参照信号ＲＳの電圧振幅に比例して増減してしまうことが考えられる。このように、実施例１の構成において単純に電流制御を行なうと、上述の不都合を生ずるおそれがある。以下の変形例は、このような点を考慮した回路構成を備えている。
【００４５】
本変形例では、図７に示した回路を用いて、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂに印加される参照信号ＲＳの電圧振幅を一定に保つように参照信号ＲＳの電流振幅を制御する。図７における静電容量検出回路２４０ａ、２４０ｂは、上記実施例１と同一の構成である。即ち、静電容量検出回路２４０ａ、２４０ｂは、容量−振幅変換回路と、バンドパスフィルタ回路と、振幅検出回路とから構成されている。同一構成の重複する説明は省略する。
【００４６】
本変形例の駆動回路３１０は、電圧−電流変換回路２１５を介して駆動信号ＤＳと参照信号ＲＳとを加算した信号に比例した電流信号を第一の配線１１１に印加する。電圧−電流変換回路２１５は、電流増幅回路に対応する。バンドパスフィルタ回路２１７は、第一の配線１１１における電圧信号のうち、参照信号ＲＳの周波数成分のみを検出する。振幅検出回路２１６は、バンドパスフィルタ回路２１７の出力信号の振幅値を出力する。これにより、駆動コイル１０２の結線部における参照信号ＲＳの周波数成分の電圧振幅を検出できる。振幅制御回路２１４と振幅検出回路２１６とバンドパスフィルタ回路２１７とは、振幅制御手段に対応する。参照信号生成回路２１１は、参照信号ＲＳを生成する。生成された参照信号ＲＳは、振幅制御回路２１４を介して加算器２１２に入力される。振幅制御回路２１４は、振幅検出回路２１６の出力が一定値になるように、参照信号ＲＳの振幅を増加又は減少する。これにより、駆動コイル１０２の結線部における参照信号ＲＳの周波数成分の振幅を略一定に維持している。加算器２１２は、振幅制御回路２１４の出力と駆動信号ＤＳとを加算する。加算された信号は、電圧−電流変換回路２１５へ入力される。電圧−電流変換回路２１５は、入力信号に比例した電流を駆動コイル１０２に印加する。駆動信号ＤＳの周波数帯域に着目すると、駆動信号ＤＳに比例した電流が駆動コイル１０２に印加されることになる。
【００４７】
以上説明した本変形例の構成により、駆動コイル１０２へ印加する電流を制御しつつ、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂに印加される参照信号ＲＳの電圧振幅を一定に保つことができる。この結果、ミラー１０１の回転角の制御性を維持し、かつ精度の良くミラー１０１の回転角の検出を行うことができる。
【００４８】
（第二の変形例）
本実施例の第二の変形例について説明する。本変形例では、静電容量検出回路２４０ａ、２４０ｂの出力が参照信号ＲＳの電圧振幅に比例している点を考慮している。具体的には、静電容量検出回路２４０ａ、２４０ｂの出力信号を、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂに印加される参照信号ＲＳの電圧振幅で除算する。これにより、安定した容量検出を行うように構成した回路を用いている。
【００４９】
図８は、本変形例の回路４００の概略構成を示す。加算器２１２は、駆動信号ＤＳと参照信号ＲＳとの加算を行う。電圧−電流変換回路２１５は、加算器２１２の出力に比例した電流を駆動コイル１０２へ印加する。バンドパスフィルタ回路４０１は、第一の配線１１１における電圧信号のうち、参照信号ＲＳの周波数成分のみを検出する。振幅検出回路４０２は、バンドパスフィルタ回路４０１の出力信号の振幅値を出力する。このため、第一の配線１１１における参照信号ＲＳの周波数成分の電圧振幅を検出できる。また、減算器２５０は、容量検出回路２３０ａと容量検出回路２３０ｂとの出力を減算する。そして、減算器２５０の出力を、振幅検出回路４０２の出力で除算する。これにより、駆動コイル１０２の抵抗値の変化の影響を受けることなく角度を検出することができる。
【００５０】
以上説明した本変形例の構成により、駆動コイル１０２へ印加する電流を制御しつつ、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂに印加される参照信号ＲＳの電圧振幅を一定に保つことができる。この結果、ミラー１０１の回転角の制御性を維持し、かつ精度の良くミラー１０１の回転角の検出を行うことができる。
【実施例２】
【００５１】
図９は、本発明の実施例２に係る偏向器５００の概略構成を示す。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。ミラー１０１の対向する２つの側面に、それぞれ可動部櫛歯電極５０３ａと可動部櫛歯電極５０３ｂが形成されている。可動部櫛歯電極５０３ａ、５０３ｂは、それぞれ櫛歯状の周期構造を有している。可動部櫛歯電極５０３ａは、後述する固定部櫛歯電極５０６ａと対向する位置に設けられている。可動部櫛歯電極５０３ａと固定部櫛歯電極５０６ａとで静電容量センサ２３０ａ（図１３参照）を構成する。また、可動部櫛歯電極５０３ｂは、後述する固定部櫛歯電極５０６ｂと対向する位置に形成されている。可動部櫛歯電極５０３ｂと固定部櫛歯電極５０６ｂとで静電容量センサ２３０ｂ（図１３参照）を構成する。可動部櫛歯電極５０３ａ、５０３ｂは、第一の電極に対応する。固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂは、第二の電極に対応する。
【００５２】
図１０は、これら櫛歯電極近傍の構成の詳細を示す。支持体１０４は、支持体１０４ｂと、その上に積層された支持体１０４ａとから構成されている。支持体１０４ａには、トーションバー１０５ａ、１０６ｂが設けられている。可動部櫛歯電極５０３ａ、５０３ｂは、活性層６０６の部分に対応する。活性層６０６の部分は、イオン注入などによりドーピングが行なわれており、表面部分の電気抵抗が下げられている。
【００５３】
また、支持体１０４ｂの上には、図示されていないが、シリコン酸化膜等の絶縁膜が形成されている。絶縁膜の上には、アルミ等の低抵抗薄膜を形成しパターニングすることにより配線や電極部１２１ａ、１２１ｂが形成されている。支持体１０４ｂを延長した部分に、固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂが形成されている。固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂは、櫛歯状の周期構造を有している。可動部櫛歯電極５０３ａ、５０３ｂと、固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂとは、櫛歯電極を用いたことにより、ミラー１０１の回転角変化に対する静電容量変化量が大きくなる。この結果、高精度の角度検出が可能になる。なお、可動部櫛歯電極５０３ａ、５０３ｂは、可動板に形成した櫛歯に対応する。固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂは、固定端より延在して設置した櫛歯に対応する。
【００５４】
図１１−１は、トーションバー１０５ｂ側から見た櫛歯電極近傍の断面構成を示す。図１１−１から明らかなように、可動部櫛歯電極５０３ａ、５０３ｂは、固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂに対して図中上方向に所定量だけオフセットした位置に形成されている。偏向器５００のミラー１０１は、回転軸（不図示）の周りに、図１１−２の矢印Ｙａ１、Ｙｂ１で示す方向、または図１１−３の矢印Ｙａ２、Ｙｂ２で示す方向へ回転する。図１２を用いてミラー１０１の回転角と静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量変化の関係について説明する。
【００５５】
偏向器５００のミラー１０１が、支持体１０４ａに対して略平行な状態ではミラー１０１の回転角は０度、または０度近傍である。この状態では、可動部櫛歯電極５０３ａと固定部櫛歯電極５０６ａ、及び可動部櫛歯電極５０３ｂと固定部櫛歯電極５０６ｂとがそれぞれ対向している電極部分の面積は略０である。換言すると、図１１−１に示すように、回転軸（不図示）に平行な方向から見たとき、可動部櫛歯電極５０３ａと固定部櫛歯電極５０６ａ、及び可動部櫛歯電極５０３ｂと固定部櫛歯電極５０６ｂは、それぞれ全く重なり合う部分が存在しない。このため、可動部櫛歯電極５０３ａと固定部櫛歯電極５０６ａとの間の静電容量、及び可動部櫛歯電極５０３ｂと固定部櫛歯電極５０６ｂとの間の静電容量は共に略０である。
【００５６】
ミラー１０１が図１１−２において矢印Ｙａ１、Ｙｂ１で示す向きへ回転し、再び平行状態へ戻るまでを時間期間ＴＡとする。ミラー１０１が、矢印Ｙａ１、Ｙｂ１で示す右周りに最大の回転角に達したとき、可動部櫛歯電極５０３ａと固定部櫛歯電極５０６ａとの対向している部分の面積は最大になる。これにより、可動部櫛歯電極５０３ａと固定部櫛歯電極５０６ａとからなる静電容量センサ２３０ａの静電容量は最大になる。これに対して、可動部櫛歯電極５０３ｂと固定部櫛歯電極５０６ｂとは、ミラー１０１の回転角が略０の状態に比較して離れた位置関係にある。このため、可動部櫛歯電極５０３ｂと固定部櫛歯電極５０６ｂとからなる静電容量センサ２３０ｂの静電容量は略０のままの状態となる。
【００５７】
また、ミラー１０１が図１１−３において矢印Ｙａ２、Ｙｂ２で示す向きへ回転し、再び平行状態へ戻るまでを時間期間ＴＢとする。ミラー１０１が、矢印Ｙａ２、Ｙｂ２で示す左周りに最大の回転角に達したとき、可動部櫛歯電極５０３ｂと固定部櫛歯電極５０６ｂとの対向している部分の面積は最大になる。これにより、静電容量センサ２３０ｂの静電容量が最大になる。これに対して、可動部櫛歯電極５０３ａと固定部櫛歯電極５０６ａとは、ミラー１０１の回転角が略０の状態に比較して離れた位置関係にある。このため、静電容量センサ２３０ａの静電容量は略０のままの状態となる。
【００５８】
このように、ミラー１０１の回転角の正負（回転方向）に応じて、静電容量センサ２３０ａと静電容量センサ２３０ｂとのいずれか一方に静電容量の変化が発生し、他方には発生しない。このため、後述する静電容量を検出する回路である静電容量検出回路６４０ａ、６４０ｂの出力信号もどちらか一方にしか現れない。具体的には、ミラー１０１が矢印Ｙａ１、Ｙｂ１で示す右周りに回転したとき（図１１−２）、静電容量検出回路６４０ａに出力信号が現れ、静電容量検出回路６４０ｂには出力信号が現れない。これに対して、ミラー１０１が矢印Ｙａ２、Ｙｂ２で示す左回りに回転したとき（図１１−３）、静電容量検出回路６４０ａには出力信号が現れず、静電容量検出回路６４０ｂに出力信号が現れる。減算器２５０の出力信号は、静電容量検出回路６４０ａの出力信号から静電容量検出回路６４０ｂの出力信号を減算処理したものである。減算結果は、ミラー１０１の回転角に比例した値であり、回転角と同位相で変化する。従って、減算器２５０の出力信号から、ミラー１０１の回転角と回転方向を知ることができる。
【００５９】
図１３は、静電容量を検出する回路６００の概略構成を示す。本実施例では、可動部櫛歯電極５０３ａ、可動部櫛歯電極５０３ｂは、ミラー１０１の裏面において駆動コイル１０２の第一端と接続部２２０において第一の配線１１１に接続されている。第一の配線１１１は、トーションバー１０５ａを経由してミラー１０１の外へ取り出される。取り出された配線は、偏向器５００の外部に設置された容量検出回路の基準電位、例えばＧＮＤ（グランド）電位に接続されている。また、駆動コイル１０２の第二端は、第二の配線１１２に接続されている。第二の配線１１２は、偏向器５００の外部に設置された駆動回路６１０へ接続されている。
【００６０】
固定部櫛歯電極５０６ａは、参照信号印加回路６４１ａと容量−振幅変換回路２４１ａに接続されている。固定部櫛歯電極５０６ｂは、参照信号印加回路６４１ｂと容量−振幅変換回路２４１ｂに接続されている。容量検出のため、参照信号印加回路６４１ａ、６４１ｂは、それぞれ固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂに参照信号を印加する。容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂは、それぞれ各固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂに流れる電流を検出する。そして、容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂは、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量値を、検出される信号の振幅として出力する。振幅検出回路２４３ａ、２４３ｂは、それぞれ容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂの出力信号の振幅を検出する回路である。このため、容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂは、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量値に相当した信号を出力する。
【００６１】
上述したように、静電容量センサ２３０ａと静電容量センサ２３０ｂの容量変化は相補的に現れる。このため、静電容量センサ２３０ａに接続された静電容量検出回路６４０ａと、静電容量センサ２３０ｂに接続された静電容量検出回路６４０ｂとの出力の差を、減算器２５０で導出することで、ミラー１０１の回転角を求めることができる。本構成では、駆動用の駆動信号ＤＳと検出用の参照信号ＲＳとを、個別に印加することができる。この結果簡易な回路で角度信号を得ることができる。
【００６２】
ここで、実施例１と同様に参照信号ＲＳの周波数を駆動帯域より離れた周波数帯域に設定している。さらに好ましくは、参照信号ＲＳの周波数を駆動帯域の最大値より所定倍だけ高い周波数、例えば、１０倍以上に設定することが望ましい。これにより、駆動信号ＤＳの影響を低減し、精度の良い回転角検出を行うことができる。
【００６３】
本実施例の構成では、実施例１の構成と同様に、トーションバー１０５ａ上には第一の配線１１１と第二の配線１１２との２本の配線のみが配置されている。これにより、単純に配線を引き出した構成（図６−３）に比較して、トーションバー１０５ａの幅を細くできる。この結果、トーションバー１０５ａ、１０５ｂの設計の自由度が高くなる。
【００６４】
なお、実施例１で説明した図７における静電容量検出回路２４０ａ、２４０ｂ、駆動回路３１０は、実施例２で説明した図１０における駆動回路６１０、静電容量検出回路６４０ａ、静電容量検出回路６４０ｂ、参照信号生成回路２１１に対応する。そして、実施例１に対して、実施例２で説明した回路構成を適用すること、または実施例２に対して、実施例１で説明した回路構成を適用することもできる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、様々な変形例をとることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明に偏向器は、可動板の角度検出手段を備える偏向器に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施例１の偏向器の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１の偏向器の断面構成を示す図である。
【図３−１】実施例１における可動板の動きを示す図である。
【図３−２】実施例１における可動板の動きを示す他の図である。
【図４】実施例１の静電容量センサの出力変化の様子を示す図である。
【図５】実施例１の回路構成を示す図である。
【図６−１】実施例１のトーションバー上の配線構成を示す図である。
【図６−２】実施例１のトーションバー上の配線構成を示す他の図である。
【図６−３】単純に引き出したときのトーションバー上の配線構成を示す図である。
【図７】実施例１の第一の変形例の回路構成を示す図である。
【図８】実施例１の第二の変形例の回路構成を示す図である。
【図９】実施例２の偏向器の概略構成を示す図である。
【図１０】実施例２の櫛歯電極近傍の構成を拡大して示す図である。
【図１１−１】実施例２における可動板の動きを示す図である。
【図１１−２】実施例２における可動板の動きを示す他の図である。
【図１１−３】実施例２における可動板の動きを示すさらに他の図である。
【図１２】実施例２の静電容量センサの出力変化の様子を示す図である。
【図１３】実施例２の回路構成を示す図である。
【図１４】従来のミラーの角度検出の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１００ 偏向器
１０１ ミラー
１０２ 駆動コイル
１０３ａ、１０３ｂ 可動部電極
１０４、１０４ａ、１０４ｂ 支持体
１０５ａ、１０５ｂ トーションバー
１０６ａ、１０６ｂ 固定部電極
１０７ ベースフレーム
１０８ａ、１０８ｂ 永久磁石
１０９ ヨーク
１１０ 電極部
１１１ 第一の配線
１１２ 第二の配線
１２１ａ、１２１ｂ 電極部
２００ 静電容量検出回路・駆動回路
２１１ 参照信号生成回路
２１２ 加算器
２１４ 振幅制御回路
２１５ 電圧−電流変換回路
２１６ 振幅検出回路
２１７ バンドパスフィルタ回路
２２０ 接続部
２３０ａ、２３０ｂ 静電容量センサ
２４０ａ、２４０ｂ 静電容量検出回路
２４１ａ、２４１ｂ 容量−振幅変換回路
２４２ａ、２４２ｂ バンドパスフィルタ回路
２４３ａ、２４３ｂ 振幅検出回路
２５０ 減算器
３１０ 駆動回路
４００ 回路
４０１ バンドパスフィルタ回路
４０２ 振幅検出回路
４０３ 除算器
５００ 偏向器
５０３ａ、５０３ｂ 可動部櫛歯電極
５０６ａ、５０６ｂ 固定部櫛歯電極
６００ 静電容量検出回路・駆動回路
６０６ 活性層
６１０ 駆動回路
６４０ａ、６４０ｂ 静電容量検出回路
６４１ａ、６４１ｂ 参照信号印加回路
ＤＳ 駆動信号
ＲＳ 参照信号
ＡＸ 回転軸
１１ 軸
１２ ミラー
１６Ａ、１６Ｂ、１７Ａ、１７Ｂ 電極
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏向器に関し、特に電磁力を用いた偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏向器のミラーの変位角を検出する構成として、例えば、特許文献１に開示された構成が知られている。図１４は、特許文献１に開示された構成を示す。本構成では、静電容量式の変位角検出方法を用いている。ミラー１２の裏面側に、軸１１に対して対称な位置に電極１６Ａ、１７Ａを設ける。ガラス基板１４側に電極１６Ａ、１７Ａと対をなす電極１６Ｂ、１７Ｂを設ける。これにより、コンデンサＣ１、Ｃ２を構成する。そして、ミラー１２の角度変位を伴う両コンデンサＣ１、Ｃ２の容量差に基づいてミラー１２の変位角を検出する。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２１８８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された構成では、ミラー１２の角度を検出する静電容量の片側の電極１６Ａ、１７Ａが可動板であるミラー１２上に存在する。これにより、静電容量を検出するために、電極１６Ａ、１７Ａに接続された配線を、可動板を支持するトーションバー上を経由して偏向器外へ引き出す必要がある。このため、トーションバー上に配線を形成しなければならない。この結果、偏向器を設計する自由度が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、十分な設計自由度を得ることができ、かつ可動板の変位角度を正確に検出できる偏向器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、可動板と、固定部と、固定部に対して可動板を揺動可能に支持する一対の弾性部材と、可動板に設けられた駆動コイルと、駆動コイルに作用する磁束を生成する磁束発生手段と、可動板の揺動角を電気特性の変化として出力する角度検出手段と、駆動コイルの二端のうち第一端と角度検出手段の電気端子の一端とを可動板上で電気的に接続する接続部と、接続部から弾性部材を通して固定部へ至る第一の配線と、を有することを特徴とする偏向器を提供できる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様によれば、角度検出手段は、可動板上の第一の電極と、第一の電極に対向して設けられた第二の電極との間の静電容量に基づいて可動板の揺動角を検出し、接続部は第一の電極と駆動コイルの第一端を接続することが望ましい。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、固定部に形成した第二の電極に接続されており、第一の電極と第二の電極との間の静電容量を検出する静電容量検出回路と、静電容量検出回路の動作に必要な参照信号を生成する参照信号生成回路と、駆動コイルの駆動指令信号と参照信号を足し合わせる加算器と、加算器の出力を増幅し駆動コイルに供給する増幅器とを備え、増幅器の出力は、第一の配線と固定部側で接続されていることが望ましい。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、固定部に形成した第二の電極に接続されており、第一の電極と第二の電極との間の静電容量を検出する静電容量検出回路と、静電容量検出回路の動作に必要な参照信号を生成し第二の電極に供給する参照信号生成回路と、駆動コイルの駆動指令信号を増幅する増幅器と、駆動コイルの第二端に可動板上で電気的に接続され、接続部から弾性部材を通して固定部へ至る第二の配線と、を備え、増幅器の出力は第二の配線と固定部側で接続されており、第一の配線は固定電位へ接続されていることが望ましい。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、参照信号生成回路は、偏向器の駆動周波数帯域より離れた周波数の参照信号を生成することが望ましい。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、参照信号生成回路は、駆動周波数帯域の最大値に対して所定倍だけ高い帯域の周波数の参照信号を生成することが望ましい。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、増幅器は、駆動コイルへの電流が駆動指令信号に比例するように制御を行う電流増幅回路より構成されており、参照信号生成回路は、第一の電極における電圧の参照信号の周波数成分が一定振幅になるように振幅制御を行う振幅制御手段を有することが望ましい。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、増幅器は、駆動コイルへの電流が駆動指令信号に比例するように制御を行う電流増幅回路より構成されており、静電容量検出回路は、容量を検出した値を、第一の電極における電圧の参照信号の周波数成分の振幅で除算する除算器を備えていることが望ましい。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、第一の電極は可動板の端面に形成した櫛歯であり、第二の電極は可動板の端面の櫛歯と対向した固定端より延在して設置した櫛歯であることが望ましい。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、第一の電極は可動板の回転軸に対して対称に可動板上へ形成した複数の電極であり、第二の電極は可動板上の複数の電極と対向している複数の電極であり、可動板上の電極と可動板上の電極に対向した電極との容量において、対称に配置した容量の差を角度とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、可動板は、一対の弾性部材により固体部に対して揺動可能に支持されている。可動板には駆動コイルが設けられている。磁束発生手段は、駆動コイルに作用する磁束を生成する。また、角度検出手段は、可動板の揺動角を電気特性の変化として出力する。そして、接続部は、駆動コイルの二端のうち第一端と角度検出手段の電気端子の一端とを可動板上で電気的に接続している。また、第一の配線は、接続部から弾性部材を通して固定部へ至っている。この構成では、弾性部材上には、少なくとも第一の配線が形成されていれば良い。このため、十分な設計自由度を得ることができる。また、角度検出手段は、可動板の揺動角を電気特性の変化として検出する。このため、可動板の変位角度を正確に検出できる。この結果、十分な設計自由度を得ることができ、かつ可動板の変位角度を正確に検出できる偏向器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明に偏向器の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により、この発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る偏向器１００の概略構成を示す。偏向器１００は、マイクロマシン技術を用いて製造されている。ミラー１０１は、略矩形形状を有し、空間磁束中に配置されている。ミラー１０１の表面側には反射面が形成されている。また、ミラー１０１の裏面側には、駆動コイル１０２と可動部電極１０３ａと可動部電極１０３ｂとが形成されている。ここで、表面とは、図１において上側の見えている面をいう。裏面とは、図１において下側の見えていない面をいう。ミラー１０１は、可動板に対応する。可動部電極１０３ａと可動部電極１０３ｂとは、ミラー１０１の略矩形形状の対向する二つの辺近傍に形成されている。
【００１９】
また、支持体１０４、トーションバー１０５ａ、１０５ｂ、ミラー１０１、駆動コイル１０２は、それぞれシリコンマイクロマシニングの技術を用いてシリコンウエハ上に一体的に形成されている。その後、シリコンウエハを切断、固定部電極１０６ａと固定部電極１０６ｂとを形成したベースフレーム１０７に接着する。そして、永久磁石１０８ａ、１０８ｂとヨーク１０９からなる部材と組み合わせることにより完成する。永久磁石１０８ａ、１０８ｂとヨーク１０９は、磁束発生手段に対応する。支持体１０４、ベースフレーム１０７は、固定部に対応する。
【００２０】
支持体１０４上に形成された電極部（電極パッド）１１０から駆動コイル１０２に電流を印加すると、永久磁石１０８ａ、１０８ｂにより発生する磁束と駆動コイル１０２に流れる電流との相互関係によりローレンツ力が働く。ミラー１０１は、２つのトーションバー１０５ａ、１０５ｂを介して支持体１０４に接続されている。トーションバー１０５ａ、１０５ｂは、弾性部材に対応する。ローレンツ力が働くことにより、トーションバー１０５ａ、１０５ｂを通る回転軸を中心にミラー１０１が回転する。電流の向きが逆になると、ローレンツ力が働く方向が逆になる。このとき、ミラー１０１はトーションバー１０５ａ、１０５ｂを通る回転軸を中心に反対方向に回転する。ミラー１０１の反射面に、光源（不図示）からレーザー光を照射する。そして、駆動コイル１０２に電流を印加する。これにより、ミラー１０１は揺動する。ミラー１０１の回転角に対応して、レーザー光の反射光は、ミラー１０１で偏向される。ミラー１０１の回転角は電流値により定まる。ミラー１０１の回転角と電流値との関係は、非線形であり、かつ経時変化する。このため、ミラー１０１を正確な角度に変位（偏向）させたいときは、ミラー１０１の回転角を検出する手段を用いて、検出した回転角が目標角になるように駆動電流を制御する。
【００２１】
ここで、「揺動」とは、所定の一本の仮想的な軸の周りの繰り返し往復運動をいう。しかしながら、これに限られるものではなく、所定の一本の仮想的な軸の周りの単なる傾斜も含むものをいう。例えば、可動板が揺動するとは、可動板が一本の軸の周りに傾斜すること、及び繰り返し振動することを意味する。また、ミラー１０１の回転角とは、ミラー１０１が揺動するときの角度（揺動角）をいう。
【００２２】
本実施形態の偏向器１００は、静電容量を用いた角度検出手段（角度センサ）を備えている。可動部電極１０３ａと固定部電極１０６ａとは、それぞれ対向するように配置されている。同様に、可動部電極１０３ｂと固定部電極１０６ｂとは、それぞれ対向するように配置されている。可動部電極１０３ａ、１０３ｂは、第一の電極に対応する。固定部電極１０６ａ、１０６ｂは、第二の電極に対応する。電極間の静電容量はミラー１０１の回転角に応じて増減する。このため、この静電容量値を用いてミラー１０１の回転角を検出する事ができる。ここで、可動部電極１０３ａと固定部電極１０６ａとにより静電容量センサ２３０ａ（図５参照）を構成する。可動部電極１０３ｂと固定部電極１０６ｂとにより静電容量センサ２３０ｂ（図５参照）を構成する。静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂは、角度検出手段に対応する。静電容量センサ２３０ａと静電容量センサ２３０ｂとは、ミラー１０１の回転軸に対して対称に配置されている。このため、容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量変化は相補的に現れる。なお、静電容量センサ２３０ａと静電容量センサ２３０ｂとは、複数の電極に対応する。
【００２３】
図２は、偏向器１００の断面構成を示す。上述したように、ミラー１０１の裏面側には、駆動コイル１０２が形成されている。また、ミラー１０１の対向する位置には、可動部電極１０３ａ、１０３ｂが設けられている。可動部電極１０３ａ、１０３ｂに対向する位置に、それぞれ固定部電極１０６ａ、１０６ｂが形成されている。さらに、ミラー１０１の外側に一対の永久磁石１０８ａ、１０８ｂが設けられている。永久磁石１０８ａ、１０８ｂは、ヨーク１０９に支持されている。ヨーク１０９は、磁性材料で構成されている。
【００２４】
図３−１、図３−２は、それぞれミラー１０１の回転方向を示す図である。偏向器１００のミラー１０１は、回転軸ＡＸの周りに、図３−１の矢印Ｙａ１、Ｙｂ１で示す方向、または図３−２の矢印Ｙａ２、Ｙｂ２で示す方向へ回転する。図４を用いてミラー１０１の回転角と容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量変化の関係について説明する。
【００２５】
偏向器１００のミラー１０１が、支持体１０４に対して略平行である平行状態から、図３−１の矢印Ｙａ１、Ｙｂ１で示す向きへ回転し、再び平行状態へ戻るまでを時間期間ＴＡとする。このとき、可動部電極１０３ａと固定部電極１０６ａとは接近する。これにより、静電容量センサ２３０ａの静電容量は増加する。また、可動部電極１０３ｂと固定部電極１０６ｂとは離れる。これにより、静電容量センサ２３０ｂの静電容量は減少する。ミラー１０１が矢印Ｙａ１、Ｙｂ１で示す向きの最大回転角に達したとき、可動部電極１０３ａと固定部電極１０６ａの距離は最も接近する。このため、静電容量センサ２３０ａの静電容量は最大となる。このとき、可動部電極１０３ｂと固定部電極１０６ｂとの距離は最も離れる。このため、静電容量センサ２３０ｂの静電容量は最小となる。
【００２６】
これに対して、ミラー１０１が平行状態から、図３−２の矢印Ｙａ２、Ｙｂ２で示す向きへ回転し、再び平行状態へ戻るまでを時間期間ＴＢとする。このとき、可動部電極１０３ａと固定部電極１０６ａとは離れる。これにより、静電容量センサ２３０ａの静電容量は減少する。また、可動部電極１０３ｂと固定部電極１０６ｂとは接近する。これにより、静電容量センサ２３０ｂの静電容量は、増加する。ミラー１０１が矢印Ｙａ２、Ｙｂ２で示す向きの最大回転角に達したとき、可動部電極１０３ａと固定部電極１０６ａの距離は最も離れる。このため、静電容量センサ２３０ａの静電容量は最小となる。可動部電極１０３ｂと固定部電極１０６ｂとの距離は最も接近する。このため、静電容量センサ２３０ｂの静電容量は最大となる。静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂは、このように、角度検出手段に対応する。角度検出手段、即ち角度センサは、静電容量を用いているので簡単な構成とすることができる。
【００２７】
次に、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂとミラー１０１の回転角を検出する回路２００について説明する。図５は、回路２００の概略構成を示す。可動部電極１０３ａと可動部電極１０３ｂとは、ミラー１０１の裏面において駆動コイル１０２の第一端と第一の配線１１１と接続部２２０で接続されている。第一の配線１１１は、トーションバー１０５ａ上を経由してミラー１０１の外へ取り出される。取り出された第一の配線１１１は、偏向器１００の外部に設置された駆動回路２１０へ接続されている。駆動コイル１０２の第二端は、第二の配線１１２と接続されている。第二の配線１１２は、トーションバー１０５ａを経由して、偏向器１００の外部に設置された静電容量検出回路の基準電位、例えばＧＮＤ電位に接続されている。基準電位は、固定電位に対応する。
【００２８】
駆動回路２１０の加算器２１２は、駆動信号ＤＳと参照信号生成回路２１１で生成された参照信号ＲＳとを加算する。加算された信号は、増幅回路２１３で増幅される。増幅回路２１３は、増幅器に対応する。第一の配線１１１には、ミラー１０１を回転させるための駆動信号ＤＳと容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂを動作させるための参照信号ＲＳを加算した信号を印加する。可動部電極１０３ａ、１０３ｂは、駆動回路２１０から遠く、かつ至近に存在する駆動コイル１０２により静電容量検出回路の基準電位に終端される。これにより、対ノイズ性が高く、品質の高い容量検出を行うことができる。
【００２９】
静電容量検出回路２４０ａは、静電容量センサ２３０ａの固定部電極１０６ａに接続されている。静電容量検出回路２４０ｂは、静電容量センサ２３０ｂの固定部電極１０６ｂに接続されている。
【００３０】
静電容量検出回路２４０ａは、容量−振幅変換回路２４１ａと、バンドパスフィルタ回路２４２ａと、振幅検出回路２４３ａとから構成されている。また、静電容量検出回路２４０ｂは、容量−振幅変換回路２４１ｂと、バンドパスフィルタ回路２４２ｂと、振幅検出回路２４３ｂとから構成されている。後述するように、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂには、それぞれ参照信号ＲＳが印加されている。容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂは、参照信号ＲＳを印加したときに静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂに流れる電流を検出する。そして、容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂは、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの静電容量値に比例した振幅の信号を出力する。
【００３１】
バンドパスフィルタ回路２４２ａ、２４２ｂは、それぞれ容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂの出力信号に対して参照信号ＲＳの周波数成分のみを通過させる。これにより、バンドパスフィルタ回路２４２ａ、２４２ｂは、駆動信号ＤＳ由来の信号などの回転角検出に不要な信号を除去する。
【００３２】
振幅検出回路２４３ａ、２４３ｂは、それぞれバンドパスフィルタ回路２４２ａ、２４２ｂの出力信号の振幅を検出する。そして、振幅検出回路２４３ａ、２４３ｂは、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量値に相当した信号を出力する。上述したように、静電容量センサ２３０ａと静電容量センサ２３０ｂとの静電容量変化は、相補的に現れる。そして、減算器２５０は、静電容量センサ２３０ａに接続された静電容量検出回路２４０ａと静電容量センサ２３０ｂに接続された静電容量検出回路２４０ｂとの出力の差を導出する。これにより、ミラー１０１の回転角を求めることができる。このように、容量差を用いることで容量検出時の同相ノイズの影響を低減できる。この結果、正確な角度検出が可能となる。
【００３３】
静電容量センサ２３０ａと静電容量センサ２３０ｂとには、参照信号ＲＳと駆動信号ＤＳとが加算された信号が印加されている。そして、容量−振幅検出回路２４１ａ、２４１ｂの出力を、参照信号ＲＳの周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタ回路２４２ａ、２４２ｂを通すことで、駆動信号ＤＳの影響を除去できる。
【００３４】
参照信号ＲＳの周波数は、駆動周波数帯域より離れた値に設定されている。さらに好ましくは、参照信号ＲＳの周波数は、駆動周波数帯域の最大値に対して所定倍だけ高い帯域の周波数に設定されていることが望ましい。例えば、所定倍として略１０倍程度高い帯域を設定できる。これにより、例えば、バンドパスフィルタ回路２４２ａ、２４２ｂを一次、Ｑ＝１としたとき、容量検出における駆動信号ＤＳの影響を略１０分の一にまで低減することができる。このため、精度の良い回転角検出を行うことができる。また、参照信号ＲＳを駆動周波数帯域よりも所定倍だけ高い周波数側に設定すると、直流成分を用いてミラー１０１を駆動できる。このため、さらに精度の良い回転角検出を行うことができる。
【００３５】
また、駆動信号ＤＳに注目すると、駆動コイル１０２にも駆動信号ＤＳと参照信号ＲＳとが加算された信号が印加されている。ここで、参照信号ＲＳは、ミラー１０１の駆動周波数帯域の最大値に対して所定倍だけ離れた値、例えば１０倍程度高い値である。このため、参照信号ＲＳにより発生する揺動成分も、略１０分の一にまで減少させることができる。この結果、安定してミラー１０１を駆動する事ができる。
【００３６】
次に、トーションバー１０５ａ、１０５ｂ上の電気的な配線について説明する。図６−１、図６−２は、それぞれ本実施例におけるトーションバー１０５ａ、１０５ｂ上の配線の構成を示す。また、図６−３は、単純にすべての配線を引き出したときの配線の構成を示す。
【００３７】
まず、図６−３に示すような単純にすべての配線を引き出したときの構成について説明する。駆動コイル１０２に結線される２本の配線と、可動部電極１０３ａ、可動部電極１０３ｂにそれぞれ結線される２本の配線との、合計４本の配線がトーションバー１０５ａ上に配置されている。製造上の制限から、配線の線幅及び線間の下限値は制限される。このため、トーションバー１０５ａは、所定の幅以下には細くできなくなってしまう。トーションバー１０５ａ、１０５ｂの幅は、トーションバー１０５ａ、１０５ｂの弾性係数を決定するのに重要なパラメータである。このように、単純にすべての配線を引き出してしまうと、トーションバー１０５ａ、１０５ｂの幅を所定値以上にしなければならない。この結果、偏向器の設計の自由度に制約が生じてしまう。
【００３８】
図６−１は、本実施例におけるトーションバー１０５ａ上の配線の構成を示す。ミラー１０１上で可動部電極１０３ａ、可動部電極１０３ｂが駆動コイル１０２の一端と結線されている。これにより、トーションバー１０５ａ上に配置される配線は、駆動コイル１０２に接続される２本の配線のみとなる。配線数が４本（図６−３）から２本へ減少したことで、図６−３に示す構成に比較して、トーションバー１０５ａの幅を細くすることができる。このため、設計の自由度が高くなる。具体的には、トーションバー１０５ａの幅を細くすることにより、トーションバー１０５ａを高い柔軟性を有する構成にできる。この結果、より駆動感度の高い偏向器、及びより偏向角の大きな偏向器を実現できる。
【００３９】
図６−１に示した構成では、駆動コイル１０２の２本の配線を片方のトーションバー１０５ａ上に形成している。しかしながら、これに限られず、図６−２に示すように、一対のトーションバー１０５ａ、１０５ｂに、各々１本ずつの配線を通す構成とすることもできる。図６−２で示す構成では、図６−１で示した構成に比較して、さらに設計の自由度を高めることができる。
【００４０】
上述したように、トーションバー１０５ａ、１０５ｂの上の配線の数を、単純に引き出したときに比較して減らした構成により静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量を検出できる。この結果、角度検出手段を備えた偏向器１００において、トーションバー１０５ａ、１０５ｂの設計の自由度を高めることができる。
【００４１】
なお、本実施例では角度検出手段として、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂを用いる構成を用いている。しかしながら、これに限られるものではなく、角度検出手段は以下の（１）、（２）で説明する方式の構成とすることもできる。
（１）トーションバー１０５ａ、１０５ｂの歪みをインピーダンスで検出する方式
（２）ミラー１０１（可動板）上とベースフレーム１０７（固定部）上とに検出用コイルを設けて、これら２コイル間の相互誘導量を検出する方式
【００４２】
上記（１）、（２）の構成としたときでも、ミラー１０１の裏面の接続部２２０において、駆動コイル１０２と角度検出手段との一端を接続する。これにより、トーションバー１０５ａ、１０５ｂ上の配線を増やすことなく角度を検出できる。この結果、トーションバー１０５ａ、１０５ｂの設計の自由度を高めることができる。
【００４３】
また、本実施例は、静電容量検出回路２４０ａ、２４０ｂを偏向器１００の外に配置する構成である。しかしながら、これに限られず、静電容量検出回路２４０ａ、２４０ｂを支持体１０４やベースフレーム１０７上に形成又は配置する構成としたときでも同様の効果を得ることができる。さらに、本実施例では磁束を発生させる構成として永久磁石１０８ａ、１０８ｂとヨーク１０９を用いたが、電磁石とヨークを用いる構成でも良い。
【００４４】
（第一の変形例）
次に、本実施例の第１の変形例について説明する。駆動信号ＤＳは、制御性を考慮すると電流信号とすることが望ましい。例えば、上記実施例１の構成において、電流制御する場合を考える。まず、駆動信号ＤＳと参照信号ＲＳとを加算した信号を、電圧電流変換回路を介して電流信号に変換する。変換された電流信号を、駆動コイル１０２に印加する。ここで、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂに印加される参照信号ＲＳの電圧振幅は、駆動コイル１０２の抵抗値により変化してしまう。このため、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量が不変で一定のときでも、静電容量検出回路２４３ａ、２４３ｂの出力は、参照信号ＲＳの電圧振幅に比例して増減してしまうことが考えられる。このように、実施例１の構成において単純に電流制御を行なうと、上述の不都合を生ずるおそれがある。以下の変形例は、このような点を考慮した回路構成を備えている。
【００４５】
本変形例では、図７に示した回路を用いて、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂに印加される参照信号ＲＳの電圧振幅を一定に保つように参照信号ＲＳの電流振幅を制御する。図７における静電容量検出回路２４０ａ、２４０ｂは、上記実施例１と同一の構成である。即ち、静電容量検出回路２４０ａ、２４０ｂは、容量−振幅変換回路と、バンドパスフィルタ回路と、振幅検出回路とから構成されている。同一構成の重複する説明は省略する。
【００４６】
本変形例の駆動回路３１０は、電圧−電流変換回路２１５を介して駆動信号ＤＳと参照信号ＲＳとを加算した信号に比例した電流信号を第一の配線１１１に印加する。電圧−電流変換回路２１５は、電流増幅回路に対応する。バンドパスフィルタ回路２１７は、第一の配線１１１における電圧信号のうち、参照信号ＲＳの周波数成分のみを検出する。振幅検出回路２１６は、バンドパスフィルタ回路２１７の出力信号の振幅値を出力する。これにより、駆動コイル１０２の結線部における参照信号ＲＳの周波数成分の電圧振幅を検出できる。振幅制御回路２１４と振幅検出回路２１６とバンドパスフィルタ回路２１７とは、振幅制御手段に対応する。参照信号生成回路２１１は、参照信号ＲＳを生成する。生成された参照信号ＲＳは、振幅制御回路２１４を介して加算器２１２に入力される。振幅制御回路２１４は、振幅検出回路２１６の出力が一定値になるように、参照信号ＲＳの振幅を増加又は減少する。これにより、駆動コイル１０２の結線部における参照信号ＲＳの周波数成分の振幅を略一定に維持している。加算器２１２は、振幅制御回路２１４の出力と駆動信号ＤＳとを加算する。加算された信号は、電圧−電流変換回路２１５へ入力される。電圧−電流変換回路２１５は、入力信号に比例した電流を駆動コイル１０２に印加する。駆動信号ＤＳの周波数帯域に着目すると、駆動信号ＤＳに比例した電流が駆動コイル１０２に印加されることになる。
【００４７】
以上説明した本変形例の構成により、駆動コイル１０２へ印加する電流を制御しつつ、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂに印加される参照信号ＲＳの電圧振幅を一定に保つことができる。この結果、ミラー１０１の回転角の制御性を維持し、かつ精度の良くミラー１０１の回転角の検出を行うことができる。
【００４８】
（第二の変形例）
本実施例の第二の変形例について説明する。本変形例では、静電容量検出回路２４０ａ、２４０ｂの出力が参照信号ＲＳの電圧振幅に比例している点を考慮している。具体的には、静電容量検出回路２４０ａ、２４０ｂの出力信号を、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂに印加される参照信号ＲＳの電圧振幅で除算する。これにより、安定した容量検出を行うように構成した回路を用いている。
【００４９】
図８は、本変形例の回路４００の概略構成を示す。加算器２１２は、駆動信号ＤＳと参照信号ＲＳとの加算を行う。電圧−電流変換回路２１５は、加算器２１２の出力に比例した電流を駆動コイル１０２へ印加する。バンドパスフィルタ回路４０１は、第一の配線１１１における電圧信号のうち、参照信号ＲＳの周波数成分のみを検出する。振幅検出回路４０２は、バンドパスフィルタ回路４０１の出力信号の振幅値を出力する。このため、第一の配線１１１における参照信号ＲＳの周波数成分の電圧振幅を検出できる。また、減算器２５０は、容量検出回路２３０ａと容量検出回路２３０ｂとの出力を減算する。そして、減算器２５０の出力を、振幅検出回路４０２の出力で除算する。これにより、駆動コイル１０２の抵抗値の変化の影響を受けることなく角度を検出することができる。
【００５０】
以上説明した本変形例の構成により、駆動コイル１０２へ印加する電流を制御しつつ、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂに印加される参照信号ＲＳの電圧振幅を一定に保つことができる。この結果、ミラー１０１の回転角の制御性を維持し、かつ精度の良くミラー１０１の回転角の検出を行うことができる。
【実施例２】
【００５１】
図９は、本発明の実施例２に係る偏向器５００の概略構成を示す。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。ミラー１０１の対向する２つの側面に、それぞれ可動部櫛歯電極５０３ａと可動部櫛歯電極５０３ｂが形成されている。可動部櫛歯電極５０３ａ、５０３ｂは、それぞれ櫛歯状の周期構造を有している。可動部櫛歯電極５０３ａは、後述する固定部櫛歯電極５０６ａと対向する位置に設けられている。可動部櫛歯電極５０３ａと固定部櫛歯電極５０６ａとで静電容量センサ２３０ａ（図１３参照）を構成する。また、可動部櫛歯電極５０３ｂは、後述する固定部櫛歯電極５０６ｂと対向する位置に形成されている。可動部櫛歯電極５０３ｂと固定部櫛歯電極５０６ｂとで静電容量センサ２３０ｂ（図１３参照）を構成する。可動部櫛歯電極５０３ａ、５０３ｂは、第一の電極に対応する。固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂは、第二の電極に対応する。
【００５２】
図１０は、これら櫛歯電極近傍の構成の詳細を示す。支持体１０４は、支持体１０４ｂと、その上に積層された支持体１０４ａとから構成されている。支持体１０４ａには、トーションバー１０５ａ、１０６ｂが設けられている。可動部櫛歯電極５０３ａ、５０３ｂは、活性層６０６の部分に対応する。活性層６０６の部分は、イオン注入などによりドーピングが行なわれており、表面部分の電気抵抗が下げられている。
【００５３】
また、支持体１０４ｂの上には、図示されていないが、シリコン酸化膜等の絶縁膜が形成されている。絶縁膜の上には、アルミ等の低抵抗薄膜を形成しパターニングすることにより配線や電極部１２１ａ、１２１ｂが形成されている。支持体１０４ｂを延長した部分に、固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂが形成されている。固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂは、櫛歯状の周期構造を有している。可動部櫛歯電極５０３ａ、５０３ｂと、固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂとは、櫛歯電極を用いたことにより、ミラー１０１の回転角変化に対する静電容量変化量が大きくなる。この結果、高精度の角度検出が可能になる。なお、可動部櫛歯電極５０３ａ、５０３ｂは、可動板に形成した櫛歯に対応する。固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂは、固定端より延在して設置した櫛歯に対応する。
【００５４】
図１１−１は、トーションバー１０５ｂ側から見た櫛歯電極近傍の断面構成を示す。図１１−１から明らかなように、可動部櫛歯電極５０３ａ、５０３ｂは、固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂに対して図中上方向に所定量だけオフセットした位置に形成されている。偏向器５００のミラー１０１は、回転軸（不図示）の周りに、図１１−２の矢印Ｙａ１、Ｙｂ１で示す方向、または図１１−３の矢印Ｙａ２、Ｙｂ２で示す方向へ回転する。図１２を用いてミラー１０１の回転角と静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量変化の関係について説明する。
【００５５】
偏向器５００のミラー１０１が、支持体１０４ａに対して略平行な状態ではミラー１０１の回転角は０度、または０度近傍である。この状態では、可動部櫛歯電極５０３ａと固定部櫛歯電極５０６ａ、及び可動部櫛歯電極５０３ｂと固定部櫛歯電極５０６ｂとがそれぞれ対向している電極部分の面積は略０である。換言すると、図１１−１に示すように、回転軸（不図示）に平行な方向から見たとき、可動部櫛歯電極５０３ａと固定部櫛歯電極５０６ａ、及び可動部櫛歯電極５０３ｂと固定部櫛歯電極５０６ｂは、それぞれ全く重なり合う部分が存在しない。このため、可動部櫛歯電極５０３ａと固定部櫛歯電極５０６ａとの間の静電容量、及び可動部櫛歯電極５０３ｂと固定部櫛歯電極５０６ｂとの間の静電容量は共に略０である。
【００５６】
ミラー１０１が図１１−２において矢印Ｙａ１、Ｙｂ１で示す向きへ回転し、再び平行状態へ戻るまでを時間期間ＴＡとする。ミラー１０１が、矢印Ｙａ１、Ｙｂ１で示す右周りに最大の回転角に達したとき、可動部櫛歯電極５０３ａと固定部櫛歯電極５０６ａとの対向している部分の面積は最大になる。これにより、可動部櫛歯電極５０３ａと固定部櫛歯電極５０６ａとからなる静電容量センサ２３０ａの静電容量は最大になる。これに対して、可動部櫛歯電極５０３ｂと固定部櫛歯電極５０６ｂとは、ミラー１０１の回転角が略０の状態に比較して離れた位置関係にある。このため、可動部櫛歯電極５０３ｂと固定部櫛歯電極５０６ｂとからなる静電容量センサ２３０ｂの静電容量は略０のままの状態となる。
【００５７】
また、ミラー１０１が図１１−３において矢印Ｙａ２、Ｙｂ２で示す向きへ回転し、再び平行状態へ戻るまでを時間期間ＴＢとする。ミラー１０１が、矢印Ｙａ２、Ｙｂ２で示す左周りに最大の回転角に達したとき、可動部櫛歯電極５０３ｂと固定部櫛歯電極５０６ｂとの対向している部分の面積は最大になる。これにより、静電容量センサ２３０ｂの静電容量が最大になる。これに対して、可動部櫛歯電極５０３ａと固定部櫛歯電極５０６ａとは、ミラー１０１の回転角が略０の状態に比較して離れた位置関係にある。このため、静電容量センサ２３０ａの静電容量は略０のままの状態となる。
【００５８】
このように、ミラー１０１の回転角の正負（回転方向）に応じて、静電容量センサ２３０ａと静電容量センサ２３０ｂとのいずれか一方に静電容量の変化が発生し、他方には発生しない。このため、後述する静電容量を検出する回路である静電容量検出回路６４０ａ、６４０ｂの出力信号もどちらか一方にしか現れない。具体的には、ミラー１０１が矢印Ｙａ１、Ｙｂ１で示す右周りに回転したとき（図１１−２）、静電容量検出回路６４０ａに出力信号が現れ、静電容量検出回路６４０ｂには出力信号が現れない。これに対して、ミラー１０１が矢印Ｙａ２、Ｙｂ２で示す左回りに回転したとき（図１１−３）、静電容量検出回路６４０ａには出力信号が現れず、静電容量検出回路６４０ｂに出力信号が現れる。減算器２５０の出力信号は、静電容量検出回路６４０ａの出力信号から静電容量検出回路６４０ｂの出力信号を減算処理したものである。減算結果は、ミラー１０１の回転角に比例した値であり、回転角と同位相で変化する。従って、減算器２５０の出力信号から、ミラー１０１の回転角と回転方向を知ることができる。
【００５９】
図１３は、静電容量を検出する回路６００の概略構成を示す。本実施例では、可動部櫛歯電極５０３ａ、可動部櫛歯電極５０３ｂは、ミラー１０１の裏面において駆動コイル１０２の第一端と接続部２２０において第一の配線１１１に接続されている。第一の配線１１１は、トーションバー１０５ａを経由してミラー１０１の外へ取り出される。取り出された配線は、偏向器５００の外部に設置された容量検出回路の基準電位、例えばＧＮＤ（グランド）電位に接続されている。また、駆動コイル１０２の第二端は、第二の配線１１２に接続されている。第二の配線１１２は、偏向器５００の外部に設置された駆動回路６１０へ接続されている。
【００６０】
固定部櫛歯電極５０６ａは、参照信号印加回路６４１ａと容量−振幅変換回路２４１ａに接続されている。固定部櫛歯電極５０６ｂは、参照信号印加回路６４１ｂと容量−振幅変換回路２４１ｂに接続されている。容量検出のため、参照信号印加回路６４１ａ、６４１ｂは、それぞれ固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂに参照信号を印加する。容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂは、それぞれ各固定部櫛歯電極５０６ａ、５０６ｂに流れる電流を検出する。そして、容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂは、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量値を、検出される信号の振幅として出力する。振幅検出回路２４３ａ、２４３ｂは、それぞれ容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂの出力信号の振幅を検出する回路である。このため、容量−振幅変換回路２４１ａ、２４１ｂは、静電容量センサ２３０ａ、２３０ｂの容量値に相当した信号を出力する。
【００６１】
上述したように、静電容量センサ２３０ａと静電容量センサ２３０ｂの容量変化は相補的に現れる。このため、静電容量センサ２３０ａに接続された静電容量検出回路６４０ａと、静電容量センサ２３０ｂに接続された静電容量検出回路６４０ｂとの出力の差を、減算器２５０で導出することで、ミラー１０１の回転角を求めることができる。本構成では、駆動用の駆動信号ＤＳと検出用の参照信号ＲＳとを、個別に印加することができる。この結果簡易な回路で角度信号を得ることができる。
【００６２】
ここで、実施例１と同様に参照信号ＲＳの周波数を駆動帯域より離れた周波数帯域に設定している。さらに好ましくは、参照信号ＲＳの周波数を駆動帯域の最大値より所定倍だけ高い周波数、例えば、１０倍以上に設定することが望ましい。これにより、駆動信号ＤＳの影響を低減し、精度の良い回転角検出を行うことができる。
【００６３】
本実施例の構成では、実施例１の構成と同様に、トーションバー１０５ａ上には第一の配線１１１と第二の配線１１２との２本の配線のみが配置されている。これにより、単純に配線を引き出した構成（図６−３）に比較して、トーションバー１０５ａの幅を細くできる。この結果、トーションバー１０５ａ、１０５ｂの設計の自由度が高くなる。
【００６４】
なお、実施例１で説明した図７における静電容量検出回路２４０ａ、２４０ｂ、駆動回路３１０は、実施例２で説明した図１０における駆動回路６１０、静電容量検出回路６４０ａ、静電容量検出回路６４０ｂ、参照信号生成回路２１１に対応する。そして、実施例１に対して、実施例２で説明した回路構成を適用すること、または実施例２に対して、実施例１で説明した回路構成を適用することもできる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、様々な変形例をとることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明に偏向器は、可動板の角度検出手段を備える偏向器に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施例１の偏向器の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１の偏向器の断面構成を示す図である。
【図３−１】実施例１における可動板の動きを示す図である。
【図３−２】実施例１における可動板の動きを示す他の図である。
【図４】実施例１の静電容量センサの出力変化の様子を示す図である。
【図５】実施例１の回路構成を示す図である。
【図６−１】実施例１のトーションバー上の配線構成を示す図である。
【図６−２】実施例１のトーションバー上の配線構成を示す他の図である。
【図６−３】単純に引き出したときのトーションバー上の配線構成を示す図である。
【図７】実施例１の第一の変形例の回路構成を示す図である。
【図８】実施例１の第二の変形例の回路構成を示す図である。
【図９】実施例２の偏向器の概略構成を示す図である。
【図１０】実施例２の櫛歯電極近傍の構成を拡大して示す図である。
【図１１−１】実施例２における可動板の動きを示す図である。
【図１１−２】実施例２における可動板の動きを示す他の図である。
【図１１−３】実施例２における可動板の動きを示すさらに他の図である。
【図１２】実施例２の静電容量センサの出力変化の様子を示す図である。
【図１３】実施例２の回路構成を示す図である。
【図１４】従来のミラーの角度検出の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１００ 偏向器
１０１ ミラー
１０２ 駆動コイル
１０３ａ、１０３ｂ 可動部電極
１０４、１０４ａ、１０４ｂ 支持体
１０５ａ、１０５ｂ トーションバー
１０６ａ、１０６ｂ 固定部電極
１０７ ベースフレーム
１０８ａ、１０８ｂ 永久磁石
１０９ ヨーク
１１０ 電極部
１１１ 第一の配線
１１２ 第二の配線
１２１ａ、１２１ｂ 電極部
２００ 静電容量検出回路・駆動回路
２１１ 参照信号生成回路
２１２ 加算器
２１４ 振幅制御回路
２１５ 電圧−電流変換回路
２１６ 振幅検出回路
２１７ バンドパスフィルタ回路
２２０ 接続部
２３０ａ、２３０ｂ 静電容量センサ
２４０ａ、２４０ｂ 静電容量検出回路
２４１ａ、２４１ｂ 容量−振幅変換回路
２４２ａ、２４２ｂ バンドパスフィルタ回路
２４３ａ、２４３ｂ 振幅検出回路
２５０ 減算器
３１０ 駆動回路
４００ 回路
４０１ バンドパスフィルタ回路
４０２ 振幅検出回路
４０３ 除算器
５００ 偏向器
５０３ａ、５０３ｂ 可動部櫛歯電極
５０６ａ、５０６ｂ 固定部櫛歯電極
６００ 静電容量検出回路・駆動回路
６０６ 活性層
６１０ 駆動回路
６４０ａ、６４０ｂ 静電容量検出回路
６４１ａ、６４１ｂ 参照信号印加回路
ＤＳ 駆動信号
ＲＳ 参照信号
ＡＸ 回転軸
１１ 軸
１２ ミラー
１６Ａ、１６Ｂ、１７Ａ、１７Ｂ 電極
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動板と、
固定部と、
前記固定部に対して前記可動板を揺動可能に支持する一対の弾性部材と、
前記可動板に設けられた駆動コイルと、
前記駆動コイルに作用する磁束を生成する磁束発生手段と、
前記可動板の揺動角を電気特性の変化として出力する角度検出手段と、
前記駆動コイルの二端のうち第一端と前記角度検出手段の電気端子の一端とを前記可動板上で電気的に接続する接続部と、
前記接続部から前記弾性部材を通して前記固定部へ至る第一の配線と、
を有することを特徴とする偏向器。
【請求項２】
前記角度検出手段は、前記可動板上の第一の電極と、前記第一の電極に対向して設けられた第二の電極との間の静電容量に基づいて前記可動板の揺動角を検出し、
前記接続部は前記第一の電極と前記駆動コイルの第一端を接続することを特徴とする請求項１に記載の偏向器。
【請求項３】
前記固定部に形成した前記第二の電極に接続されており、前記第一の電極と前記第二の電極との間の静電容量を検出する静電容量検出回路と、
前記静電容量検出回路の動作に必要な参照信号を生成する参照信号生成回路と、
前記駆動コイルの駆動指令信号と参照信号を足し合わせる加算器と、
前記加算器の出力を増幅し前記駆動コイルに供給する増幅器とを備え、
前記増幅器の出力は、前記第一の配線と前記固定部側で接続されていること特徴とする請求項２に記載の偏向器。
【請求項４】
前記固定部に形成した前記第二の電極に接続されており、前記第一の電極と前記第二の電極との間の静電容量を検出する静電容量検出回路と、
前記静電容量検出回路の動作に必要な参照信号を生成し前記第二の電極に供給する参照信号生成回路と、
前記駆動コイルの駆動指令信号を増幅する増幅器と、
前記駆動コイルの第二端に前記可動板上で電気的に接続され、前記接続部から前記弾性部材を通して前記固定部へ至る第二の配線と、を備え、
前記増幅器の出力は前記第二の配線と前記固定部側で接続されており、前記第一の配線は前記固定電位へ接続されていることを特徴とする請求項２に記載の偏向器。
【請求項５】
前記参照信号生成回路は、前記偏向器の駆動周波数帯域より離れた周波数の参照信号を生成することを特徴とする請求項３または４に記載の偏向器。
【請求項６】
前記参照信号生成回路は、駆動周波数帯域の最大値に対して所定倍だけ高い帯域の周波数の参照信号を生成することを特徴とする請求項５に記載の偏向器。
【請求項７】
前記増幅器は、駆動コイルへの電流が駆動指令信号に比例するように制御を行う電流増幅回路より構成されており、
前記参照信号生成回路は、前記第一の電極における電圧の参照信号の周波数成分が一定振幅になるように振幅制御を行う振幅制御手段を有することを特徴とする請求項３に記載の偏向器。
【請求項８】
前記増幅器は、前記駆動コイルへの電流が駆動指令信号に比例するように制御を行う電流増幅回路より構成されており、
前記静電容量検出回路は、容量を検出した値を、前記第一の電極における電圧の参照信号の周波数成分の振幅で除算する除算器を備えていることを特徴とする請求項３に記載の偏向器。
【請求項９】
前記第一の電極は前記可動板の端面に形成した櫛歯であり、
前記第二の電極は前記可動板の端面の前記櫛歯と対向した固定端より延在して設置した櫛歯であることを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載の偏向器。
【請求項１０】
前記第一の電極は前記可動板の回転軸に対して対称に可動板上へ形成した複数の電極であり、
前記第二の電極は前記可動板上の複数の電極と対向している複数の電極であり、
前記可動板上の電極と前記可動板上の電極に対向した電極との容量において、対称に配置した容量の差を角度とすることを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載の偏向器。
【請求項１】
可動板と、
固定部と、
前記固定部に対して前記可動板を揺動可能に支持する一対の弾性部材と、
前記可動板に設けられた駆動コイルと、
前記駆動コイルに作用する磁束を生成する磁束発生手段と、
前記可動板の揺動角を電気特性の変化として出力する角度検出手段と、
前記駆動コイルの二端のうち第一端と前記角度検出手段の電気端子の一端とを前記可動板上で電気的に接続する接続部と、
前記接続部から前記弾性部材を通して前記固定部へ至る第一の配線と、
を有することを特徴とする偏向器。
【請求項２】
前記角度検出手段は、前記可動板上の第一の電極と、前記第一の電極に対向して設けられた第二の電極との間の静電容量に基づいて前記可動板の揺動角を検出し、
前記接続部は前記第一の電極と前記駆動コイルの第一端を接続することを特徴とする請求項１に記載の偏向器。
【請求項３】
前記固定部に形成した前記第二の電極に接続されており、前記第一の電極と前記第二の電極との間の静電容量を検出する静電容量検出回路と、
前記静電容量検出回路の動作に必要な参照信号を生成する参照信号生成回路と、
前記駆動コイルの駆動指令信号と参照信号を足し合わせる加算器と、
前記加算器の出力を増幅し前記駆動コイルに供給する増幅器とを備え、
前記増幅器の出力は、前記第一の配線と前記固定部側で接続されていること特徴とする請求項２に記載の偏向器。
【請求項４】
前記固定部に形成した前記第二の電極に接続されており、前記第一の電極と前記第二の電極との間の静電容量を検出する静電容量検出回路と、
前記静電容量検出回路の動作に必要な参照信号を生成し前記第二の電極に供給する参照信号生成回路と、
前記駆動コイルの駆動指令信号を増幅する増幅器と、
前記駆動コイルの第二端に前記可動板上で電気的に接続され、前記接続部から前記弾性部材を通して前記固定部へ至る第二の配線と、を備え、
前記増幅器の出力は前記第二の配線と前記固定部側で接続されており、前記第一の配線は前記固定電位へ接続されていることを特徴とする請求項２に記載の偏向器。
【請求項５】
前記参照信号生成回路は、前記偏向器の駆動周波数帯域より離れた周波数の参照信号を生成することを特徴とする請求項３または４に記載の偏向器。
【請求項６】
前記参照信号生成回路は、駆動周波数帯域の最大値に対して所定倍だけ高い帯域の周波数の参照信号を生成することを特徴とする請求項５に記載の偏向器。
【請求項７】
前記増幅器は、駆動コイルへの電流が駆動指令信号に比例するように制御を行う電流増幅回路より構成されており、
前記参照信号生成回路は、前記第一の電極における電圧の参照信号の周波数成分が一定振幅になるように振幅制御を行う振幅制御手段を有することを特徴とする請求項３に記載の偏向器。
【請求項８】
前記増幅器は、前記駆動コイルへの電流が駆動指令信号に比例するように制御を行う電流増幅回路より構成されており、
前記静電容量検出回路は、容量を検出した値を、前記第一の電極における電圧の参照信号の周波数成分の振幅で除算する除算器を備えていることを特徴とする請求項３に記載の偏向器。
【請求項９】
前記第一の電極は前記可動板の端面に形成した櫛歯であり、
前記第二の電極は前記可動板の端面の前記櫛歯と対向した固定端より延在して設置した櫛歯であることを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載の偏向器。
【請求項１０】
前記第一の電極は前記可動板の回転軸に対して対称に可動板上へ形成した複数の電極であり、
前記第二の電極は前記可動板上の複数の電極と対向している複数の電極であり、
前記可動板上の電極と前記可動板上の電極に対向した電極との容量において、対称に配置した容量の差を角度とすることを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載の偏向器。
【図１】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１−１】
【図１１−２】
【図１１−３】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１−１】
【図１１−２】
【図１１−３】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−１８４６０３（Ｐ２００６−１８４６０３Ａ）
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７８５５２（Ｐ２００４−３７８５５２）
【出願日】平成１６年１２月２８日（２００４．１２．２８）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２８日（２００４．１２．２８）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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