光スキャナ
【課題】２つの回動軸に関して、充分な回動角度を得ることができる光スキャナを得る。
【解決手段】印加電圧が０Ｖから増加していくと、接地されているミラー部２１０と第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極との間、及び接地されているジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極との間に電圧差が生じ、この電圧差によりミラー部２１０と第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極との間、及びジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極との間に静電引力が生じる。ミラー部２１０は、第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極からの静電引力に加えて、第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極からの静電引力によりＹ軸時計回りに回動する。交流電圧が１３０Ｖになると、ミラー部２１０は、アイドル状態から１５度回転する。
【解決手段】印加電圧が０Ｖから増加していくと、接地されているミラー部２１０と第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極との間、及び接地されているジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極との間に電圧差が生じ、この電圧差によりミラー部２１０と第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極との間、及びジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極との間に静電引力が生じる。ミラー部２１０は、第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極からの静電引力に加えて、第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極からの静電引力によりＹ軸時計回りに回動する。交流電圧が１３０Ｖになると、ミラー部２１０は、アイドル状態から１５度回転する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極間に生じる静電力により回動されて光を所望の方向に反射する光スキャナに関する。
【背景技術】
【０００２】
光スキャナは、ミラー部と、ミラー部を取り囲むように設けられるジンバルリングと、ジンバルリングを取り囲むように設けられる固定部とを備える。ミラー部は固定部に対して２つの回動軸周りに揺動自在に設けられる。すなわち、ミラー部は、第１の回動軸を介してジンバルリングの内側に取り付けられ、ジンバルリングは、その外周面に接続された第２の回動軸を介して環状の固定部の内側に取り付けられる。これにより、ミラー部がジンバルリングに対し第１の回動軸周りに回動自在となり、ジンバルリングが固定部に対し第２の回動軸周りに回動自在となる。
【０００３】
ミラー部は光反射面を有し、光反射面の裏面に対向するように設けられる複数の電極を備える。複数の電極に電圧を適宜印加することにより、電極とミラー部との間に静電力を発生させ、この静電力により可動部が回動する。回動により可動部が電極と衝突しないように、回動軸からの距離に応じて電極とミラー部との距離を大きくする（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５７５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、共振現象を用いて第１の回転軸回りにミラー部を駆動し、ＤＣ駆動により第２の回転軸回りにミラー部及びジンバルリングを駆動しようとするとき、従来の構造では、ＤＣ駆動では共振による駆動ほど大きい振幅及び振動周波数を得ることができない。そのため、第２の回転軸回りの回動角度が不十分になるおそれがある。
【０００６】
本発明は、この問題を鑑みてなされたものであり、２つの回動軸に関して、充分な回動角度を得ることができる光スキャナを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光スキャナは、光反射面を有する板状であって、光反射面に対して平行な第１の回動軸回りに回動する第１の可動部と、板状であって、第１の可動部の周囲に設けられ、光反射面に対して平行かつ第１の回動軸と平行でない第２の回動軸回りに回動する第２の可動部と、第１の回動軸及び第２の回動軸と直交する直線上から見たとき、第１の可動部と重なる位置に、第１の可動部と一定の距離を置いて設けられる内側裏電極と、第１の支持部及び第２の支持部と直交する直線上から見たとき、第２の可動部と重なる位置に、第２の可動部と一定の距離を置いて設けられる外側裏電極とを備え、第１の可動部と内側裏電極との距離は、第２の可動部と外側裏電極との距離よりも短いことを特徴とする。
【０００８】
内側裏電極及び外側裏電極は、光反射面の裏面と対向するように設けられ、第１の回動軸及び第２の回動軸と直交する直線上から見たとき、第１の可動部と重なる位置に、光反射面と対向し、かつ第１の可動部と一定の距離を置いて設けられる内側表電極と、第１の支持部及び第２の支持部と直交する直線上から見たとき、第２の可動部と重なる位置に、光反射面と対向し、かつ第２の可動部と一定の距離を置いて設けられる外側表電極とを備え、第１の可動部と内側表電極との距離は、第２の可動部と外側表電極との距離よりも短いことが好ましい。
【０００９】
第１の可動部と内側裏電極との距離は、第１の可動部と内側表電極との距離と等しく、第２の可動部と外側裏電極との距離は、第２の可動部と外側表電極との距離と等しいことが好ましい。
【００１０】
内側表電極及び外側表電極は、光を透過することが好ましい。
【００１１】
内側裏電極は、第１の回動軸及び第２の回動軸と直交する直線上から見たときに第１の回動軸及び第２の回動軸により分割されて成る第１から第４の内側裏電極を有することが好ましい。
【００１２】
外側裏電極は、第１の回動軸及び第２の回動軸と直交する直線上から見たときに第２の回動軸により分割されて成る第１の外側裏電極及び第２の外側裏電極を有することが好ましい。
【００１３】
内側表電極は、第１の回動軸及び第２の回動軸と直交する直線上から見たときに第１の回動軸及び第２の回動軸により分割されて成る第１から第４の内側表電極を有することが好ましい。
【００１４】
外側表電極は、第１の回動軸及び第２の回動軸と直交する直線上から見たときに第２の回動軸により分割されて成る第１の外側表電極及び第２の外側表電極を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、２つの回動軸に関して、充分な回動角度を得ることができる光スキャナを得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光スキャナの斜視断面図である。
【図２】ミラー部及びジンバル部の正面図である。
【図３】裏電極部の正面図である。
【図４】電位差と回動角度との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明による光スキャナ１００の実施形態について図を用いて説明する。図１から３に光スキャナ１００の構成を示す。
【００１８】
光スキャナ１００は、可動部２００、表電極部３００、及び裏電極部４００とから構成される。
【００１９】
可動部２００は、円盤形状であるミラー部２１０と、ミラー部２１０の外周面を取り囲む環状のジンバル部２２０と、ジンバル部２２０の外周面２２１を取り囲む環状の枠部２３０とから主に構成される。ミラー部２１０は第１の可動部を成し、ジンバル部２２０は第２の可動部を成す。ミラー部２１０、ジンバル部２２０及び枠部２３０は略同じ厚さである。ミラー部２１０、ジンバル部２２０、及び枠部２３０は同心である。
【００２０】
ミラー部２１０は、平面である光反射面２１１を有する。光反射面２１１は、円盤形状であるミラー部２１０が有する２つの円形面のうちの１つである。ジンバル部２２０には、内周面２２２側と外周面２２１側に２つずつ、合計４つの矩形の切欠２３１、２３２、２３３、２３４が設けられる。内周面２２２側の２つの切欠２３１、２３２は、ジンバル部２２０の中心軸に対して軸対称であり、外周面２２１側の２つの切欠２３３、２３４もまた同様である。切欠２３１、２３２、２３３、２３４の中心とジンバル部２２０の中心とを結ぶ線が成す角度は、９０度である。
【００２１】
以下、ミラー部２１０の中心及び切欠２３１、２３２の中心を通る直線をＸ軸、ミラー部２１０の中心及び切欠２３３、２３４の中心を通る直線をＹ軸、ミラー部２１０の中心から直角に表電極部３００へ向かう直線をＺ軸正方向として説明する。
【００２２】
ミラー部２１０の外周面とジンバル部２２０の内周面側切欠２３１、２３２とを接続する第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２が設けられる。第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２は、Ｘ軸、すなわち第１の回動軸Ｘ上でミラー部２１０及びジンバル部２２０と接続される。第１の回動軸Ｘは、光反射面２１１と平行である。第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２は、直方体の板状部材を幅方向に幾重にも折り畳んだ形状であり、いわゆる雷紋状を成す。この形状により第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２は捻り方向に弾性を有する。これによりミラー部２１０は、ジンバル部２２０に対して第１の回動軸Ｘ回りに回動可能に支持される。
【００２３】
ジンバル部２２０の外周面側切欠２３３、２３４と枠部２３０とを接続する第１及び第２のジンバル支持部２４３、２４４が設けられる。第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２は、Ｙ軸、すなわち第１の回動軸Ｙ上でジンバル部２２０及び枠部２３０と接続される。第１の回動軸Ｙは、光反射面２１１と平行である。第１及び第２のジンバル支持部２４３、２４４の形状は、第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２の形状と同様であり、捻り方向に弾性を有する。これによりジンバル部２２０は、枠部２３０に対して第１の回動軸Ｙ回りに回動可能に支持される。枠部２３０は表電極部３００及び裏電極部４００に対して固定される。
【００２４】
次に、裏電極部４００について説明する。
【００２５】
裏電極部４００は、裏基板４３０と、裏基板４３０から突出する円柱形の裏突出部４４０とを有する。裏基板４３０の頂面４３１は平面である。裏突出部４４０は、半径よりも小さい軸方向長さを有する。裏突出部４４０の底面が裏基板４３０の頂面４３１と密着して、裏突出部４４０と裏基板４３０とが一体となって形成される。裏突出部４４０は、裏基板４３０の頂面４３１から約５０μｍ突出する。
【００２６】
裏突出部４４０の頂面４４２に、ミラー部２１０を駆動するための内側裏電極４１０が形成される。内側裏電極４１０は、円盤を四等分に分割して得られる第１から第４の内側裏分割電極４１１、４１２、４１３、４１４からなる。
【００２７】
第１の内側裏分割電極４１１は、図においてＸ軸正側かつＹ軸負側に置かれ、第２の内側裏分割電極４１２はＸ軸正かつＹ軸正側に置かれ、第３の内側裏分割電極４１３はＸ軸負かつＹ軸正側に置かれ、第４の内側裏分割電極４１４はＸ軸負かつＹ軸負側に置かれる。
【００２８】
裏基板４３０の頂面４３１上であって裏突出部４４０の周囲に、ジンバル部２２０を駆動するための外側裏電極４２０が形成される。外側裏電極４２０は、環形状を二等分に分割して得られる略半輪形状の第１及び第２の外側裏分割電極４２１、４２２からなる。ミラー部２１０と内側裏電極４１０との距離は、ジンバル部２２０と外側裏電極４２０との距離よりも短い。
【００２９】
外側裏電極４２０は、環形状を二等分して得られる２つの略半輪からなり、内周に内側裏電極４１０を納める。略半輪のうち、図においてＸ軸正側に置かれる略半輪を第１の外側裏分割電極４２１、Ｘ軸負側に置かれる略半輪を第２の外側裏分割電極４２２とする。裏電極部４００に電位差を与えないアイドル状態においては、裏基板４３０の頂面４３１、裏突出部４４０の頂面４４２、及び光反射面２１１は平行である。
【００３０】
内側裏電極４１０と外側裏電極４２０の中心は、Ｚ軸上、すなわち、ミラー部２１０及びジンバル部２２０及び枠部２３０の中心軸の延長線上に置かれる。内側裏電極４１０の直径はミラー部２１０の直径と略等しく、外側裏電極４２０の内径及び外径は、ジンバル部２２０の内径及び外径と略等しい。
【００３１】
Ｚ軸正方向から負方向に向けて、すなわちミラー部２１０及びジンバル部２２０の中心軸から見たとき、ミラー部２１０と内側裏電極４１０とが、そしてジンバル部２２０と外側裏電極４２０とが、各々略一致して重なる。ミラー部２１０と外側裏電極４２０、ジンバル部２２０と内側裏電極４１０は、各々重ならない。
【００３２】
また、Ｚ軸正方向から負方向に向けて見たとき、内側裏電極４１０は第１の回動軸Ｘ及び第２の回動軸Ｙにより第１から第４の内側裏分割電極４１１、４１２、４１３、４１４に四分割され、外側裏電極４２０は第２の回転軸により第１及び第２の外側裏分割電極４２１、４２２に二分される。
【００３３】
第１及び第２の外側裏分割電極４２１、４２２は、略半輪形状の中央に切欠４２３、４２４を有し、ジンバル部２２０の中心軸から見たとき、この切欠４２３、４２４に第２のミラー支持部２４２及び第１のミラー支持部２４１が各々重なる。すなわち、第１の外側裏分割電極４２１は第２のミラー支持部２４２と、第２の外側裏分割電極４２２は第１のミラー支持部２４１と各々重ならない。
【００３４】
第１から第４の内側裏配線４１５、４１６、４１７、４１８並びに第１及び第２の外側裏配線４２５、４２６が、第１から第４の内側裏分割電極４１１、４１２、４１３、４１４の外周、及び第１及び第２の外側裏分割電極４２１、４２２の外周に、各電極に電荷を移送するため各々接続される。
【００３５】
第１及び第２の外側裏分割電極４２１、４２２との間には一定の間隙が設けられ、ジンバル部２２０の中心軸から見たとき、この間隙に第１及び第２のジンバル支持部２４３、２４４が重なる。すなわち、第１及び第２の外側裏分割電極４２１、４２２は第１及び第２のジンバル支持部２４３、２４４と重ならない。また、第１から第４の内側裏配線４１５、４１６、４１７、４１８は、第１から第４の内側裏分割電極４１１、４１２、４１３、４１４の外周から裏突出部４４０の側面を経て、第１の外側裏分割電極４２１と第２の外側裏分割電極４２２との間隙を通過する。
【００３６】
第１から第４の内側裏配線４１５、４１６、４１７、４１８並びに第１及び第２の外側裏配線４２５、４２６は、図示しない電源装置に接続される一方で、ミラー部２１０及びジンバル部２２０及び枠部２３０は、電気的に接地される。
【００３７】
次に、表電極部３００について説明する。
【００３８】
表電極部３００は、表基板３３０と、表基板３３０から突出する円柱形の表突出部３４０とを有する。表電極部３００は、裏電極部４００と同形状であって、ミラー部２１０の重心を通りかつＺ軸に対して直角な平面に関して、裏電極部４００と面対称に配置される。表電極部３００は、透明な部材により形成される。
【００３９】
表突出部３４０の頂面４３１に、図示しない第１から第４の内側表分割電極が設けられ、表基板３３０の頂面４３１上であって表突出部３４０の周囲に、図示しない第１及び第２の外側表分割電極が設けられる。各分割電極は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）により形成される。これにより、表電極部３００は光を透過可能である。
【００４０】
表基板３３０の裏面３３２から入射した光は、表基板３３０及び表突出部３４０を透過して、ミラー部２１０、すなわち光反射面２１１に照射される。ミラー部２１０はＸ軸及びＹ軸回りに回動し、光反射面２１１は光を任意の方向に反射する。ミラー部２１０がアイドル状態からθ度回転したとき、反射光の出射角度は２θ度変化する。
【００４１】
次に、ミラー部２１０の動作について説明する。
【００４２】
まず、ミラー部２１０がＸ軸時計周りに揺動する場合について説明する。
【００４３】
図示しない電源装置が、第２及び第３の内側裏配線４１６、４１７を介して第２及び第３の内側裏分割電極４１２、４１３に交流電圧を印加する。さらに、第２及び第３の内側裏分割電極４１２、４１３とＸ軸に対し対称位置にある複数の内側表分割電極に対して、第２及び第３の内側裏分割電極４１２、４１３と同じ電圧を同時に印加する。この交流電圧は、ミラー部２１０の共振周波数と略同じ周波数である。
【００４４】
この交流電圧が０Ｖから増加していくと、接地されているミラー部２１０と第２及び第３の内側裏分割電極４１２、４１３並びに内側表分割電極との間に電圧差が生じ、この電圧差により第２及び第３の内側裏分割電極４１２、４１３並びに内側表分割電極とミラー部２１０との間に静電引力が生じる。この静電引力により、第２及び第３の内側裏分割電極４１２、４１３並びに内側表分割電極とミラー部２１０とが引き合い、ミラー部２１０がＸ軸時計周りに回転する。交流電圧が最大電圧になると、ミラー部２１０は、アイドル状態から最大の回転角度まで回転する。
【００４５】
交流電圧が１３０Ｖから減少していくと同時に静電引力が減少し、ミラー部２１０は、第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２の弾性力によりジンバル部２２０及び枠部２３０と平行な状態に近づいてゆく。交流電圧が０Ｖになるとき、第２及び第３の内側裏分割電極４１２、４１３並びに内側表分割電極とミラー部２１０との間の電位差が無くなって静電引力が消滅し、ミラー部２１０は、ジンバル部２２０及び枠部２３０と平行な状態となる。
【００４６】
次に、ミラー部２１０がＸ軸反時計周りに揺動する場合について説明する。
【００４７】
この場合、電源装置は第１及び第４の内側裏配線４１５、４１８を介して第１及び第４の内側裏分割電極４１１、４１４に交流電圧を印加する。さらに、第１及び第４の内側裏分割電極４１１、４１４とＸ軸に対し対称位置にある複数の内側表分割電極に対して、第１及び第４の内側裏分割電極４１１、４１４と同じ電圧を同時に印加する。
【００４８】
交流電圧が０Ｖから増加していくと、接地されているミラー部２１０と第１及び第４の内側裏分割電極４１１、４１４並びに内側表分割電極との間に電圧差が生じ、この電圧差により第１及び第４の内側裏分割電極４１１、４１４並びに内側表分割電極とミラー部２１０との間に静電引力が生じる。この静電引力により、第１及び第４の内側裏分割電極４１１、４１４並びに内側表分割電極とミラー部２１０とが引き合い、ミラー部２１０がＸ軸反時計周りに回転する。交流電圧が１３０Ｖになると、ミラー部２１０は、アイドル状態から１５度回転する。
【００４９】
交流電圧が１３０Ｖから減少していくと同時に静電引力が減少し、ミラー部２１０は、第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２の弾性力によりジンバル部２２０及び枠部２３０と平行な状態に近づいてゆく。交流電圧が０Ｖになるとき、第１及び第４の内側裏分割電極４１１、４１４並びに内側表分割電極とミラー部２１０との間の電位差が無くなって静電引力が消滅し、ミラー部２１０は、ジンバル部２２０及び枠部２３０と平行な状態となる。
【００５０】
Ｘ軸時計周り及びＸ軸反時計周りに対する回動を交互に繰り返すことにより、ミラー部２１０がＸ軸周りに揺動する。そして、交流電圧がミラー部２１０の共振周波数と略同じであるため、ミラー部２１０は共振現象により回動する。また、前述したようにミラー部２１０と外側裏電極４２０とがＺ軸方向において重ならないため、ミラー部２１０と内側裏電極４１０及び内側表分割電極との間に生じる静電引力は、ジンバル部２２０及び外側裏電極４２０及び外側表分割電極に及ばない。
【００５１】
次に、ミラー部２１０及びジンバル部２２０がＹ軸時計周りに揺動する場合について説明する。
【００５２】
図示しない電源装置が、第３及び第４の内側裏配線４１７、４１８を介して第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４に、第２の外側裏配線４２６を介して第２の外側裏分割電極４２２に、交流電圧を印加する。さらに、第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４とＹ軸に対し対称位置にある複数の内側表分割電極、並びに第２の外側裏分割電極４２２とＹ軸に対し対称位置にある外側表分割電極に対して、第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに第２の外側裏分割電極４２２と同じ電圧を同時に印加する。この交流電圧は、最大振幅電圧が１３０Ｖである。
【００５３】
この交流電圧が０Ｖから増加していくと、接地されているミラー部２１０と第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極との間、及び接地されているジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極との間に電圧差が生じ、この電圧差によりミラー部２１０と第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極との間、及びジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極との間に静電引力が生じる。この静電引力により、ミラー部２１０と第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極、そしてジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極とが各々引き合い、ミラー部２１０及びジンバル部２２０がＸ軸時計周りに回転する。すなわち、ミラー部２１０は、第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極からの静電引力に加えて、第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極からの静電引力によりＹ軸時計回りに回動する。交流電圧が１３０Ｖになると、ミラー部２１０は、アイドル状態から１５度回転する。
【００５４】
ジンバル部２２０の回転角度が大きくなると、ジンバル部２２０は裏基板４３０の頂面４３１に近接する。しかし、アイドル状態においてジンバル部２２０から裏基板４３０の頂面４３１までの距離は、裏突出部４４０の頂面４４２までの距離よりも遠い。そのため、ジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２とが直接に接触せず、ジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２との短絡により回路等が破壊されるおそれがなくなる。表基板３３０の頂面３３１に関しても同様である。一方、ミラー部２１０から内側裏電極４１０までの距離は近接しているため、Ｘ軸回りにミラー部２１０を回動させるときの静電引力を確保できる。表突出部３４０に関しても同様である。
【００５５】
交流電圧が１００Ｖから減少していくと同時に静電引力が減少し、ミラー部２１０及びジンバル部２２０は、第１及び第２のジンバル支持部２４３、２４４の弾性力により枠部２３０と平行な状態に近づいてゆく。交流電圧が０Ｖになると、ミラー部２１０と第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極、及びジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極との間の電位差が無くなって静電引力が消滅し、ミラー部２１０及びジンバル部２２０は、枠部２３０と平行な状態となる。
【００５６】
ジンバル部２２０がＹ軸反時計周りに揺動する場合について説明する。
【００５７】
図示しない電源装置が、第１及び第２の内側裏配線４１５、４１６を介して第１及び第２の内側裏分割電極４１１、４１２に、第１の外側裏配線４２５を介して第１の外側裏分割電極４２１に、交流電圧を印加する。さらに、第１及び第２の内側裏配線４１５、４１６とＹ軸に対し対称位置にある複数の内側表分割電極、並びに第１の外側裏分割電極４２１とＹ軸に対し対称位置にある外側表分割電極に対して、第１及び第２の内側裏分割電極４１１、４１２並びに第１の外側裏分割電極４２１と同じ電圧を同時に印加する。この交流電圧は、ジンバル部２２０がＹ軸時計周りに揺動する場合と同様に最大振幅電圧１３０Ｖである。
【００５８】
この交流電圧が０Ｖから増加していくと、接地されているミラー部２１０と第１及び第２の内側裏分割電極４１１、４１２並びに内側表分割電極との間、及び接地されているジンバル部２２０と第１の外側裏分割電極４２１及び外側表分割電極との間に電圧差が生じ、この電圧差によりミラー部２１０と第１及び第２の内側裏分割電極４１１、４１２並びに内側表分割電極との間、及びジンバル部２２０と第１の外側裏分割電極４２１及び外側表分割電極との間に静電引力が生じる。この静電引力により、ミラー部２１０と第１及び第２の内側裏分割電極４１１、４１２並びに内側表分割電極、そしてジンバル部２２０と第１の外側裏分割電極４２１及び外側表分割電極とが各々引き合い、ミラー部２１０及びジンバル部２２０がＸ軸時計周りに回転する。すなわち、ミラー部２１０は、第１及び第２の内側裏分割電極４１１、４１２並びに内側表分割電極からの静電引力に加えて、第１の外側裏分割電極４２１及び外側表分割電極からの静電引力によりＹ軸反時計回りに回動する。交流電圧が１３０Ｖになると、ミラー部２１０は、アイドル状態から１５度回転する。
【００５９】
ジンバル部２２０の回転角度が大きくなると、ジンバル部２２０は裏基板４３０の頂面４３１に近接する。しかし、アイドル状態においてジンバル部２２０から裏基板４３０の頂面４３１までの距離は、裏突出部４４０の頂面４４２までの距離よりも遠い。そのため、ジンバル部２２０と第１の外側裏分割電極４２１とが直接に接触せず、ジンバル部２２０と第１の外側裏分割電極４２１との短絡により回路等が破壊されるおそれがなくなる。一方、ミラー部２１０と内側電極までの距離は近接しているため、Ｘ軸回りに回動させるときの静電引力を確保できる。表突出部３４０に関しても同様である。
【００６０】
交流電圧が１００Ｖから減少していくと同時に静電引力が減少し、ミラー部２１０及びジンバル部２２０は、第１及び第２のジンバル支持部２４３、２４４の弾性力により枠部２３０と平行な状態に近づいてゆく。交流電圧が０Ｖになると、ミラー部２１０と第１及び第２の内側裏分割電極４１１、４１２並びに内側表分割電極、及びジンバル部２２０と第１の外側裏分割電極４２１及び外側表分割電極との間の電位差が無くなって静電引力が消滅し、ミラー部２１０及びジンバル部２２０は、枠部２３０と平行な状態となる。
【００６１】
Ｙ軸時計周り及びＹ軸反時計周りに対する回動を交互に繰り返すことにより、ミラー部２１０がＹ軸周りに回動する。この回動は、ＤＣ駆動によるものである。また、前述したようにミラー部２１０と外側裏電極４２０及び外側表電極とがＺ軸方向において重ならないため、外側裏電極４２０及び外側表電極はミラー部２１０との間に静電引力を生じない。すなわち、外側裏電極４２０及び外側表電極は、Ｘ軸回りにおけるミラー部２１０の回動に影響を及ぼさない。
【００６２】
以上示したＸ軸方向に駆動する電圧及びＹ軸方向に駆動する電圧を、内側裏電極４１０、外側裏電極４２０、内側表電極、及び外側表電極に対して同時に加えることも可能である。このとき、Ｘ軸方向に駆動する電圧及びＹ軸方向に駆動する電圧が合成されて第１から第４の内側裏分割電極４１１、４１２、４１３、４１４及び内側表分割電極に印加される。
【００６３】
次に、図４を用いてＹ軸回りにおけるミラー部２１０の回動角度と印加電圧との関係を、本実施形態と比較例とを用いて説明する。比較例は、外側裏電極４２０及び外側表電極が設けられない光スキャナ１００であり、他の構成は本実施形態と同様である。
【００６４】
比較例において、内側裏電極４１０及び内側表電極に１３０Ｖを印加すると、ミラー部２１０の回動角度は６度である。一方、本実施形態において内側裏電極４１０、外側裏電極４２０、内側表電極、及び外側表電極に１３０Ｖを印加すると、ミラー部２１０の回動角度は１５度となる。すなわち、本実施形態によれば、２倍以上の回動角度を得ることができる。
【００６５】
一方、ミラー部２１０を１５度回動させる場合、比較例では１８０Ｖを印加する必要があるが、本実施形態では１３０Ｖで足りる。すなわち、本実施形態によれば、印加電圧を約３割低減することができる。
【００６６】
本実施形態によれば、ＤＣ駆動によっても大きな回動角度を得ることができる。
【００６７】
なお、表電極部３００を設けずに、裏電極部４００のみでミラー部２１０及びジンバル部２２０を駆動しても良い。
【００６８】
また、裏基板４３０及び表基板３３０の頂面４３１から約５０μｍから約１００μｍの範囲で裏突出部４４０及び表突出部３４０が突出することが好ましいが、突出長さはこれらの値に限定されない。
【００６９】
内側裏電極４１０及び外側裏電極４２０、並びに内側表電極及び外側表電極全てを用いてＸ軸方向及びＹ軸方向にミラー部２１０及びジンバル部２２０を回動しなくても良い。内側裏電極４１０及び外側裏電極４２０、又は内側表電極及び外側表電極いずれか一方のみを用いても良い。
【００７０】
交流電圧の最大振幅電圧値は１３０Ｖでなくても良い。
【符号の説明】
【００７１】
１００ 光スキャナ
２００ 可動部
２１０ ミラー部
２１１ 光反射面
２２０ ジンバル部
２２１ 外周面
２２２ 内周面
２３０ 枠部
２４１ 第１のミラー支持部
２４２ 第２のミラー支持部
２４３ 第１のジンバル支持部
２４４ 第２のジンバル支持部
３００ 表電極部
３３０ 表基板
３４０ 表突出部
４００ 裏電極部
４１０ 内側裏電極
４１１ 第１の内側裏分割電極
４１２ 第２の内側裏分割電極
４１３ 第３の内側裏分割電極
４１４ 第４の内側裏分割電極
４１５ 第１の内側裏配線
４１６ 第２の内側裏配線
４１７ 第３の内側裏配線
４１８ 第４の内側裏配線
４２０ 外側裏電極
４２１ 第１の外側裏分割電極
４２１ 第２の外側裏分割電極
４２５ 第１の外側裏配線
４２６ 第２の外側裏配線
４３０ 裏基板
４４０ 裏突出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極間に生じる静電力により回動されて光を所望の方向に反射する光スキャナに関する。
【背景技術】
【０００２】
光スキャナは、ミラー部と、ミラー部を取り囲むように設けられるジンバルリングと、ジンバルリングを取り囲むように設けられる固定部とを備える。ミラー部は固定部に対して２つの回動軸周りに揺動自在に設けられる。すなわち、ミラー部は、第１の回動軸を介してジンバルリングの内側に取り付けられ、ジンバルリングは、その外周面に接続された第２の回動軸を介して環状の固定部の内側に取り付けられる。これにより、ミラー部がジンバルリングに対し第１の回動軸周りに回動自在となり、ジンバルリングが固定部に対し第２の回動軸周りに回動自在となる。
【０００３】
ミラー部は光反射面を有し、光反射面の裏面に対向するように設けられる複数の電極を備える。複数の電極に電圧を適宜印加することにより、電極とミラー部との間に静電力を発生させ、この静電力により可動部が回動する。回動により可動部が電極と衝突しないように、回動軸からの距離に応じて電極とミラー部との距離を大きくする（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５７５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、共振現象を用いて第１の回転軸回りにミラー部を駆動し、ＤＣ駆動により第２の回転軸回りにミラー部及びジンバルリングを駆動しようとするとき、従来の構造では、ＤＣ駆動では共振による駆動ほど大きい振幅及び振動周波数を得ることができない。そのため、第２の回転軸回りの回動角度が不十分になるおそれがある。
【０００６】
本発明は、この問題を鑑みてなされたものであり、２つの回動軸に関して、充分な回動角度を得ることができる光スキャナを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光スキャナは、光反射面を有する板状であって、光反射面に対して平行な第１の回動軸回りに回動する第１の可動部と、板状であって、第１の可動部の周囲に設けられ、光反射面に対して平行かつ第１の回動軸と平行でない第２の回動軸回りに回動する第２の可動部と、第１の回動軸及び第２の回動軸と直交する直線上から見たとき、第１の可動部と重なる位置に、第１の可動部と一定の距離を置いて設けられる内側裏電極と、第１の支持部及び第２の支持部と直交する直線上から見たとき、第２の可動部と重なる位置に、第２の可動部と一定の距離を置いて設けられる外側裏電極とを備え、第１の可動部と内側裏電極との距離は、第２の可動部と外側裏電極との距離よりも短いことを特徴とする。
【０００８】
内側裏電極及び外側裏電極は、光反射面の裏面と対向するように設けられ、第１の回動軸及び第２の回動軸と直交する直線上から見たとき、第１の可動部と重なる位置に、光反射面と対向し、かつ第１の可動部と一定の距離を置いて設けられる内側表電極と、第１の支持部及び第２の支持部と直交する直線上から見たとき、第２の可動部と重なる位置に、光反射面と対向し、かつ第２の可動部と一定の距離を置いて設けられる外側表電極とを備え、第１の可動部と内側表電極との距離は、第２の可動部と外側表電極との距離よりも短いことが好ましい。
【０００９】
第１の可動部と内側裏電極との距離は、第１の可動部と内側表電極との距離と等しく、第２の可動部と外側裏電極との距離は、第２の可動部と外側表電極との距離と等しいことが好ましい。
【００１０】
内側表電極及び外側表電極は、光を透過することが好ましい。
【００１１】
内側裏電極は、第１の回動軸及び第２の回動軸と直交する直線上から見たときに第１の回動軸及び第２の回動軸により分割されて成る第１から第４の内側裏電極を有することが好ましい。
【００１２】
外側裏電極は、第１の回動軸及び第２の回動軸と直交する直線上から見たときに第２の回動軸により分割されて成る第１の外側裏電極及び第２の外側裏電極を有することが好ましい。
【００１３】
内側表電極は、第１の回動軸及び第２の回動軸と直交する直線上から見たときに第１の回動軸及び第２の回動軸により分割されて成る第１から第４の内側表電極を有することが好ましい。
【００１４】
外側表電極は、第１の回動軸及び第２の回動軸と直交する直線上から見たときに第２の回動軸により分割されて成る第１の外側表電極及び第２の外側表電極を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、２つの回動軸に関して、充分な回動角度を得ることができる光スキャナを得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光スキャナの斜視断面図である。
【図２】ミラー部及びジンバル部の正面図である。
【図３】裏電極部の正面図である。
【図４】電位差と回動角度との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明による光スキャナ１００の実施形態について図を用いて説明する。図１から３に光スキャナ１００の構成を示す。
【００１８】
光スキャナ１００は、可動部２００、表電極部３００、及び裏電極部４００とから構成される。
【００１９】
可動部２００は、円盤形状であるミラー部２１０と、ミラー部２１０の外周面を取り囲む環状のジンバル部２２０と、ジンバル部２２０の外周面２２１を取り囲む環状の枠部２３０とから主に構成される。ミラー部２１０は第１の可動部を成し、ジンバル部２２０は第２の可動部を成す。ミラー部２１０、ジンバル部２２０及び枠部２３０は略同じ厚さである。ミラー部２１０、ジンバル部２２０、及び枠部２３０は同心である。
【００２０】
ミラー部２１０は、平面である光反射面２１１を有する。光反射面２１１は、円盤形状であるミラー部２１０が有する２つの円形面のうちの１つである。ジンバル部２２０には、内周面２２２側と外周面２２１側に２つずつ、合計４つの矩形の切欠２３１、２３２、２３３、２３４が設けられる。内周面２２２側の２つの切欠２３１、２３２は、ジンバル部２２０の中心軸に対して軸対称であり、外周面２２１側の２つの切欠２３３、２３４もまた同様である。切欠２３１、２３２、２３３、２３４の中心とジンバル部２２０の中心とを結ぶ線が成す角度は、９０度である。
【００２１】
以下、ミラー部２１０の中心及び切欠２３１、２３２の中心を通る直線をＸ軸、ミラー部２１０の中心及び切欠２３３、２３４の中心を通る直線をＹ軸、ミラー部２１０の中心から直角に表電極部３００へ向かう直線をＺ軸正方向として説明する。
【００２２】
ミラー部２１０の外周面とジンバル部２２０の内周面側切欠２３１、２３２とを接続する第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２が設けられる。第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２は、Ｘ軸、すなわち第１の回動軸Ｘ上でミラー部２１０及びジンバル部２２０と接続される。第１の回動軸Ｘは、光反射面２１１と平行である。第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２は、直方体の板状部材を幅方向に幾重にも折り畳んだ形状であり、いわゆる雷紋状を成す。この形状により第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２は捻り方向に弾性を有する。これによりミラー部２１０は、ジンバル部２２０に対して第１の回動軸Ｘ回りに回動可能に支持される。
【００２３】
ジンバル部２２０の外周面側切欠２３３、２３４と枠部２３０とを接続する第１及び第２のジンバル支持部２４３、２４４が設けられる。第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２は、Ｙ軸、すなわち第１の回動軸Ｙ上でジンバル部２２０及び枠部２３０と接続される。第１の回動軸Ｙは、光反射面２１１と平行である。第１及び第２のジンバル支持部２４３、２４４の形状は、第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２の形状と同様であり、捻り方向に弾性を有する。これによりジンバル部２２０は、枠部２３０に対して第１の回動軸Ｙ回りに回動可能に支持される。枠部２３０は表電極部３００及び裏電極部４００に対して固定される。
【００２４】
次に、裏電極部４００について説明する。
【００２５】
裏電極部４００は、裏基板４３０と、裏基板４３０から突出する円柱形の裏突出部４４０とを有する。裏基板４３０の頂面４３１は平面である。裏突出部４４０は、半径よりも小さい軸方向長さを有する。裏突出部４４０の底面が裏基板４３０の頂面４３１と密着して、裏突出部４４０と裏基板４３０とが一体となって形成される。裏突出部４４０は、裏基板４３０の頂面４３１から約５０μｍ突出する。
【００２６】
裏突出部４４０の頂面４４２に、ミラー部２１０を駆動するための内側裏電極４１０が形成される。内側裏電極４１０は、円盤を四等分に分割して得られる第１から第４の内側裏分割電極４１１、４１２、４１３、４１４からなる。
【００２７】
第１の内側裏分割電極４１１は、図においてＸ軸正側かつＹ軸負側に置かれ、第２の内側裏分割電極４１２はＸ軸正かつＹ軸正側に置かれ、第３の内側裏分割電極４１３はＸ軸負かつＹ軸正側に置かれ、第４の内側裏分割電極４１４はＸ軸負かつＹ軸負側に置かれる。
【００２８】
裏基板４３０の頂面４３１上であって裏突出部４４０の周囲に、ジンバル部２２０を駆動するための外側裏電極４２０が形成される。外側裏電極４２０は、環形状を二等分に分割して得られる略半輪形状の第１及び第２の外側裏分割電極４２１、４２２からなる。ミラー部２１０と内側裏電極４１０との距離は、ジンバル部２２０と外側裏電極４２０との距離よりも短い。
【００２９】
外側裏電極４２０は、環形状を二等分して得られる２つの略半輪からなり、内周に内側裏電極４１０を納める。略半輪のうち、図においてＸ軸正側に置かれる略半輪を第１の外側裏分割電極４２１、Ｘ軸負側に置かれる略半輪を第２の外側裏分割電極４２２とする。裏電極部４００に電位差を与えないアイドル状態においては、裏基板４３０の頂面４３１、裏突出部４４０の頂面４４２、及び光反射面２１１は平行である。
【００３０】
内側裏電極４１０と外側裏電極４２０の中心は、Ｚ軸上、すなわち、ミラー部２１０及びジンバル部２２０及び枠部２３０の中心軸の延長線上に置かれる。内側裏電極４１０の直径はミラー部２１０の直径と略等しく、外側裏電極４２０の内径及び外径は、ジンバル部２２０の内径及び外径と略等しい。
【００３１】
Ｚ軸正方向から負方向に向けて、すなわちミラー部２１０及びジンバル部２２０の中心軸から見たとき、ミラー部２１０と内側裏電極４１０とが、そしてジンバル部２２０と外側裏電極４２０とが、各々略一致して重なる。ミラー部２１０と外側裏電極４２０、ジンバル部２２０と内側裏電極４１０は、各々重ならない。
【００３２】
また、Ｚ軸正方向から負方向に向けて見たとき、内側裏電極４１０は第１の回動軸Ｘ及び第２の回動軸Ｙにより第１から第４の内側裏分割電極４１１、４１２、４１３、４１４に四分割され、外側裏電極４２０は第２の回転軸により第１及び第２の外側裏分割電極４２１、４２２に二分される。
【００３３】
第１及び第２の外側裏分割電極４２１、４２２は、略半輪形状の中央に切欠４２３、４２４を有し、ジンバル部２２０の中心軸から見たとき、この切欠４２３、４２４に第２のミラー支持部２４２及び第１のミラー支持部２４１が各々重なる。すなわち、第１の外側裏分割電極４２１は第２のミラー支持部２４２と、第２の外側裏分割電極４２２は第１のミラー支持部２４１と各々重ならない。
【００３４】
第１から第４の内側裏配線４１５、４１６、４１７、４１８並びに第１及び第２の外側裏配線４２５、４２６が、第１から第４の内側裏分割電極４１１、４１２、４１３、４１４の外周、及び第１及び第２の外側裏分割電極４２１、４２２の外周に、各電極に電荷を移送するため各々接続される。
【００３５】
第１及び第２の外側裏分割電極４２１、４２２との間には一定の間隙が設けられ、ジンバル部２２０の中心軸から見たとき、この間隙に第１及び第２のジンバル支持部２４３、２４４が重なる。すなわち、第１及び第２の外側裏分割電極４２１、４２２は第１及び第２のジンバル支持部２４３、２４４と重ならない。また、第１から第４の内側裏配線４１５、４１６、４１７、４１８は、第１から第４の内側裏分割電極４１１、４１２、４１３、４１４の外周から裏突出部４４０の側面を経て、第１の外側裏分割電極４２１と第２の外側裏分割電極４２２との間隙を通過する。
【００３６】
第１から第４の内側裏配線４１５、４１６、４１７、４１８並びに第１及び第２の外側裏配線４２５、４２６は、図示しない電源装置に接続される一方で、ミラー部２１０及びジンバル部２２０及び枠部２３０は、電気的に接地される。
【００３７】
次に、表電極部３００について説明する。
【００３８】
表電極部３００は、表基板３３０と、表基板３３０から突出する円柱形の表突出部３４０とを有する。表電極部３００は、裏電極部４００と同形状であって、ミラー部２１０の重心を通りかつＺ軸に対して直角な平面に関して、裏電極部４００と面対称に配置される。表電極部３００は、透明な部材により形成される。
【００３９】
表突出部３４０の頂面４３１に、図示しない第１から第４の内側表分割電極が設けられ、表基板３３０の頂面４３１上であって表突出部３４０の周囲に、図示しない第１及び第２の外側表分割電極が設けられる。各分割電極は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）により形成される。これにより、表電極部３００は光を透過可能である。
【００４０】
表基板３３０の裏面３３２から入射した光は、表基板３３０及び表突出部３４０を透過して、ミラー部２１０、すなわち光反射面２１１に照射される。ミラー部２１０はＸ軸及びＹ軸回りに回動し、光反射面２１１は光を任意の方向に反射する。ミラー部２１０がアイドル状態からθ度回転したとき、反射光の出射角度は２θ度変化する。
【００４１】
次に、ミラー部２１０の動作について説明する。
【００４２】
まず、ミラー部２１０がＸ軸時計周りに揺動する場合について説明する。
【００４３】
図示しない電源装置が、第２及び第３の内側裏配線４１６、４１７を介して第２及び第３の内側裏分割電極４１２、４１３に交流電圧を印加する。さらに、第２及び第３の内側裏分割電極４１２、４１３とＸ軸に対し対称位置にある複数の内側表分割電極に対して、第２及び第３の内側裏分割電極４１２、４１３と同じ電圧を同時に印加する。この交流電圧は、ミラー部２１０の共振周波数と略同じ周波数である。
【００４４】
この交流電圧が０Ｖから増加していくと、接地されているミラー部２１０と第２及び第３の内側裏分割電極４１２、４１３並びに内側表分割電極との間に電圧差が生じ、この電圧差により第２及び第３の内側裏分割電極４１２、４１３並びに内側表分割電極とミラー部２１０との間に静電引力が生じる。この静電引力により、第２及び第３の内側裏分割電極４１２、４１３並びに内側表分割電極とミラー部２１０とが引き合い、ミラー部２１０がＸ軸時計周りに回転する。交流電圧が最大電圧になると、ミラー部２１０は、アイドル状態から最大の回転角度まで回転する。
【００４５】
交流電圧が１３０Ｖから減少していくと同時に静電引力が減少し、ミラー部２１０は、第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２の弾性力によりジンバル部２２０及び枠部２３０と平行な状態に近づいてゆく。交流電圧が０Ｖになるとき、第２及び第３の内側裏分割電極４１２、４１３並びに内側表分割電極とミラー部２１０との間の電位差が無くなって静電引力が消滅し、ミラー部２１０は、ジンバル部２２０及び枠部２３０と平行な状態となる。
【００４６】
次に、ミラー部２１０がＸ軸反時計周りに揺動する場合について説明する。
【００４７】
この場合、電源装置は第１及び第４の内側裏配線４１５、４１８を介して第１及び第４の内側裏分割電極４１１、４１４に交流電圧を印加する。さらに、第１及び第４の内側裏分割電極４１１、４１４とＸ軸に対し対称位置にある複数の内側表分割電極に対して、第１及び第４の内側裏分割電極４１１、４１４と同じ電圧を同時に印加する。
【００４８】
交流電圧が０Ｖから増加していくと、接地されているミラー部２１０と第１及び第４の内側裏分割電極４１１、４１４並びに内側表分割電極との間に電圧差が生じ、この電圧差により第１及び第４の内側裏分割電極４１１、４１４並びに内側表分割電極とミラー部２１０との間に静電引力が生じる。この静電引力により、第１及び第４の内側裏分割電極４１１、４１４並びに内側表分割電極とミラー部２１０とが引き合い、ミラー部２１０がＸ軸反時計周りに回転する。交流電圧が１３０Ｖになると、ミラー部２１０は、アイドル状態から１５度回転する。
【００４９】
交流電圧が１３０Ｖから減少していくと同時に静電引力が減少し、ミラー部２１０は、第１及び第２のミラー支持部２４１、２４２の弾性力によりジンバル部２２０及び枠部２３０と平行な状態に近づいてゆく。交流電圧が０Ｖになるとき、第１及び第４の内側裏分割電極４１１、４１４並びに内側表分割電極とミラー部２１０との間の電位差が無くなって静電引力が消滅し、ミラー部２１０は、ジンバル部２２０及び枠部２３０と平行な状態となる。
【００５０】
Ｘ軸時計周り及びＸ軸反時計周りに対する回動を交互に繰り返すことにより、ミラー部２１０がＸ軸周りに揺動する。そして、交流電圧がミラー部２１０の共振周波数と略同じであるため、ミラー部２１０は共振現象により回動する。また、前述したようにミラー部２１０と外側裏電極４２０とがＺ軸方向において重ならないため、ミラー部２１０と内側裏電極４１０及び内側表分割電極との間に生じる静電引力は、ジンバル部２２０及び外側裏電極４２０及び外側表分割電極に及ばない。
【００５１】
次に、ミラー部２１０及びジンバル部２２０がＹ軸時計周りに揺動する場合について説明する。
【００５２】
図示しない電源装置が、第３及び第４の内側裏配線４１７、４１８を介して第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４に、第２の外側裏配線４２６を介して第２の外側裏分割電極４２２に、交流電圧を印加する。さらに、第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４とＹ軸に対し対称位置にある複数の内側表分割電極、並びに第２の外側裏分割電極４２２とＹ軸に対し対称位置にある外側表分割電極に対して、第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに第２の外側裏分割電極４２２と同じ電圧を同時に印加する。この交流電圧は、最大振幅電圧が１３０Ｖである。
【００５３】
この交流電圧が０Ｖから増加していくと、接地されているミラー部２１０と第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極との間、及び接地されているジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極との間に電圧差が生じ、この電圧差によりミラー部２１０と第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極との間、及びジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極との間に静電引力が生じる。この静電引力により、ミラー部２１０と第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極、そしてジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極とが各々引き合い、ミラー部２１０及びジンバル部２２０がＸ軸時計周りに回転する。すなわち、ミラー部２１０は、第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極からの静電引力に加えて、第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極からの静電引力によりＹ軸時計回りに回動する。交流電圧が１３０Ｖになると、ミラー部２１０は、アイドル状態から１５度回転する。
【００５４】
ジンバル部２２０の回転角度が大きくなると、ジンバル部２２０は裏基板４３０の頂面４３１に近接する。しかし、アイドル状態においてジンバル部２２０から裏基板４３０の頂面４３１までの距離は、裏突出部４４０の頂面４４２までの距離よりも遠い。そのため、ジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２とが直接に接触せず、ジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２との短絡により回路等が破壊されるおそれがなくなる。表基板３３０の頂面３３１に関しても同様である。一方、ミラー部２１０から内側裏電極４１０までの距離は近接しているため、Ｘ軸回りにミラー部２１０を回動させるときの静電引力を確保できる。表突出部３４０に関しても同様である。
【００５５】
交流電圧が１００Ｖから減少していくと同時に静電引力が減少し、ミラー部２１０及びジンバル部２２０は、第１及び第２のジンバル支持部２４３、２４４の弾性力により枠部２３０と平行な状態に近づいてゆく。交流電圧が０Ｖになると、ミラー部２１０と第３及び第４の内側裏分割電極４１３、４１４並びに内側表分割電極、及びジンバル部２２０と第２の外側裏分割電極４２２及び外側表分割電極との間の電位差が無くなって静電引力が消滅し、ミラー部２１０及びジンバル部２２０は、枠部２３０と平行な状態となる。
【００５６】
ジンバル部２２０がＹ軸反時計周りに揺動する場合について説明する。
【００５７】
図示しない電源装置が、第１及び第２の内側裏配線４１５、４１６を介して第１及び第２の内側裏分割電極４１１、４１２に、第１の外側裏配線４２５を介して第１の外側裏分割電極４２１に、交流電圧を印加する。さらに、第１及び第２の内側裏配線４１５、４１６とＹ軸に対し対称位置にある複数の内側表分割電極、並びに第１の外側裏分割電極４２１とＹ軸に対し対称位置にある外側表分割電極に対して、第１及び第２の内側裏分割電極４１１、４１２並びに第１の外側裏分割電極４２１と同じ電圧を同時に印加する。この交流電圧は、ジンバル部２２０がＹ軸時計周りに揺動する場合と同様に最大振幅電圧１３０Ｖである。
【００５８】
この交流電圧が０Ｖから増加していくと、接地されているミラー部２１０と第１及び第２の内側裏分割電極４１１、４１２並びに内側表分割電極との間、及び接地されているジンバル部２２０と第１の外側裏分割電極４２１及び外側表分割電極との間に電圧差が生じ、この電圧差によりミラー部２１０と第１及び第２の内側裏分割電極４１１、４１２並びに内側表分割電極との間、及びジンバル部２２０と第１の外側裏分割電極４２１及び外側表分割電極との間に静電引力が生じる。この静電引力により、ミラー部２１０と第１及び第２の内側裏分割電極４１１、４１２並びに内側表分割電極、そしてジンバル部２２０と第１の外側裏分割電極４２１及び外側表分割電極とが各々引き合い、ミラー部２１０及びジンバル部２２０がＸ軸時計周りに回転する。すなわち、ミラー部２１０は、第１及び第２の内側裏分割電極４１１、４１２並びに内側表分割電極からの静電引力に加えて、第１の外側裏分割電極４２１及び外側表分割電極からの静電引力によりＹ軸反時計回りに回動する。交流電圧が１３０Ｖになると、ミラー部２１０は、アイドル状態から１５度回転する。
【００５９】
ジンバル部２２０の回転角度が大きくなると、ジンバル部２２０は裏基板４３０の頂面４３１に近接する。しかし、アイドル状態においてジンバル部２２０から裏基板４３０の頂面４３１までの距離は、裏突出部４４０の頂面４４２までの距離よりも遠い。そのため、ジンバル部２２０と第１の外側裏分割電極４２１とが直接に接触せず、ジンバル部２２０と第１の外側裏分割電極４２１との短絡により回路等が破壊されるおそれがなくなる。一方、ミラー部２１０と内側電極までの距離は近接しているため、Ｘ軸回りに回動させるときの静電引力を確保できる。表突出部３４０に関しても同様である。
【００６０】
交流電圧が１００Ｖから減少していくと同時に静電引力が減少し、ミラー部２１０及びジンバル部２２０は、第１及び第２のジンバル支持部２４３、２４４の弾性力により枠部２３０と平行な状態に近づいてゆく。交流電圧が０Ｖになると、ミラー部２１０と第１及び第２の内側裏分割電極４１１、４１２並びに内側表分割電極、及びジンバル部２２０と第１の外側裏分割電極４２１及び外側表分割電極との間の電位差が無くなって静電引力が消滅し、ミラー部２１０及びジンバル部２２０は、枠部２３０と平行な状態となる。
【００６１】
Ｙ軸時計周り及びＹ軸反時計周りに対する回動を交互に繰り返すことにより、ミラー部２１０がＹ軸周りに回動する。この回動は、ＤＣ駆動によるものである。また、前述したようにミラー部２１０と外側裏電極４２０及び外側表電極とがＺ軸方向において重ならないため、外側裏電極４２０及び外側表電極はミラー部２１０との間に静電引力を生じない。すなわち、外側裏電極４２０及び外側表電極は、Ｘ軸回りにおけるミラー部２１０の回動に影響を及ぼさない。
【００６２】
以上示したＸ軸方向に駆動する電圧及びＹ軸方向に駆動する電圧を、内側裏電極４１０、外側裏電極４２０、内側表電極、及び外側表電極に対して同時に加えることも可能である。このとき、Ｘ軸方向に駆動する電圧及びＹ軸方向に駆動する電圧が合成されて第１から第４の内側裏分割電極４１１、４１２、４１３、４１４及び内側表分割電極に印加される。
【００６３】
次に、図４を用いてＹ軸回りにおけるミラー部２１０の回動角度と印加電圧との関係を、本実施形態と比較例とを用いて説明する。比較例は、外側裏電極４２０及び外側表電極が設けられない光スキャナ１００であり、他の構成は本実施形態と同様である。
【００６４】
比較例において、内側裏電極４１０及び内側表電極に１３０Ｖを印加すると、ミラー部２１０の回動角度は６度である。一方、本実施形態において内側裏電極４１０、外側裏電極４２０、内側表電極、及び外側表電極に１３０Ｖを印加すると、ミラー部２１０の回動角度は１５度となる。すなわち、本実施形態によれば、２倍以上の回動角度を得ることができる。
【００６５】
一方、ミラー部２１０を１５度回動させる場合、比較例では１８０Ｖを印加する必要があるが、本実施形態では１３０Ｖで足りる。すなわち、本実施形態によれば、印加電圧を約３割低減することができる。
【００６６】
本実施形態によれば、ＤＣ駆動によっても大きな回動角度を得ることができる。
【００６７】
なお、表電極部３００を設けずに、裏電極部４００のみでミラー部２１０及びジンバル部２２０を駆動しても良い。
【００６８】
また、裏基板４３０及び表基板３３０の頂面４３１から約５０μｍから約１００μｍの範囲で裏突出部４４０及び表突出部３４０が突出することが好ましいが、突出長さはこれらの値に限定されない。
【００６９】
内側裏電極４１０及び外側裏電極４２０、並びに内側表電極及び外側表電極全てを用いてＸ軸方向及びＹ軸方向にミラー部２１０及びジンバル部２２０を回動しなくても良い。内側裏電極４１０及び外側裏電極４２０、又は内側表電極及び外側表電極いずれか一方のみを用いても良い。
【００７０】
交流電圧の最大振幅電圧値は１３０Ｖでなくても良い。
【符号の説明】
【００７１】
１００ 光スキャナ
２００ 可動部
２１０ ミラー部
２１１ 光反射面
２２０ ジンバル部
２２１ 外周面
２２２ 内周面
２３０ 枠部
２４１ 第１のミラー支持部
２４２ 第２のミラー支持部
２４３ 第１のジンバル支持部
２４４ 第２のジンバル支持部
３００ 表電極部
３３０ 表基板
３４０ 表突出部
４００ 裏電極部
４１０ 内側裏電極
４１１ 第１の内側裏分割電極
４１２ 第２の内側裏分割電極
４１３ 第３の内側裏分割電極
４１４ 第４の内側裏分割電極
４１５ 第１の内側裏配線
４１６ 第２の内側裏配線
４１７ 第３の内側裏配線
４１８ 第４の内側裏配線
４２０ 外側裏電極
４２１ 第１の外側裏分割電極
４２１ 第２の外側裏分割電極
４２５ 第１の外側裏配線
４２６ 第２の外側裏配線
４３０ 裏基板
４４０ 裏突出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射面を有する板状であって、前記光反射面に対して平行な第１の回動軸回りに回動する第１の可動部と、
板状であって、前記第１の可動部の周囲に設けられ、前記光反射面に対して平行かつ前記第１の回動軸と平行でない第２の回動軸回りに回動する第２の可動部と、
前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸と直交する直線上から見たとき、前記第１の可動部と重なる位置に、前記第１の可動部と一定の距離を置いて設けられる内側裏電極と、
前記第１の支持部及び前記第２の支持部と直交する直線上から見たとき、前記第２の可動部と重なる位置に、前記第２の可動部と一定の距離を置いて設けられる外側裏電極とを備え、
前記第１の可動部と内側裏電極との距離は、前記第２の可動部と外側裏電極との距離よりも短い光スキャナ。
【請求項２】
前記内側裏電極及び外側裏電極は、前記光反射面の裏面と対向するように設けられ、
前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸と直交する直線上から見たとき、前記第１の可動部と重なる位置に、前記光反射面と対向し、かつ前記第１の可動部と一定の距離を置いて設けられる内側表電極と、
前記第１の支持部及び前記第２の支持部と直交する直線上から見たとき、前記第２の可動部と重なる位置に、前記光反射面と対向し、かつ前記第２の可動部と一定の距離を置いて設けられる外側表電極とを備え、
前記第１の可動部と内側表電極との距離は、前記第２の可動部と外側表電極との距離よりも短い請求項１に記載の光スキャナ。
【請求項３】
前記第１の可動部と内側裏電極との距離は、前記第１の可動部と内側表電極との距離と等しく、前記第２の可動部と外側裏電極との距離は、前記第２の可動部と外側表電極との距離と等しい請求項２に記載の光スキャナ。
【請求項４】
前記内側表電極及び前記外側表電極は、光を透過する請求項３に記載の光スキャナ。
【請求項５】
前記内側裏電極は、前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸と直交する直線上から見たときに前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸により分割されて成る第１から第４の内側裏電極を有する請求項１から３のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項６】
前記外側裏電極は、前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸と直交する直線上から見たときに前記第２の回動軸により分割されて成る第１の外側裏電極及び第２の外側裏電極を有する請求項１から３のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項７】
前記内側表電極は、前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸と直交する直線上から見たときに前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸により分割されて成る第１から第４の内側表電極を有する請求項１から３のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項８】
前記外側表電極は、前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸と直交する直線上から見たときに前記第２の回動軸により分割されて成る第１の外側表電極及び第２の外側表電極を有する請求項１から３のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項１】
光反射面を有する板状であって、前記光反射面に対して平行な第１の回動軸回りに回動する第１の可動部と、
板状であって、前記第１の可動部の周囲に設けられ、前記光反射面に対して平行かつ前記第１の回動軸と平行でない第２の回動軸回りに回動する第２の可動部と、
前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸と直交する直線上から見たとき、前記第１の可動部と重なる位置に、前記第１の可動部と一定の距離を置いて設けられる内側裏電極と、
前記第１の支持部及び前記第２の支持部と直交する直線上から見たとき、前記第２の可動部と重なる位置に、前記第２の可動部と一定の距離を置いて設けられる外側裏電極とを備え、
前記第１の可動部と内側裏電極との距離は、前記第２の可動部と外側裏電極との距離よりも短い光スキャナ。
【請求項２】
前記内側裏電極及び外側裏電極は、前記光反射面の裏面と対向するように設けられ、
前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸と直交する直線上から見たとき、前記第１の可動部と重なる位置に、前記光反射面と対向し、かつ前記第１の可動部と一定の距離を置いて設けられる内側表電極と、
前記第１の支持部及び前記第２の支持部と直交する直線上から見たとき、前記第２の可動部と重なる位置に、前記光反射面と対向し、かつ前記第２の可動部と一定の距離を置いて設けられる外側表電極とを備え、
前記第１の可動部と内側表電極との距離は、前記第２の可動部と外側表電極との距離よりも短い請求項１に記載の光スキャナ。
【請求項３】
前記第１の可動部と内側裏電極との距離は、前記第１の可動部と内側表電極との距離と等しく、前記第２の可動部と外側裏電極との距離は、前記第２の可動部と外側表電極との距離と等しい請求項２に記載の光スキャナ。
【請求項４】
前記内側表電極及び前記外側表電極は、光を透過する請求項３に記載の光スキャナ。
【請求項５】
前記内側裏電極は、前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸と直交する直線上から見たときに前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸により分割されて成る第１から第４の内側裏電極を有する請求項１から３のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項６】
前記外側裏電極は、前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸と直交する直線上から見たときに前記第２の回動軸により分割されて成る第１の外側裏電極及び第２の外側裏電極を有する請求項１から３のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項７】
前記内側表電極は、前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸と直交する直線上から見たときに前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸により分割されて成る第１から第４の内側表電極を有する請求項１から３のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項８】
前記外側表電極は、前記第１の回動軸及び前記第２の回動軸と直交する直線上から見たときに前記第２の回動軸により分割されて成る第１の外側表電極及び第２の外側表電極を有する請求項１から３のいずれかに記載の光スキャナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−６４９５２（Ｐ２０１１−６４９５２Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１５５５６（Ｐ２００９−２１５５５６）
【出願日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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