２次元走査装置
【課題】本発明は、第１軸周りの揺動と第２軸周りの揺動が同一周波数で、且つ、互いに９０°異なる位相で行われる２次元走査装置を提供する。
【解決手段】本発明は、揺動部材２と、揺動部材と中心が一致するように、前記揺動部材の外側に配置されたリング部材３と、前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、第１軸に沿って配置された一対の第１接続部材４Ａと、前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記第１軸と直交する第２軸に沿って配置された一対の第２接続部材４Ｂとを備え、前記第１接続部材及び前記第２接続部材は、前記リング部材との接続部分を揺動中心として、前記リング部材を含む平面に対して略直交方向に揺動可能とされ、更に、前記リング部材を伸縮させて前記第１接続部材及び前記第２接続部材を揺動させることにより、前記揺動部材を揺動させる駆動手段５を備えることを特徴とする２次元走査装置１を提供する。
【解決手段】本発明は、揺動部材２と、揺動部材と中心が一致するように、前記揺動部材の外側に配置されたリング部材３と、前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、第１軸に沿って配置された一対の第１接続部材４Ａと、前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記第１軸と直交する第２軸に沿って配置された一対の第２接続部材４Ｂとを備え、前記第１接続部材及び前記第２接続部材は、前記リング部材との接続部分を揺動中心として、前記リング部材を含む平面に対して略直交方向に揺動可能とされ、更に、前記リング部材を伸縮させて前記第１接続部材及び前記第２接続部材を揺動させることにより、前記揺動部材を揺動させる駆動手段５を備えることを特徴とする２次元走査装置１を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元走査が可能な２次元走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像の読取り、書込み等を行うためのレーザ光の２次元走査方式として、レーザ光を螺旋状に走査するトルネードスキャンが知られている。このようなトルネードスキャンを行う方法として、例えば、レーザ光を反射するミラー面を有する揺動部材を、該ミラー面の法線が螺旋を描くように揺動させる方法を挙げることができる。ミラー面の法線が螺旋を描くように揺動部材を揺動させる構造として、ジンバル構造を挙げることができる。
【０００３】
このジンバル構造は、図１２に示すように、ミラー面１０１ａを有する揺動部材１０１と、該揺動部材１０１の外側に配置された第１枠体１０２と、該第１枠体１０２の外側に配置された第２枠体１０３と、揺動部材１０１と第１枠体１０２とを連結する第１軸部材１０４と、第１枠体１０２と第２枠体１０３とを連結する第２軸部材１０５とを備える。第１軸部材１０４は、第１枠体１０２に対して揺動部材１０１をその軸心回り（第１軸周り）に揺動可能に支持している。第２軸部材１０５は、その軸心が第１軸部材１０４の軸心と直交し、第２枠体１０３に対して第１枠体１０２をその軸心回り（第２軸周り）に揺動可能に支持している。
【０００４】
このようなジンバル構造においては、第１軸周りの揺動と第２軸周りの揺動とを同一周波数で、且つ、位相を９０°異ならせて行うと共に、第１軸周りの揺動と第２軸周りの揺動との振幅を時間と共に増大又は減少させることで、ミラー面１０１ａの法線が螺旋を描くように揺動部材１０１が揺動する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のジンバル構造は、第１軸周りの揺動と第２軸周りの揺動とが互いに独立して行うことが可能な構成とされている。従って、上記のジンバル構造においては、第１軸周りの揺動の周波数と第２軸周りの揺動の周波数とがずれる恐れがある。また、同様の理由により、上記のジンバル構造においては、第１軸周りの揺動の位相と第２軸周りの揺動の位相との差が、９０°からずれる恐れがある。このため、上記ジンバル構造においては、ミラー面１０１ａの法線が螺旋を描くように揺動部材１０１が揺動しなくなる恐れがある。
【０００６】
本発明は、第１軸周りの揺動と第２軸周りの揺動が同一周波数で、且つ、互いに９０°異なる位相で行われる２次元走査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するべく、本発明は、特許請求の範囲の請求項１に記載の如く、揺動部材と、前記揺動部材と中心が一致するように、前記揺動部材の外側に配置されたリング部材と、前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、且つ、前記揺動部材の中心を通る第１軸に沿って配置された一対の第１接続部材と、前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、前記揺動部材の中心を通り、且つ、前記第１軸と直交する第２軸に沿って配置された一対の第２接続部材とを備え、前記第１接続部材及び前記第２接続部材は、前記リング部材との接続部分を揺動中心として、前記リング部材を含む平面に対して略直交方向に揺動可能とされ、更に、前記リング部材を伸縮させて前記第１接続部材及び前記第２接続部材を揺動させることにより、前記揺動部材を揺動させる駆動手段を備え、前記駆動手段は、前記リング部材を前記第１軸方向に伸張させると共に、前記第２軸方向に収縮させることで、前記揺動部材を前記第１軸周りに揺動させ、前記リング部材を前記第１軸方向に収縮させると共に、前記第２軸方向に伸張させることで、前記揺動部材を前記第２軸周りに揺動させることを特徴とする２次元走査装置を提供する。
【０００８】
前記揺動部材の法線が螺旋を描くように前記揺動部材を揺動させるための具体的構成として、特許請求の範囲の請求項２に記載の如く、前記駆動手段は、前記第１軸方向及び前記第２軸方向に伸縮する第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動を前記リング部材に発生させると共に、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動における前記リング部材の前記第１軸方向と前記第２軸方向の伸縮量を時間と共に増大又は減少させる構成を挙げることができる。
【０００９】
好ましくは、特許請求の範囲の請求項３に記載の如く、前記第１接続部材の接続部分は、前記第２軸方向に凸状に屈曲し、前記第２接続部材の接続部分は、前記第１軸方向に凸状に屈曲した構成を挙げることができる。
【００１０】
好ましくは、特許請求の範囲の請求項４に記載の如く、前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、前記揺動部材の中心を通り、且つ、前記第１軸と４５°の角度を成す第３軸に沿って配置された一対の第３接続部材と、前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、前記揺動部材の中心を通り、且つ、前記第３軸と直交する第４軸に沿って配置された一対の第４接続部材と、前記第３接続部材と、前記第４接続部材とは、前記リング部材との接続部分を揺動中心として、前記リング部材を含む平面に対して略直交方向に揺動可能とされ、前記駆動手段は、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動に対して最大伸縮方向が４５°、前記リング部材の伸縮の位相が９０°異なる第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とを前記リング部材に同時に発生させると共に、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動における前記リング部材の前記第１軸方向と前記第２軸方向の伸縮量、及び、前記第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動における前記リング部材の前記第３軸方向と前記第４軸方向の伸縮量を時間と共に増大又は減少させる構成とされる。
【００１１】
好ましくは、特許請求の範囲の請求項５に記載の如く、前記第３接続部材の接続部分は、前記第４軸方向に凸状に屈曲し、前記第４接続部材の接続部分は、前記第３軸方向に凸状に屈曲した構成を挙げることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、加工誤差が生じることにより、第１軸周りの固有振動数と第２軸周りの固有振動数とに差異が生じることが防止された２次元走査装置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】
【００１３】
図１は、本実施形態に係る２次元走査装置１の概略平面図である。図１に示すように、２次元走査装置１は、揺動部材２と、リング部材３と、第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄと、駆動手段５とを備える。更に、２次元走査装置１は、サポート部材６と、筐体７と、レーザ（図示しない）とを備える。尚、ここで挙げた２次元走査装置１を構成する部材のうち、筐体７、レーザ及び後述する駆動手段５に具備される第１〜４交流電源を除いた部材は、シリコンで形成されている。シリコンで形成されたこれらの部材は、エッチングや成膜などの公知のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて、１枚のシリコン基板を加工して作製されたものである。
【００１４】
揺動部材２は、図１に示すように、平面視円形の円板状である。揺動部材２の表面には、レーザからのレーザ光を効率良く反射させるために、アルミ蒸着などのミラー加工が施されている。
【００１５】
リング部材３は、揺動部材２と中心が一致するように、揺動部材２の外側に配置されている。かかるリング部材３は、サポート部材６によって支持されている。サポート部材６は、一端部がリング部材３から径外方向に延出され、他端部がリング部材３の外側に配置された筐体７に接続されている。
【００１６】
リング部材３のサポート部材６が接続される部位は、第１〜４軸Ａ〜Ｄ上でない部位とされている。第１軸Ａは、リング部材３を含む平面内に存在し、且つ、揺動部材２の中心を通る軸である。第２軸Ｂは、リング部材３を含む平面内に存在し、揺動部材２の中心を通り、且つ、第１軸Ａと直交する軸である。第３軸Ｃは、リング部材３を含む平面内に存在し、揺動部材２の中心を通り、且つ、第１軸Ａと４５°の角度を成す軸である。第４軸Ｄは、リング部材３を含む平面内に存在し、揺動部材２の中心を通り、且つ、第３軸Ｃと直交する軸である。このように、リング部材３は、第１〜４軸Ａ〜Ｄ上でない部位において、サポート部材６と接続されているので、後述する駆動手段５が備える第１〜４固定電極を第１〜４軸Ａ〜Ｄ上の位置に配置することができる。
【００１７】
第１〜接続部材４Ａ〜４Ｄは、揺動部材２とリング部材３とを接続する部材である。第１接続部材４Ａは、揺動部材２の第１軸Ａ方向の両側において、第１軸Ａに沿って配置されている。第２接続部材４Ｂは、揺動部材２の第２軸Ｂ方向の両側において、第２軸Ｂに沿って配置されている。第３接続部材４Ｃは、揺動部材２の第３軸Ｃ方向の両側において、第３軸Ｃに沿って配置されている。第４接続部材４Ｄは、揺動部材２の第４軸Ｄ方向の両側において、第４軸Ｄに沿って配置されている。
【００１８】
図２は、第１接続部材４Ａの構成図である。図２（ａ）は、第１接続部材４Ａの平面図を示す。図２（ａ）に示すように、第１接続部材４Ａのリング部材３との接続部分４１Ａは、リング部材３側が二又に別れ、二又に分かれたそれぞれの部分は、第２軸Ｂ方向に凸状に屈曲している。本実施形態においては、このように第２軸Ｂ方向に凸状に屈曲することで、接続部分４１Ａが長く形成されている。図２（ｂ）は、第１接続部材４Ａがリング部材３を含む平面Ｐに対して略直交方向（図２（ｂ）の矢印Ｒ方向）に揺動したときのＺ―Ｚ断面図を示す。接続部分４１Ａを長く形成すると、図２（ｂ）に示すように、第１接続部材４Ａが揺動する際に生じる、接続部分４１Ａに発生するねじりのねじり率を低く抑えることができる。ねじり率を低く抑えることで、接続部分４１Ａにおけるねじりを容易に生じさせることができ、接続部分４１Ａを揺動中心として第１接続部材４Ａを揺動させ易くすることができる。
【００１９】
また、図２（ａ）に示すように、第１接続部材４Ａの揺動部材２との接続部分４２Ａは、リング部材３との接続部分４１Ａと同一の構成とされている。従って、第１接続部材４Ａは、接続部分４２Ａを揺動中心として揺動し易い構成とされている。
【００２０】
このように、第１接続部材４Ａが接続部分４１Ａ又は接続部分４２Ａを揺動中心として、平面Ｐに対して略直交方向に揺動すると、図２（ｃ）に示すように、平面Ｐにおける揺動部材２とリング部材３との距離が縮まる。よって、第１接続部材４Ａは、リング部材３が第１軸Ａ方向に収縮可能なように、揺動部材２とリング部材３とを接続している。
【００２１】
また、図３は、第１接続部材４Ａの平面図である。図３（ａ）は、接続部分４１Ａ、４２Ａが伸張していない状態の平面図を示す。図３（ｂ）は、接続部分４１Ａ、４２Ａが伸張した状態の平面図を示す。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、接続部分４１Ａは、凸状に屈曲した部分が第１軸Ａ方向に伸縮するように変形することで、第１軸Ａ方向に伸張することができる。また、接続部分４１Ａと同様に、接続部分４１Ａと同一構成の接続部分４２Ａも第１軸Ａ方向に伸張することができる。よって、図３（ｂ）に示すように、第１接続部４Ａは、リング部材３が第１軸Ａ方向に伸張可能なように、揺動部材２とリング部材３とを接続している。
【００２２】
尚、第２〜４接続部材４Ｂ〜４Ｄは、以上において説明した第１接続部材４Ａと同様の構成とされている。
【００２３】
駆動手段５は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とをリング部材３に同時に発生させて、揺動部材２を揺動させる。図４（ａ）は、リング部材３に発生する第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動を示す平面図である。図４（ｂ）は、リング部材３に発生する第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動を示す平面図である。
【００２４】
図４（ａ）及び図４（ｂ）における実線は第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動及び第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動の何れの振動もしていない状態のリング部材３を示し、破線は各振動状態のリング部材３を示す。本実施形態での第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動においては、図４（ａ）に示すように、第１軸Ａ方向と第２軸Ｂ方向とが最大伸縮方向である。一方、本実施形態での第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動においては、図４（ｂ）に示すように、第３軸Ｃ方向と第４軸Ｄ方向とが最大伸縮方向である。即ち、第１平面内ｃｏｓ２θモードと第２平面内ｃｏｓ２θモードとの最大伸張方向は、４５°異なる。
【００２５】
また、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動におけるリング部材３の伸縮の位相は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動におけるリング部材３の伸縮の位相に対して９０°遅れている。具体的には、第３軸Ｃ方向の伸縮の位相は、第１軸Ａ方向の伸縮の位相に対して９０°遅れ、第４軸Ｄ方向の伸縮の位相は、第２軸Ｂ方向の伸縮の位相に対して９０°遅れている。
【００２６】
次に、駆動手段５の具体的構成を説明する。かかる具体的構成においては、駆動手段５は、第１〜４可動電極と、第１〜４固定電極と、第１〜４交流電源とを具備する。
【００２７】
図１に示すように、第１可動電極５１１は、リング部材３の第１軸Ａ上の２つの部位に設けられている。かかる第１可動電極５１１は、リング部材３の径外方向に延出された複数の突状部分で構成された櫛歯状に形成されている。第２可動電極５１４は、リング部材３の第２軸Ｂ上の２つの部位に、第３可動電極５２１は、リング部材３の第３軸Ｃ上の２つの部位に、第４可動電極５２４は、リング部材３の第４軸Ｄ上の２つの部位に設けられている。第２可動電極５１４と、第３可動電極５２１と、第４可動電極５２４とは、第１可動電極５１１と同一の構成とされている。
【００２８】
第１固定電極５１２は、第１可動電極５１１に対して第１軸Ａ方向に所定の間隔を置いて、リング部材３の外側に配置されている。第１固定電極５１２は、複数の突状部分で構成された櫛歯状に形成されている。第１固定電極５１２の突状部分は、第１可動電極５１１の突状部分と噛み合うように、リング部材３の径内方向に延びている。このように突状部分同士が噛み合うことにより、第１可動電極５１１と第１固定電極５１２との対向面積が大きくなり、第１可動電極５１１と第１固定電極５１２との間に、大きな静電力を生じさせ易い。第２固定電極５１５は、第２可動電極５１４に対して第２軸Ｂ方向に所定の間隔を置いて、リング部材３の外側に配置されている。第３固定電極５２２は、第３可動電極５２１に対して第３軸Ｃ方向に所定の間隔を置いて、リング部材３の外側に配置されている。第４固定電極５２５は、第４可動電極５２４に対して第４軸Ｄ方向に所定の間隔を置いて、リング部材３の外側に配置されている。第２固定電極５１５と、第３固定電極５２２と、第４固定電極５２５とは、第１固定電極５１２と同一の構成とされている。尚、第１固定電極５１２と、第２固定電極５１５と、第３固定電極５２２と、第４固定電極５２５とは、図示しない部材によって、筐体７に固定されている。
【００２９】
第１交流電源５１３は、サポート部材６と第１固定電極５１２とに電気的に接続されており、第１可動電極５１１と第１固定電極５１２との間に第１交流電圧（図７参照）を印加可能とされている。上述のように、リング部材３と、サポート部材６と、第１〜４可動電極５１１、５１４、５２１、５２４とは、シリコン材から形成されているので、これらの部材は互いに電気的に接続されている。よって、サポート部材６と第１固定電極５１２とに電気的に接続された第１交流電源５１３は、第１可動電極５１１と第１固定電極５１２との間に第１交流電圧を印加することができる。
【００３０】
第２交流電源５１６は、サポート部材６と第２固定電極５１５とに電気的に接続されており、サポート部材６と第２可動電極５１４とが電気的に接続されているので、第２可動電極５１４と第２固定電極５１５との間に第２交流電圧（図７参照）を印加可能とされている。この第２交流電圧の位相は、第１交流電圧に対して位相が１８０°遅れている。第３交流電源５２３は、サポート部材６と第３固定電極５２２とに電気的に接続されており、サポート部材６と第３可動電極５２１とが電気的に接続されているので、第３可動電極５２１と第３固定電極５２２との間に第３交流電圧（図７参照）を印加可能とされている。この第３交流電圧の位相は、第１交流電圧に対して位相が９０°遅れている。第４交流電源５２６は、サポート部材６と第４固定電極５２５とに電気的に接続されており、サポート部材６と第４可動電極５２４とが電気的に接続されているので、第４可動電極５２４と第４固定電極５２５との間に第４交流電圧（図７参照）を印加可能とされている。この第４交流電圧の位相は、第３交流電圧に対して位相が１８０°（第１交流電圧に対して２７０°）遅れている。
【００３１】
以上の構成の駆動手段５において、第１可動電極５１１と第１固定電極５１２との間に第１交流電圧が印加されると、第１可動電極５１１と第１固定電極５１２との間に第１軸Ａ方向の静電力Ａ’（図１参照）が作用する。この静電力Ａ’が作用することにより、リング部材３は、第１軸Ａ方向に伸縮する。同様に、第２可動電極５１４と第２固定電極５１５との間に第２交流電圧が印加されると、第２可動電極５１４と第２固定電極５１５との間に、第２軸Ｂ方向の静電力Ｂ’が作用し、リング部材３が第２軸Ｂ方向に伸縮する。第２交流電圧の位相は、第１交流電圧の位相に対して１８０°遅れているため、静電力Ｂ’は、静電力Ａ’に対して、１８０°遅れた位相で大きさが変化する。よって、リング部材３の第１軸Ａ方向の伸縮と第２軸Ｂ方向の伸縮との位相は、１８０°異なる。従って、駆動手段５は、図４（ａ）に示すような、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動をリング部材３に発生させることができる。
【００３２】
一方、第３可動電極５２１と第３固定電極５２２との間に第３交流電圧が印加されると、第３可動電極５２１と第３固定電極５２２との間に第３軸Ｃ方向の静電力Ｃ’が作用し、リング部材３が第３軸Ｃ方向に伸縮する。同様に、第４可動電極５２４と第４固定電極５２５との間に第４交流電圧が印加されると、第４可動電極５２４と第４固定電極５２５との間に、第４軸Ｄ方向の静電力Ｄ’が作用し、リング部材３が第４軸Ｄ方向に伸縮する。第４交流電圧の位相は、第３交流電圧の位相に対して１８０°遅れているため、静電力Ｄ’は、静電力Ｃ’に対して、１８０°遅れた位相で大きさが変化する。よって、リング部材３の第３軸Ｃ方向の伸縮と第４軸Ｄ方向の伸縮との位相は、１８０°異なる。従って、駆動手段５は、図４（ｂ）に示すような、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動をリング部材３に発生させることができる。
【００３３】
また、図７に示すように、第３交流電圧の位相は第１交流電圧の位相に対して９０°遅れ、第４交流電圧の位相は第２交流電圧の位相に対して９０°遅れている。そのため、静電力Ｃ’は、静電力Ａ’に対して９０°遅れた位相で大きさが変動し、静電力Ｄ’は、静電力Ｂ’に対して９０°遅れた位相で大きさが変動する。よって、駆動手段５が発生させる第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動によるリング部材３の伸縮の位相は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動によるリング部材３の伸縮の位相に対して９０°遅れている。
【００３４】
図５及び図６は、以上に説明した第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とを同時にリング部材３に発生させたときの、揺動部材２、リング部材３及び第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄの状態の変化を示す。揺動部材２、リング部材３及び第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄの状態は、図５（ａ）→図５（ｂ）→図５（ｃ）→図５（ｄ）→図６（ａ）→図６（ｂ）→図６（ｃ）→図６（ｄ）の順で変化している。図５（ａ）〜（ｄ）、図６（ａ）〜（ｄ）の各図間においては、リング部材３の第１軸Ａ方向、第２軸Ｂ方向、第３軸Ｃ方向及び第４軸Ｄ方向（以下、「各軸方向」という）の伸縮の位相が９０°ずつ進んでいる。図５及び図６の平面図は、揺動部材２、リング部材３及び第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄの平面視における概略構成を示す。図５（ａ）、図５（ｃ）、図６（ａ）、及び図６（ｃ）のＶ―Ｖ断面図は第１軸Ａに沿った断面を、Ｗ―Ｗ断面図は第２軸Ｂに沿った断面を示す。また、図５（ｂ）、図５（ｄ）、図６（ｂ）、及び図６（ｄ）のＸ―Ｘ断面図は第３軸Ｃに沿った断面を、Ｙ―Ｙ断面図は第４軸Ｄに沿った断面を示す。
【００３５】
図５（ａ）に示す状態では、リング部材３は第１軸Ａ方向に伸張し、第２軸Ｂ方向に収縮している。図５（ｂ）に示す状態では、リング部材３は第３軸Ｃ方向に伸張し、第４軸Ｂ方向に収縮している。図５（ｃ）に示す状態では、リング部材３は、第１軸Ａ方向に収縮し、第２軸Ｂ方向に伸張している。図５（ｄ）に示す状態では、リング部材３は第３軸Ｃ方向に収縮し、第４軸Ｂ方向に伸張している。図６（ａ）に示す状態では、リング部材３の状態が図５（ａ）に示す状態と同一である。図６（ｂ）に示す状態では、リング部材３の状態が図５（ｂ）に示す状態と同一である。図６（ｃ）に示す状態では、リング部材３の状態が図５（ｃ）に示す状態と同一である。図６（ｄ）に示す状態では、リング部材３の状態が図５（ｄ）に示す状態と同一である。
【００３６】
図５及び図６に示すように、揺動部材２は、リング部材３の伸張方向と平行な軸周りの一方向に揺動する。リング部材３の伸張方向と平行な軸周りの一方向に揺動することを図５（ａ）を用いて説明する。図５（ａ）のＷ―Ｗ断面図に示すように、リング部材３の収縮方向である第２軸Ｂ方向においては、リング部材３が収縮することにより、揺動部材２とリング部材３との距離が近くなり、一対の第２接続部材４Ｂは、図２（ｃ）を用いて説明したように、接続部分４１Ｂ及び接続部分４２Ｂを揺動中心として平面Ｐに対して略直交方向に揺動する。この揺動により、接続部分４２Ｂが平面Ｐから直交方向に離間することで、揺動部材２は、第１軸Ａを揺動中心として、リング部材３の伸張方向と平行な第１軸Ａ周りの一方向Ａ１に揺動する。
【００３７】
一方、揺動部材２は、リング部材３の収縮方向と平行な軸周りには揺動しない。第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄのうち、リング部材３の伸張方向と平行な向きに配置された第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄにおいては、接続部分４１Ａ〜４１Ｄ、及び、接続部分４２Ａ〜４２Ｄがリング部材３の伸張に追従して、伸張する。そのため、例えば図５（ａ）のＶ―Ｖ断面図に示すように、リング部材３の伸張方向と平行な向きに配置された第１接続部材４Ａは揺動しない。第１接続部材４Ａは揺動しないため、揺動部材２は、リング部材３の収縮方向と平行な第２軸周りには揺動しない。
【００３８】
よって、図５（ａ）の状態においては、揺動部材２は、第１軸Ａ周りの一方向Ａ１に揺動する。同様に、図５（ｂ）の状態においては、揺動部材２は、第３軸Ｃ周りの一方向Ｃ１に揺動し、図５（ｃ）の状態においては、揺動部材２は、第２軸Ｂ周りの一方向Ｂ１に揺動し、図５（ｄ）の状態においては、揺動部材２は、第４軸Ｄ周りの一方向Ｄ１に揺動し、図６（ａ）の状態においては、揺動部材２は、第１軸Ａ周りの他方向Ａ２に揺動し、図６（ｂ）の状態においては、揺動部材２は、第３軸Ｃ周りの他方向Ｃ２に揺動し、図６（ｃ）の状態においては、揺動部材２は、第２軸Ｂ周りの他方向Ｂ２に揺動し、図６（ｄ）の状態においては、揺動部材２は、第４軸Ｄ周りの他方向Ｄ２に揺動する。以上のように、第１軸Ａ周りの揺動の位相に対して第３軸Ｃ周りの揺動の位相は４５°遅れ、第２軸Ｂ周りの揺動の位相は９０°遅れ、第４軸Ｄ周りの揺動の位相は１３５°遅れている。また、第１軸Ａ周り、第２軸Ｂ周り、第３軸Ｃ周り、及び、第４軸Ｄ周り（以下、「各軸周り」という）の揺動は同一周波数で行われる。この結果、揺動部材２の法線Ｎは、図５（ａ）〜（ｄ）及び図６（ａ）〜（ｄ）の平面図に示すように、円弧を描くように向きを変更する。
【００３９】
尚、第３交流電圧と第４交流電圧との位相を入れ替えれば、揺動部材２の法線Ｎの向きを反対方向に変更することができる。よって、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とが同時にリング部材３に発生することで、２次元走査装置１は、揺動部材２の法線Ｎの向きの変更方向を制御することができる。
【００４０】
また、駆動手段５は、揺動部材２の各軸周りの揺動を共振現象を利用して行う。揺動部材２は、平面視円形であるため、揺動部材２の各軸方向の構成は同一であり、各軸周りの固有振動数は同一である。各軸周りの固有振動数が同一であるため、各軸周りの揺動に共振現象を利用しても、各軸周りの揺動を同一周波数で行うことができ、揺動部材２の法線Ｎが円弧を描くように、揺動部材２を揺動させることができる。尚、各軸周りの固有振動数が同一となる揺動部材２の形状は、平面視円形だけでなく、例えば、平面視正８ｎ角形（ｎ：は正の整数）がある。
【００４１】
また、駆動手段５は、共振現象を利用するために、第１〜４交流電圧の周波数を揺動部材２の各軸周りの固有振動数の２倍としている。このように、第１〜４交流電圧の周波数を揺動部材２の各軸周りの固有振動数の２倍とするのは、図５（ａ）〜（ｄ）及び図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、各軸周りの揺動は、リング部材３が各軸方向に２回伸縮することによって１回行われるためである。即ち、各軸周りの揺動は、リング部材３の伸縮の周波数の２倍の周波数で行われるためである。このように、共振現象を利用して、揺動部材２の各軸周りの揺動を行うことで、揺動部材２の各軸周りの揺動を、小さな駆動力で行うことができる。
【００４２】
更に、駆動手段５は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動及び第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動におけるリング部材３の伸縮量を時間と共に増大又は減少させることによって、揺動部材２の法線Ｎが、螺旋を描くように揺動部材２を揺動させる。リング部材３の収縮量が大きくなればなるほど、揺動部材２とリング部材３との距離が近くなる。よって、リング部材３の収縮量が大きくなればなるほど、第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄの振幅（第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄと平面Ｐとが成す角度）が大きくなる。第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄの揺動の振幅が大きくなればなるほど、図２（ｃ）に示す接続部分４２Ａが平面Ｐに対して直交方向に離間するので、揺動部材２の揺動の振幅が大きくなる。よって、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動及び第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動におけるリング部材３の伸縮量の大きさを調整することで、揺動部材２の法線Ｎが描く円弧の径を調整することができる。従って、リング部材３の伸縮量の大きさを時間と共に増大または減少させることによって、揺動部材２の法線Ｎが螺旋を描くように方向を変更することができる。
【００４３】
尚、リング部材３の伸縮量の増大又は減少を行う方法としては、例えば、第１〜４交流電圧の実効値を時間と共に増大又は減少させることで、静電力Ａ’〜Ｄ’の大きさを時間と共に増大又は減少させる方法を挙げることができる。
【００４４】
このように、２次元走査装置１は、揺動部材２の法線Ｎが螺旋を描くように方向を変更できるため、レーザからのレーザ光を揺動部材２に反射させることで、トルネードスキャンをすることができる。
【００４５】
以上に説明したように、揺動部材２の第１軸Ａ周りの揺動は、リング部材３の第２軸Ｂ方向の伸縮に連動し、揺動部材２の第２軸Ｂ周りの揺動は、リング部材３の第１軸Ａ方向の伸縮に連動する。第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動及び第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動が発生するリング部材３においては、第１軸Ａ方向の伸縮と第２軸Ｂ方向の伸縮とは同一の周波数で、且つ、互いに１８０°異なる位相で行われる。よって、揺動部材２の第１軸Ａ周りの揺動と揺動部材２の第２軸Ｂ周りの揺動とは、同一周波数で、且つ、互いに９０°異なる位相で行われる。従って、２次元走査装置１においては、揺動部材２の第１軸Ａ周りの揺動と第２軸Ｂ周りの揺動とは、同一周波数で、且つ、互いに９０°異なる位相で行われる。
【００４６】
よって、２次元走査装置１は、第１軸Ａ周りの揺動の周波数と第２軸Ｂ周りの揺動の周波数がずれることや、第１軸Ａ周りの揺動の位相と第２軸Ｂ周りの揺動の位相との差が９０°からずれることによって、法線Ｎが螺旋を描くように揺動部材２が揺動しなくなる恐れがない。同様の理由により、２次元走査装置１は、第３軸Ｃ周りの揺動の周波数と第４軸Ｄ周りの揺動の周波数とがずれることや、第３軸Ｃ周りの揺動の位相と第４軸Ｄ周りの揺動の位相の差が９０°からずれることによって、法線Ｎが螺旋を描くように揺動部材２が揺動しなくなる恐れがない。
【００４７】
また、本実施形態のように揺動部材２が平面視円形であれば、シリコン基板を加工して揺動部材２等を作製する際の加工誤差によって、揺動部材２等が全体的に大きくなったり、小さくなったりしても、揺動部材２の各軸方向の構成は同一であり、揺動部材２の各軸周りの固有振動数は同一のままである。よって、平面視円形の揺動部材２を備える２次元走査装置１は、このような加工誤差が生じても、共振現象を利用して、揺動部材２の法線Ｎが螺旋を描くように、揺動部材２を揺動させることができる。また、上記のような加工誤差が生じても、揺動部材２の各軸周りの固有振動数が同一である揺動部材２の形状は、平面視円形だけでなく、例えば、平面視正８ｎ角形（ｎ：は正の整数）がある。
【００４８】
尚、本実施形態においては、２次元走査装置１は、上述のように、揺動部材２の法線Ｎの向きの変更方向を制御するために、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とを同時に発生させることが可能な構成とされているが、本発明にかかる２次元走査装置は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動のみを発生させる構成であってもよい。第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動のみを発生させる構成の場合、揺動部材２の状態は、図５（ａ）→図５（ｃ）→図６（ａ）→図６（ｃ）の順で変化することも、図５（ａ）→図６（ｃ）→図６（ａ）→図５（ｃ）の順で変化することも可能である。
いずれの順番で変化するかは、例えば、実際に揺動部材２が揺動しているときの、揺動部材２の重量バランス等によって定まる。
【００４９】
このように、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動のみを発生させる構成の場合は、第１軸Ａ周り、及び、第２軸Ｂ周りの揺動が同一周波数で行われ、第１軸Ａ周りの揺動の位相に対して第２軸Ｂ周りの揺動の位相が９０°遅れれば、揺動部材２の法線Ｎが円弧又は螺旋を描くように、揺動部材２を揺動させることができる。よって、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動のみを発生させる構成の場合において、共振現象を利用して、揺動部材２の法線Ｎが円弧を描くように揺動部材２を揺動させる場合は、揺動部材２の形状は、第１軸Ａ周りと第２軸Ｂ周りとの固有振動数が同一となる形状とされる。第１軸Ａ周りと第２軸Ｂ周りとの固有振動数が同一となる形状としては、例えば、平面視円形、平面視正４ｎ角形（ｎ：は正の整数）がある。
【００５０】
また、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動のみを発生させる構成の場合、揺動部材２の第１軸Ａ方向と第２軸Ｂ方向との構成が同一となる場合、揺動部材２等が全体的に大きくなったり、小さくなったりする加工誤差が生じても、揺動部材２の第１軸Ａ周りの固有振動数と第２軸Ｂ周りの固有振動数とは同一のままである。よって、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動のみを発生させる構成の場合、揺動部材２の第１軸Ａ方向と第２軸Ｂ方向との構成が同一となる形状のときは、上記のような加工誤差が生じても、共振現象を利用して、第１軸Ａ周りと第２軸Ｂ周りの揺動を同一の周波数で行うことができる。尚、揺動部材２の第１軸Ａ方向と第２軸Ｂ方向との構成が同一となる揺動部材２の具体的な形状としては、例えば、平面視円形、平面視正４ｎ角形（ｎ：正の整数）がある。
【００５１】
このように第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動のみを発生させる構成の場合、２次元走査装置は、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動を発生させるための部材を備えなくてもよい。本実施形態の場合においては、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動を発生させるための部材には、第３接続部材４Ｃ、第４接続部材４Ｄ、第３可動電極５２１、第３駆動電極５２２、第３交流電源５２３、及び、第４可動電極５２４、第４駆動電極５２５、第４交流電源５２６が該当する。
【００５２】
本実施形態における２次元走査装置１は、レーザからのレーザ光を揺動部材２で反射して、２次元走査をする構成とされている。本発明に係る２次元走査装置における２次元走査の方式は、これに限らず、例えば、揺動部材２の表面に発光素子を載置して、当該発光素子から発せられるレーザ光等の光で２次元走査を行う方式であってもよい。
【００５３】
以下において、駆動手段５の変形例を説明する。
【００５４】
＜変形例１＞
本変形例に係る駆動手段５は、第１〜４電線と、第１〜４磁界発生手段と、第１〜４交流電源とを具備する。
【００５５】
図８は、本変形例に係る駆動手段５を備えた２次元走査装置１の説明図である。図８（ａ）は、リング部材３の第１軸Ａ上の部位近傍の２次元走査装置１の平面図を示す。図８（ａ）に示すように、第１電線５３は、リング部材３の第１軸Ａ上の２つの部位（図８（ａ）では、一方側の部位のみ示している）に略第２軸Ｂ方向に沿って配置されている。図示していないが、第２電線は、リング部材３の第２軸Ｂ上の２つの部位に略第１軸Ａ方向に沿って配置され、第３電線は、リング部材３の第３軸Ｃ上の２つの部位に略第４軸Ｄ方向に沿って配置され、第４電線は、リング部材３の第４軸Ｄ上の２つの部位に略第３軸Ｃ方向に沿って配置されている。
【００５６】
第１磁界発生手段５４は、第１電線５３が配置されたリング部材３の電線配置部にリング部材３の厚み方向の磁界を発生させる。図８（ｂ）は、第１磁界発生手段５４の具体的構成を示す図である。図８（ｂ）に示すように、第１磁界発生手段５４は、電線配置部に対してリング部材３の厚み方向一方側と他方側とに位置する永久５４１を有する。かかる磁石５４１は、リング部材３の電線配置部における磁力を高めるためのヨーク５４２に支持されている。図示していないが、第２磁界発生手段は、第２電線が配置されたリング部材３の電線配置部にリング部材３の厚み方向の磁界を発生させ、第３磁界発生手段は、第３電線が配置されたリング部材３の電線配置部にリング部材３の厚み方向の磁界を発生させ、第４磁界発生手段は、第４電線が配置されたリング部材３の電線配置部にリング部材３の厚み方向の磁界を発生させる。第２〜４磁界発生手段は、第１磁界発生手段と同一の構成である。
【００５７】
図８（ａ）に示すように、第１交流電源５１３は、第１電線５３に第１交流電圧を印加可能とされている。図示していないが、第２交流電源は、第２電線に第２交流電圧を印加可能とされ、第３交流電源は、第３電線に第３交流電圧を印加可能とされ、第４交流電源は、第４電線に第４交流電圧を印加可能とされている。
【００５８】
図８（ａ）に示すように、以上の構成において、第１電線５３に第１交流電圧が印加され、第１電線５３に電流が流れると、第１軸Ａ方向の力Ａ’’がリング部材３の第１電線５３が配置された電線配置部に発生する。このように、第１軸Ａ方向の力Ａ’’が発生することで、リング部材３は第１軸Ａ方向に伸縮する。同様に、第２〜４電線に第２〜４交流電圧を印加することで、第２〜４軸Ｂ〜Ｄ方向の力がリング部材３の各電線配置部に発生し、第２〜４軸Ｂ〜Ｄ方向の力が発生することで、リング部材３が第２〜４軸Ｂ〜Ｄ方向に伸縮する。
【００５９】
よって、本変形例に係る駆動手段５は、第１ｃｏｓ２θモードの振動と、第２ｃｏｓ２θモードの振動とをリング部材３に発生させることができ、揺動部材２の法線Ｎが円弧を描くように、揺動部材２を揺動させることができる。また、上記の実施形態と同様に、本変形例に係る駆動手段５は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動及び第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動におけるリング部材３の伸縮量を時間と共に増大又は減少させることによって、揺動部材２の法線Ｎが、螺旋を描くように揺動部材２を揺動させる。リング部材３の伸縮量の増大又は減少を行う方法としては、例えば、第１〜４交流電圧の実効値を時間と共に増大又は減少させることで、電線配置部に発生する第１〜４軸Ａ〜Ｄ方向の力を時間と共に増大又は減少させる方法を挙げることができる。
【００６０】
＜変形例２＞
図９は、本変形例に係る駆動手段５を備えた２次元走査装置１のリング部材３近傍の平面図である。図９に示すように、本変形例に係る駆動手段５は、第１〜４圧電素子５５Ａ〜５５Ｄと、第１〜４交流電源５１３、５１６、５２３、５２６とを具備する。
【００６１】
第１圧電素子５５Ａは、リング部材３の第２軸Ｂ上の２つの部位に伸縮方向が第１軸Ａ方向に向けられて配置されている。第２圧電素子５５Ｂは、リング部材３の第１軸Ａ上の２つの部位に伸縮方向が第２軸Ｂ方向に向けられて配置されている。第３圧電素子５５Ｃは、リング部材３の第４軸Ｄ上の２つの部位に伸縮方向が第３軸Ｃ方向に向けられて配置されている。第４圧電素子５５Ｄは、リング部材３の第３軸Ｃ上の２つの部位に伸縮方向が第４軸Ｄ方向に向けられて配置されている。このような第１〜４圧電素子５５Ａ〜５５Ｄが配置されたリング部材３は、第１〜４圧電素子５５Ａ〜５５Ｄのうち、伸縮した圧電素子の伸縮方向に収縮する。第１〜４圧電素子５５Ａ〜５５Ｄの伸縮量は、印加される電圧が大きくなればなるほど大きくなる。
【００６２】
第１交流電源５１３は、第１圧電素子５５Ａに第１交流電圧を印加可能とされている。第２交流電源５１６は、第２圧電素子５５Ｂに第２交流電圧を印加可能とされている。第３交流電源５２３は、第３圧電素子５５Ｃに第３交流電圧を印加可能とされている。第４交流電源５２６は、第４圧電素子５５Ｄに第４交流電圧を印加可能とされている。
【００６３】
このように、第２圧電素子５５Ｂには、第１圧電素子５５Ａに印加される第１交流電圧に対して位相が１８０°遅れた第２交流電圧が印加されるので、第１圧電素子５５Ａの伸縮の位相に対して第２圧電素子５５Ｂの伸縮の位相は１８０°遅れる。よって、リング部材３の第１軸Ａ方向の伸縮と第２軸Ｂ方向の伸縮との位相は、１８０°異なる。従って、第１圧電素子５５Ａと第２圧電素子５５Ｂとの伸縮により、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動がリング部材３に発生する。
【００６４】
また、第４圧電素子５５Ｃには、第３圧電素子５５Ｃに印加される第３交流電圧に対して位相が１８０°遅れた第４交流電圧が印加されるので、第３圧電素子５５Ｃの伸縮の位相に対して第４圧電素子５５Ｄの伸縮の位相は１８０°遅れる。よって、リング部材３の第３軸Ｃ方向の伸縮と第４軸Ｄ方向の伸縮との位相は、１８０°異なる。従って、第３圧電素子５５Ｃと第４圧電素子５５Ｄとの伸縮により、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動がリング部材３に発生する。
【００６５】
更に、第３交流電圧の位相は第１交流電圧の位相に対して９０°遅れている。そのため、リング部材３の第３軸Ｃ方向の伸縮は第１軸Ａ方向の伸縮に対して位相が９０°遅れている。また、第４交流電圧の位相は第２交流電圧の位相に対して９０°遅れている。そのため、リング部材３の第４軸Ｄ方向の伸縮は第２軸Ｂ方向の伸縮に対して位相が９０°遅れている。よって、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動によるリング部材３の伸縮の位相は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動によるリング部材３の伸縮の位相に対して９０°遅れている。
【００６６】
従って、本変形例に係る駆動手段５は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とをリング部材３に発生させることで、揺動部材２の法線Ｎが円弧を描くように、揺動部材２を揺動させることができる。また、上記の実施形態と同様に、本変形例に係る駆動手段５は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動及び第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動におけるリング部材３の伸縮量を時間と共に増大又は減少させることによって、揺動部材２の法線Ｎが、螺旋を描くように揺動部材２を揺動させる。リング部材３の伸縮量の増大又は減少を行う方法としては、例えば、第１〜４交流電圧の実効値を時間と共に増大又は減少させることで、第１〜４圧電素子５５Ａ〜Ｄの伸縮量を時間と共に増大又は減少させる方法を挙げることができる。
【００６７】
＜変形例３＞
図１０は、本変形例に係る駆動手段５を備えた２次元走査装置１の平面図である。図１０に示すように、本変形例に係る駆動手段５は、サポート部材６に配置された圧電素子５６と第１〜４交流電源５１３、５１６、５２３、５２６とを備える。図１０（ａ）に示すように、圧電素子５６は、サポート部材６のうち、リング部材３から径外方向に延出された部分に配置されている。圧電素子５６は、サポート部材６のリング部材３の周方向の一端部と、他端部とに配置されている。
【００６８】
従って、図１０（ａ）の１点鎖線で示すように、サポート部材６に配置された圧電素子６のうち、第１軸Ａ側の端部に配置された圧電素子５６にのみ電圧を印加すると、サポート部材６が湾曲し、当該サポート部材６と接続されたリング部材３の部分３１が、第１軸Ａ方向に移動する。一方、図１０（ａ）の２点鎖線で示すように、サポート部材６に配置された圧電素子６のうち、第２軸Ｂ側の端部に配置された圧電素子５６にのみ電圧を印加すると、サポート部材６が湾曲し、サポート部材６と接続されたリング部材３の部分が、第２軸Ｂ方向に移動する。
【００６９】
このため、図１０（ｂ）に示すように、各サポート部材６に配置された圧電素子のうち、第１軸Ａ側の端部に配置された圧電素子５６に電圧が印加されると、リング部材３は、第１軸Ａ方向に伸張し、第２軸Ｂ方向に収縮する。一方、図示していないが、各サポート部材６に配置された圧電素子のうち、第２軸Ｂ側の端部に配置された圧電素子５６に電圧が印加されると、リング部材３は、第１軸Ａ方向に収縮し、第２軸Ｂ方向に伸張する。
【００７０】
以上のように配置された圧電素子５６のうち、第１軸Ａ側の端部に配置された圧電素子５６は、第１交流電源５１３と電気的に接続されている。また、第２軸Ｂ側の端部に配置された圧電素子５６は、第２交流電源５１６と電気的に接続されている。
【００７１】
このように、第２軸Ｂ側の端部に配置された圧電素子５６には、第１軸Ａ側の端部に配置された圧電素子５６に印加される第１交流電圧に対して位相が１８０°遅れた第２交流電圧が印加される。このため、第１軸Ａ側の端部に配置された圧電素子５６の収縮の位相に対して第２軸Ｂ側の端部に配置された第２圧電素子５６の収縮の位相は１８０°遅れる。よって、リング部材３の第１軸Ａ方向の伸縮と第２軸Ｂ方向の伸縮との位相は、１８０°異なる。従って、圧電素子５６の伸縮によって、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動がリング部材３に発生する。
【００７２】
また、第１交流電源５１３又は第２交流電源５１６に電気的に接続された圧電素子５６は、更に、第３交流電源５２３又は第４交流電源５２６と電気的に接続されている。具体的には、サポート部材６の第３軸Ｃ側の端部に配置された圧電素子５６は、第３交流電源５２３と電気的に接続されている。また、サポート部材６の第４軸Ｄ側の端部に配置された圧電素子５６は、第４交流電源５２６と電気的に接続されている。
【００７３】
このように、第４軸Ｄ側の端部に配置された圧電素子５６には、第３軸Ｃ側の端部に配置された圧電素子５６に印加される第３交流電圧に対して位相が１８０°遅れた第４交流電圧が印加される。このため、第３軸Ｃ側の端部に配置された圧電素子５６の伸縮の位相に対して第４軸Ｄ側の端部に配置された第４圧電素子５６の伸縮の位相は１８０°遅れる。よって、リング部材３の第３軸Ｃ方向の伸縮と第４軸Ｄ方向の伸縮との位相は、１８０°異なる。従って、圧電素子５６の伸縮によって、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動がリング部材３に発生する。
【００７４】
更に、第３交流電圧の位相は第１交流電圧の位相に対して９０°遅れ、第４交流電圧の位相は第２交流電圧の位相に対して９０°遅れている。そのため、変形例２で説明したように、本変形例における第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動によるリング部材３の伸縮の位相は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動によるリング部材３の伸縮の位相に対して９０°遅れている。
【００７５】
従って、本変形例に係る駆動手段５は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とをリング部材３に発生させることで、揺動部材２の法線Ｎが円弧を描くように、揺動部材２を揺動させることができる。また、上記の実施形態と同様に、本変形例に係る駆動手段５は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動及び第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動におけるリング部材３の伸縮量を時間と共に増大又は減少させることによって、揺動部材２の法線Ｎが、螺旋を描くように揺動部材２を揺動させる。リング部材３の伸縮量の増大又は減少を行う方法としては、例えば、第１〜４交流電圧の実効値を時間と共に増大又は減少させることで、サポート部材６の湾曲量を時間と共に増大又は減少させる方法を挙げることができる。
【００７６】
＜変形例４＞
図１１は、本変形例に係る駆動手段５が備えられた２次元走査装置１の構成図である。図１１（ａ）は、本変形例に係る駆動手段５が備えられた２次元走査装置１のリング部材３近傍の概略平面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＴ―Ｔ断面図である。
【００７７】
図１１に示すように駆動手段５は、永久磁石５７と、第１〜８コイル５８Ａ〜５８Ｈと、第１〜８交流電源５１３、５１６、５２３、５２６、５３３、５３６、５４３、５４６とを備える。図１１（ｂ）に示すように、永久磁石５７は、揺動部材２の一方の面に取り付けられている。第１〜８コイル５８Ａ〜５８Ｈは、リング部材３が含まれる平面Ｐの永久磁石５７が取り付けられた側に、平面Ｐに対して所定の距離を置いて配置されている。図１１（ａ）に示すように、第１〜８コイル５８Ａ〜５８Ｈは、平面視において、揺動部材２の中心を囲むように、揺動部材２の中心に対して４５°間隔で配置されている。具体的には、第１コイル５８Ａは、揺動部材２の中心に対して第１軸Ａ方向一方側の第１軸Ａと重なった位置に配置されている。第１コイル５８Ａに対して、第２コイル５８Ｂは、揺動部材２を中心にして左回りに４５°の位置に、第３コイル５８Ｃは、揺動部材２を中心にして左回りに９０°の位置に、第４コイル５８Ｄは、揺動部材２を中心にして左回りに１３５°の位置に、第５コイル５８Ｅは、揺動部材２を中心にして左回りに１８０°の位置に、第６コイル５８Ｆは、揺動部材２を中心にして左回りに２２５°の位置に、第７コイル５８Ｇは、揺動部材２を中心にして左回りに２７０°の位置に、第８コイル５８Ｈは、揺動部材２を中心にして左回りに３１５°の位置に、配置されている。
【００７８】
第１コイル５８Ａは、第１交流電源５１３に電気的に接続され、第２コイル５８Ｂは、第５交流電源５３３に電気的に接続され、第３コイル５８Ｃは、第３交流電源５２３に電気的に接続され、第４コイル５８Ｄは、第６交流電源５３６に電気的に接続され、第５コイル５８Ｅは、第２交流電源５１６に電気的に接続され、第６コイル５８Ｆは、第７交流電源５４３に電気的に接続され、第７コイル５８Ｇは、第４交流電源５２６に電気的に接続され、第８コイル５８Ｈは、第８交流電源５４６に電気的に接続されている。第５交流電源５２３は、第１交流電圧に対して位相が４５°遅れた第５交流電圧（図７参照）を印加可能とされ、第６交流電源５３６は、第１交流電圧に対して位相が１３５°遅れた第６交流電圧（図７参照）を印加可能とされ、第７交流電源５４３は、第１交流電圧に対して位相が２２５°遅れた第７交流電圧（図７参照）を印加可能とされ、第８交流電源５４６は、第１交流電圧に対して位相が３１５°遅れた第８交流電圧（図７参照）を印加可能とされている。
【００７９】
図１１（ｂ）に示すように、第１〜８コイル５８Ａ〜５８Ｈに電圧が印加されると、第１〜８コイル５８Ａ〜５８Ｇと永久磁石５７との間に磁界が発生し、引力又は斥力の磁力が発生する。
【００８０】
揺動部材２の中心を挟んで反対側に配置された２つのコイルには、位相が１８０°異なる交流電圧が印加されている。そのため、図１１（ｂ）に示すように、揺動部材２の中心を挟んで一方側に配置された第３コイル５８Ｃと永久磁石５７との間では引力が発生し、揺動部材２の中心を挟んで他方側に配置された第７コイル５８Ｇと磁永久石５７との間では斥力が発生する。よって、図１１（ｂ）の点線で示すように、揺動部材２は、引力が発生する側がコイルに接近、斥力が発生する側はコイルから離間する。このような接近及び離間によって、揺動部材２は揺動する。
【００８１】
第１〜８コイル５８Ａ〜５８Ｈにおいては、隣接するコイル間において、コイルに印加される交流電圧は、４５°ずつ異なっている。よって、揺動部材２のコイルと接近及び離間する部位が周方向にずれることで、揺動部材２は、法線Ｎが円弧を描くように揺動する。
【００８２】
また、上記の実施形態と同様に、本変形例に係る駆動手段５は、揺動部材２の揺動の振幅を時間と共に増大又は減少させることによって、揺動部材２の法線Ｎが、螺旋を描くように揺動部材２を揺動させる。動部材２の揺動の振幅を時間と共に増大又は減少させる方法としては、例えば、第１〜８交流電圧の実効値を時間と共に増大又は減少させることで、第１〜８コイル５８Ａ〜Ｇと永久磁石５７との間に発生する引力又は斥力を時間と共に増大又は減少させる方法を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１は、実施形態に係る２次元走査装置の概略平面図である。
【図２】図２は、第１接続部材の構成図である。図２（ａ）は、揺動していない状態の第１接続部材の平面図を示す。図２（ｂ）は、第１接続部材がリング部材を含む平面に対して略直交方向に揺動したときのＺ―Ｚ断面図を示す。図２（ｃ）は、揺動している状態の第１接続部材の平面図を示す。
【図３】図３は、第１接続部材の平面図である。図３（ａ）は、接続部分が伸張していない状態の平面図を示す。図３（ｂ）は、接続部分が伸張した状態の平面図を示す。
【図４】図４（ａ）は、リング部材３に発生する第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動を示す平面図である。図４（ｂ）は、リング部材３に発生する第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動を示す平面図である。
【図５】図５は、リング部材の伸縮状態と、揺動部材の揺動状態とを対応関係を示す図である。
【図６】図６は、リング部材の伸縮状態と、揺動部材の揺動状態とを対応関係を示す図である。
【図７】図７は、第１交流電圧の位相に対する、第２〜８交流電圧の各位相を示している。
【図８】図８は、変形例１に係る駆動手段を備えた２次元走査装置の説明図である。図８（ａ）は、リング部材の第１軸上の部位近傍の２次元走査装置の平面図を示す。図８（ｂ）は、第１磁界発生手段の具体的構成を示す図である。
【図９】図９は、変形例２に係る駆動手段を備えた２次元走査装置のリング部材３近傍の平面図である。
【図１０】図１０は、変形例３に係る駆動手段を備えた２次元走査装置の説明図である。図１０（ａ）は、変形例３に係る駆動手段の圧電素子近傍の拡大平面図を示す。図１０（ｂ）は、各サポート部材に配置された圧電素子のうち、第１軸側の端部に配置された圧電素子に電圧が印加されたときのリング部材の状態を示す。
【図１１】図１１は、変形例４に係る駆動手段が備えられた２次元走査装置の構成図である。図１１（ａ）は、本変形例に係る駆動手段が備えられた２次元走査装置のリング部材近傍の概略平面図を示す。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＴ―Ｔ断面図を示す。
【図１２】図１２は、ジンバル構造の説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
１…２次元走査装置、２…揺動部材、３…リング部材、４Ａ〜４Ｄ…第１〜第４接続部材、５…駆動手段、６…サポート部材、７…筐体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元走査が可能な２次元走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像の読取り、書込み等を行うためのレーザ光の２次元走査方式として、レーザ光を螺旋状に走査するトルネードスキャンが知られている。このようなトルネードスキャンを行う方法として、例えば、レーザ光を反射するミラー面を有する揺動部材を、該ミラー面の法線が螺旋を描くように揺動させる方法を挙げることができる。ミラー面の法線が螺旋を描くように揺動部材を揺動させる構造として、ジンバル構造を挙げることができる。
【０００３】
このジンバル構造は、図１２に示すように、ミラー面１０１ａを有する揺動部材１０１と、該揺動部材１０１の外側に配置された第１枠体１０２と、該第１枠体１０２の外側に配置された第２枠体１０３と、揺動部材１０１と第１枠体１０２とを連結する第１軸部材１０４と、第１枠体１０２と第２枠体１０３とを連結する第２軸部材１０５とを備える。第１軸部材１０４は、第１枠体１０２に対して揺動部材１０１をその軸心回り（第１軸周り）に揺動可能に支持している。第２軸部材１０５は、その軸心が第１軸部材１０４の軸心と直交し、第２枠体１０３に対して第１枠体１０２をその軸心回り（第２軸周り）に揺動可能に支持している。
【０００４】
このようなジンバル構造においては、第１軸周りの揺動と第２軸周りの揺動とを同一周波数で、且つ、位相を９０°異ならせて行うと共に、第１軸周りの揺動と第２軸周りの揺動との振幅を時間と共に増大又は減少させることで、ミラー面１０１ａの法線が螺旋を描くように揺動部材１０１が揺動する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のジンバル構造は、第１軸周りの揺動と第２軸周りの揺動とが互いに独立して行うことが可能な構成とされている。従って、上記のジンバル構造においては、第１軸周りの揺動の周波数と第２軸周りの揺動の周波数とがずれる恐れがある。また、同様の理由により、上記のジンバル構造においては、第１軸周りの揺動の位相と第２軸周りの揺動の位相との差が、９０°からずれる恐れがある。このため、上記ジンバル構造においては、ミラー面１０１ａの法線が螺旋を描くように揺動部材１０１が揺動しなくなる恐れがある。
【０００６】
本発明は、第１軸周りの揺動と第２軸周りの揺動が同一周波数で、且つ、互いに９０°異なる位相で行われる２次元走査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するべく、本発明は、特許請求の範囲の請求項１に記載の如く、揺動部材と、前記揺動部材と中心が一致するように、前記揺動部材の外側に配置されたリング部材と、前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、且つ、前記揺動部材の中心を通る第１軸に沿って配置された一対の第１接続部材と、前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、前記揺動部材の中心を通り、且つ、前記第１軸と直交する第２軸に沿って配置された一対の第２接続部材とを備え、前記第１接続部材及び前記第２接続部材は、前記リング部材との接続部分を揺動中心として、前記リング部材を含む平面に対して略直交方向に揺動可能とされ、更に、前記リング部材を伸縮させて前記第１接続部材及び前記第２接続部材を揺動させることにより、前記揺動部材を揺動させる駆動手段を備え、前記駆動手段は、前記リング部材を前記第１軸方向に伸張させると共に、前記第２軸方向に収縮させることで、前記揺動部材を前記第１軸周りに揺動させ、前記リング部材を前記第１軸方向に収縮させると共に、前記第２軸方向に伸張させることで、前記揺動部材を前記第２軸周りに揺動させることを特徴とする２次元走査装置を提供する。
【０００８】
前記揺動部材の法線が螺旋を描くように前記揺動部材を揺動させるための具体的構成として、特許請求の範囲の請求項２に記載の如く、前記駆動手段は、前記第１軸方向及び前記第２軸方向に伸縮する第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動を前記リング部材に発生させると共に、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動における前記リング部材の前記第１軸方向と前記第２軸方向の伸縮量を時間と共に増大又は減少させる構成を挙げることができる。
【０００９】
好ましくは、特許請求の範囲の請求項３に記載の如く、前記第１接続部材の接続部分は、前記第２軸方向に凸状に屈曲し、前記第２接続部材の接続部分は、前記第１軸方向に凸状に屈曲した構成を挙げることができる。
【００１０】
好ましくは、特許請求の範囲の請求項４に記載の如く、前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、前記揺動部材の中心を通り、且つ、前記第１軸と４５°の角度を成す第３軸に沿って配置された一対の第３接続部材と、前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、前記揺動部材の中心を通り、且つ、前記第３軸と直交する第４軸に沿って配置された一対の第４接続部材と、前記第３接続部材と、前記第４接続部材とは、前記リング部材との接続部分を揺動中心として、前記リング部材を含む平面に対して略直交方向に揺動可能とされ、前記駆動手段は、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動に対して最大伸縮方向が４５°、前記リング部材の伸縮の位相が９０°異なる第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とを前記リング部材に同時に発生させると共に、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動における前記リング部材の前記第１軸方向と前記第２軸方向の伸縮量、及び、前記第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動における前記リング部材の前記第３軸方向と前記第４軸方向の伸縮量を時間と共に増大又は減少させる構成とされる。
【００１１】
好ましくは、特許請求の範囲の請求項５に記載の如く、前記第３接続部材の接続部分は、前記第４軸方向に凸状に屈曲し、前記第４接続部材の接続部分は、前記第３軸方向に凸状に屈曲した構成を挙げることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、加工誤差が生じることにより、第１軸周りの固有振動数と第２軸周りの固有振動数とに差異が生じることが防止された２次元走査装置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】
【００１３】
図１は、本実施形態に係る２次元走査装置１の概略平面図である。図１に示すように、２次元走査装置１は、揺動部材２と、リング部材３と、第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄと、駆動手段５とを備える。更に、２次元走査装置１は、サポート部材６と、筐体７と、レーザ（図示しない）とを備える。尚、ここで挙げた２次元走査装置１を構成する部材のうち、筐体７、レーザ及び後述する駆動手段５に具備される第１〜４交流電源を除いた部材は、シリコンで形成されている。シリコンで形成されたこれらの部材は、エッチングや成膜などの公知のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて、１枚のシリコン基板を加工して作製されたものである。
【００１４】
揺動部材２は、図１に示すように、平面視円形の円板状である。揺動部材２の表面には、レーザからのレーザ光を効率良く反射させるために、アルミ蒸着などのミラー加工が施されている。
【００１５】
リング部材３は、揺動部材２と中心が一致するように、揺動部材２の外側に配置されている。かかるリング部材３は、サポート部材６によって支持されている。サポート部材６は、一端部がリング部材３から径外方向に延出され、他端部がリング部材３の外側に配置された筐体７に接続されている。
【００１６】
リング部材３のサポート部材６が接続される部位は、第１〜４軸Ａ〜Ｄ上でない部位とされている。第１軸Ａは、リング部材３を含む平面内に存在し、且つ、揺動部材２の中心を通る軸である。第２軸Ｂは、リング部材３を含む平面内に存在し、揺動部材２の中心を通り、且つ、第１軸Ａと直交する軸である。第３軸Ｃは、リング部材３を含む平面内に存在し、揺動部材２の中心を通り、且つ、第１軸Ａと４５°の角度を成す軸である。第４軸Ｄは、リング部材３を含む平面内に存在し、揺動部材２の中心を通り、且つ、第３軸Ｃと直交する軸である。このように、リング部材３は、第１〜４軸Ａ〜Ｄ上でない部位において、サポート部材６と接続されているので、後述する駆動手段５が備える第１〜４固定電極を第１〜４軸Ａ〜Ｄ上の位置に配置することができる。
【００１７】
第１〜接続部材４Ａ〜４Ｄは、揺動部材２とリング部材３とを接続する部材である。第１接続部材４Ａは、揺動部材２の第１軸Ａ方向の両側において、第１軸Ａに沿って配置されている。第２接続部材４Ｂは、揺動部材２の第２軸Ｂ方向の両側において、第２軸Ｂに沿って配置されている。第３接続部材４Ｃは、揺動部材２の第３軸Ｃ方向の両側において、第３軸Ｃに沿って配置されている。第４接続部材４Ｄは、揺動部材２の第４軸Ｄ方向の両側において、第４軸Ｄに沿って配置されている。
【００１８】
図２は、第１接続部材４Ａの構成図である。図２（ａ）は、第１接続部材４Ａの平面図を示す。図２（ａ）に示すように、第１接続部材４Ａのリング部材３との接続部分４１Ａは、リング部材３側が二又に別れ、二又に分かれたそれぞれの部分は、第２軸Ｂ方向に凸状に屈曲している。本実施形態においては、このように第２軸Ｂ方向に凸状に屈曲することで、接続部分４１Ａが長く形成されている。図２（ｂ）は、第１接続部材４Ａがリング部材３を含む平面Ｐに対して略直交方向（図２（ｂ）の矢印Ｒ方向）に揺動したときのＺ―Ｚ断面図を示す。接続部分４１Ａを長く形成すると、図２（ｂ）に示すように、第１接続部材４Ａが揺動する際に生じる、接続部分４１Ａに発生するねじりのねじり率を低く抑えることができる。ねじり率を低く抑えることで、接続部分４１Ａにおけるねじりを容易に生じさせることができ、接続部分４１Ａを揺動中心として第１接続部材４Ａを揺動させ易くすることができる。
【００１９】
また、図２（ａ）に示すように、第１接続部材４Ａの揺動部材２との接続部分４２Ａは、リング部材３との接続部分４１Ａと同一の構成とされている。従って、第１接続部材４Ａは、接続部分４２Ａを揺動中心として揺動し易い構成とされている。
【００２０】
このように、第１接続部材４Ａが接続部分４１Ａ又は接続部分４２Ａを揺動中心として、平面Ｐに対して略直交方向に揺動すると、図２（ｃ）に示すように、平面Ｐにおける揺動部材２とリング部材３との距離が縮まる。よって、第１接続部材４Ａは、リング部材３が第１軸Ａ方向に収縮可能なように、揺動部材２とリング部材３とを接続している。
【００２１】
また、図３は、第１接続部材４Ａの平面図である。図３（ａ）は、接続部分４１Ａ、４２Ａが伸張していない状態の平面図を示す。図３（ｂ）は、接続部分４１Ａ、４２Ａが伸張した状態の平面図を示す。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、接続部分４１Ａは、凸状に屈曲した部分が第１軸Ａ方向に伸縮するように変形することで、第１軸Ａ方向に伸張することができる。また、接続部分４１Ａと同様に、接続部分４１Ａと同一構成の接続部分４２Ａも第１軸Ａ方向に伸張することができる。よって、図３（ｂ）に示すように、第１接続部４Ａは、リング部材３が第１軸Ａ方向に伸張可能なように、揺動部材２とリング部材３とを接続している。
【００２２】
尚、第２〜４接続部材４Ｂ〜４Ｄは、以上において説明した第１接続部材４Ａと同様の構成とされている。
【００２３】
駆動手段５は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とをリング部材３に同時に発生させて、揺動部材２を揺動させる。図４（ａ）は、リング部材３に発生する第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動を示す平面図である。図４（ｂ）は、リング部材３に発生する第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動を示す平面図である。
【００２４】
図４（ａ）及び図４（ｂ）における実線は第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動及び第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動の何れの振動もしていない状態のリング部材３を示し、破線は各振動状態のリング部材３を示す。本実施形態での第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動においては、図４（ａ）に示すように、第１軸Ａ方向と第２軸Ｂ方向とが最大伸縮方向である。一方、本実施形態での第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動においては、図４（ｂ）に示すように、第３軸Ｃ方向と第４軸Ｄ方向とが最大伸縮方向である。即ち、第１平面内ｃｏｓ２θモードと第２平面内ｃｏｓ２θモードとの最大伸張方向は、４５°異なる。
【００２５】
また、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動におけるリング部材３の伸縮の位相は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動におけるリング部材３の伸縮の位相に対して９０°遅れている。具体的には、第３軸Ｃ方向の伸縮の位相は、第１軸Ａ方向の伸縮の位相に対して９０°遅れ、第４軸Ｄ方向の伸縮の位相は、第２軸Ｂ方向の伸縮の位相に対して９０°遅れている。
【００２６】
次に、駆動手段５の具体的構成を説明する。かかる具体的構成においては、駆動手段５は、第１〜４可動電極と、第１〜４固定電極と、第１〜４交流電源とを具備する。
【００２７】
図１に示すように、第１可動電極５１１は、リング部材３の第１軸Ａ上の２つの部位に設けられている。かかる第１可動電極５１１は、リング部材３の径外方向に延出された複数の突状部分で構成された櫛歯状に形成されている。第２可動電極５１４は、リング部材３の第２軸Ｂ上の２つの部位に、第３可動電極５２１は、リング部材３の第３軸Ｃ上の２つの部位に、第４可動電極５２４は、リング部材３の第４軸Ｄ上の２つの部位に設けられている。第２可動電極５１４と、第３可動電極５２１と、第４可動電極５２４とは、第１可動電極５１１と同一の構成とされている。
【００２８】
第１固定電極５１２は、第１可動電極５１１に対して第１軸Ａ方向に所定の間隔を置いて、リング部材３の外側に配置されている。第１固定電極５１２は、複数の突状部分で構成された櫛歯状に形成されている。第１固定電極５１２の突状部分は、第１可動電極５１１の突状部分と噛み合うように、リング部材３の径内方向に延びている。このように突状部分同士が噛み合うことにより、第１可動電極５１１と第１固定電極５１２との対向面積が大きくなり、第１可動電極５１１と第１固定電極５１２との間に、大きな静電力を生じさせ易い。第２固定電極５１５は、第２可動電極５１４に対して第２軸Ｂ方向に所定の間隔を置いて、リング部材３の外側に配置されている。第３固定電極５２２は、第３可動電極５２１に対して第３軸Ｃ方向に所定の間隔を置いて、リング部材３の外側に配置されている。第４固定電極５２５は、第４可動電極５２４に対して第４軸Ｄ方向に所定の間隔を置いて、リング部材３の外側に配置されている。第２固定電極５１５と、第３固定電極５２２と、第４固定電極５２５とは、第１固定電極５１２と同一の構成とされている。尚、第１固定電極５１２と、第２固定電極５１５と、第３固定電極５２２と、第４固定電極５２５とは、図示しない部材によって、筐体７に固定されている。
【００２９】
第１交流電源５１３は、サポート部材６と第１固定電極５１２とに電気的に接続されており、第１可動電極５１１と第１固定電極５１２との間に第１交流電圧（図７参照）を印加可能とされている。上述のように、リング部材３と、サポート部材６と、第１〜４可動電極５１１、５１４、５２１、５２４とは、シリコン材から形成されているので、これらの部材は互いに電気的に接続されている。よって、サポート部材６と第１固定電極５１２とに電気的に接続された第１交流電源５１３は、第１可動電極５１１と第１固定電極５１２との間に第１交流電圧を印加することができる。
【００３０】
第２交流電源５１６は、サポート部材６と第２固定電極５１５とに電気的に接続されており、サポート部材６と第２可動電極５１４とが電気的に接続されているので、第２可動電極５１４と第２固定電極５１５との間に第２交流電圧（図７参照）を印加可能とされている。この第２交流電圧の位相は、第１交流電圧に対して位相が１８０°遅れている。第３交流電源５２３は、サポート部材６と第３固定電極５２２とに電気的に接続されており、サポート部材６と第３可動電極５２１とが電気的に接続されているので、第３可動電極５２１と第３固定電極５２２との間に第３交流電圧（図７参照）を印加可能とされている。この第３交流電圧の位相は、第１交流電圧に対して位相が９０°遅れている。第４交流電源５２６は、サポート部材６と第４固定電極５２５とに電気的に接続されており、サポート部材６と第４可動電極５２４とが電気的に接続されているので、第４可動電極５２４と第４固定電極５２５との間に第４交流電圧（図７参照）を印加可能とされている。この第４交流電圧の位相は、第３交流電圧に対して位相が１８０°（第１交流電圧に対して２７０°）遅れている。
【００３１】
以上の構成の駆動手段５において、第１可動電極５１１と第１固定電極５１２との間に第１交流電圧が印加されると、第１可動電極５１１と第１固定電極５１２との間に第１軸Ａ方向の静電力Ａ’（図１参照）が作用する。この静電力Ａ’が作用することにより、リング部材３は、第１軸Ａ方向に伸縮する。同様に、第２可動電極５１４と第２固定電極５１５との間に第２交流電圧が印加されると、第２可動電極５１４と第２固定電極５１５との間に、第２軸Ｂ方向の静電力Ｂ’が作用し、リング部材３が第２軸Ｂ方向に伸縮する。第２交流電圧の位相は、第１交流電圧の位相に対して１８０°遅れているため、静電力Ｂ’は、静電力Ａ’に対して、１８０°遅れた位相で大きさが変化する。よって、リング部材３の第１軸Ａ方向の伸縮と第２軸Ｂ方向の伸縮との位相は、１８０°異なる。従って、駆動手段５は、図４（ａ）に示すような、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動をリング部材３に発生させることができる。
【００３２】
一方、第３可動電極５２１と第３固定電極５２２との間に第３交流電圧が印加されると、第３可動電極５２１と第３固定電極５２２との間に第３軸Ｃ方向の静電力Ｃ’が作用し、リング部材３が第３軸Ｃ方向に伸縮する。同様に、第４可動電極５２４と第４固定電極５２５との間に第４交流電圧が印加されると、第４可動電極５２４と第４固定電極５２５との間に、第４軸Ｄ方向の静電力Ｄ’が作用し、リング部材３が第４軸Ｄ方向に伸縮する。第４交流電圧の位相は、第３交流電圧の位相に対して１８０°遅れているため、静電力Ｄ’は、静電力Ｃ’に対して、１８０°遅れた位相で大きさが変化する。よって、リング部材３の第３軸Ｃ方向の伸縮と第４軸Ｄ方向の伸縮との位相は、１８０°異なる。従って、駆動手段５は、図４（ｂ）に示すような、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動をリング部材３に発生させることができる。
【００３３】
また、図７に示すように、第３交流電圧の位相は第１交流電圧の位相に対して９０°遅れ、第４交流電圧の位相は第２交流電圧の位相に対して９０°遅れている。そのため、静電力Ｃ’は、静電力Ａ’に対して９０°遅れた位相で大きさが変動し、静電力Ｄ’は、静電力Ｂ’に対して９０°遅れた位相で大きさが変動する。よって、駆動手段５が発生させる第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動によるリング部材３の伸縮の位相は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動によるリング部材３の伸縮の位相に対して９０°遅れている。
【００３４】
図５及び図６は、以上に説明した第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とを同時にリング部材３に発生させたときの、揺動部材２、リング部材３及び第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄの状態の変化を示す。揺動部材２、リング部材３及び第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄの状態は、図５（ａ）→図５（ｂ）→図５（ｃ）→図５（ｄ）→図６（ａ）→図６（ｂ）→図６（ｃ）→図６（ｄ）の順で変化している。図５（ａ）〜（ｄ）、図６（ａ）〜（ｄ）の各図間においては、リング部材３の第１軸Ａ方向、第２軸Ｂ方向、第３軸Ｃ方向及び第４軸Ｄ方向（以下、「各軸方向」という）の伸縮の位相が９０°ずつ進んでいる。図５及び図６の平面図は、揺動部材２、リング部材３及び第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄの平面視における概略構成を示す。図５（ａ）、図５（ｃ）、図６（ａ）、及び図６（ｃ）のＶ―Ｖ断面図は第１軸Ａに沿った断面を、Ｗ―Ｗ断面図は第２軸Ｂに沿った断面を示す。また、図５（ｂ）、図５（ｄ）、図６（ｂ）、及び図６（ｄ）のＸ―Ｘ断面図は第３軸Ｃに沿った断面を、Ｙ―Ｙ断面図は第４軸Ｄに沿った断面を示す。
【００３５】
図５（ａ）に示す状態では、リング部材３は第１軸Ａ方向に伸張し、第２軸Ｂ方向に収縮している。図５（ｂ）に示す状態では、リング部材３は第３軸Ｃ方向に伸張し、第４軸Ｂ方向に収縮している。図５（ｃ）に示す状態では、リング部材３は、第１軸Ａ方向に収縮し、第２軸Ｂ方向に伸張している。図５（ｄ）に示す状態では、リング部材３は第３軸Ｃ方向に収縮し、第４軸Ｂ方向に伸張している。図６（ａ）に示す状態では、リング部材３の状態が図５（ａ）に示す状態と同一である。図６（ｂ）に示す状態では、リング部材３の状態が図５（ｂ）に示す状態と同一である。図６（ｃ）に示す状態では、リング部材３の状態が図５（ｃ）に示す状態と同一である。図６（ｄ）に示す状態では、リング部材３の状態が図５（ｄ）に示す状態と同一である。
【００３６】
図５及び図６に示すように、揺動部材２は、リング部材３の伸張方向と平行な軸周りの一方向に揺動する。リング部材３の伸張方向と平行な軸周りの一方向に揺動することを図５（ａ）を用いて説明する。図５（ａ）のＷ―Ｗ断面図に示すように、リング部材３の収縮方向である第２軸Ｂ方向においては、リング部材３が収縮することにより、揺動部材２とリング部材３との距離が近くなり、一対の第２接続部材４Ｂは、図２（ｃ）を用いて説明したように、接続部分４１Ｂ及び接続部分４２Ｂを揺動中心として平面Ｐに対して略直交方向に揺動する。この揺動により、接続部分４２Ｂが平面Ｐから直交方向に離間することで、揺動部材２は、第１軸Ａを揺動中心として、リング部材３の伸張方向と平行な第１軸Ａ周りの一方向Ａ１に揺動する。
【００３７】
一方、揺動部材２は、リング部材３の収縮方向と平行な軸周りには揺動しない。第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄのうち、リング部材３の伸張方向と平行な向きに配置された第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄにおいては、接続部分４１Ａ〜４１Ｄ、及び、接続部分４２Ａ〜４２Ｄがリング部材３の伸張に追従して、伸張する。そのため、例えば図５（ａ）のＶ―Ｖ断面図に示すように、リング部材３の伸張方向と平行な向きに配置された第１接続部材４Ａは揺動しない。第１接続部材４Ａは揺動しないため、揺動部材２は、リング部材３の収縮方向と平行な第２軸周りには揺動しない。
【００３８】
よって、図５（ａ）の状態においては、揺動部材２は、第１軸Ａ周りの一方向Ａ１に揺動する。同様に、図５（ｂ）の状態においては、揺動部材２は、第３軸Ｃ周りの一方向Ｃ１に揺動し、図５（ｃ）の状態においては、揺動部材２は、第２軸Ｂ周りの一方向Ｂ１に揺動し、図５（ｄ）の状態においては、揺動部材２は、第４軸Ｄ周りの一方向Ｄ１に揺動し、図６（ａ）の状態においては、揺動部材２は、第１軸Ａ周りの他方向Ａ２に揺動し、図６（ｂ）の状態においては、揺動部材２は、第３軸Ｃ周りの他方向Ｃ２に揺動し、図６（ｃ）の状態においては、揺動部材２は、第２軸Ｂ周りの他方向Ｂ２に揺動し、図６（ｄ）の状態においては、揺動部材２は、第４軸Ｄ周りの他方向Ｄ２に揺動する。以上のように、第１軸Ａ周りの揺動の位相に対して第３軸Ｃ周りの揺動の位相は４５°遅れ、第２軸Ｂ周りの揺動の位相は９０°遅れ、第４軸Ｄ周りの揺動の位相は１３５°遅れている。また、第１軸Ａ周り、第２軸Ｂ周り、第３軸Ｃ周り、及び、第４軸Ｄ周り（以下、「各軸周り」という）の揺動は同一周波数で行われる。この結果、揺動部材２の法線Ｎは、図５（ａ）〜（ｄ）及び図６（ａ）〜（ｄ）の平面図に示すように、円弧を描くように向きを変更する。
【００３９】
尚、第３交流電圧と第４交流電圧との位相を入れ替えれば、揺動部材２の法線Ｎの向きを反対方向に変更することができる。よって、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とが同時にリング部材３に発生することで、２次元走査装置１は、揺動部材２の法線Ｎの向きの変更方向を制御することができる。
【００４０】
また、駆動手段５は、揺動部材２の各軸周りの揺動を共振現象を利用して行う。揺動部材２は、平面視円形であるため、揺動部材２の各軸方向の構成は同一であり、各軸周りの固有振動数は同一である。各軸周りの固有振動数が同一であるため、各軸周りの揺動に共振現象を利用しても、各軸周りの揺動を同一周波数で行うことができ、揺動部材２の法線Ｎが円弧を描くように、揺動部材２を揺動させることができる。尚、各軸周りの固有振動数が同一となる揺動部材２の形状は、平面視円形だけでなく、例えば、平面視正８ｎ角形（ｎ：は正の整数）がある。
【００４１】
また、駆動手段５は、共振現象を利用するために、第１〜４交流電圧の周波数を揺動部材２の各軸周りの固有振動数の２倍としている。このように、第１〜４交流電圧の周波数を揺動部材２の各軸周りの固有振動数の２倍とするのは、図５（ａ）〜（ｄ）及び図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、各軸周りの揺動は、リング部材３が各軸方向に２回伸縮することによって１回行われるためである。即ち、各軸周りの揺動は、リング部材３の伸縮の周波数の２倍の周波数で行われるためである。このように、共振現象を利用して、揺動部材２の各軸周りの揺動を行うことで、揺動部材２の各軸周りの揺動を、小さな駆動力で行うことができる。
【００４２】
更に、駆動手段５は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動及び第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動におけるリング部材３の伸縮量を時間と共に増大又は減少させることによって、揺動部材２の法線Ｎが、螺旋を描くように揺動部材２を揺動させる。リング部材３の収縮量が大きくなればなるほど、揺動部材２とリング部材３との距離が近くなる。よって、リング部材３の収縮量が大きくなればなるほど、第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄの振幅（第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄと平面Ｐとが成す角度）が大きくなる。第１〜４接続部材４Ａ〜４Ｄの揺動の振幅が大きくなればなるほど、図２（ｃ）に示す接続部分４２Ａが平面Ｐに対して直交方向に離間するので、揺動部材２の揺動の振幅が大きくなる。よって、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動及び第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動におけるリング部材３の伸縮量の大きさを調整することで、揺動部材２の法線Ｎが描く円弧の径を調整することができる。従って、リング部材３の伸縮量の大きさを時間と共に増大または減少させることによって、揺動部材２の法線Ｎが螺旋を描くように方向を変更することができる。
【００４３】
尚、リング部材３の伸縮量の増大又は減少を行う方法としては、例えば、第１〜４交流電圧の実効値を時間と共に増大又は減少させることで、静電力Ａ’〜Ｄ’の大きさを時間と共に増大又は減少させる方法を挙げることができる。
【００４４】
このように、２次元走査装置１は、揺動部材２の法線Ｎが螺旋を描くように方向を変更できるため、レーザからのレーザ光を揺動部材２に反射させることで、トルネードスキャンをすることができる。
【００４５】
以上に説明したように、揺動部材２の第１軸Ａ周りの揺動は、リング部材３の第２軸Ｂ方向の伸縮に連動し、揺動部材２の第２軸Ｂ周りの揺動は、リング部材３の第１軸Ａ方向の伸縮に連動する。第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動及び第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動が発生するリング部材３においては、第１軸Ａ方向の伸縮と第２軸Ｂ方向の伸縮とは同一の周波数で、且つ、互いに１８０°異なる位相で行われる。よって、揺動部材２の第１軸Ａ周りの揺動と揺動部材２の第２軸Ｂ周りの揺動とは、同一周波数で、且つ、互いに９０°異なる位相で行われる。従って、２次元走査装置１においては、揺動部材２の第１軸Ａ周りの揺動と第２軸Ｂ周りの揺動とは、同一周波数で、且つ、互いに９０°異なる位相で行われる。
【００４６】
よって、２次元走査装置１は、第１軸Ａ周りの揺動の周波数と第２軸Ｂ周りの揺動の周波数がずれることや、第１軸Ａ周りの揺動の位相と第２軸Ｂ周りの揺動の位相との差が９０°からずれることによって、法線Ｎが螺旋を描くように揺動部材２が揺動しなくなる恐れがない。同様の理由により、２次元走査装置１は、第３軸Ｃ周りの揺動の周波数と第４軸Ｄ周りの揺動の周波数とがずれることや、第３軸Ｃ周りの揺動の位相と第４軸Ｄ周りの揺動の位相の差が９０°からずれることによって、法線Ｎが螺旋を描くように揺動部材２が揺動しなくなる恐れがない。
【００４７】
また、本実施形態のように揺動部材２が平面視円形であれば、シリコン基板を加工して揺動部材２等を作製する際の加工誤差によって、揺動部材２等が全体的に大きくなったり、小さくなったりしても、揺動部材２の各軸方向の構成は同一であり、揺動部材２の各軸周りの固有振動数は同一のままである。よって、平面視円形の揺動部材２を備える２次元走査装置１は、このような加工誤差が生じても、共振現象を利用して、揺動部材２の法線Ｎが螺旋を描くように、揺動部材２を揺動させることができる。また、上記のような加工誤差が生じても、揺動部材２の各軸周りの固有振動数が同一である揺動部材２の形状は、平面視円形だけでなく、例えば、平面視正８ｎ角形（ｎ：は正の整数）がある。
【００４８】
尚、本実施形態においては、２次元走査装置１は、上述のように、揺動部材２の法線Ｎの向きの変更方向を制御するために、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とを同時に発生させることが可能な構成とされているが、本発明にかかる２次元走査装置は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動のみを発生させる構成であってもよい。第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動のみを発生させる構成の場合、揺動部材２の状態は、図５（ａ）→図５（ｃ）→図６（ａ）→図６（ｃ）の順で変化することも、図５（ａ）→図６（ｃ）→図６（ａ）→図５（ｃ）の順で変化することも可能である。
いずれの順番で変化するかは、例えば、実際に揺動部材２が揺動しているときの、揺動部材２の重量バランス等によって定まる。
【００４９】
このように、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動のみを発生させる構成の場合は、第１軸Ａ周り、及び、第２軸Ｂ周りの揺動が同一周波数で行われ、第１軸Ａ周りの揺動の位相に対して第２軸Ｂ周りの揺動の位相が９０°遅れれば、揺動部材２の法線Ｎが円弧又は螺旋を描くように、揺動部材２を揺動させることができる。よって、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動のみを発生させる構成の場合において、共振現象を利用して、揺動部材２の法線Ｎが円弧を描くように揺動部材２を揺動させる場合は、揺動部材２の形状は、第１軸Ａ周りと第２軸Ｂ周りとの固有振動数が同一となる形状とされる。第１軸Ａ周りと第２軸Ｂ周りとの固有振動数が同一となる形状としては、例えば、平面視円形、平面視正４ｎ角形（ｎ：は正の整数）がある。
【００５０】
また、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動のみを発生させる構成の場合、揺動部材２の第１軸Ａ方向と第２軸Ｂ方向との構成が同一となる場合、揺動部材２等が全体的に大きくなったり、小さくなったりする加工誤差が生じても、揺動部材２の第１軸Ａ周りの固有振動数と第２軸Ｂ周りの固有振動数とは同一のままである。よって、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動のみを発生させる構成の場合、揺動部材２の第１軸Ａ方向と第２軸Ｂ方向との構成が同一となる形状のときは、上記のような加工誤差が生じても、共振現象を利用して、第１軸Ａ周りと第２軸Ｂ周りの揺動を同一の周波数で行うことができる。尚、揺動部材２の第１軸Ａ方向と第２軸Ｂ方向との構成が同一となる揺動部材２の具体的な形状としては、例えば、平面視円形、平面視正４ｎ角形（ｎ：正の整数）がある。
【００５１】
このように第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動のみを発生させる構成の場合、２次元走査装置は、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動を発生させるための部材を備えなくてもよい。本実施形態の場合においては、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動を発生させるための部材には、第３接続部材４Ｃ、第４接続部材４Ｄ、第３可動電極５２１、第３駆動電極５２２、第３交流電源５２３、及び、第４可動電極５２４、第４駆動電極５２５、第４交流電源５２６が該当する。
【００５２】
本実施形態における２次元走査装置１は、レーザからのレーザ光を揺動部材２で反射して、２次元走査をする構成とされている。本発明に係る２次元走査装置における２次元走査の方式は、これに限らず、例えば、揺動部材２の表面に発光素子を載置して、当該発光素子から発せられるレーザ光等の光で２次元走査を行う方式であってもよい。
【００５３】
以下において、駆動手段５の変形例を説明する。
【００５４】
＜変形例１＞
本変形例に係る駆動手段５は、第１〜４電線と、第１〜４磁界発生手段と、第１〜４交流電源とを具備する。
【００５５】
図８は、本変形例に係る駆動手段５を備えた２次元走査装置１の説明図である。図８（ａ）は、リング部材３の第１軸Ａ上の部位近傍の２次元走査装置１の平面図を示す。図８（ａ）に示すように、第１電線５３は、リング部材３の第１軸Ａ上の２つの部位（図８（ａ）では、一方側の部位のみ示している）に略第２軸Ｂ方向に沿って配置されている。図示していないが、第２電線は、リング部材３の第２軸Ｂ上の２つの部位に略第１軸Ａ方向に沿って配置され、第３電線は、リング部材３の第３軸Ｃ上の２つの部位に略第４軸Ｄ方向に沿って配置され、第４電線は、リング部材３の第４軸Ｄ上の２つの部位に略第３軸Ｃ方向に沿って配置されている。
【００５６】
第１磁界発生手段５４は、第１電線５３が配置されたリング部材３の電線配置部にリング部材３の厚み方向の磁界を発生させる。図８（ｂ）は、第１磁界発生手段５４の具体的構成を示す図である。図８（ｂ）に示すように、第１磁界発生手段５４は、電線配置部に対してリング部材３の厚み方向一方側と他方側とに位置する永久５４１を有する。かかる磁石５４１は、リング部材３の電線配置部における磁力を高めるためのヨーク５４２に支持されている。図示していないが、第２磁界発生手段は、第２電線が配置されたリング部材３の電線配置部にリング部材３の厚み方向の磁界を発生させ、第３磁界発生手段は、第３電線が配置されたリング部材３の電線配置部にリング部材３の厚み方向の磁界を発生させ、第４磁界発生手段は、第４電線が配置されたリング部材３の電線配置部にリング部材３の厚み方向の磁界を発生させる。第２〜４磁界発生手段は、第１磁界発生手段と同一の構成である。
【００５７】
図８（ａ）に示すように、第１交流電源５１３は、第１電線５３に第１交流電圧を印加可能とされている。図示していないが、第２交流電源は、第２電線に第２交流電圧を印加可能とされ、第３交流電源は、第３電線に第３交流電圧を印加可能とされ、第４交流電源は、第４電線に第４交流電圧を印加可能とされている。
【００５８】
図８（ａ）に示すように、以上の構成において、第１電線５３に第１交流電圧が印加され、第１電線５３に電流が流れると、第１軸Ａ方向の力Ａ’’がリング部材３の第１電線５３が配置された電線配置部に発生する。このように、第１軸Ａ方向の力Ａ’’が発生することで、リング部材３は第１軸Ａ方向に伸縮する。同様に、第２〜４電線に第２〜４交流電圧を印加することで、第２〜４軸Ｂ〜Ｄ方向の力がリング部材３の各電線配置部に発生し、第２〜４軸Ｂ〜Ｄ方向の力が発生することで、リング部材３が第２〜４軸Ｂ〜Ｄ方向に伸縮する。
【００５９】
よって、本変形例に係る駆動手段５は、第１ｃｏｓ２θモードの振動と、第２ｃｏｓ２θモードの振動とをリング部材３に発生させることができ、揺動部材２の法線Ｎが円弧を描くように、揺動部材２を揺動させることができる。また、上記の実施形態と同様に、本変形例に係る駆動手段５は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動及び第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動におけるリング部材３の伸縮量を時間と共に増大又は減少させることによって、揺動部材２の法線Ｎが、螺旋を描くように揺動部材２を揺動させる。リング部材３の伸縮量の増大又は減少を行う方法としては、例えば、第１〜４交流電圧の実効値を時間と共に増大又は減少させることで、電線配置部に発生する第１〜４軸Ａ〜Ｄ方向の力を時間と共に増大又は減少させる方法を挙げることができる。
【００６０】
＜変形例２＞
図９は、本変形例に係る駆動手段５を備えた２次元走査装置１のリング部材３近傍の平面図である。図９に示すように、本変形例に係る駆動手段５は、第１〜４圧電素子５５Ａ〜５５Ｄと、第１〜４交流電源５１３、５１６、５２３、５２６とを具備する。
【００６１】
第１圧電素子５５Ａは、リング部材３の第２軸Ｂ上の２つの部位に伸縮方向が第１軸Ａ方向に向けられて配置されている。第２圧電素子５５Ｂは、リング部材３の第１軸Ａ上の２つの部位に伸縮方向が第２軸Ｂ方向に向けられて配置されている。第３圧電素子５５Ｃは、リング部材３の第４軸Ｄ上の２つの部位に伸縮方向が第３軸Ｃ方向に向けられて配置されている。第４圧電素子５５Ｄは、リング部材３の第３軸Ｃ上の２つの部位に伸縮方向が第４軸Ｄ方向に向けられて配置されている。このような第１〜４圧電素子５５Ａ〜５５Ｄが配置されたリング部材３は、第１〜４圧電素子５５Ａ〜５５Ｄのうち、伸縮した圧電素子の伸縮方向に収縮する。第１〜４圧電素子５５Ａ〜５５Ｄの伸縮量は、印加される電圧が大きくなればなるほど大きくなる。
【００６２】
第１交流電源５１３は、第１圧電素子５５Ａに第１交流電圧を印加可能とされている。第２交流電源５１６は、第２圧電素子５５Ｂに第２交流電圧を印加可能とされている。第３交流電源５２３は、第３圧電素子５５Ｃに第３交流電圧を印加可能とされている。第４交流電源５２６は、第４圧電素子５５Ｄに第４交流電圧を印加可能とされている。
【００６３】
このように、第２圧電素子５５Ｂには、第１圧電素子５５Ａに印加される第１交流電圧に対して位相が１８０°遅れた第２交流電圧が印加されるので、第１圧電素子５５Ａの伸縮の位相に対して第２圧電素子５５Ｂの伸縮の位相は１８０°遅れる。よって、リング部材３の第１軸Ａ方向の伸縮と第２軸Ｂ方向の伸縮との位相は、１８０°異なる。従って、第１圧電素子５５Ａと第２圧電素子５５Ｂとの伸縮により、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動がリング部材３に発生する。
【００６４】
また、第４圧電素子５５Ｃには、第３圧電素子５５Ｃに印加される第３交流電圧に対して位相が１８０°遅れた第４交流電圧が印加されるので、第３圧電素子５５Ｃの伸縮の位相に対して第４圧電素子５５Ｄの伸縮の位相は１８０°遅れる。よって、リング部材３の第３軸Ｃ方向の伸縮と第４軸Ｄ方向の伸縮との位相は、１８０°異なる。従って、第３圧電素子５５Ｃと第４圧電素子５５Ｄとの伸縮により、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動がリング部材３に発生する。
【００６５】
更に、第３交流電圧の位相は第１交流電圧の位相に対して９０°遅れている。そのため、リング部材３の第３軸Ｃ方向の伸縮は第１軸Ａ方向の伸縮に対して位相が９０°遅れている。また、第４交流電圧の位相は第２交流電圧の位相に対して９０°遅れている。そのため、リング部材３の第４軸Ｄ方向の伸縮は第２軸Ｂ方向の伸縮に対して位相が９０°遅れている。よって、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動によるリング部材３の伸縮の位相は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動によるリング部材３の伸縮の位相に対して９０°遅れている。
【００６６】
従って、本変形例に係る駆動手段５は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とをリング部材３に発生させることで、揺動部材２の法線Ｎが円弧を描くように、揺動部材２を揺動させることができる。また、上記の実施形態と同様に、本変形例に係る駆動手段５は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動及び第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動におけるリング部材３の伸縮量を時間と共に増大又は減少させることによって、揺動部材２の法線Ｎが、螺旋を描くように揺動部材２を揺動させる。リング部材３の伸縮量の増大又は減少を行う方法としては、例えば、第１〜４交流電圧の実効値を時間と共に増大又は減少させることで、第１〜４圧電素子５５Ａ〜Ｄの伸縮量を時間と共に増大又は減少させる方法を挙げることができる。
【００６７】
＜変形例３＞
図１０は、本変形例に係る駆動手段５を備えた２次元走査装置１の平面図である。図１０に示すように、本変形例に係る駆動手段５は、サポート部材６に配置された圧電素子５６と第１〜４交流電源５１３、５１６、５２３、５２６とを備える。図１０（ａ）に示すように、圧電素子５６は、サポート部材６のうち、リング部材３から径外方向に延出された部分に配置されている。圧電素子５６は、サポート部材６のリング部材３の周方向の一端部と、他端部とに配置されている。
【００６８】
従って、図１０（ａ）の１点鎖線で示すように、サポート部材６に配置された圧電素子６のうち、第１軸Ａ側の端部に配置された圧電素子５６にのみ電圧を印加すると、サポート部材６が湾曲し、当該サポート部材６と接続されたリング部材３の部分３１が、第１軸Ａ方向に移動する。一方、図１０（ａ）の２点鎖線で示すように、サポート部材６に配置された圧電素子６のうち、第２軸Ｂ側の端部に配置された圧電素子５６にのみ電圧を印加すると、サポート部材６が湾曲し、サポート部材６と接続されたリング部材３の部分が、第２軸Ｂ方向に移動する。
【００６９】
このため、図１０（ｂ）に示すように、各サポート部材６に配置された圧電素子のうち、第１軸Ａ側の端部に配置された圧電素子５６に電圧が印加されると、リング部材３は、第１軸Ａ方向に伸張し、第２軸Ｂ方向に収縮する。一方、図示していないが、各サポート部材６に配置された圧電素子のうち、第２軸Ｂ側の端部に配置された圧電素子５６に電圧が印加されると、リング部材３は、第１軸Ａ方向に収縮し、第２軸Ｂ方向に伸張する。
【００７０】
以上のように配置された圧電素子５６のうち、第１軸Ａ側の端部に配置された圧電素子５６は、第１交流電源５１３と電気的に接続されている。また、第２軸Ｂ側の端部に配置された圧電素子５６は、第２交流電源５１６と電気的に接続されている。
【００７１】
このように、第２軸Ｂ側の端部に配置された圧電素子５６には、第１軸Ａ側の端部に配置された圧電素子５６に印加される第１交流電圧に対して位相が１８０°遅れた第２交流電圧が印加される。このため、第１軸Ａ側の端部に配置された圧電素子５６の収縮の位相に対して第２軸Ｂ側の端部に配置された第２圧電素子５６の収縮の位相は１８０°遅れる。よって、リング部材３の第１軸Ａ方向の伸縮と第２軸Ｂ方向の伸縮との位相は、１８０°異なる。従って、圧電素子５６の伸縮によって、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動がリング部材３に発生する。
【００７２】
また、第１交流電源５１３又は第２交流電源５１６に電気的に接続された圧電素子５６は、更に、第３交流電源５２３又は第４交流電源５２６と電気的に接続されている。具体的には、サポート部材６の第３軸Ｃ側の端部に配置された圧電素子５６は、第３交流電源５２３と電気的に接続されている。また、サポート部材６の第４軸Ｄ側の端部に配置された圧電素子５６は、第４交流電源５２６と電気的に接続されている。
【００７３】
このように、第４軸Ｄ側の端部に配置された圧電素子５６には、第３軸Ｃ側の端部に配置された圧電素子５６に印加される第３交流電圧に対して位相が１８０°遅れた第４交流電圧が印加される。このため、第３軸Ｃ側の端部に配置された圧電素子５６の伸縮の位相に対して第４軸Ｄ側の端部に配置された第４圧電素子５６の伸縮の位相は１８０°遅れる。よって、リング部材３の第３軸Ｃ方向の伸縮と第４軸Ｄ方向の伸縮との位相は、１８０°異なる。従って、圧電素子５６の伸縮によって、第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動がリング部材３に発生する。
【００７４】
更に、第３交流電圧の位相は第１交流電圧の位相に対して９０°遅れ、第４交流電圧の位相は第２交流電圧の位相に対して９０°遅れている。そのため、変形例２で説明したように、本変形例における第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動によるリング部材３の伸縮の位相は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動によるリング部材３の伸縮の位相に対して９０°遅れている。
【００７５】
従って、本変形例に係る駆動手段５は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とをリング部材３に発生させることで、揺動部材２の法線Ｎが円弧を描くように、揺動部材２を揺動させることができる。また、上記の実施形態と同様に、本変形例に係る駆動手段５は、第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動及び第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動におけるリング部材３の伸縮量を時間と共に増大又は減少させることによって、揺動部材２の法線Ｎが、螺旋を描くように揺動部材２を揺動させる。リング部材３の伸縮量の増大又は減少を行う方法としては、例えば、第１〜４交流電圧の実効値を時間と共に増大又は減少させることで、サポート部材６の湾曲量を時間と共に増大又は減少させる方法を挙げることができる。
【００７６】
＜変形例４＞
図１１は、本変形例に係る駆動手段５が備えられた２次元走査装置１の構成図である。図１１（ａ）は、本変形例に係る駆動手段５が備えられた２次元走査装置１のリング部材３近傍の概略平面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＴ―Ｔ断面図である。
【００７７】
図１１に示すように駆動手段５は、永久磁石５７と、第１〜８コイル５８Ａ〜５８Ｈと、第１〜８交流電源５１３、５１６、５２３、５２６、５３３、５３６、５４３、５４６とを備える。図１１（ｂ）に示すように、永久磁石５７は、揺動部材２の一方の面に取り付けられている。第１〜８コイル５８Ａ〜５８Ｈは、リング部材３が含まれる平面Ｐの永久磁石５７が取り付けられた側に、平面Ｐに対して所定の距離を置いて配置されている。図１１（ａ）に示すように、第１〜８コイル５８Ａ〜５８Ｈは、平面視において、揺動部材２の中心を囲むように、揺動部材２の中心に対して４５°間隔で配置されている。具体的には、第１コイル５８Ａは、揺動部材２の中心に対して第１軸Ａ方向一方側の第１軸Ａと重なった位置に配置されている。第１コイル５８Ａに対して、第２コイル５８Ｂは、揺動部材２を中心にして左回りに４５°の位置に、第３コイル５８Ｃは、揺動部材２を中心にして左回りに９０°の位置に、第４コイル５８Ｄは、揺動部材２を中心にして左回りに１３５°の位置に、第５コイル５８Ｅは、揺動部材２を中心にして左回りに１８０°の位置に、第６コイル５８Ｆは、揺動部材２を中心にして左回りに２２５°の位置に、第７コイル５８Ｇは、揺動部材２を中心にして左回りに２７０°の位置に、第８コイル５８Ｈは、揺動部材２を中心にして左回りに３１５°の位置に、配置されている。
【００７８】
第１コイル５８Ａは、第１交流電源５１３に電気的に接続され、第２コイル５８Ｂは、第５交流電源５３３に電気的に接続され、第３コイル５８Ｃは、第３交流電源５２３に電気的に接続され、第４コイル５８Ｄは、第６交流電源５３６に電気的に接続され、第５コイル５８Ｅは、第２交流電源５１６に電気的に接続され、第６コイル５８Ｆは、第７交流電源５４３に電気的に接続され、第７コイル５８Ｇは、第４交流電源５２６に電気的に接続され、第８コイル５８Ｈは、第８交流電源５４６に電気的に接続されている。第５交流電源５２３は、第１交流電圧に対して位相が４５°遅れた第５交流電圧（図７参照）を印加可能とされ、第６交流電源５３６は、第１交流電圧に対して位相が１３５°遅れた第６交流電圧（図７参照）を印加可能とされ、第７交流電源５４３は、第１交流電圧に対して位相が２２５°遅れた第７交流電圧（図７参照）を印加可能とされ、第８交流電源５４６は、第１交流電圧に対して位相が３１５°遅れた第８交流電圧（図７参照）を印加可能とされている。
【００７９】
図１１（ｂ）に示すように、第１〜８コイル５８Ａ〜５８Ｈに電圧が印加されると、第１〜８コイル５８Ａ〜５８Ｇと永久磁石５７との間に磁界が発生し、引力又は斥力の磁力が発生する。
【００８０】
揺動部材２の中心を挟んで反対側に配置された２つのコイルには、位相が１８０°異なる交流電圧が印加されている。そのため、図１１（ｂ）に示すように、揺動部材２の中心を挟んで一方側に配置された第３コイル５８Ｃと永久磁石５７との間では引力が発生し、揺動部材２の中心を挟んで他方側に配置された第７コイル５８Ｇと磁永久石５７との間では斥力が発生する。よって、図１１（ｂ）の点線で示すように、揺動部材２は、引力が発生する側がコイルに接近、斥力が発生する側はコイルから離間する。このような接近及び離間によって、揺動部材２は揺動する。
【００８１】
第１〜８コイル５８Ａ〜５８Ｈにおいては、隣接するコイル間において、コイルに印加される交流電圧は、４５°ずつ異なっている。よって、揺動部材２のコイルと接近及び離間する部位が周方向にずれることで、揺動部材２は、法線Ｎが円弧を描くように揺動する。
【００８２】
また、上記の実施形態と同様に、本変形例に係る駆動手段５は、揺動部材２の揺動の振幅を時間と共に増大又は減少させることによって、揺動部材２の法線Ｎが、螺旋を描くように揺動部材２を揺動させる。動部材２の揺動の振幅を時間と共に増大又は減少させる方法としては、例えば、第１〜８交流電圧の実効値を時間と共に増大又は減少させることで、第１〜８コイル５８Ａ〜Ｇと永久磁石５７との間に発生する引力又は斥力を時間と共に増大又は減少させる方法を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１は、実施形態に係る２次元走査装置の概略平面図である。
【図２】図２は、第１接続部材の構成図である。図２（ａ）は、揺動していない状態の第１接続部材の平面図を示す。図２（ｂ）は、第１接続部材がリング部材を含む平面に対して略直交方向に揺動したときのＺ―Ｚ断面図を示す。図２（ｃ）は、揺動している状態の第１接続部材の平面図を示す。
【図３】図３は、第１接続部材の平面図である。図３（ａ）は、接続部分が伸張していない状態の平面図を示す。図３（ｂ）は、接続部分が伸張した状態の平面図を示す。
【図４】図４（ａ）は、リング部材３に発生する第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動を示す平面図である。図４（ｂ）は、リング部材３に発生する第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動を示す平面図である。
【図５】図５は、リング部材の伸縮状態と、揺動部材の揺動状態とを対応関係を示す図である。
【図６】図６は、リング部材の伸縮状態と、揺動部材の揺動状態とを対応関係を示す図である。
【図７】図７は、第１交流電圧の位相に対する、第２〜８交流電圧の各位相を示している。
【図８】図８は、変形例１に係る駆動手段を備えた２次元走査装置の説明図である。図８（ａ）は、リング部材の第１軸上の部位近傍の２次元走査装置の平面図を示す。図８（ｂ）は、第１磁界発生手段の具体的構成を示す図である。
【図９】図９は、変形例２に係る駆動手段を備えた２次元走査装置のリング部材３近傍の平面図である。
【図１０】図１０は、変形例３に係る駆動手段を備えた２次元走査装置の説明図である。図１０（ａ）は、変形例３に係る駆動手段の圧電素子近傍の拡大平面図を示す。図１０（ｂ）は、各サポート部材に配置された圧電素子のうち、第１軸側の端部に配置された圧電素子に電圧が印加されたときのリング部材の状態を示す。
【図１１】図１１は、変形例４に係る駆動手段が備えられた２次元走査装置の構成図である。図１１（ａ）は、本変形例に係る駆動手段が備えられた２次元走査装置のリング部材近傍の概略平面図を示す。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＴ―Ｔ断面図を示す。
【図１２】図１２は、ジンバル構造の説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
１…２次元走査装置、２…揺動部材、３…リング部材、４Ａ〜４Ｄ…第１〜第４接続部材、５…駆動手段、６…サポート部材、７…筐体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動部材と、
前記揺動部材と中心が一致するように、前記揺動部材の外側に配置されたリング部材と、
前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、且つ、前記揺動部材の中心を通る第１軸に沿って配置された一対の第１接続部材と、
前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、前記揺動部材の中心を通り、且つ、前記第１軸と直交する第２軸に沿って配置された一対の第２接続部材とを備え、
前記第１接続部材及び前記第２接続部材は、前記リング部材との接続部分を揺動中心として、前記リング部材を含む平面に対して略直交方向に揺動可能とされ、
更に、前記リング部材を伸縮させて前記第１接続部材及び前記第２接続部材を揺動させることにより、前記揺動部材を揺動させる駆動手段を備え、
前記駆動手段は、
前記リング部材を前記第１軸方向に伸張させると共に、前記第２軸方向に収縮させることで、前記揺動部材を前記第１軸周りに揺動させ、
前記リング部材を前記第１軸方向に収縮させると共に、前記第２軸方向に伸張させることで、前記揺動部材を前記第２軸周りに揺動させることを特徴とする２次元走査装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、
前記第１軸方向及び前記第２軸方向に伸縮する第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動を前記リング部材に発生させると共に、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動における前記リング部材の前記第１軸方向と前記第２軸方向の伸縮量を時間と共に増大又は減少させることを特徴とする請求項１に記載の２次元走査装置。
【請求項３】
前記第１接続部材の接続部分は、前記第２軸方向に凸状に屈曲し、前記第２接続部材の接続部分は、前記第１軸方向に凸状に屈曲したことを特徴とする請求項１又は２に記載の２次元走査装置。
【請求項４】
前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、前記揺動部材の中心を通り、且つ、前記第１軸と４５°の角度を成す第３軸に沿って配置された一対の第３接続部材と、
前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、前記揺動部材の中心を通り、且つ、前記第３軸と直交する第４軸に沿って配置された一対の第４接続部材と、
前記第３接続部材と、前記第４接続部材とは、前記リング部材との接続部分を揺動中心として、前記リング部材を含む平面に対して略直交方向に揺動可能とされ、
前記駆動手段は、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動に対して最大伸縮方向が４５°、前記リング部材の伸縮の位相が９０°異なる第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とを前記リング部材に同時に発生させると共に、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動における前記リング部材の前記第１軸方向と前記第２軸方向の伸縮量、及び、前記第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動における前記リング部材の前記第３軸方向と前記第４軸方向の伸縮量を時間と共に増大又は減少させることを特徴とする請求項２又は３に記載の２次元走査装置。
【請求項５】
前記第３接続部材の接続部分は、前記第４軸方向に凸状に屈曲し、前記第４接続部材の接続部分は、前記第３軸方向に凸状に屈曲したことを特徴とする請求項４に記載の２次元走査装置。
【請求項１】
揺動部材と、
前記揺動部材と中心が一致するように、前記揺動部材の外側に配置されたリング部材と、
前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、且つ、前記揺動部材の中心を通る第１軸に沿って配置された一対の第１接続部材と、
前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、前記揺動部材の中心を通り、且つ、前記第１軸と直交する第２軸に沿って配置された一対の第２接続部材とを備え、
前記第１接続部材及び前記第２接続部材は、前記リング部材との接続部分を揺動中心として、前記リング部材を含む平面に対して略直交方向に揺動可能とされ、
更に、前記リング部材を伸縮させて前記第１接続部材及び前記第２接続部材を揺動させることにより、前記揺動部材を揺動させる駆動手段を備え、
前記駆動手段は、
前記リング部材を前記第１軸方向に伸張させると共に、前記第２軸方向に収縮させることで、前記揺動部材を前記第１軸周りに揺動させ、
前記リング部材を前記第１軸方向に収縮させると共に、前記第２軸方向に伸張させることで、前記揺動部材を前記第２軸周りに揺動させることを特徴とする２次元走査装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、
前記第１軸方向及び前記第２軸方向に伸縮する第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動を前記リング部材に発生させると共に、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動における前記リング部材の前記第１軸方向と前記第２軸方向の伸縮量を時間と共に増大又は減少させることを特徴とする請求項１に記載の２次元走査装置。
【請求項３】
前記第１接続部材の接続部分は、前記第２軸方向に凸状に屈曲し、前記第２接続部材の接続部分は、前記第１軸方向に凸状に屈曲したことを特徴とする請求項１又は２に記載の２次元走査装置。
【請求項４】
前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、前記揺動部材の中心を通り、且つ、前記第１軸と４５°の角度を成す第３軸に沿って配置された一対の第３接続部材と、
前記揺動部材と前記リング部材とを接続し、前記リング部材を含む平面内に存在し、前記揺動部材の中心を通り、且つ、前記第３軸と直交する第４軸に沿って配置された一対の第４接続部材と、
前記第３接続部材と、前記第４接続部材とは、前記リング部材との接続部分を揺動中心として、前記リング部材を含む平面に対して略直交方向に揺動可能とされ、
前記駆動手段は、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動と、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動に対して最大伸縮方向が４５°、前記リング部材の伸縮の位相が９０°異なる第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動とを前記リング部材に同時に発生させると共に、前記第１平面内ｃｏｓ２θモードの振動における前記リング部材の前記第１軸方向と前記第２軸方向の伸縮量、及び、前記第２平面内ｃｏｓ２θモードの振動における前記リング部材の前記第３軸方向と前記第４軸方向の伸縮量を時間と共に増大又は減少させることを特徴とする請求項２又は３に記載の２次元走査装置。
【請求項５】
前記第３接続部材の接続部分は、前記第４軸方向に凸状に屈曲し、前記第４接続部材の接続部分は、前記第３軸方向に凸状に屈曲したことを特徴とする請求項４に記載の２次元走査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−４２６０７（Ｐ２００９−４２６０７Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０９０１４（Ｐ２００７−２０９０１４）
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
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