JP4262583B2 - 二次元光偏向器 - Google Patents

Description

本発明は、光偏向器に関する。

光ビームを二次元に偏向する二次元光偏向器のひとつに、それぞれがミラーを有する二個のガルバノ偏向器を直交配置した構成のものがある。このような二次元光偏向器では、実際に光ビームを二次元に偏向すると、像面上で光ビームの軌跡が歪む。

米国特許第４８３８６３２号明細書は、このような歪みを低減した二次元光偏向器を開示している。図２９と図３０は、米国特許第４８３８６３２号明細書に開示されている二次元光偏向器を示している。図２９は、二次元光偏向器を図３０のXXIX-XXIX線に沿って見た図であり、図３０は、二次元光偏向器を図２９のXXX-XXX線に沿って見た図である。

図２９と図３０に示されるように、この二次元光偏向器５００は、第一偏向器５１０と第二偏向器５２０とを備えている。第一偏向器５１０は、反射面を有する可動部５１２と、可動部５１２を第一軸Ａ１の周りに揺動可能に支持するブラケット５１４とを有している。第二偏向器５２０は、第一偏向器５１０を第一軸Ａ１に直交する第二軸Ａ２の周りに揺動させる。第一偏向器５１０は、非偏向時の可動部５１２の反射面が第二軸Ａ２に対して４５°の角度となるように、第二偏向器５２０に固定されている。

偏向される光ビームＬＢ１は、第二軸Ａ２に平行に第一偏向器５１０に入射する。可動部５１２の反射面で反射された光ビームＬＢ２は、レンズ５３２を介して、像面５３４に入射する。

二次元光偏向器５００は、単純な構成で非常に小型でありながら、像面上の光ビームの軌跡の歪みの低減を実現している。
米国特許第４８３８６３２号明細書

二次元光偏向器５００においては、第二偏向器５２０は、第一偏向器５１０を一体的に入射光ビームに平行な揺動軸の周りに揺動させている。そのため、第一偏向器５１０のサイズ・質量・慣性モーメントは、単純な構成で非常に小型の二次元光偏向器の実現には重要な要素である。

しかし、米国特許第４８３８６３２号明細書は、第一偏向器の具体的な構成についてはまったく教示も示唆もしていない。また、非偏向時の可動部５１２の反射面が第二軸Ａ２に対して４５°の角度となるように、第一偏向器５１０を第二偏向器５２０に固定する手法についてもまったく教示も示唆もしていない。

本発明は、このような現状を踏まえてなされたものであり、その目的は、単純な構成で非常に小型な二次元光偏向器を提供することである。

本発明の二次元光偏向器は、光ビームを第一軸の周りに高速で偏向させるための第一偏向器と、光ビームを第一軸に直交する第二軸の周りに低速で偏向させるための第二偏向器と、第一偏向器を第二偏向器に固定するための固定機構とを有している。第一偏向器は、偏向器チップと、偏向器チップを駆動する駆動手段とを有している。偏向器チップは、反射面を備えた可動部と、可動部の外側に位置する支持部と、可動部と支持部とを接続している接続部とを有している。接続部は、第一軸に沿って延びていて、第一軸の周りにねじり変形可能で、可動部が支持部に対して第一軸の周りに揺動することを可能にしている。偏向器チップは、半導体製造技術 により作製されている。第二偏向器は、第二軸の周りに揺動可能な揺動軸を備えている。固定機構は、第二偏向器の揺動可能な揺動軸とほぼすき間なく係合する揺動軸固定穴を有する固定部材と、固定部材の揺動軸固定穴の径を狭めるための締結手段とを有している。締結手段により固定部材の揺動軸固定穴の径が狭められることで、固定部材が第二偏向器の揺動軸に固定される。固定部材は、さらに、第一偏向器が取り付けられる第一偏向器取付面を有している。第一偏向器取付面は、固定部材が第二偏向器の揺動軸に固定された状態で、第二軸に対してほぼ４５度の角度をなしている。固定機構は、さらに、非駆動状態の可動部の反射面が固定部材の第一偏向器取付面にほぼ平行になるように、第一偏向器を固定部材に固定する固定手段を有している。

本発明によれば、単純な構成で非常に小型な二次元光偏向器が提供される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書でいう偏向器は、走査器（スキャナ）と切換器（スイッチ）とを含む。

第一実施形態
図１は、本発明の第一実施形態の二次元光偏向器の側面図である。図２は、図１に示された二次元光偏向器の正面図である。

図１と図２に示されるように、本実施形態の二次元光偏向器は、ガルバノ偏向器１１０と、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００と、ガルバノ偏向器１１０に共振型ＭＥＭＳ偏向器２００を固定するためのアダプター１２０とを有している。

ガルバノ偏向器１１０は、入射光ビームＬＢ１をＸ軸の周りに比較的低速で偏向させるためのものであり、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００は、入射光ビームＬＢ１をＸ軸に直交するＹ軸の周りに比較的高速で偏向させるためのものである。

ガルバノ偏向器１１０は、Ｘ軸の周りに揺動可能な揺動軸１１２を備えている。共振型ＭＥＭＳ偏向器２００は、アダプター１２０を介して、ガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２に固定されている。

共振型ＭＥＭＳ偏向器２００は、後に詳しく説明するが、入射光ビームＬＢ１を反射するための反射面２４０を有しており、その反射面２４０はＹ軸の周りに揺動可能である。アダプター１２０は、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００の反射面が非駆動状態（中立状態）でＸ軸に対してほぼ４５度となるように、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００をガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２に固定している。

この二次元光偏向器に対して、入射光ビームＬＢ１は、ガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２の中心軸の延長線上を通って、すなわちＸ軸上を通って進み、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００の反射面２４０で反射される。

反射光ビームＬＢ２は、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００の反射面２４０のＹ軸周りの揺動に対応して、図１に示されるように、Ｙ軸周りに偏向される。また、反射光ビームＬＢ２は、ガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２のＸ軸周りの揺動により引き起こされる共振型ＭＥＭＳ偏向器２００の反射面２４０のＸ軸周りの揺動に対応して、図２に示されるように、Ｘ軸周りに偏向される。

図３は、図１と図２に示された共振型ＭＥＭＳ偏向器の一例を示している斜視図である。

図３に示されるように、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００は、磁界を発生させる磁気回路２１０と、偏向器チップ２３０と、偏向器チップ２３０を保持する金属ベース２４８とを有している。共振型ＭＥＭＳ偏向器２００は、また、外部との電気信号の入出力のためのフレキシブル配線基板２４６を有している。

偏向器チップ２３０は、可動板２３２と、可動板２３２の外側に位置する二つの支持部２３６と、可動板２３２と支持部２３６を接続している二本のトーションバー２３４とを有している。二本のトーションバー２３４は共にＹ軸に沿ってほぼ一直線上に延びている。トーションバー２３４は、Ｙ軸の周りにねじり変形可能で、可動板２３２が支持部２３６に対してＹ軸の周りに揺動することを可能にしている。支持部２３６は金属ベース２４８に接着により固定されている。

可動板２３２の上面には反射面２４０が形成さている。また、可動板２３２の下面には、可動板２３２の縁近くを周回している駆動コイル２４２が形成されている。駆動コイル２４２は、可動板２３２の下面に形成されているので、図３においては、実際には見えないが、説明のために図示されている。駆動コイル２４２の二つの端部は、一方のトーションバー２３４を共に通り、支持部２３６に設けられた二つの電極パッド２４４にそれぞれ電気的に接続されている。

偏向器チップ２３０は、半導体製造プロセスを応用して確立されたＭＥＭＳ技術により、単結晶シリコン基板からエッチングなどにより一体加工される。

磁気回路２１０は、二つの永久磁石２１２と、永久磁石２１２が固定されている磁気ヨーク２１４とを有している。二つの永久磁石２１２は、偏向器チップ２３０の可動板２３２の両側に配置されている。ここで、二つの永久磁石２１２は、その着磁方向が揺動軸であるトーションバー２３４の延びている方向とほぼ直交しており、また非駆動状態の可動部の反射面にほぼ平行になるように配置されている。つまり、磁気回路２１０は、非駆動状態の可動板２３２の反射面２４０にほぼ平行で、トーションバー２３４の長手（延長線）方向にほぼ直交する方向を持つ磁界を発生させる。

駆動コイル２４２に電流が流れると、トーションバー２３４に平行な駆動コイル２４２の二つの部分には、フレミングの左手の法則により、非駆動状態の可動板２３２の反射面２４０に直交する方向に、それぞれ逆向きの力が働く。つまり、Ｙ軸周りに偶力が生じる。この偶力は、可動板２３２にトルクを与える。このトルクとトーションバー２３４の反力の関係に従って可動板２３２はＹ軸周りに傾く。

駆動コイル２４２に働く力の大きさは、駆動コイル２４２に流れる電流の大きさに依存する。また、駆動コイル２４２に働く力の方向は、駆動コイル２４２に流れる電流の方向に依存する。従って、駆動コイル２４２に流れる電流が交流電流であると、可動板２３２は、一定の角度範囲で、時計回りの傾斜と反時計回りの傾斜を繰り返し起こす。つまり、可動板２３２がＹ軸周りに揺動する。

このように、磁気回路２１０と駆動コイル２４２は、可動板２３２を揺動させる駆動手段を構成している。

偏向器チップ２３０の共振周波数は、可動板２３２の慣性モーメントとトーションバー２３４のねじり剛性により決まる。この共振周波数に一致する周波数の交流電流を駆動コイル２４２に流すことにより、小さい駆動電流で大きい偏向角を得ることができる。

図４は、図１と図２に示された共振型ＭＥＭＳ偏向器の別の例を示している斜視図である。図５は、図４に示された金属ベースと偏向器チップの斜視図であり、上下が図４とは逆になっている。図６は、図４に示された共振型ＭＥＭＳ偏向器の分解斜視図である。図４〜図６において、図３に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。

図４〜図６に示された共振型ＭＥＭＳ偏向器の詳細は、特開２００２−２１４５６１号公報に開示されているので、ここでは概略のみを示す。図４〜図６に示された共振型ＭＥＭＳ偏向器の構成や動作は、基本的に、図３に示された共振型ＭＥＭＳ偏向器と同じである。以下では、相違部分に重点をおいて説明する。

図４〜図６に示されるように、この共振型ＭＥＭＳ偏向器２００においては、偏向器チップ２３０は、反射面２４０を金属ベース２５０に向けて固定されている。金属ベース２５０は開口２５２を有し、例えば図４に示されるように、反射面２４０は金属ベース２５０の開口２５２を通して露出している。

より詳しくは、図５に示されるように、金属ベース２５０は、偏向器チップ２３０の支持部２３６が固定される凸部２６４を有しており、この凸部の上面に対して支持部２３６が、電極パッド２４４の形成されている面の反対側の面を接して、つまり、可動板２３２上において反射面２４０を形成されている面と同じ面を接して接着により固定されている。

また、この共振型ＭＥＭＳ偏向器２００の偏向器チップ２３０においては、二つの電極パッド２４４はそれぞれ二つの支持部２３６に設けられている。金属ベース２５０には、硬質基板２６２とフレキシブル配線基板２４６を含む配線部材２６０が取り付けられる。硬質基板２６２の二つの端部はそれぞれ二つの支持部２３６の近くに位置し、支持部２３６上の電極パッド２４４とワイヤーボンディング２６６を介して電気的接続が取られている。また、フレキシブル配線基板２４６は、硬質基板２６２の中程において電気的接続が取られている。

偏向器チップ２３０の金属ベース２５０への実装手順は、例えば、特開２００２−２１４５６１号公報に開示されている。そこに開示されている実装手順では、まず、配線部材２６０が金属ベース２５０に接着された後に、偏向器チップ２３０が金属ベース２５０に接着される。その時点では、偏向器チップ２３０は、図５には図示されていないが、可動板２３２を取り囲んでいる支持枠を有している。その支持枠は、凸部２６４と接触していない部分が切断により除去され、残った部分が図５に示されている支持部２３６となる。

しかし、実装順序はこれには限定されない。例えば、偏向器チップ２３０と金属ベース２５０の接着と支持枠の一部除去を行なった後に、配線部材２６０と金属ベース２５０の接着を行なうという順序でもよい。

この配線部材２６０は、好ましくは、硬質基板２６２とフレキシブル配線基板２４６が一体形成されたものであるが、これには限定されない。例えば、配線部材２６０は、硬質基板２６２にフレキシブルなリード線がハンダ付けされた構成であってもよい。ハンダ付けは硬質基板２６２上にある程度の面積を確保する必要があるのに対して、硬質基板２６２とフレキシブル配線基板２４６が一体形成された配線部材２６０は、硬質基板２６２とフレキシブル配線基板２４６の接続部に特別な領域を必要としないため、フレキシブル配線基板２４６全体の面積を小さく抑えることができて好適である。これは、図５の金属ベース２５０の面積の低減、ひいては、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００全体の小型化・軽量化に貢献する。

このように偏向器チップ２３０と配線部材２６０とが実装された金属ベース２５０は、図６に示されるように、磁気回路２１０に取り付けられて共振型ＭＥＭＳ偏向器２００が完成する。この共振型ＭＥＭＳ偏向器２００では、磁気回路２１０は、永久磁石２１２が固定される磁気ヨーク２１４に加えて、中ヨーク２１８を有している。

金属ベース２５０と磁気回路２１０の固定は、例えば、金属ベース２５０に形成された三つの磁気回路固定用穴２５６を通して、三本の非磁性又は弱磁性のネジ２５４（図４参照）により行なわれる。金属ベース２５０は、磁気回路固定用穴２５６のほかにも、例えば三つの外部固定用穴２５８とを有している。外部固定用穴２５８は、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００をアダプター１２０に固定するために用いられる。

以上に示したように、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００を高速偏向器として使用することにより、従来技術と比較して大幅に小型化が可能である。

図７は、図１と図２に示されたアダプターを示している斜視図である。図８は、図７に示されたアダプターの側面図である。図９は、図８のIX-IX線に沿ったアダプターの断面図である。図１０は、図８と同じくアダプターの側面図であり、アダプターがガルバノ偏向器の揺動軸に固定され、アダプターに共振型ＭＥＭＳ偏向器が装着された状態を示している。

図１０に示されるように、アダプター１２０は、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００をガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２に固定する固定機構であり、アダプター本体１２２と、アダプター本体１２２をガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２に固定するためのネジ１４０と、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００をアダプター本体１２２に固定するためのネジ１４２とを有している。

アダプター本体１２２は、図７に示されるように、ガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２とほぼすき間なく係合する揺動軸固定穴１３２と、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００が取り付けられるＭＥＭＳ偏向器取付面１２４とを有している。

図８に示されるように、アダプター本体１２２は、揺動軸固定穴１３２の径が狭まり得る揺動軸締結部１３０を有している。この揺動軸締結部１３０の近くには、図９と図８に示されるように、スリット１３４とスリット１２８とが形成されている。スリット１３４は、揺動軸固定穴１３２の径が狭まることを可能にしている。また、揺動軸締結部１３０の揺動軸固定穴１３２の径を狭めることを容易にするとともに、揺動軸締結部１３０の変形の影響がＭＥＭＳ偏向器取付面１２４に及ぶことを効果的に防止している。

また、揺動軸締結部１３０には、図９に示されるように、揺動軸固定穴１３２を基準にして対称的に二つのネジ穴１３６と１３８が形成されている。ネジ穴１３６は、揺動軸締結部１３０をガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２に締結させることに主に寄与するネジ１４０を受けるためのものであり、ネジ穴１３８は、揺動軸固定穴１３２を基準にして対称的な重量配分のためのネジ１４０を受けるためのものである。

アダプター本体１２２は、次のようにして、ガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２に固定される。揺動軸固定穴１３２にガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２が挿入された状態で、ネジ１４０がネジ穴１３６に締め付けられる。これにより、揺動軸締結部１３０の揺動軸固定穴１３２の径が狭まり、揺動軸固定穴１３２とガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２の間のすき間がなくなる。その結果、アダプター本体１２２がガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２に確実に固定される。

また、ネジ穴１３８には、別のネジ１４０が締め付けられる。これにより、アダプター１２０に共振型ＭＥＭＳ偏向器２００を固定した状態で、その重心Ｇが中心軸１３２ａにほぼ位置する状態から、さらにネジ穴１３６とネジ穴１３８にネジ１４０を取り付けた状態でも、その重心Ｇが回転軸にほぼ位置するようになる。この状態であれば、ガルバノ偏向器１１０の揺動に伴って発生する慣性力（遠心力）がほぼゼロとなり、不要な共振を抑制することが可能となる。

また、アダプター本体１２２に形成されたＭＥＭＳ偏向器取付面１２４は、図８に示されるように、揺動軸固定穴１３２の中心軸１３２ａに対してほぼ４５度の角度をなしている。従って、ＭＥＭＳ偏向器取付面１２４は、アダプター１２０がガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２に固定された状態では、ガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２の中心軸すなわちＸ軸に対してほぼ４５度の角度をなす。このようなアダプター本体１２２は、基本的には、円筒形状の部材を中心軸１３２ａに対して４５°で切断して作製される。

ＭＥＭＳ偏向器取付面１２４には、例えば三つの雌ネジ１２６が形成されている。例えば、図４〜図６の共振型ＭＥＭＳ偏向器２００は、金属ベース２５０に形成された外部固定用穴２５８を通して、雌ネジ１２６に係合したネジ１４２を締め付けることにより、アダプター１２０に固定される。ネジ１４２は、好ましくは非磁性または弱磁性であるとよい。また、図３の共振型ＭＥＭＳ偏向器２００は、金属ベース２４８に形成された図示しない外部固定用穴を利用して、アダプター１２０に固定される。

より詳しくは、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００は、非駆動状態の可動板２３２の反射面２４０が、アダプター１２０のＭＥＭＳ偏向器取付面１２４にほぼ平行になるように、アダプター１２０に固定される。

図１０に示されるように、アダプター１２０と共振型ＭＥＭＳ偏向器２００は相互に固定された状態で、アダプター１２０と共振型ＭＥＭＳ偏向器２００の全体の重心Ｇが、アダプター本体１２２の揺動軸固定穴１３２の中心軸１３２ａ上にほぼ位置しているとよい。その場合、アダプター１２０と共振型ＭＥＭＳ偏向器２００の全体の重心Ｇは、アダプター１２０がガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２に固定された状態で、ガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２の中心軸すなわちＸ軸上にほぼ位置する。

単に円筒形状の部材を４５°に切断した形状では、重心Ｇは中心軸１３２ａの下側に位置する。図１０に示されるような形状（図９で見るといわゆる「Ｄカット形状」となっている部分）に切断することによって、重心Ｇの位置を中心軸１３２ａに一致させることができる。

図１１と図１２は、間隔調整部材を用いた共振型ＭＥＭＳ偏向器のアダプター本体への固定を示している。図１１は、共振型ＭＥＭＳ偏向器がアダプター本体に固定される前の状態を示し、図１２は、共振型ＭＥＭＳ偏向器がアダプター本体に固定された状態を示している。

図１１と図１２に示されるように、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００をアダプター本体１２２に固定する際に、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００の可動板２３２に設けられた反射面２４０の非駆動状態（中立位置）での角度を、ガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２に対して所定の姿勢（例えば４５°）に正確に合わせるために、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００とアダプター本体１２２の間にスペーサ１４４が挿入されてもよい。このように、三本のネジ１４２で、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００をアダプター本体１２２に固定する際に、少なくとも一本のネジ１４２の近くにスペーサ１４４を挿入することにより、ガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２に対する共振型ＭＥＭＳ偏向器２００の反射面２４０の正確な位置決めが可能となる。なお、スペーサ１４４の配置位置はネジ１４２の近くに限定されない。

共振型ＭＥＭＳ偏向器２００とスペーサ１４４の相対姿勢調整は、このようにスペーサ１４４を使用する方法には限定されない。例えば、アダプター１２０や共振型ＭＥＭＳ偏向器２００に調整機構を設けることも可能である。

図１３は、共振型ＭＥＭＳ偏向器とアダプター本体の間隔の調整機構の一例を示している。図１３に示されるように、この調整機構は、一対のネジ（ＭＥＭＳ固定ネジ１４６と調整ネジ１４８）によって共振型ＭＥＭＳ偏向器２００とアダプター本体１２２の間隔調整を行なう。共振型ＭＥＭＳ偏向器２００には、ＭＥＭＳ固定ネジ１４６が通る貫通穴２７２と、調整ネジ１４８が係合する雌ネジ２７４とが形成されている。調整ネジ１４８を押し込むことにより、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００に対して調整ネジ１４８が裏側（図で左下）に突出するため、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００とアダプター本体１２２の間にスペーサ１４４を設けるのと同様の効果を有する。所定の突出量が得られた状態でＭＥＭＳ固定ネジ１４６を締めることにより、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００とアダプター本体１２２の間に所定の間隔を確保した状態で両者が固定され、相対的な姿勢を所定の状態に維持することができる。このような調整機構を、前述したＭＥＭＳ固定用の三本のネジ１４２のうちの少なくとも一本の代わりに設けることにより、姿勢の調整を行なうことができる。

上述したスペーサ１４４や調整機構の個数は、一つに限定されるものではなく、二つであっても三つであってもよい。

これまでに述べた構成のアダプター１２０においては、アダプター本体１２２が一つの部品で構成されているため、つまり、その揺動軸締結部１３０が一体構造になっているため、部品の寸法管理（特にガルバノ偏向器固定用穴の径）や組み立て作業が容易であるという利点を有している。

アダプター１２０の構成は、以上に限定されるものではない。図１４は、アダプター１２０に代えて適用可能な別のアダプターを示している。図１４に示されるように、このアダプター１５０は、アダプター本体１５２と、これに係合する別体のオサエ１５４と、両者を固定するための二本のネジ１５６で構成されている。

図１５は、図１と図２に示されたガルバノ偏向器を保持するためのホルダーを示している。

通常、ガルバノ偏向器１１０は、その外周部は円柱状の形状であり、その中心軸は揺動軸１１２と一致している。図１５に示されるように、ホルダー１６０は、ホルダー本体１６２と、ネジ１６８とで構成されている。ホルダー本体１６２には、ガルバノ偏向器１１０の外周部に対してわずかな隙間を有するガルバノ偏向器取付穴１６４が形成されている。言い換えれば、ホルダー本体１６２は、ガルバノ偏向器１１０の外周部がほぼすき間なく係合するガルバノ偏向器取付穴１６４を有している。さらに、ホルダー本体１６２には、スリット１６６が形成されている。スリット１６６は、ホルダー本体１６２のガルバノ偏向器取付穴１６４の径が狭まることを可能にしている。

さらに、ホルダー本体１６２には、特に図示されていないが、ネジ１６８が貫通する貫通穴と、貫通穴を貫通したネジ１６８が係合する雌ネジが形成されている。ネジ１６８は、ホルダー本体１６２の貫通穴を通り、スリット１６６を横切って、ホルダー本体１６２の雌ネジに係合する。ネジ１６８は、ホルダー本体１６２に締め付けられることにより、ホルダー本体１６２のガルバノ偏向器取付穴１６４を狭める。

ホルダー本体１６２は、例えば直方体形状の外観形状を有しており、外部への取付面１６２ａは、ガルバノ偏向器取付穴１６４の中心軸１６４ａに対してほぼ平行になっている。取付面１６２ａを基準面とすることにより、二次元光偏向器の姿勢を一定の公差内に収めることができる。

図１６と図１７は、図１と図２に示された二次元光偏向器のガルバノ偏向器の外周部を図１５に示されたホルダー本体のガルバノ偏向器取付穴に嵌合させる工程を示している。図１６は、ガルバノ偏向器の外周部がホルダー本体のガルバノ偏向器取付穴に嵌合される前の状態を示し、図１７は、ガルバノ偏向器の外周部がホルダー本体のガルバノ偏向器取付穴に嵌合された状態を示している。

図１６に示されるように、ホルダー本体１６２のガルバノ偏向器取付穴１６４に、矢印で示されるように、二次元光偏向器が共振型ＭＥＭＳ偏向器２００の側から挿入され、図１６に示されるように、ガルバノ偏向器１１０の外周部部が嵌合される。その際、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００に接続されているフレキシブル配線基板２４６が組み立てを阻害しないように、フレキシブル配線基板２４６を図示されるように一時的に屈曲させておくとよい。図１７に示されるガルバノ偏向器１１０の外周部がホルダー本体のガルバノ偏向器取付穴に嵌合された状態において、図１５に示されたネジ１６８を締め付けることにより、ガルバノ偏向器１１０がホルダー１６０に確実に保持される。

その後、フレキシブル配線基板２４６の端部がホルダー１６０に固定され、組み立てが完了する。具体的には、例えば図１８に示されるように、ホルダー１６０に予め配線固定部材１７２が固定されており、この配線固定部材１７２に対してフレキシブル配線基板２４６の端部が固定される。フレキシブル配線基板２４６の端部には、図示されていないが、例えば予めコネクターを接続しておき、このコネクターを配線固定部材１７２に固定する手法が好適である。しかし、接続方法は、これに限定されない。例えば、配線に接続されたコネクターを、配線固定部材１７２にではなく、ホルダー１６０に直接固定してもよいし、コネクターをではなく、配線を配線固定部材１７２やホルダー１６０に直接固定してもよい。

ところで、図１６と図１７に示した組み立て方法は、ガルバノ偏向器１１０の外周形状をその回転軸方向に投影した領域内に、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００とアダプター１２０がすべて収まっている構成でのみ可能である。さらに、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００に接続されている配線がフレキシブルな配線部材（フレキシブル配線基板２４６）であり、組み立て時に少なくとも一時的に上述した領域内に収まることも必要である。また、本実施形態の二次元光偏向器は、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００とアダプター１２０が上述した領域内に収まっているために、ガルバノ偏向器１１０の負荷となる慣性モーメントが小さく抑えられている。これにより、先行技術に示されるような減速機を介した駆動でなく、ガルバノ偏向器１１０により直接駆動できる。

以上の説明より、本実施形態における作用効果を以下にまとめて述べる。

まず、図１と図２に示されるように、ガルバノ偏向器１１０に共振型ＭＥＭＳ偏向器２００を４５°傾けて搭載し、ガルバノ偏向器１１０で低速偏向、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００で高速偏向を行なうことにより、歪みの少ない二次元偏向を実現することができる。この際に、図３と図４〜図６に示されるような共振型ＭＥＭＳ偏向器２００を使用することにより、ガルバノ偏向器１１０に対する負荷を従来に対して大きく低減することができる。また、ＭＥＭＳ偏向器として共振型ＭＥＭＳ偏向器２００を使用することによりさらなる小型化が可能となる。結果として、ガルバノ偏向器１１０による偏向の高速化、あるいはガルバノ偏向器１１０の小型化が可能となる。

図７〜図１３に示されるように、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００とガルバノ偏向器１１０の相互の固定はアダプター１２０を介してなされる。この際に、アダプター１２０と共振型ＭＥＭＳ偏向器２００を相互に固定した状態で、その重心Ｇがアダプター１２０とガルバノ偏向器１１０の固定穴の中心軸上にほぼ位置するようにアダプター１２０の形状が設計されている。さらに、ガルバノ偏向器１１０にアダプター１２０を締結するネジ１４０を中心軸に対称に二本配置することにより、ガルバノ偏向器１１０に搭載される部分を総合した重心Ｇの位置が、ほぼガルバノ偏向器１１０回転軸上に位置する。以上により、ガルバノ偏向器１１０の揺動時の遠心力を抑制することが可能となり、不要な共振が抑制できる。

また、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００とアダプター１２０の固定は、三個所において、好ましくは非磁性又は弱磁性のネジを用いてなされ、固定は共振型ＭＥＭＳ偏向器２００側からアダプター１２０に向かってネジを締結することにより行われる。また、必要に応じて共振型ＭＥＭＳ偏向器２００とアダプター１２０の間隔を調整するスペーサ１４４あるいは調整機構（ＭＥＭＳ固定ネジ１４６と調整ネジ１４８）などが用いられ、アダプター１２０に対して共振型ＭＥＭＳ偏向器２００の反射面２４０が所定の姿勢を取るように組み立てられる。以上により、組み立て作業が比較的容易でかつ高精度の組み立てが可能となる。

図１５〜図１８に示されるように、二次元光偏向器をホルダー１６０に取り付ける際に、本実施形態の二次元光偏向器はガルバノ偏向器１１０の外周形状をその回転軸方向に投影した領域内に、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００およびアダプター１２０がすべて収まっているために、組み立て作業が容易となり、また、ガルバノ偏向器１１０に搭載される部分の慣性モーメントを小さく抑えることができる。

なお、以上においては共振型ＭＥＭＳ偏向器を用いる実施形態のみについて説明したが、ＭＥＭＳによる偏向器であれば、例えば非共振偏向器を用いてもよく、一つの偏向器を共振・非共振の両方で駆動してもよい。

第二実施形態
図１９は、本発明の第二実施形態の二次元光偏向器の斜視図である。図１９において、第一実施形態の二次元光偏向器の部材と同一の参照符号で示された部材は、同等の部材である。本実施形態は、基本構成は第一実施形態と同様であるが、共振型ＭＥＭＳ偏向器に接続されているフレキシブル配線基板の引き回し方が第一実施形態と相違している。以下では、第一実施形態と相違部分に重点をおいて説明する。

図１９に示されるように、フレキシブル配線基板２４６は、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００からＹ軸と平行な方向に引き出され、Ｘ軸方向から見てほぼＵ字形状に延び、Ｘ軸に対して、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００からの引き出し部と反対側に設けられた配線固定部材１７２に固定されている。つまり、フレキシブル配線基板２４６は、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００と配線固定部材１７２の間に延びている空中引き回し部分が、ガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２にほぼ直交するひとつの平面に沿って、ガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２の周りに湾曲して延びている。また、このフレキシブル配線基板２４６はその配線パターンが形成された面が常にＸ軸に対してほぼ平行な状態を維持したまま空中を引き回されている。つまり、空中引き回し部分のパターン形成面は、ガルバノ偏向器１１０の揺動軸１１２にほぼ平行となっている。

このため、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００が（ガルバノ偏向器１１０の駆動により）Ｘ軸周りに揺動する際のフレキシブル配線基板２４６の変形が容易でかつ変形時のフレキシブル配線基板２４６の反力が小さい。また、フレキシブル配線基板２４６に作用する応力が、その剛性が低い厚み方向の曲げ応力となるため、フレキシブル配線基板２４６の耐久性の確保が容易となる。

上述したフレキシブル配線基板２４６の引き回しは、ほぼＵ字形状に限定されず、各部材の設計上の理由や全体のレイアウトの都合により適宜変更されてよい。しかし、望ましくは、パターン形成面の向きが極力Ｘ軸に平行な状態を維持しているとよい。配線固定部材１７２に固定されるフレキシブル配線基板２４６の末端部には、コネクター基板（硬質基板）１８２が一体化されており、フレキシブル配線基板２４６の固定が容易である。さらに、フレキシブル配線基板２４６の配線がコネクター基板１８２のコネクター１８４（図２０参照）に電気的に接続されているため、コネクター１８４からさらに図示しないＭＥＭＳ偏向器駆動回路への電気的接続のために延長ケーブル（図示せず）を使用する際に、接続が容易となっている。

また、本実施形態においては、ガルバノ偏向器１１０をホルダー１６０に対してＸ方向に位置決めするために、スペーサ１１６が用いられている。その他の部分については、第一実施形態と同様で、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００によるＸ方向、ガルバノ偏向器１１０によるＹ方向の偏向を行なうことにより、図のようにひずみの少ないＸＹ二次元方向の偏向パターンが形成される。

図２０は、図１９に示された共振型ＭＥＭＳ偏向器の主要部（磁気回路を除いた部分すなわち金属ベースと偏向器チップとフレキシブル配線基板）の斜視図である。図２１は、図２０に示された金属ベースと偏向器チップとフレキシブル配線基板の側面図である。本実施形態の共振型ＭＥＭＳ偏向器２００の構成は、基本的には図４〜図６に示される第一実施形態と同様であるので、これと異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態では、図２０に示されるように、配線基板（一体化された硬質基板２６２とフレキシブル配線基板２４６とからなる）における硬質基板２６２は、金属ベース２５０上でＵ字形状に配置されており、そのＵ字の両端のワイヤボンディング２６６で接続される部分はトーションバー２３４の延長線の近くにある。これにより、金属ベース２５０の幅Ｗ（トーションバー２３４の延長線方向に沿った寸法）が、偏向器チップ２３０の長さ（トーションバー２３４の延長線方向に沿った寸法）と硬質基板２６２の両端部分の幅（トーションバー２３４の延長線方向にそった寸法）とに組み立て上のマージンを加えた程度に小さく抑えられている。

また、本実施形態では、図１９に示したフレキシブル配線基板２４６の引き回しを実現するために、フレキシブル配線基板２４６の引き出し部が変更されており、これに伴い、配線基板そのものの形状も変更されている。具体的には、フレキシブル配線基板２４６の引き出しがトーションバー２３４に平行な方向となる配線基板形状となっている。また、図２１により具体的に示されるように、金属ベース２５０にフレキシブル配線基板ガイド部２８２が設けられ、フレキシブル配線基板ガイド部２８２は、偏向器チップ２３０の反射面２４０（図２０で可動板２３２の裏面側に配置）に対して約４５°の角度を有している。これにより、フレキシブル配線基板ガイド部２８２に固定されたフレキシブル配線基板２４６の配線形成面は、偏向器チップ２３０の反射面２４０に対して約４５°の角度となる。共振型ＭＥＭＳ偏向器２００における金属ベース２５０をこのように形成し、フレキシブル配線基板２４６を引き出すことにより図１９に示すフレキシブル配線基板２４６の引き回しが実現される。また、金属ベース２５０には、フレキシブル配線基板ガイド部２８２に対向して面取部２８４が設けられ、金属ベース２５０の質量増加が抑制されている。

なお、図２０に示されるように、コネクター基板１８２には、コネクター１８４が固定されている。また、コネクター基板１８２には、配線固定部材１７２へ固定するための取付穴１８６が形成されている。

図２２は、金属ベースと硬質基板の変形例の斜視図である。この変形例では、図２２に示されるように、硬質基板２６２の配置が、偏向器チップ２３０に対してトーションバー２３４の延長線方向にはみ出さない位置に変更されている。つまり、硬質基板２６２の全体の長さが、偏向器チップ２３０とほぼ同じ長さに変更されている。偏向器チップ２３０の支持部２３６に対して硬質基板２６２が、トーションバー２３４の延長線方向に垂直な方向に隣接して配置されている。偏向器チップ２３０と硬質基板２６２とを電気的に接続するワイヤーボンディング２６６は、トーションバー２３４の延長線方向にほぼ直交する方向に延びている。これにより、金属ベース２５０の幅Ｗがさらに小さく抑えられている。この構成により、金属ベース２５０が小型化・軽量化され、ＭＥＭＳ偏向器全体としても小型化・軽量化が実現できる。

なお、図２２に示す実装形態を採る場合には、偏向器チップ２３０と硬質基板２６２が、トーションバー２３４の延長線方向に垂直な方向に隣接されて配置される。従って、予め偏向器チップ２３０と金属ベース２５０の接着と、支持枠の一部除去による支持部２３６の形成とを行なった後に、硬質基板２６２と金属ベース２５０の接着を行なうとよい。その際、偏向器チップ２３０の支持部２３６と硬質基板２６２とを近づけて接着することが望ましい。

図２３は、本実施形態の共振型ＭＥＭＳ偏向器における磁気回路の斜視図である。図２４は、図２３のXXIＶ-XXIＶ線に沿った磁気回路の断面図である。図２５は、図２３に示された磁気回路の下面図である。

図２３から分かるように、本実施形態の共振型ＭＥＭＳ偏向器２００の磁気回路２１０は、第一実施形態の磁気回路２１０（図６参照）と同様であるが、磁気ヨーク２１４は、図２４と図２５に示されるように、永久磁石２１２の外側に位置する後ヨーク２１６と、永久磁石２１２の下側に位置する下ヨーク２２０とを有している。永久磁石２１２は上側の部分が磁気ヨーク２１４に対して突出している。永久磁石２１２と磁気ヨーク２１４の固定は、永久磁石２１２と後ヨーク２１６の接触面で主になされているが、永久磁石２１２と下ヨーク２２０の接触面でもなされている。

図２４において、永久磁石２１２は、上側の部分が磁気ヨーク２１４に対して突出しているため、常に磁気ヨーク２１４に対して上下方向の中立位置（エネルギー的に最も安定した状態）になろうとする。このため、図２４において下向きの力が発生し、一般的には永久磁石２１２と磁気ヨーク２１４の固定面に対してせん断方向の力が作用する。このようなせん断方向の力は、永久磁石２１２と磁気ヨーク２１４の間の接着を劣化させる。

本実施形態では、図２４において下向きの力を受けている永久磁石２１２は、磁気ヨーク２１４の下ヨーク２２０で支持している。このため、せん断方向の力による接着の劣化が防止されており、接着部の安定性や耐久性を向上することができる。

また、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００をガルバノ偏向器１１０で駆動することにより永久磁石２１２と後ヨーク２１６の間に慣性力が作用して接着不良が起こる可能性も同様に防ぐことが可能となる。参考までに第一実施形態の共振型ＭＥＭＳ偏向器２００における磁気回路２１０の図２４と同様の断面図を図２６に示す。

このような磁気回路２１０構成は、本実施形態の二次元光偏向器における共振型ＭＥＭＳ偏向器２００においてのみ有効であるということではなく、単体で使用される共振型ＭＥＭＳ偏向器にとっても有効である。

また、磁気回路２１０の構成は、以上に述べたものに限定されない。図２７は、磁気回路２１０の変形例を示している。本変形例では、図２７に示されるように、磁気ヨーク２１４は、中ヨーク２１８の両側にニゲ部２２４（切り欠かれた部分）を有している。このニゲ部２２４は、磁気回路２１０と金属ベース２５０と組み合わされる際に、ワイヤーボンディング２６６と磁気ヨーク２１４とが干渉することを防ぐ働きをする。

図２８は、本実施形態における共振型ＭＥＭＳ偏向器の組み立て斜視図である。図２８に示されているように、金属ベース２５０と磁気回路２１０は三本のネジ２５４（好ましくは非磁性ネジ又は弱磁性）で固定されているが、金属ベース２５０には、ネジ２５４の頭が金属ベース２５０の最表面より突出しないように、ネジ２５４が通る穴の周りにザグリ穴２８８が設けられている。

このような構成は、例えば、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００に透明な防塵カバーを設けたり、組み立て作業時に保護カバーを設けたりするのにより適している。また、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００を単体で使用し、図２８における上面を基準面として外部に固定する際にも、ネジの頭を逃げる必要がなく外部への取り付けが可能である。

図２８に示される構成は、本実施形態における共振型ＭＥＭＳ偏向器２００のみでなく、例えば第一実施形態における共振型ＭＥＭＳ偏向器２００や、特開２００２−２１４５６１号公報などに開示されている単体のＭＥＭＳ偏向器にも応用可能である。

以上の説明より、本実施形態における作用効果を以下にまとめて述べる。

図１９に示されるように、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００に接続されるフレキシブル配線基板２４６を、そのパターン形成面が常にＸ軸とほぼ平行となるように引き回すことにより、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００がＸ軸周りに揺動する際のフレキシブル配線基板２４６の変形が容易でかつ変形時のフレキシブル配線基板２４６の反力が小さくなる。また、フレキシブル配線基板２４６に作用する応力が、その剛性が低い厚み方向の曲げ応力となるため、フレキシブル配線基板２４６の耐久性の確保が容易となる。

図２０〜図２２に示されるように、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００において、そのフレキシブル配線基板２４６の引き出し方向をトーションバー２３４に平行な方向とし、かつフレキシブル配線基板２４６の配線パターン形成面が反射面２４０に対して約４５°の角度を有する方向で共振型ＭＥＭＳ偏向器２００から引き出すことにより、図１９に示されるようなフレキシブル配線基板２４６の引き回しが実現できる。

図２３〜図２５と図２７に示されるように、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００における磁気回路２１０において、永久磁石２１２と磁気ヨーク２１４の接触をほぼ直交する二面にて行なうこと、より具体的には永久磁石２１２に対して後ヨーク２１６のほかに下ヨーク２２０を設けてこの二面で両者を固定することにより、固定部の長期的な安定性が向上する。

図２８に示されるように、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００において、偏向器チップ２３０を固定する金属ベース２５０の表面（偏向器チップ２３０を固定する面と反対側の面）において、固定ネジの頭等が突出せずに金属ベース２５０表面が平坦または凹面となるように形成することにより、この面に他の部材を取り付けることが容易になる、あるいはこの面で外部に固定することが容易になるという効果が得られる。

なお、本実施形態においても、第一実施形態と同様に、共振型ＭＥＭＳ偏向器２００は共振型の偏向器には限定されず、同様の変形は可能である。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。

まとめ
本発明は、以下の各項に列記する二次元光偏向器を含んでいる。

１． 本発明の二次元光偏向器は、光ビームを第一軸の周りに高速で偏向させるための第一偏向器と、光ビームを第一軸に直交する第二軸の周りに低速で偏向させるための第二偏向器と、第一偏向器を第二偏向器に固定するための固定機構とを有しており、第一偏向器は、偏向器チップと、偏向器チップを駆動する駆動手段とを有し、偏向器チップは、反射面を備えた可動部と、可動部の外側に位置する支持部と、可動部と支持部とを接続している接続部とを有し、接続部は、第一軸に沿って延びていて、第一軸の周りにねじり変形可能で、可動部が支持部に対して第一軸の周りに揺動することを可能にしており、偏向器チップは、半導体製造技術により作製されており、第二偏向器は、第二軸の周りに揺動可能な揺動軸を備えており、固定機構は、第二偏向器の揺動可能な揺動軸とほぼすき間なく係合する揺動軸固定穴を有する固定部材と、固定部材の揺動軸固定穴の径を狭めるための締結手段とを有し、締結手段により固定部材の揺動軸固定穴の径が狭められることで、固定部材が第二偏向器の揺動軸に固定され、固定部材は、さらに、第一偏向器が取り付けられる第一偏向器取付面を有し、第一偏向器取付面は、固定部材が第二偏向器の揺動軸に固定された状態で、第二軸に対してほぼ４５度の角度をなし、固定機構は、さらに、非駆動状態の可動部の反射面が固定部材の第一偏向器取付面にほぼ平行になるように、第一偏向器を固定部材に固定する固定手段を有している。

この二次元光偏向器においては、低速側の第二偏向器に高速側の第一偏向器を搭載することで二次元偏向パターンのゆがみを防止している。さらに、高速側の第一偏向器には、半導体製造技術により作製される偏向器チップを利用した光偏向器を採用している。この光偏向器は、通常のガルバノメータと比較して小型であるため、低速側の第二偏向器の高速化や小型化が可能である。また、第一偏向器は固定機構により第二偏向器の駆動軸に直接固定されている。従って、第二偏向器は、減速機を介することなく、第一偏向器を直接駆動するので、減速機に起因する機械的な損失や位置決め誤差が抑制できる。さらに、第二偏向器の駆動軸に固定された固定部材が第二軸に対して４５度の第一偏向器取付面を有していることにより、第一偏向器の非駆動状態の反射面の姿勢を安定に保つことが可能である。

２． 本発明の別の二次元光偏向器は、第１項の二次元光偏向器において、第二偏向器を保持する保持機構をさらに有し、第二偏向器は、第二軸にほぼ一致する中心軸を有するほぼ円柱形状の外周部を有し、保持機構は、第二偏向器のほぼ円柱形状の外周部にほぼすき間なく係合する取付穴を有する保持部材と、保持部材の取付穴の径を狭めるための締め付け具とを有しており、締め付け具により保持部材の取付穴の径が狭められることで、第二偏向器が保持部材に保持され、第一偏向器と固定機構は、第二軸に直交して取付穴を横切る平面への投影において、取付穴の内側に位置している。

この二次元光偏向器においては、第一偏向器と固定機構が第二軸の周囲の限られた領域内に収まっているため、第二軸周りの第一偏向器と固定機構の全体の慣性モーメントが小さく抑えられている。このため、第二偏向器のさらなる高速化や小型化が可能である。また、第二偏向器をその外周部でさらに外部に固定する際に、第二偏向器と固定機構と第一偏向器を予め組み立ててから外部に固定できるための組み立てが容易である。

３． 本発明の別の二次元光偏向器は、第１項の二次元光偏向器において、相互に固定された第一偏向器と固定機構の全体の重心の位置は、固定部材の揺動軸固定穴の中心軸上にほぼ位置しており、従って、固定部材が第二偏向器の揺動軸に固定された状態では、第二偏向器の揺動軸の中心軸である第二軸上にほぼ位置する。

この二次元光偏向器においては、第一偏向器と固定機構が第二偏向器の揺動軸に固定された際に、第一偏向器と固定機構の全体の重心の位置が第二軸上に位置するため、第二偏向器が偏向動作を行なう際に、遠心力の発生が抑制され、不要な共振が生じにくくなる。

４． 本発明の別の二次元光偏向器は、第３項の二次元光偏向器において、固定部材は一つの部材で構成され、締結手段はほぼ同一の二つの締結具を有し、二つの締結具は第二軸を基準にしてほぼ対称に位置し、第二偏向器の揺動軸への固定部材の固定は主として一方の締結具でなされる。

この二次元光偏向器においては、固定部材が一体構造つまり一つの部材で構成されるため、第二偏向器への固定作業が容易である。また、締結手段が、第二軸を基準にしてほぼ対称に位置するほぼ同一の二つの締結具で構成されるため、固定部材の設計が容易である。このため、不要共振の発生が抑制される。

５．本発明の別の二次元光偏向器は、第１項の二次元光偏向器において、固定手段は三つの固定具を含んでおり、三つの固定具は共に、第一偏向器の側から、第一偏向器を固定部材に固定し、固定手段は、さらに、第一偏向器と固定部材の間隔を調整するための少なくとも一つの間隔調整部材を有している。

この二次元光偏向器においては、三つの固定具とスペーサ（間隔調整部材）の組み合わせにより、（第二軸に対する反射面の）姿勢調整が容易に行なえる。また、固定具を第一偏向器側から操作するので、組み立て調整が容易である。

６． 本発明の別の二次元光偏向器は、第５項の二次元光偏向器において、固定手段は三つの間隔調整部材を有し、三つの間隔調整部材はそれぞれ三つの固定具の近くに設けられたネジである。

この二次元光偏向器においては、間隔調整機構を組み込むことにより、スペーサを用いる手法に比べてさらに容易に姿勢調整を行なえる。

７． 本発明の別の二次元光偏向器は、第２項の二次元光偏向器において、さらに、第一偏向器に電気的かつ機械的に接続されたフレキシブルな配線部材を有しており、第一偏向器との接続部の反対側に位置する配線部材の端部は、保持部材に機械的に固定されている。

この二次元光偏向器においては、フレキシブルな配線部材を使用することにより、第二偏向器の偏向時に配線部材で発生する抵抗力を抑制することができる。さらに、第一偏向器との接続部の反対側に位置する配線部材の端部を、第二偏向器の保持部材に固定することにより、空中の引き回しを必要最小限にすることができる。これにより、配線部材の振動に伴う不要な振動発生を抑制できる。

８． 本発明の別の二次元光偏向器は、第７項の二次元光偏向器において、配線部材は、偏向器チップの反射面が形成された面と反対側の面の支持部から延びている
この二次元光偏向器においては、配線部材の引き出しを偏向器チップの反射面が形成された面と反対側の面の支持部から行なうことで、空中の引き回しを必要最小限にすることができる。これにより、配線の振動に伴う不要な振動発生を抑制できる。

上述した第１項〜第８項の二次元光偏向器は第一実施形態と第二実施形態に対応している。

９． 本発明の別の二次元光偏向器は、第８項の二次元光偏向器において、第一偏向器と保持機構の間に延びている配線部材の空中引き回し部分が、第二偏向器の揺動軸にほぼ直交するひとつの平面に沿って延びている。

この二次元光偏向器においては、第二偏向器が揺動する際に、配線に作用する変形が長手方向の曲げ変形となるため、変形時の抵抗が少ない。

１０． 本発明の別の二次元光偏向器は、第９項の二次元光偏向器において、配線部材が第二偏向器の揺動軸の周りに湾曲して延びている。

この二次元光偏向器においては、配線の占有領域を小さく抑えられている。

１１． 本発明の別の二次元光偏向器は、第１０項の二次元光偏向器において、配線部材はフレキシブル配線基板であり、空中引き回し部分の配線パターン形成面が第二偏向器の揺動軸にほぼ平行である。

この二次元光偏向器においては、第二偏向器が揺動する際に、フレキシブル配線基板の剛性が低い方向に曲げ変形が生じる。このため、通常の配線部材に比べて配線変形時の抵抗が小さい。さらに、配線部材の耐久性の確保が容易である。

１２． 本発明の別の二次元光偏向器は、第１１項の二次元光偏向器において、第一偏向器との接続部分のフレキシブル配線基板の配線パターン形成面が、第一偏向器の反射面に対してほぼ４５度の角度をなしている。

この二次元光偏向器においては、第二偏向器が揺動する際に、フレキシブル配線基板の空中引き回し部分全体には、ねじれが生じることなく、曲げ方向の変形のみが生じる。このため、配線変形時の抵抗がさらに小さくなるとともに、配線部材の耐久性の確保がさらに容易となる。

１３． 本発明の別の二次元光偏向器は、第１項の二次元光偏向器において、第一偏向器は電磁駆動型であり、駆動手段は、可動板に設けられた駆動コイルと、駆動コイルを横切る磁界を発生させる磁気回路とから構成され、磁気回路は、永久磁石と、永久磁石が固定される磁気ヨークとを有し、永久磁石は、その着磁方向が、第一軸にほぼ直交すると共に非駆動状態の可動部の反射面にほぼ平行になるように配置され、永久磁石は磁気ヨークに対して着磁方向と第一軸の両方にほぼ直交する方向に沿って一方の側に突出しており、永久磁石と磁気ヨークの固定は着磁方向にほぼ直交する面で主になされており、永久磁石の磁気ヨークから突出していない部分で着磁方向と第一軸の両方にほぼ直交する面の少なくとも一部もまた磁気ヨークに固定されている。

永久磁石が磁気ヨークに対して着磁方向と第一軸の両方にほぼ直交する方向に突出して固定されている場合、常に突出量を減らそうとする力が永久磁石に作用する。このため、永久磁石と磁気ヨークの相互の固定が、永久磁石の着磁方向に対して垂直な面で主になされている際のせん断力となり、固定不良の原因となりうる。この二次元光偏向器においては、永久磁石の磁気ヨークから突出していない部分で着磁方向と第一軸の両方にほぼ直交する面の少なくとも一部もまた磁気ヨークに固定されているので、せん断力による固定不良の発生が良好に抑えられる。

上述した第９項〜第１３項の二次元光偏向器は第二実施形態に対応している。

本発明の第一実施形態の二次元光偏向器の側面図である。 図１に示された二次元光偏向器の正面図である。 図１と図２に示された共振型ＭＥＭＳ偏向器の一例を示している斜視図である。 図１と図２に示された共振型ＭＥＭＳ偏向器の別の例を示している斜視図である。 図４に示された金属ベースと偏向器チップの斜視図であり、上下が図４とは逆になっている。 図４に示された共振型ＭＥＭＳ偏向器の分解斜視図である。 図１と図２に示されたアダプターを示している斜視図である。 図７に示されたアダプターの側面図である。 図８のIX-IX線に沿ったアダプターの断面図である。 図８と同じくアダプターの側面図であり、アダプターがガルバノ偏向器の揺動軸に固定され、アダプターにＭＥＭＳ偏向器が装着された状態を示している。 間隔調整部材を用いたＭＥＭＳ偏向器のアダプター本体への固定における、ＭＥＭＳ偏向器がアダプター本体に固定される前の状態を示している。 間隔調整部材を用いたＭＥＭＳ偏向器のアダプター本体への固定における、ＭＥＭＳ偏向器がアダプター本体に固定された状態を示している。 ＭＥＭＳ偏向器とアダプター本体の間隔の調整機構の一例を示している。 図７〜図９に示されたアダプターに代えて適用可能な別のアダプターを示している。 図１と図２に示されたガルバノ偏向器を保持するためのホルダーを示している。 図１と図２に示されたガルバノ偏向器の外周部が図１５に示されたホルダー本体のガルバノ偏向器取付穴に嵌合される前の状態を示している。 図１と図２に示されたガルバノ偏向器の外周部が図１５に示されたホルダー本体のガルバノ偏向器取付穴に嵌合された状態を示している。 図１７と同様の図であるが、配線固定部材が予め固定されているホルダーを示している。 本発明の第二実施形態の二次元光偏向器の斜視図である。 図１９に示された共振型ＭＥＭＳ偏向器の主要部（磁気回路を除いた部分すなわち金属ベースと偏向器チップとフレキシブル配線基板）の斜視図である。 図２０に示された金属ベースと偏向器チップとフレキシブル配線基板の側面図である。 金属ベースと硬質基板の変形例の斜視図である。 本実施形態のＭＥＭＳ偏向器における磁気回路の斜視図である。 図２３のXXIＶ-XXIＶ線に沿った磁気回路の断面図である。 図２３に示された磁気回路の下面図である。 第一実施形態のＭＥＭＳ偏向器における磁気回路の図２４と同様の断面図である。 図２３〜図２５に示された磁気回路の変形例を示している。 本実施形態におけるＭＥＭＳ偏向器の組み立て斜視図である。 米国特許第４８３８６３２号明細書に開示されている二次元光偏向器を示しており、図３０のXXIX-XXIX線に沿って見た図である。 米国特許第４８３８６３２号明細書に開示されている二次元光偏向器を示しており、図２９のXXX-XXX線に沿って見た図である。

符号の説明

１１０…ガルバノ偏向器、１１２…揺動軸、１１６…スペーサ、１２０…アダプター、１２２…アダプター本体、１２４…ＭＥＭＳ偏向器取付面、１２６…雌ネジ、１２８…スリット、１３０…揺動軸締結部、１３２…揺動軸固定穴、１３２ａ…中心軸、１３４…スリット、１３６、１３８…ネジ穴、１３６…ネジ穴、１３８…ネジ穴、１４０…ネジ、１４２…ネジ、１４４…スペーサ、１４６…ＭＥＭＳ固定ネジ、１４８…調整ネジ、１５０…アダプター、１５２…アダプター本体、１５４…オサエ、１５６…ネジ、１６０…ホルダー、１６２…ホルダー本体、１６２ａ…取付面、１６４…ガルバノ偏向器取付穴、１６４ａ…中心軸、１６６…スリット、１６８…ネジ、１７２…配線固定部材、１８２…コネクター基板、１８４…コネクター、１８６…取付穴、２００…共振型ＭＥＭＳ偏向器、２１０…磁気回路、２１２…永久磁石、２１４…磁気ヨーク、２１６…後ヨーク、２１８…中ヨーク、２２０…下ヨーク、２２４…ニゲ部、２３０…偏向器チップ、２３２…可動板、２３４…トーションバー、２３６…支持部、２４０…反射面、２４２…駆動コイル、２４４…電極パッド、２４６…フレキシブル配線基板、２４８…金属ベース、２５０…金属ベース、２５２…開口、２５４…ネジ、２５６…磁気回路固定用穴、２５８…外部固定用穴、２６０…配線部材、２６２…硬質基板、２６４…凸部、２６６…ワイヤーボンディング、２７２…貫通穴、２７４…雌ネジ、２８２…フレキシブル配線基板ガイド部、２８４…面取部、２８８…ザグリ穴。

Claims (12)

1. 光ビームを第一軸の周りに高速で偏向させるための第一偏向器と、 光ビームを第一軸に直交する第二軸の周りに低速で偏向させるための第二偏向器と、第一偏向器を第二偏向器に固定するための固定機構とを有しており、第一偏向器は、偏向器チップと、偏向器チップを駆動する駆動手段とを有し、偏向器チップは、反射面を備えた可動部と、可動部の外側に位置する支持部と、可動部と支持部とを接続している接続部とを有し、接続部は、第一軸に沿って延びていて、第一軸の周りにねじり変形可能で、可動部が支持部に対して第一軸の周りに揺動することを可能にしており、偏向器チップは、半導体製造技術により作製されており、第二偏向器は、第二軸の周りに揺動可能な揺動軸を備えており、固定機構は、第二偏向器の揺動可能な揺動軸とほぼすき間なく係合する揺動軸固定穴を有する固定部材と、固定部材の揺動軸固定穴の径を狭めるための締結手段とを有し、締結手段により固定部材の揺動軸固定穴の径が狭められることで、固定部材が第二偏向器の揺動軸に固定され、固定部材は、さらに、第一偏向器が取り付けられる第一偏向器取付面を有し、第一偏向器取付面は、固定部材が第二偏向器の揺動軸に固定された状態で、第二軸に対してほぼ４５度の角度をなし、固定機構は、さらに、非駆動状態の可動部の反射面が固定部材の第一偏向器取付面にほぼ平行になるように、第一偏向器を固定部材に固定する固定手段を有している、二次元光偏向器。
2. 請求項１において、第二偏向器を保持する保持機構をさらに有し、第二偏向器は、第二軸にほぼ一致する中心軸を有するほぼ円柱形状の外周部を有し、保持機構は、第二偏向器のほぼ円柱形状の外周部にほぼすき間なく係合する取付穴を有する保持部材と、保持部材の取付穴の径を狭めるための締め付け具とを有しており、締め付け具により保持部材の取付穴の径が狭められることで、第二偏向器が保持部材に保持され、第一偏向器と固定機構は、第二軸に直交して取付穴を横切る平面への投影において、取付穴の内側に位置している、二次元光偏向器。
3. 請求項１において、相互に固定された第一偏向器と固定機構の全体の重心の位置は、固定部材の揺動軸固定穴の中心軸上にほぼ位置しており、従って、固定部材が第二偏向器の揺動軸に固定された状態では、第二偏向器の揺動軸の中心軸である第二軸上にほぼ位置する、二次元光偏向器。
4. 請求項３において、固定部材は一つの部材で構成され、締結手段はほぼ同一の二つの締結具を有し、二つの締結具は第二軸を基準にしてほぼ対称に位置し、第二偏向器の揺動軸への固定部材の固定は主として一方の締結具でなされる、二次元光偏向器。
5. 請求項１において、固定手段は三つの固定具を含んでおり、三つの固定具は共に、第一偏向器の側から、第一偏向器を固定部材に固定し、固定手段は、さらに、第一偏向器と固定部材の間隔を調整するための少なくとも一つの間隔調整部材を有している、二次元光偏向器。
6. 請求項５において、固定手段は三つの間隔調整部材を有し、三つの間隔調整部材はそれぞれ三つの固定具の近くに設けられたネジである、二次元光偏向器。
7. 請求項２において、さらに、第一偏向器に電気的かつ機械的に接続されたフレキシブルな配線部材を有しており、第一偏向器との接続部の反対側に位置する配線部材の端部は、保持部材に機械的に固定されている、二次元光偏向器。
8. 請求項７において、第一偏向器と保持機構の間に延びている配線部材の空中引き回し部分が、第二偏向器の揺動軸にほぼ直交するひとつの平面に沿って延びている、二次元光偏向器。
9. 請求項８において、配線部材が第二偏向器の揺動軸の周りに湾曲して延びている、二次元光偏向器。
10. 請求項９において、配線部材はフレキシブル配線基板であり、空中引き回し部分の配線パターン形成面が第二偏向器の揺動軸にほぼ平行である、二次元光偏向器。
11. 請求項１０において、第一偏向器との接続部分のフレキシブル配線基板の配線パターン形成面が、第一偏向器の反射面に対してほぼ４５度の角度をなしている、二次元光偏向器。
12. 請求項１において、第一偏向器は電磁駆動型であり、駆動手段は、可動板に設けられた駆動コイルと、駆動コイルを横切る磁界を発生させる磁気回路とから構成され、磁気回路は、永久磁石と、永久磁石が固定される磁気ヨークとを有し、永久磁石は、その着磁方向が、第一軸にほぼ直交すると共に非駆動状態の可動部の反射面にほぼ平行になるように配置され、永久磁石は磁気ヨークに対して着磁方向と第一軸の両方にほぼ直交する方向に沿って一方の側に突出しており、永久磁石と磁気ヨークの固定は着磁方向にほぼ直交する面で主になされており、永久磁石の磁気ヨークから突出していない部分で着磁方向と第一軸の両方にほぼ直交する面の少なくとも一部もまた磁気ヨークに固定されている、二次元光偏向器。
    
    

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