JP2001249300A - 光スキャナ - Google Patents
光スキャナInfo
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- JP2001249300A JP2001249300A JP2000060742A JP2000060742A JP2001249300A JP 2001249300 A JP2001249300 A JP 2001249300A JP 2000060742 A JP2000060742 A JP 2000060742A JP 2000060742 A JP2000060742 A JP 2000060742A JP 2001249300 A JP2001249300 A JP 2001249300A
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- Japan
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- optical scanner
- mirror
- rotation axis
- scanner according
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ミラー部の軽量化を図るとともに、反りが生
じにくいミラー構造とし、これにより、共振周波数を劣
化させることなく、ミラー部の振幅を大きくとって、光
スキャナの動作の高速化を図る。 【解決手段】 光スキャナ１は、入射光を反射させるミ
ラー部４を回転軸回りに回転させて反射光を走査するも
のであり、フレーム２，梁３及びミラー部４がいったい
成形されている。このミラー部の４裏面には、複数の凹
部が形成されている。凹部は帯状，マトリクス状，ハニ
カム状など様々な形状でエッチング処理されている。
じにくいミラー構造とし、これにより、共振周波数を劣
化させることなく、ミラー部の振幅を大きくとって、光
スキャナの動作の高速化を図る。 【解決手段】 光スキャナ１は、入射光を反射させるミ
ラー部４を回転軸回りに回転させて反射光を走査するも
のであり、フレーム２，梁３及びミラー部４がいったい
成形されている。このミラー部の４裏面には、複数の凹
部が形成されている。凹部は帯状，マトリクス状，ハニ
カム状など様々な形状でエッチング処理されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、入射光を反射させ
るミラー部を回転軸回りに回転させて反射光を走査する
光スキャナに係り、特にミラー部の軽量化及び高速動作
を可能にした光スキャナに関するものである。
るミラー部を回転軸回りに回転させて反射光を走査する
光スキャナに係り、特にミラー部の軽量化及び高速動作
を可能にした光スキャナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】レーザ走査型線幅測定装置等では、音叉
に取り付けたミラーあるいはポリゴンミラーを用いてレ
ーザビームを走査している。近年、音叉ミラーやポリゴ
ンミラーの代わりに、マイクロマシン技術を用いた小型
軽量の光スキャナが提案されている。
に取り付けたミラーあるいはポリゴンミラーを用いてレ
ーザビームを走査している。近年、音叉ミラーやポリゴ
ンミラーの代わりに、マイクロマシン技術を用いた小型
軽量の光スキャナが提案されている。
【０００３】図１５（ａ）は、従来の光スキャナ５１の
正面図，同図（ｂ）はＡ−Ａ’断面図，同図（ｃ）はＢ
−Ｂ’断面図，図１６は光スキャナの全体斜視図であ
る。この光スキャナ５１はＳｉからなり、図１５及び図
１６に示すように、エッチング処理によりフレーム５
２，梁５３，及びミラー部５４が形成されている。光ス
キャナ５１のミラー部５４の寸法を、縦を２×ａ，横を
２×ｂとし、梁５３の回転軸方向の長さをＬ，幅をｃと
し、ミラー部５４の厚さをｄとする。Ｓｉの密度をρと
すると、ミラー部５４の質量Ｍは、 Ｍ＝４ａｂρｄ・・・・・・・・・・・・・・・・（１） となる。よって、ミラー部５４のモーメントＩは、 Ｉ＝（Ｍ／３）・ａ2 ・・・・・・・・・・・・・（２） となる。また、ミラー部５４のバネ定数Ｋは、Ｓｉの材
料定数をＧとすると、 Ｋ＝（Ｇ／２Ｌ）・｛ｃｄ（ｃ2 ＋ｄ2 ）／１２｝・・・（３） となる。よって、光スキャナ５１の共振周波数ｆは、 ｆ＝（１／２π）・（Ｋ／Ｉ）1/2 ・・・・・・・（４） となり、一般的に共振周波数ｆは１ＫＨｚ程度である。
正面図，同図（ｂ）はＡ−Ａ’断面図，同図（ｃ）はＢ
−Ｂ’断面図，図１６は光スキャナの全体斜視図であ
る。この光スキャナ５１はＳｉからなり、図１５及び図
１６に示すように、エッチング処理によりフレーム５
２，梁５３，及びミラー部５４が形成されている。光ス
キャナ５１のミラー部５４の寸法を、縦を２×ａ，横を
２×ｂとし、梁５３の回転軸方向の長さをＬ，幅をｃと
し、ミラー部５４の厚さをｄとする。Ｓｉの密度をρと
すると、ミラー部５４の質量Ｍは、 Ｍ＝４ａｂρｄ・・・・・・・・・・・・・・・・（１） となる。よって、ミラー部５４のモーメントＩは、 Ｉ＝（Ｍ／３）・ａ2 ・・・・・・・・・・・・・（２） となる。また、ミラー部５４のバネ定数Ｋは、Ｓｉの材
料定数をＧとすると、 Ｋ＝（Ｇ／２Ｌ）・｛ｃｄ（ｃ2 ＋ｄ2 ）／１２｝・・・（３） となる。よって、光スキャナ５１の共振周波数ｆは、 ｆ＝（１／２π）・（Ｋ／Ｉ）1/2 ・・・・・・・（４） となり、一般的に共振周波数ｆは１ＫＨｚ程度である。
【０００４】ここで光スキャナ５１の高速動作を実現す
るために、ミラー部５４の厚みｄを薄くしてミラー部５
４自体の質量Ｍを軽くすると、共振周波数ｆを高くする
ことができる。しかしその反面、駆動時にミラー部５４
が反ってしまい、平行ビームが得られにくくなる。
るために、ミラー部５４の厚みｄを薄くしてミラー部５
４自体の質量Ｍを軽くすると、共振周波数ｆを高くする
ことができる。しかしその反面、駆動時にミラー部５４
が反ってしまい、平行ビームが得られにくくなる。
【０００５】また、逆にミラー部５４の厚さｄを厚くす
ると、梁５３の剛性が高くなり、触れ角θが狭くなった
り、質量Ｍの増加により共振周波数ｆの劣化が生じたり
する。
ると、梁５３の剛性が高くなり、触れ角θが狭くなった
り、質量Ｍの増加により共振周波数ｆの劣化が生じたり
する。
【０００６】更に、梁５３の長さＬは最大振れ角θ（こ
れ以上振れると破壊する角度）に比例するので、最大振
れ角θを大きくとるために梁の長さＬを大きくする。
ａ，ｂ，ｃ，ｄを一定とすると、（１）式と（４）式か
ら、共振周波数ｆは、 ｆ＝（１／２π）・〔｛Ｇｃｄ（ｃ2 ＋ｄ2 ）｝／２４ＬＩ）〕1/2 ＝Ａ・（１／ＬＩ）1/2 （但し、Ａは定数）・・・・・・（５） 梁の長さＬと最大振れ角θは比例関係にあるため、
（５）式は、 ｆ＝Ａ・（１／Ｉθ）1/2 （但し、Ａは定数）・・・・・・（６） となる。したがって、最大振れ角θは、 θ＝（Ｂ／Ｉ）・（１／ｆ2 ）（但し、Ｂは定数）・・・・（７） となる。
れ以上振れると破壊する角度）に比例するので、最大振
れ角θを大きくとるために梁の長さＬを大きくする。
ａ，ｂ，ｃ，ｄを一定とすると、（１）式と（４）式か
ら、共振周波数ｆは、 ｆ＝（１／２π）・〔｛Ｇｃｄ（ｃ2 ＋ｄ2 ）｝／２４ＬＩ）〕1/2 ＝Ａ・（１／ＬＩ）1/2 （但し、Ａは定数）・・・・・・（５） 梁の長さＬと最大振れ角θは比例関係にあるため、
（５）式は、 ｆ＝Ａ・（１／Ｉθ）1/2 （但し、Ａは定数）・・・・・・（６） となる。したがって、最大振れ角θは、 θ＝（Ｂ／Ｉ）・（１／ｆ2 ）（但し、Ｂは定数）・・・・（７） となる。
【０００７】したがって、（７）式より、最大振れ角θ
と共振周波数ｆ2 は反比例の関係にあるため、最大振れ
角θを大きくすると、共振周波数ｆが劣化してしまうこ
ととなる。
と共振周波数ｆ2 は反比例の関係にあるため、最大振れ
角θを大きくすると、共振周波数ｆが劣化してしまうこ
ととなる。
【０００８】また、大きな駆動力を磁気駆動で得ようと
した場合、大きなバイアス電流が必要になり、発熱など
で駆動コイルにより駆動コイルの焼損を招きやすいとい
う問題点を有していた。
した場合、大きなバイアス電流が必要になり、発熱など
で駆動コイルにより駆動コイルの焼損を招きやすいとい
う問題点を有していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点を
除くためになされたものであって、その目的とするとこ
ろは、ミラー部の裏面に、少なくとも回転軸に対して直
交する方向に複数の凹部を形成することにより、ミラー
部の軽量化を図るとともに、反りが生じにくいミラー構
造とすることにある。これにより、共振周波数を劣化さ
せることなく、ミラー部の最大振幅を大きくとって、光
スキャナの動作の高速化を図ることにある。
除くためになされたものであって、その目的とするとこ
ろは、ミラー部の裏面に、少なくとも回転軸に対して直
交する方向に複数の凹部を形成することにより、ミラー
部の軽量化を図るとともに、反りが生じにくいミラー構
造とすることにある。これにより、共振周波数を劣化さ
せることなく、ミラー部の最大振幅を大きくとって、光
スキャナの動作の高速化を図ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】要するに、本発明の請求
項１記載の光スキャナは、入射光を反射させるミラー部
を回転軸回りに回転させて反射光を走査する光スキャナ
において、前記ミラー部の裏面に複数の凹部が形成され
ていることを特徴とする。
項１記載の光スキャナは、入射光を反射させるミラー部
を回転軸回りに回転させて反射光を走査する光スキャナ
において、前記ミラー部の裏面に複数の凹部が形成され
ていることを特徴とする。
【００１１】本発明の請求項２記載の光スキャナは、請
求項１記載の光スキャナにおいて、前記凹部が、少なく
とも前記回転軸に対して直交する方向に沿った帯状であ
ることを特徴とする。
求項１記載の光スキャナにおいて、前記凹部が、少なく
とも前記回転軸に対して直交する方向に沿った帯状であ
ることを特徴とする。
【００１２】本発明の請求項３記載の光スキャナは、請
求項１記載の光スキャナにおいて、前記凹部が、マトリ
クス状に配列されるように形成されていることを特徴と
する。
求項１記載の光スキャナにおいて、前記凹部が、マトリ
クス状に配列されるように形成されていることを特徴と
する。
【００１３】本発明の請求項４記載の光スキャナは、請
求項１記載の光スキャナにおいて、前記凹部がハニカム
状に配列されるように形成されていることを特徴とす
る。
求項１記載の光スキャナにおいて、前記凹部がハニカム
状に配列されるように形成されていることを特徴とす
る。
【００１４】本発明の請求項５記載の光スキャナは、請
求項３又は４記載の光スキャナにおいて、前記凹部の形
状が多角形であることを特徴とする。
求項３又は４記載の光スキャナにおいて、前記凹部の形
状が多角形であることを特徴とする。
【００１５】本発明の請求項６記載の光スキャナは、請
求項３又は４記載の光スキャナにおいて、前記凹部の形
状が略円形であることを特徴とする。
求項３又は４記載の光スキャナにおいて、前記凹部の形
状が略円形であることを特徴とする。
【００１６】本発明の請求項７記載の光スキャナは、請
求項３〜６のいずれかに記載の光スキャナにおいて、前
記凹部の大きさが、前記回転軸から該回転軸に対して直
交する方向に離れるにしたがって、相対的に小さくなる
ように形成されていることを特徴とする。
求項３〜６のいずれかに記載の光スキャナにおいて、前
記凹部の大きさが、前記回転軸から該回転軸に対して直
交する方向に離れるにしたがって、相対的に小さくなる
ように形成されていることを特徴とする。
【００１７】本発明の請求項８記載の光スキャナは、請
求項３〜６のいずれかに記載の光スキャナにおいて、前
記凹部はＩＣＰエッチング法で形成されていることを特
徴とする。
求項３〜６のいずれかに記載の光スキャナにおいて、前
記凹部はＩＣＰエッチング法で形成されていることを特
徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明による光スキャナの第一実
施の形態を説明する。図１（ａ）は、光スキャナの正面
図，同図（ｂ）はＡ−Ａ’断面図，同図（ｃ）はＢ−
Ｂ’断面図，図２は光スキャナの裏面からみた全体斜視
図である。
施の形態を説明する。図１（ａ）は、光スキャナの正面
図，同図（ｂ）はＡ−Ａ’断面図，同図（ｃ）はＢ−
Ｂ’断面図，図２は光スキャナの裏面からみた全体斜視
図である。
【００１９】Ｓｉ基板はエッチング処理されて、図１及
び図２に示すように、フレーム２，梁３及びミラー部４
の外形が一体形成されている。光スキャナ１の厚みｄ１
は２５０〔μｍ〕〜４００〔μｍ〕程度である。そし
て、梁３及びミラー部４に対しては、エッチング時間を
調整して、その厚みｄ２を１００〔μｍ〕〜２５０〔μ
ｍ〕程度にする。
び図２に示すように、フレーム２，梁３及びミラー部４
の外形が一体形成されている。光スキャナ１の厚みｄ１
は２５０〔μｍ〕〜４００〔μｍ〕程度である。そし
て、梁３及びミラー部４に対しては、エッチング時間を
調整して、その厚みｄ２を１００〔μｍ〕〜２５０〔μ
ｍ〕程度にする。
【００２０】ミラー部４は方形である。ミラー部４の外
形寸法は、縦２×ａ１０００〔μｍ〕〜２０００〔μ
ｍ〕程度、横２×ｂ２０００〔μｍ〕〜４０００〔μ
ｍ〕程度である。一対の梁３，３はミラー部４の対向す
る辺に形成されてミラー部４を回転させる回転軸とな
る。梁３の外形寸法は、縦Ｌ２００〔μｍ〕〜４００
〔μｍ〕程度、横ｃ１００〔μｍ〕〜２５０〔μｍ〕程
度である。ミラー部４は回転軸に対し左右非対称の質量
分布を有する。
形寸法は、縦２×ａ１０００〔μｍ〕〜２０００〔μ
ｍ〕程度、横２×ｂ２０００〔μｍ〕〜４０００〔μ
ｍ〕程度である。一対の梁３，３はミラー部４の対向す
る辺に形成されてミラー部４を回転させる回転軸とな
る。梁３の外形寸法は、縦Ｌ２００〔μｍ〕〜４００
〔μｍ〕程度、横ｃ１００〔μｍ〕〜２５０〔μｍ〕程
度である。ミラー部４は回転軸に対し左右非対称の質量
分布を有する。
【００２１】ミラー部４の表面は研磨されて鏡面が形成
されている。ミラー部４の裏面には、複数の帯状の凹部
５が回転軸と直交する方向に形成されている。帯状の凹
部５は、エッチング処理により形成される。特に、ＩＣ
Ｐ（Inductively Coupled Plasma）装置を用いたプラズ
マエッチングによるエッチング処理は、通常のエッチン
グに比し、ミラー部４の裏面に対して垂直にエッチング
処理できるので、光スキャナ１の軽量化の点で好まし
い。ここで凹部５の深さｄ３は８０〔μｍ〕〜２３０
〔μｍ〕程度にする。また、隣接する凹部５，５の間
隔、すなわち凸部の幅ｅは、５０〔μｍ〕〜１００〔μ
ｍ〕程度にする。
されている。ミラー部４の裏面には、複数の帯状の凹部
５が回転軸と直交する方向に形成されている。帯状の凹
部５は、エッチング処理により形成される。特に、ＩＣ
Ｐ（Inductively Coupled Plasma）装置を用いたプラズ
マエッチングによるエッチング処理は、通常のエッチン
グに比し、ミラー部４の裏面に対して垂直にエッチング
処理できるので、光スキャナ１の軽量化の点で好まし
い。ここで凹部５の深さｄ３は８０〔μｍ〕〜２３０
〔μｍ〕程度にする。また、隣接する凹部５，５の間
隔、すなわち凸部の幅ｅは、５０〔μｍ〕〜１００〔μ
ｍ〕程度にする。
【００２２】また、上記実施の形態において、ミラー部
４裏面をエッチング処理して凹部５を形成していたが、
図３に示すように、ミラー部４の厚さｄ１を薄くして、
ミラー部４裏面上に、回転軸と直交する方向に沿って、
複数の帯状の凸部５となる補強部材６を接合してもよ
い。これにより補強部材６と補強部材６との間が凹部５
となる。この場合、補強部材６の材質としては、光スキ
ャナ１の材質であるＳｉと同等又はそれ以下の質量とな
る材質、例えばエボキシ系，樹脂系の材質が選ばれる。
４裏面をエッチング処理して凹部５を形成していたが、
図３に示すように、ミラー部４の厚さｄ１を薄くして、
ミラー部４裏面上に、回転軸と直交する方向に沿って、
複数の帯状の凸部５となる補強部材６を接合してもよ
い。これにより補強部材６と補強部材６との間が凹部５
となる。この場合、補強部材６の材質としては、光スキ
ャナ１の材質であるＳｉと同等又はそれ以下の質量とな
る材質、例えばエボキシ系，樹脂系の材質が選ばれる。
【００２３】次に、本発明による光スキャナの第二実施
の形態について説明する。なお、第一実施の形態と同等
部分の説明は省略する。図４及び図５に示すように、光
スキャナ１１は、フレーム１２，梁１３及びミラー部１
４で構成されている。フレーム１２，梁１３及びミラー
部１４はＳｉで一体成形されている。一対の梁１３，１
３はミラー部１４の対向する辺に形成されてミラー部１
４を回転させる回転軸となる。
の形態について説明する。なお、第一実施の形態と同等
部分の説明は省略する。図４及び図５に示すように、光
スキャナ１１は、フレーム１２，梁１３及びミラー部１
４で構成されている。フレーム１２，梁１３及びミラー
部１４はＳｉで一体成形されている。一対の梁１３，１
３はミラー部１４の対向する辺に形成されてミラー部１
４を回転させる回転軸となる。
【００２４】ミラー部１４の裏面には、図４及び図５に
示すように、マトリクス状に配列されている凹部１５が
形成されている。各凹部１５は、エッチング処理により
形成される。第一実施の形態と同様、ＩＣＰ（Inductiv
ely Coupled Plasma）装置を用いたプラズマエッチング
によりミラー部の裏面に対して垂直にエッチング処理し
てもよい。
示すように、マトリクス状に配列されている凹部１５が
形成されている。各凹部１５は、エッチング処理により
形成される。第一実施の形態と同様、ＩＣＰ（Inductiv
ely Coupled Plasma）装置を用いたプラズマエッチング
によりミラー部の裏面に対して垂直にエッチング処理し
てもよい。
【００２５】隣接する凹部１５，１５の間隔ｅは、５０
〔μｍ〕〜１００〔μｍ〕程度にする。図４及び図５で
は、凹部１５が正方形となっているが、円（楕円含む）
や多角形であってもよい。また、図４及び図５では、凹
部１５の大きさはすべて同一であるが、図６に示すよう
に、回転軸近傍の凹部１５を大きくして、回転軸の垂直
方向に離れるにしたがって、その大きさが小さくなるよ
うに形成してもよい。これにより、ミラー部１４裏面の
回転軸に対して直交する方向に生じる反りをより抑える
ことができる。
〔μｍ〕〜１００〔μｍ〕程度にする。図４及び図５で
は、凹部１５が正方形となっているが、円（楕円含む）
や多角形であってもよい。また、図４及び図５では、凹
部１５の大きさはすべて同一であるが、図６に示すよう
に、回転軸近傍の凹部１５を大きくして、回転軸の垂直
方向に離れるにしたがって、その大きさが小さくなるよ
うに形成してもよい。これにより、ミラー部１４裏面の
回転軸に対して直交する方向に生じる反りをより抑える
ことができる。
【００２６】なお、図７に示すように、第一実施の形態
と同様ミラー部１４裏面に補強部材１６を接合させても
よい。この場合の補強部材１６は格子形状となってお
り、格子に囲まれた部分がマトリクス状の凹部１５とな
る。
と同様ミラー部１４裏面に補強部材１６を接合させても
よい。この場合の補強部材１６は格子形状となってお
り、格子に囲まれた部分がマトリクス状の凹部１５とな
る。
【００２７】次に、本発明による光スキャナの第三実施
の形態について説明する。なお、第一及び第二実施の形
態と同等部分の説明は省略する。図８及び図９に示すよ
うに、光スキャナ２１は、フレーム２２，梁２３及びミ
ラー部２４で構成されている。フレーム２２，梁２３及
びミラー部２４はＳｉで一体成形されている。一対の梁
２３，２３はミラー部２４の対向する辺に形成されてミ
ラー部２４を回転させる回転軸となる。
の形態について説明する。なお、第一及び第二実施の形
態と同等部分の説明は省略する。図８及び図９に示すよ
うに、光スキャナ２１は、フレーム２２，梁２３及びミ
ラー部２４で構成されている。フレーム２２，梁２３及
びミラー部２４はＳｉで一体成形されている。一対の梁
２３，２３はミラー部２４の対向する辺に形成されてミ
ラー部２４を回転させる回転軸となる。
【００２８】図８及び図９に示すように、ミラー部２４
の裏面には、ハニカム状に配列されている凹部２５が形
成されている。各凹部２５は、エッチング処理により形
成されるが、第一及び第二実施の形態と同様、ＩＣＰ
（Inductively Coupled Plasma）装置を用いたプラズマ
エッチングによりミラー部２４の裏面に対して垂直にエ
ッチング処理するのが好ましい。
の裏面には、ハニカム状に配列されている凹部２５が形
成されている。各凹部２５は、エッチング処理により形
成されるが、第一及び第二実施の形態と同様、ＩＣＰ
（Inductively Coupled Plasma）装置を用いたプラズマ
エッチングによりミラー部２４の裏面に対して垂直にエ
ッチング処理するのが好ましい。
【００２９】隣接する凹部２５，２５の間隔ｅは、５０
〔μｍ〕〜１００〔μｍ〕程度にする。図８及び図９で
は、凹部２５が円となっているが、楕円や多角形であっ
てもよい。また、図８及び図９では、凹部２５の大きさ
はすべて同一であるが、回転軸近傍の凹部２５を大きく
して、回転軸の垂直方向に離れるにしたがって、その大
きさが小さくなるように形成してもよい。本実施の形態
は、凹部２５の形状を円（楕円含む）又は方形以外の多
角形に形成する場合に、裏面全体に多く凹部２５を形成
できる点でより一層軽量化を図ることができる。
〔μｍ〕〜１００〔μｍ〕程度にする。図８及び図９で
は、凹部２５が円となっているが、楕円や多角形であっ
てもよい。また、図８及び図９では、凹部２５の大きさ
はすべて同一であるが、回転軸近傍の凹部２５を大きく
して、回転軸の垂直方向に離れるにしたがって、その大
きさが小さくなるように形成してもよい。本実施の形態
は、凹部２５の形状を円（楕円含む）又は方形以外の多
角形に形成する場合に、裏面全体に多く凹部２５を形成
できる点でより一層軽量化を図ることができる。
【００３０】なお、図１０に示すように、第一実施の形
態と同様ミラー部２４裏面に補強部材２６を接合させて
もよい。この場合の補強部材２６は、ハニカム状に凹部
２５となる孔が形成されている補強部材となっている。
態と同様ミラー部２４裏面に補強部材２６を接合させて
もよい。この場合の補強部材２６は、ハニカム状に凹部
２５となる孔が形成されている補強部材となっている。
【００３１】なお、上記いずれの実施の形態において
も、ミラー部４，１４，２４表面を研磨して鏡面とした
が、ミラー板を張り合わせてミラー部を構成してもよ
い。この場合、ミラー部４，１４，２４をミラー板の厚
さ分薄くすることとなる。
も、ミラー部４，１４，２４表面を研磨して鏡面とした
が、ミラー板を張り合わせてミラー部を構成してもよ
い。この場合、ミラー部４，１４，２４をミラー板の厚
さ分薄くすることとなる。
【００３２】ここで、従来技術で示した光スキャナ５１
と第二実施の形態の光スキャナ１１との比較データを示
す。なお、光スキャナ５１，１１の材質はＳｉ（密度ρ
＝２．３４×１０3 〔Ｋｇ／ｍ3 〕）とし、その外形寸
法は、２ａ＝４０００〔μｍ〕，２ｂ＝２０００〔μ
ｍ〕，ｃ＝２８０〔μｍ〕，ｄ＝２００〔μｍ〕，Ｌ＝
２５５〔μｍ〕とする。
と第二実施の形態の光スキャナ１１との比較データを示
す。なお、光スキャナ５１，１１の材質はＳｉ（密度ρ
＝２．３４×１０3 〔Ｋｇ／ｍ3 〕）とし、その外形寸
法は、２ａ＝４０００〔μｍ〕，２ｂ＝２０００〔μ
ｍ〕，ｃ＝２８０〔μｍ〕，ｄ＝２００〔μｍ〕，Ｌ＝
２５５〔μｍ〕とする。
【００３３】スキャナ５１の質量Ｍは（１）式より３．
７４４×１０-6〔Ｋｇ〕，慣性モーメントＩ1 は（２）
式より４．９０×１０-11 〔Ｎ・ｍ〕となり、バネ定数
Ｋ1は（３）式より７．７４×１０-1〔Ｎ／ｍ〕であ
る。ここで、スキャナ１１は凹部１５によりスキャナ５
１の質量Ｍよりも軽くなっている。質量Ｍとバネ定数Ｋ
は比例関係にあるため、光スキャナ１１のバネ定数Ｋ2
が、バネ定数Ｋ1 の１／２である３．８７×１０-1〔Ｎ
・ｍ〕となったとする。図１３に示すように、共振周波
数ｆを２０〔ＫＨｚ〕に保つ場合、（４）式の関係より
慣性モーメントＩとバネ定数Ｋは比例関係にあるため、
光スキャナ１１の慣性モーメントＩ2 は、慣性モーメン
トＩ1 の１／２である２．４５×１０-11 〔Ｎ・ｍ〕と
なる。したがって、光スキャナ１１の方が、小さい駆動
エネルギーで安定した振動を得ることがわかる。
７４４×１０-6〔Ｋｇ〕，慣性モーメントＩ1 は（２）
式より４．９０×１０-11 〔Ｎ・ｍ〕となり、バネ定数
Ｋ1は（３）式より７．７４×１０-1〔Ｎ／ｍ〕であ
る。ここで、スキャナ１１は凹部１５によりスキャナ５
１の質量Ｍよりも軽くなっている。質量Ｍとバネ定数Ｋ
は比例関係にあるため、光スキャナ１１のバネ定数Ｋ2
が、バネ定数Ｋ1 の１／２である３．８７×１０-1〔Ｎ
・ｍ〕となったとする。図１３に示すように、共振周波
数ｆを２０〔ＫＨｚ〕に保つ場合、（４）式の関係より
慣性モーメントＩとバネ定数Ｋは比例関係にあるため、
光スキャナ１１の慣性モーメントＩ2 は、慣性モーメン
トＩ1 の１／２である２．４５×１０-11 〔Ｎ・ｍ〕と
なる。したがって、光スキャナ１１の方が、小さい駆動
エネルギーで安定した振動を得ることがわかる。
【００３４】また、図１４に示すように、共振周波数ｆ
をともに２０〔ＫＨｚ〕として一定にした場合、光スキ
ャナ５１の慣性モーメントＩ1 は４．９０×１０
-11 〔Ｎ・ｍ〕である。このときの最大偏向角度θは、 θ＝ｋ・｛τ／（ｄ・Ｇ）｝・Ｌ・・・・・（８） で求められる。なお、ここでｋ＝１．２１６４，Ｓｉの
材料定数Ｇ＝７３〔ＧＰａ〕，Ｓｉの破壊応力τ＝１０
〔ＧＰａ〕とする。（８）式から光スキャナ５１の最大
偏向角度θ1 は０．１５〔ｒａｄ〕である。
をともに２０〔ＫＨｚ〕として一定にした場合、光スキ
ャナ５１の慣性モーメントＩ1 は４．９０×１０
-11 〔Ｎ・ｍ〕である。このときの最大偏向角度θは、 θ＝ｋ・｛τ／（ｄ・Ｇ）｝・Ｌ・・・・・（８） で求められる。なお、ここでｋ＝１．２１６４，Ｓｉの
材料定数Ｇ＝７３〔ＧＰａ〕，Ｓｉの破壊応力τ＝１０
〔ＧＰａ〕とする。（８）式から光スキャナ５１の最大
偏向角度θ1 は０．１５〔ｒａｄ〕である。
【００３５】一方、スキャナ１１は凹部１５によりスキ
ャナ５１の質量Ｍよりも軽くなっている。光スキャナ１
１のバネ定数Ｋ2 が、バネ定数Ｋ1 の１／２である３．
８７×１０-1〔Ｎ・ｍ〕となったとする。すると、上記
のように光スキャナ１１の慣性モーメントＩ2 は２．４
５×１０-11 〔Ｎ・ｍ〕となる。ここで質量Ｍとバネ定
数Ｋは比例関係にあるため、バネ定数Ｋ1 がバネ定数Ｋ
2 の１／２になると、最大偏向角度θ2 は０．３〔ｒａ
ｄ〕となる。したがって、光スキャナ１１の方が、小さ
い駆動エネルギーで大きな振幅を得ることがわかる。
ャナ５１の質量Ｍよりも軽くなっている。光スキャナ１
１のバネ定数Ｋ2 が、バネ定数Ｋ1 の１／２である３．
８７×１０-1〔Ｎ・ｍ〕となったとする。すると、上記
のように光スキャナ１１の慣性モーメントＩ2 は２．４
５×１０-11 〔Ｎ・ｍ〕となる。ここで質量Ｍとバネ定
数Ｋは比例関係にあるため、バネ定数Ｋ1 がバネ定数Ｋ
2 の１／２になると、最大偏向角度θ2 は０．３〔ｒａ
ｄ〕となる。したがって、光スキャナ１１の方が、小さ
い駆動エネルギーで大きな振幅を得ることがわかる。
【００３６】次に、第一〜第三実施の形態の光スキャナ
を用いた外形測定装置について、図１１及び図１２を用
いて説明する。外形測定装置３０は、光スキャナ１，１
１，２１にミラー３２を介してレーザ光を照射するレー
ザ光源３１、光スキャナ１，１１，２１を回転振動させ
る圧電素子３３、光スキャナ１，１１，２１、光スキャ
ナ１，１１，２１で走査されたレーザ光を平行光にする
レンズ３５、平行光を集光する集光レンズ３６、レーザ
光の一部をミラー３４で取り出して位相と振幅を検出す
るモニタ回路３８、集光されたレーザ光を検出する受光
器３７、受光器３７からの電気信号とモニタ回路３８か
らのモニタ信号が入力される信号処理回路３９で構成さ
れている。
を用いた外形測定装置について、図１１及び図１２を用
いて説明する。外形測定装置３０は、光スキャナ１，１
１，２１にミラー３２を介してレーザ光を照射するレー
ザ光源３１、光スキャナ１，１１，２１を回転振動させ
る圧電素子３３、光スキャナ１，１１，２１、光スキャ
ナ１，１１，２１で走査されたレーザ光を平行光にする
レンズ３５、平行光を集光する集光レンズ３６、レーザ
光の一部をミラー３４で取り出して位相と振幅を検出す
るモニタ回路３８、集光されたレーザ光を検出する受光
器３７、受光器３７からの電気信号とモニタ回路３８か
らのモニタ信号が入力される信号処理回路３９で構成さ
れている。
【００３７】光スキャナ１，１１，２１のフレーム２，
１２，２２の裏面には、図１２に示すように、圧電素子
３３が接合されている。圧電素子３３に電圧が印加され
ると、圧電素子３３は伸縮して振動し、光スキャナ１，
１１，２１のフレーム２，１２，２２に振動が伝達され
る。フレーム２，１２，２２に伝達された振動によりフ
レーム２，１２，２２自身が駆動するとともに、ミラー
部４，１４，２４は相対運動を起こす。ミラー部４，１
４，２４は回転軸に対し左右非対称の質量分布を有する
ため、梁３，１３，２３に回転モーメントが生じ、ミラ
ー部４，１４，２４を回転軸回りに回転させる。
１２，２２の裏面には、図１２に示すように、圧電素子
３３が接合されている。圧電素子３３に電圧が印加され
ると、圧電素子３３は伸縮して振動し、光スキャナ１，
１１，２１のフレーム２，１２，２２に振動が伝達され
る。フレーム２，１２，２２に伝達された振動によりフ
レーム２，１２，２２自身が駆動するとともに、ミラー
部４，１４，２４は相対運動を起こす。ミラー部４，１
４，２４は回転軸に対し左右非対称の質量分布を有する
ため、梁３，１３，２３に回転モーメントが生じ、ミラ
ー部４，１４，２４を回転軸回りに回転させる。
【００３８】光スキャナ１，１１，２１が回転動作をし
ているときに、レーザ光源から照射されたレーザ光はミ
ラー部４，１４，２４で反射され、一定の振幅（最大振
れ角θ）で走査される。レーザ光は、レンズ３５により
平行なビームとなって被測定物Ｗを走査する。被測定物
Ｗ上を走査したレーザ光は遮光され、通過したレーザ光
のみが集光レンズ３６で集光されて受光器３７で検出さ
れる。検出されたレーザ光は、光電変換により電気信号
に変換され、信号処理回路３９に入力される。また、走
査されているレーザ光の一部はモニタ回路３８によって
取り出され、レーザ光の位相と振幅を検出するためのモ
ニタ信号に変換される。モニタ信号は信号処理回路３９
に入力される。信号処理回路３９では電気信号とモニタ
信号の基づいて被測定物Ｗの外径が測定される。
ているときに、レーザ光源から照射されたレーザ光はミ
ラー部４，１４，２４で反射され、一定の振幅（最大振
れ角θ）で走査される。レーザ光は、レンズ３５により
平行なビームとなって被測定物Ｗを走査する。被測定物
Ｗ上を走査したレーザ光は遮光され、通過したレーザ光
のみが集光レンズ３６で集光されて受光器３７で検出さ
れる。検出されたレーザ光は、光電変換により電気信号
に変換され、信号処理回路３９に入力される。また、走
査されているレーザ光の一部はモニタ回路３８によって
取り出され、レーザ光の位相と振幅を検出するためのモ
ニタ信号に変換される。モニタ信号は信号処理回路３９
に入力される。信号処理回路３９では電気信号とモニタ
信号の基づいて被測定物Ｗの外径が測定される。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように本発明による光スキ
ャナでは、ミラー部の裏面に、少なくとも回転軸に対し
て直交する方向に複数の凹部を形成することにより、ミ
ラー部の軽量化を図るとともに、反りが生じにくくする
ことができる。これにより、共振周波数を劣化させるこ
となく、ミラー部の振幅を大きくとって、光スキャナの
動作の高速化を図ることができる。
ャナでは、ミラー部の裏面に、少なくとも回転軸に対し
て直交する方向に複数の凹部を形成することにより、ミ
ラー部の軽量化を図るとともに、反りが生じにくくする
ことができる。これにより、共振周波数を劣化させるこ
となく、ミラー部の振幅を大きくとって、光スキャナの
動作の高速化を図ることができる。
【図１】（ａ）本発明による第一実施形態の光スキャナ
の裏面図である。 （ｂ）上記裏面図のＡ−Ａ’断面図である。 （ｃ）上記裏面図のＢ−Ｂ’断面図である。
の裏面図である。 （ｂ）上記裏面図のＡ−Ａ’断面図である。 （ｃ）上記裏面図のＢ−Ｂ’断面図である。
【図２】本発明による第一実施形態の光スキャナの概略
斜視図である。
斜視図である。
【図３】本発明による第一実施形態の光スキャナの変形
例を示す概略図である。
例を示す概略図である。
【図４】（ａ）本発明による第二実施形態の光スキャナ
の裏面図である。 （ｂ）上記裏面図のＡ−Ａ’断面図である。 （ｃ）上記裏面図のＢ−Ｂ’断面図である。
の裏面図である。 （ｂ）上記裏面図のＡ−Ａ’断面図である。 （ｃ）上記裏面図のＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】本発明による第二実施形態の光スキャナの概略
斜視図である。
斜視図である。
【図６】本発明による第二実施形態の光スキャナの変形
例を示す概略図である。
例を示す概略図である。
【図７】本発明による第二実施形態の光スキャナの他の
変形例を示す概略図である。
変形例を示す概略図である。
【図８】（ａ）本発明による第三実施形態の光スキャナ
の裏面図である。 （ｂ）上記裏面図のＡ−Ａ’断面図である。 （ｃ）上記裏面図のＢ−Ｂ’断面図である。
の裏面図である。 （ｂ）上記裏面図のＡ−Ａ’断面図である。 （ｃ）上記裏面図のＢ−Ｂ’断面図である。
【図９】本発明による第三実施形態の光スキャナの概略
斜視図である。
斜視図である。
【図１０】本発明による第三実施形態の光スキャナの変
形例を示す概略図である。
形例を示す概略図である。
【図１１】第一〜第三実施の形態の光スキャナを用いた
外径測定装置の概略構成図である。
外径測定装置の概略構成図である。
【図１２】外径測定装置に設けられた光スキャナの拡大
図である。
図である。
【図１３】バネ定数と慣性モーメントの関係を示すグラ
フである。
フである。
【図１４】最大偏向角度と慣性モーメントの関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図１５】（ａ）従来の光スキャナの裏面図である。 （ｂ）上記裏面図のＡ−Ａ’断面図である。 （ｃ）上記裏面図のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１６】従来の光スキャナの概略斜視図である。
１，１１，２１…光スキャナ ２，１２，２２…フレーム ３，１３，２３…梁 ４，１４，２４…ミラー部 ５，１５，２５…凹部 ６，１６，２６…補強部材
Claims (8)
- 【請求項１】 入射光を反射させるミラー部（４，１
４，２４）を回転軸回りに回転させて反射光を走査する
光スキャナ（１，１１，２１）において、 前記ミラー部の裏面に複数の凹部（５，１５，２５）が
形成されていることを特徴とする光スキャナ。 - 【請求項２】 前記凹部が、少なくとも前記回転軸に対
して直交する方向に沿った帯状に形成されていることを
特徴とする請求項１記載の光スキャナ。 - 【請求項３】 前記凹部が、マトリクス状に配列される
ように形成されていることを特徴とする請求項１記載の
光スキャナ。 - 【請求項４】 前記凹部が、ハニカム状に配列されるよ
うに形成されていることを特徴とする請求項１記載の光
スキャナ。 - 【請求項５】 前記凹部の形状が多角形であることを特
徴とする請求項３又は４記載の光スキャナ。 - 【請求項６】 前記凹部の形状が略円形であることを特
徴とする請求項３又は４記載の光スキャナ。 - 【請求項７】 前記凹部の大きさが、前記回転軸から該
回転軸に対して直交する方向に離れるにしたがって、相
対的に小さくなるように形成されていることを特徴とす
る請求項３〜６のいずれかに記載の光スキャナ。 - 【請求項８】 前記凹部はＩＣＰエッチング法で形成さ
れていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記
載の光スキャナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000060742A JP2001249300A (ja) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | 光スキャナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000060742A JP2001249300A (ja) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | 光スキャナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001249300A true JP2001249300A (ja) | 2001-09-14 |
Family
ID=18581000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000060742A Pending JP2001249300A (ja) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | 光スキャナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001249300A (ja) |
Cited By (18)
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-
2000
- 2000-03-06 JP JP2000060742A patent/JP2001249300A/ja active Pending
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