JP2005250078A - Optical deflector - Google Patents

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貴久 加藤
Susumu Yasuda
進 安田
Yasuhiro Shimada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact optical deflector which performs a two-dimensional deflection scanning with a single element. <P>SOLUTION: The optical deflector performs a deflection scanning with light emitted from a light source, and is composed of a supporting body, a vibration system, and a driving means which drives the vibration system. A driving having a deflection and scanning region of a substantially constant angular velocity is realized while a proper vibration mode. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光を偏向する光偏向器、更にはそれを用いた画像形成装置に関する。例えば、光の2次元偏向走査によって画像を投影するプロジェクションディスプレイなどの画像形成装置に好適なものである。   The present invention relates to an optical deflector that deflects light, and further to an image forming apparatus using the same. For example, it is suitable for an image forming apparatus such as a projection display that projects an image by two-dimensional deflection scanning of light.

光偏向器として、側面が反射面である多角柱を回転させて、入射した光の反射方向を変化させるポリゴンミラー、平面鏡を電磁アクチュエータによって軸中心に振動させるガルバノミラーなどがよく知られている。2次元的に光を走査させる場合、これらポリゴンミラーとガルバノミラーの組み合わせ、あるいはポリゴンミラー2枚の組み合わせが用いられるが、複数の光偏向器を必要とするため装置が大型となるばかりでなく、それぞれの鏡による走査方向が直交するよう配置する必要があり、光学調整が非常に煩雑であった。   As an optical deflector, a polygon mirror that changes a reflection direction of incident light by rotating a polygonal column whose side surface is a reflection surface, and a galvano mirror that causes a plane mirror to vibrate about its axis by an electromagnetic actuator are well known. When scanning light two-dimensionally, a combination of these polygon mirrors and galvanometer mirrors, or a combination of two polygon mirrors is used. However, since a plurality of optical deflectors are required, not only the apparatus becomes large, It was necessary to arrange so that the scanning directions of the mirrors were orthogonal to each other, and optical adjustment was very complicated.

このような課題を改善するため、単一の光偏向器で2次元的に光を偏向走査できる特許文献1、特許文献2、特許文献3のジンバル型光偏向器が開示されている。   In order to improve such a problem, the gimbal-type optical deflectors disclosed in Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3 that can deflect and scan light two-dimensionally with a single optical deflector are disclosed.

図9は特許文献1、特許文献2、特許文献3に代表されるジンバル型光偏向器の典型例を説明する概略図である。外側可動子1023は、第1のねじりバネ1024によって支持体1025と第1のねじり軸1017まわりにねじり振動可能に連結されている。一方、可動子1021は、第2のねじりバネ1022によって、外側可動子1023と第2のねじり軸1018まわりにねじり振動可能に連結されている。可動子1021には、例えば反射面のような光を偏向する光偏向体(不図示)が設置されている。したがって、外側可動子1023、可動子1021が、駆動手段1016によってそれぞれ第1のねじり軸1017、第2のねじり軸1018まわりにねじり振動することにより光源からの光を2次元に偏向走査することができる。ここで、駆動手段1016は例えば、可動子1021、外側可動子1023に設けられた永久磁石とそれぞれの永久磁石を駆動するための固定コイルとすることなどで実現できる。特に、光偏向器の形状や材質で決定されるねじり軸まわりの固有振動モードの周波数で、光偏向器を駆動すると小さなエネルギーで大きな変位が得られるため好適である。   FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a typical example of a gimbal type optical deflector represented by Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3. The outer movable element 1023 is connected to the support body 1025 and the first torsion shaft 1017 by a first torsion spring 1024 so as to allow torsional vibration. On the other hand, the movable element 1021 is connected to the outer movable element 1023 and the second torsion shaft 1018 by a second torsion spring 1022 so as to allow torsional vibration. The movable element 1021 is provided with an optical deflector (not shown) for deflecting light such as a reflecting surface. Therefore, the outer movable element 1023 and the movable element 1021 can perform two-dimensional deflection scanning of light from the light source by torsionally oscillating around the first torsion axis 1017 and the second torsion axis 1018 by the driving means 1016, respectively. it can. Here, the driving means 1016 can be realized by, for example, permanent magnets provided on the movable element 1021 and the outer movable element 1023 and fixed coils for driving the permanent magnets. In particular, it is preferable to drive the optical deflector with a natural vibration mode frequency around the torsion axis determined by the shape and material of the optical deflector because a large displacement can be obtained with a small amount of energy.

さて、第2のねじり軸1018まわり、第1のねじり軸1017まわりのそれぞれのねじり振動によって光が偏向走査される方向を、それぞれ主走査方向、副走査方向とすると、図11に示したように、主走査方向の偏向走査の周波数が、副走査方向に比べ非常に大きい2次元走査(以下、本明細書ではラスタスキャンとする)を行うことが一般的である。また主走査方向と副走査方向の偏向走査の周波数比を非常に近接して設定し、それらを固定して被走査面上を図10(a)に示すようなリサージュ図形の軌跡で走査する方法もある(図は特に、主走査方向に周波数比5:6、位相差90°の場合を示している)。また、図10(b)(c)に示すように主走査方向と副走査方向の偏向走査の周波数比を任意のある値に固定して、それぞれの振幅比も固定したまま、それぞれの振幅を偏向走査と共に徐々に減少させ、図10(b)(c)のように被走査面上を走査曲線に沿ったα方向と、その略法線方向のβ方向へ2次元走査する例などがある。   Assuming that the directions in which light is deflected and scanned by the torsional vibrations around the second torsion axis 1018 and the first torsion axis 1017 are the main scanning direction and the sub-scanning direction, respectively, as shown in FIG. In general, two-dimensional scanning (hereinafter, referred to as raster scanning in this specification) is performed in which the frequency of deflection scanning in the main scanning direction is much larger than that in the sub-scanning direction. Also, a method of scanning the surface to be scanned with a locus of a Lissajous figure as shown in FIG. 10A by setting the frequency ratio of deflection scanning in the main scanning direction and the sub-scanning direction very close to each other and fixing them. (In particular, the figure shows the case where the frequency ratio is 5: 6 and the phase difference is 90 ° in the main scanning direction). Also, as shown in FIGS. 10B and 10C, the frequency ratio of the deflection scanning in the main scanning direction and the sub-scanning direction is fixed to an arbitrary value, and the respective amplitude ratios are also fixed while the respective amplitude ratios are fixed. As shown in FIGS. 10 (b) and 10 (c), there is an example of performing two-dimensional scanning on the surface to be scanned in the α direction along the scanning curve and in the β direction which is substantially normal as shown in FIGS. .

このようなジンバル型光偏向器は、2次元の偏向走査を単一の光偏向器で行うため、小型で光学調整などが簡単な2次元走査系を実現しうる可能性があるが、以下に示す課題を有している。
米国特許第6044705号公報 特開平7―27989号公報 特開2003−295102号公報
Since such a gimbal type optical deflector performs two-dimensional deflection scanning with a single optical deflector, there is a possibility of realizing a small-sized two-dimensional scanning system with simple optical adjustment. Has the problem to show.
US Pat. No. 6,044,705 JP-A-7-27989 JP 2003-295102 A

上記従来例において、固有振動モードの周波数と略一致した駆動周波数で光偏向器を駆動し、ラスタスキャンを実現しようとすると、主走査方向と副走査方向共に正弦振動であるため、偏向走査の角速度が一定とならず余弦的に変化する。偏向走査の両端に向かうにつれ偏向走査の角速度は減少するため、被走査領域の中央部分では、光の走査速度が速く被走査領域を照射する時間が両端部と比べ短時間となってしまう。   In the above conventional example, when the optical deflector is driven at a driving frequency substantially coincident with the frequency of the natural vibration mode and raster scanning is attempted, the angular velocity of the deflection scanning is caused by sinusoidal vibration in both the main scanning direction and the sub-scanning direction. Does not become constant and changes in a cosine manner. Since the angular speed of deflection scanning decreases toward both ends of the deflection scanning, the light scanning speed is high in the central portion of the scanned region, and the time for irradiating the scanned region is shorter than both ends.

特に、副走査方向の角速度が変化すると、主走査方向への偏向走査による主走査ラインのライン間隔が一定とならず、被走査領域中央では、間隔が大きく、副走査方向両端に向かうほど間隔が小さくなってしまう。したがって、光偏向器を画像形成装置に用いた場合、画像の歪みや輝度ムラを引き起こしてしまう。   In particular, when the angular velocity in the sub-scanning direction changes, the line spacing of the main scanning lines due to deflection scanning in the main scanning direction is not constant, and the spacing is large at the center of the scanned region, and the spacing increases toward both ends in the sub-scanning direction. It gets smaller. Therefore, when an optical deflector is used in an image forming apparatus, image distortion and luminance unevenness are caused.

一方、主走査方向、副走査方向共に固有振動モードの周波数と略一致した駆動周波数で駆動し、ラスタスキャンを用いず、図10(a)(b)(c)のようなリサージュ図形状の軌跡で2次元走査する場合も、偏向走査される光の角速度は、軌跡に沿って一定ではなく被走査領域の中央部では特に速い。また、被走査領域内で走査ラインのライン間隔が一定ではない2次元走査となる。したがって、画像形成装置に用いると、被走査領域の中央部で光を画像形成に有効利用出来ないばかりか、画像の歪みや輝度ムラを起してしまう。   On the other hand, the main scanning direction and the sub-scanning direction are driven at a driving frequency that substantially matches the frequency of the natural vibration mode, and the raster scan is not used, and the locus of the Lissajous figure as shown in FIGS. 10 (a), (b), and (c) Even in the case of two-dimensional scanning, the angular velocity of light deflected and scanned is not constant along the trajectory and is particularly fast at the center of the scanned region. In addition, two-dimensional scanning is performed in which the line spacing of the scanning lines is not constant within the scanned region. Accordingly, when used in an image forming apparatus, light cannot be effectively used for image formation at the center of the scanned region, and image distortion and luminance unevenness are caused.

更に、図10(b)(c)の場合、偏向走査の軌跡が四角形と異なるため、光偏向器を画像形成装置に用いた場合、実際に画像形成に利用する領域より大きな偏向走査を行う必要がある。そのため、偏向走査の利用効率が悪く、装置が大型化、大消費電力化する。   Furthermore, in the case of FIGS. 10B and 10C, since the deflection scanning path is different from a square, when the optical deflector is used in the image forming apparatus, it is necessary to perform deflection scanning larger than the area actually used for image formation. There is. For this reason, the utilization efficiency of deflection scanning is poor, and the apparatus becomes larger and consumes more power.

また、副走査方向の偏向走査の周波数を固有振動モードの周波数とせず、駆動波形も正弦振動ではなく、等角速度の領域を有する三角波などの振動とした場合は、所望の振動振幅に駆動させるため大きな発生力が必要で、駆動手段が大型化、大消費電力化してしまう。   In addition, when the frequency of deflection scanning in the sub-scanning direction is not set to the frequency of the natural vibration mode and the driving waveform is not sinusoidal vibration but is a vibration such as a triangular wave having a constant angular velocity region, it is driven to a desired vibration amplitude. A large generating force is required, and the driving means is increased in size and power consumption.

本発明は、上記従来の光偏向器の問題点に鑑みてなされたものであって、副走査方向の偏向走査に、固有振動モードを用いながら、略等角速度の偏向走査領域を有する駆動を実現することにより、単一の素子で2次元の偏向走査を行うことができる小型の光偏向器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the problems of the above-described conventional optical deflector, and realizes driving having a deflection scanning region having a substantially constant angular velocity while using a natural vibration mode for deflection scanning in the sub-scanning direction. Accordingly, it is an object to provide a small optical deflector capable of performing two-dimensional deflection scanning with a single element.

本発明の目的は、光源からの光を偏向走査する光偏向器であって、該光偏向器は、支持体と振動系と該振動系を駆動する駆動手段とで構成され、該振動系は、第1のねじり軸まわりに、複数の第1軸ねじりバネで弾性的に直列に連結された2つ以上の第1軸揺動可動子と、前記第1のねじり軸と直交した第2のねじり軸まわりに、第2軸ねじりバネで弾性的に連結された第2軸揺動可動子と、第2軸揺動可動子に設置された光偏向体とを有し、少なくとも1つの前記第1軸揺動可動子は、前記第1のねじり軸まわりに、前記第1軸ねじりバネで前記支持体と弾性的に連結され、前記第2軸揺動可動子は、前記第2のねじり軸まわりに、前記第2軸ねじりバネで、少なくとも1つの前記第1軸揺動可動子と弾性的に連結され、前記振動系は、前記第1のねじり軸まわりに周波数が異なる少なくとも2つの固有振動モードを有し、前記駆動手段は、前記振動系を前記第1のねじり軸まわりに少なくとも2つの前記固有振動モードで同時にねじり振動させることを特徴とする光偏向器により達成される。   An object of the present invention is an optical deflector that deflects and scans light from a light source, and the optical deflector includes a support, a vibration system, and a driving unit that drives the vibration system. Two or more first-axis swinging movable elements elastically connected in series by a plurality of first-axis torsion springs around a first torsion axis, and a second orthogonal to the first torsion axis A second axis swing movable element elastically coupled by a second axis torsion spring around the torsion axis; and an optical deflector disposed on the second axis swing movable element, and at least one of the first The single axis swing movable element is elastically connected to the support body by the first axial torsion spring around the first torsion axis, and the second axis swing movable element is the second torsion shaft. Around the second shaft torsion spring, it is elastically connected to at least one of the first shaft swinging movers, and the vibration system is And having at least two natural vibration modes having different frequencies around the first torsion axis, and the driving means simultaneously torsionally vibrates the vibration system in the at least two natural vibration modes around the first torsion axis. Is achieved by an optical deflector characterized by:

本発明の光偏向器によって、副走査方向の偏向走査に、固有振動モードを用いながら、略等角速度の偏向走査領域を有する駆動を実現することにより、単一の素子で2次元の偏向走査を行うことができる小型の光偏向器を提供することができる。   The optical deflector according to the present invention realizes a drive having a deflection scanning region having a substantially equal angular velocity while using a natural vibration mode for deflection scanning in the sub-scanning direction, thereby performing two-dimensional deflection scanning with a single element. A small optical deflector that can be provided can be provided.

以下本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の光偏向器の第1実施例を示す上面図である。図1に示すように、本実施例の光偏向器は、第1のねじり軸108、第2のねじり軸109の2つのねじり軸まわりに、第1の第1軸揺動可動子104、第2の第1軸揺動可動子105、第2軸揺動可動子107の3つの可動部分がねじり振動自在に弾性支持された構成を有している。   FIG. 1 is a top view showing a first embodiment of an optical deflector according to the present invention. As shown in FIG. 1, the optical deflector of the present embodiment includes a first first axis swinging movable element 104, a first torsion shaft 104, and a second torsion axis 109 around two torsion axes. The three movable parts of the first shaft swing movable element 105 and the second shaft swing movable element 107 are elastically supported so as to be capable of torsional vibration.

機械的な接地面である支持体101と、第1の第1軸揺動可動子104とは、2つの第1の第1軸ねじりバネ102によって、第1のねじり軸108まわりにねじり振動自在に連結されている。また、第2の第1軸揺動可動子105は、図示のように第1の第1軸揺動可動子104の内側に位置しており、第1の第1軸揺動可動子104と2つの第2の第1軸ねじりバネ103によって第1のねじり軸108まわりにねじり振動自在に連結されている。つまり、第1の第1軸揺動可動子104、第2の第1軸揺動可動子105は第1のねじり軸108まわりに機械的に直列に弾性支持されている。   The support body 101 which is a mechanical ground plane and the first first-axis swinging movable element 104 are capable of torsional vibration about the first torsion shaft 108 by two first first-axis torsion springs 102. It is connected to. The second first axis swinging movable element 105 is located inside the first first axis swinging movable element 104 as shown in the figure, and the first first axis swinging movable element 104 and Two second first-axis torsion springs 103 are connected to be freely torsionally vibrated around the first torsion shaft 108. That is, the first first axis swing movable element 104 and the second first axis swing movable element 105 are mechanically elastically supported in series around the first torsion shaft 108.

一方、第2軸揺動可動子107は、図示のように、第2の第1軸揺動可動子105の内側に位置しており、第2の第1軸揺動可動子と2つの第2軸ねじりバネ106によって第2のねじり軸109まわりにねじり振動自在に連結されている。また、第2軸揺動可動子107の表面には図示しない反射面を光偏向体として有しており、入射した光を反射して、偏向することができる。尚、本実施例では、光偏向体として反射面としたが、回折格子など他の光偏向体で構成してもよい。   On the other hand, as shown in the figure, the second axis swing movable element 107 is positioned inside the second first axis swing movable element 105, and the second first axis swing movable element and the two first axis swing movable elements A biaxial torsion spring 106 is connected to the second torsion shaft 109 so as to be capable of torsional vibration. Further, the surface of the second axis swing movable element 107 has a reflection surface (not shown) as an optical deflector, and can reflect incident light and deflect it. In this embodiment, the reflecting surface is used as the light deflector. However, the light deflector may be composed of another light deflector such as a diffraction grating.

更に、第1のねじり軸108と第2のねじり軸109とは略直交しているため、第2軸揺動可動子107は、第2のねじり軸109まわりのねじり変位と共に、第1の第1軸揺動可動子104、第2の第1軸揺動可動子105の第1ねじり軸108まわりの変位によって、第1のねじり軸108、第2のねじり軸109の2つの軸まわりに変位することができる。したがって、第2軸揺動可動子107の反射面に入射した光は、第2軸揺動可動子107の2つの軸まわりのねじり振動により、2次元的に偏向走査される。以下、第1のねじり軸108、第2のねじり軸109まわりの偏向走査を、それぞれ副走査、主走査と呼ぶ。本発明の実施例の光偏向器は、図11に示すように、主走査方向の偏向走査のスピードが副走査方向の偏向走査に比べ非常に速い、ラスタスキャン状に光の2次元走査を行う。以下により詳しい駆動原理を説明する。   Further, since the first torsion shaft 108 and the second torsion shaft 109 are substantially orthogonal to each other, the second shaft swinging movable element 107 has a first displacement along with the torsional displacement around the second torsion shaft 109. Displacement about two axes of the first torsion shaft 108 and the second torsion shaft 109 by the displacement of the first axis swing movable element 104 and the second first axis swing movable element 105 about the first torsion shaft 108. can do. Therefore, the light incident on the reflection surface of the second axis swing movable element 107 is deflected and scanned two-dimensionally by the torsional vibration around the two axes of the second axis swing movable element 107. Hereinafter, deflection scanning around the first torsion shaft 108 and the second torsion shaft 109 will be referred to as sub-scanning and main scanning, respectively. As shown in FIG. 11, the optical deflector according to the embodiment of the present invention performs two-dimensional scanning of light in a raster scan form, in which the speed of deflection scanning in the main scanning direction is much faster than that in the sub-scanning direction. . The detailed driving principle will be described below.

図2(a)は、電極110a、110b、110c、110dを有する電極基板111を示す上面図である。電極基板111は、第1の第1軸揺動可動子104、第2の第1軸揺動可動子105、第2軸揺動可動子107と空隙をはさんで対向して設置される。図2(a)には、電極基板111と第1の第1軸揺動可動子104、第2の第1軸揺動可動子105、第2軸揺動可動子107の上面から見た位置関係を示すため、特に、第1ねじり軸108、第2ねじり軸109の位置が示してある。図示のように、電極110a、110bは第2のねじり軸109をはさんで両側に、電極110c、110dは第1のねじり軸108をはさんで両側に設置されている。また、4つの電極110a、110b、110c、110dには独立して電圧を印加することができる。図2(b)は、本実施例の光偏向器の第1のねじり軸108での断面を示す断面図である。図は特に第2軸揺動可動子107付近を拡大して示すものである。前述の通り、第2軸揺動可動子107と空隙をはさんで電極110a、110bが配置されている。第2軸揺動可動子107は電気的に接地されており、電極110bには電圧が印加されている。電極110bに電圧が印加されることにより静電引力が発生し、第2のねじり軸109まわりのトルクが第2軸揺動可動子107にかかる。したがって、第2のねじり軸109まわりに第2軸揺動可動子107を変位することができる。また、電極110aに電圧を印加すれば逆方向のトルクを発生することができるため、電極110a、110bに電圧を交互に印加することで第2軸揺動可動子107を第2のねじり軸109まわりにねじり振動することができる。同様の原理で、第1の第1軸揺動可動子104を電極110c、110dにより、第1のねじり軸108まわりにねじり振動することができる。したがって、第2の第1軸ねじりバネ103で連結された第2の第1軸揺動可動子105も第1のねじり軸108まわりにねじり振動することができる。   FIG. 2A is a top view showing the electrode substrate 111 having the electrodes 110a, 110b, 110c, and 110d. The electrode substrate 111 is disposed to face the first first axis swing movable element 104, the second first axis swing movable element 105, and the second axis swing movable element 107 across the gap. FIG. 2A shows the positions of the electrode substrate 111, the first first-axis swinging movable element 104, the second first-axis swinging movable element 105, and the second-axis swinging movable element 107 as viewed from above. In order to show the relationship, in particular, the positions of the first torsion shaft 108 and the second torsion shaft 109 are shown. As illustrated, the electrodes 110a and 110b are installed on both sides of the second torsion shaft 109, and the electrodes 110c and 110d are installed on both sides of the first torsion shaft 108. In addition, a voltage can be independently applied to the four electrodes 110a, 110b, 110c, and 110d. FIG. 2B is a cross-sectional view showing a cross section of the optical deflector of the present embodiment at the first torsion shaft 108. The figure particularly shows the vicinity of the second axis swing movable element 107 in an enlarged manner. As described above, the electrodes 110a and 110b are arranged across the gap between the second axis swing movable element 107 and the gap. The second axis swing movable element 107 is electrically grounded, and a voltage is applied to the electrode 110b. When a voltage is applied to the electrode 110b, an electrostatic attractive force is generated, and a torque around the second torsion shaft 109 is applied to the second shaft swinging movable element 107. Therefore, the second axis swing movable element 107 can be displaced around the second torsion axis 109. Further, if a voltage is applied to the electrode 110a, torque in the reverse direction can be generated. Therefore, by alternately applying a voltage to the electrodes 110a and 110b, the second axis swinging movable element 107 is moved to the second torsion shaft 109. Can twist and vibrate around. Based on the same principle, the first first axis swing movable element 104 can be torsionally vibrated around the first torsion shaft 108 by the electrodes 110c and 110d. Therefore, the second first-axis swinging movable element 105 connected by the second first-axis torsion spring 103 can also torsionally vibrate around the first torsion shaft 108.

さて、本実施例の光偏向器は、第2のねじり軸109を中心としたねじり振動について、主走査周波数として周波数sの固有振動モードを有している。特に、本実施例では、周波数sは22kHzである。電極110a、110bにより、第2軸揺動可動子107は略この周波数で第2のねじり軸109まわりに駆動される。 The optical deflector of the present embodiment has a natural vibration mode having a frequency s 0 as the main scanning frequency for torsional vibration centered on the second torsion shaft 109. In particular, in this embodiment, the frequency s 0 is 22 kHz. The second axis swing movable element 107 is driven around the second torsion shaft 109 at approximately this frequency by the electrodes 110a and 110b.

一方、第1のねじり軸108を中心としたねじり振動については、副走査周波数となる周波数fの1次の固有振動モードと副走査周波数の2倍の周波数2fの2次の固有振動モードを有している2自由度振動系として扱うことができる。第1のねじり軸108まわりへの変位の駆動手段である電極111c、111dは、この1次の固有振動モードの周波数fとこれに対して2倍の周波数2fの2つの周波数で本実施例の光偏向器を第1のねじり軸108まわりに駆動する。本実施例では、周波数fは60Hzである。 On the other hand, the torsional oscillation about the first torsion axis 108, the second-order natural oscillation mode of a frequency twice 2f 0 of the first-order natural oscillation mode and the sub-scanning frequency of the frequency f 0 of the sub-scanning frequency Can be treated as a two-degree-of-freedom vibration system having The first torsion axis 108 displacement of the drive means in which the electrode 111c to around, 111d is present in two frequency twice the frequency 2f 0 contrast with the frequency f 0 of the first-order natural oscillation mode The example light deflector is driven about the first torsion axis 108. In the present embodiment, the frequency f 0 is 60 Hz.

図3は、横軸を時間tとして、第2の第1軸揺動可動子105の周波数fのねじり振動の変位角を説明する図である。図は、特に第2の第1軸揺動可動子105のねじり振動の1周期Tに相当する部分を示している(−T/2<X<T/2)。 FIG. 3 is a diagram for explaining the displacement angle of torsional vibration of the frequency f 0 of the second first-axis swinging movable element 105 with the horizontal axis as time t. Figure shows a portion corresponding to one cycle T 0 of the torsional vibration of the second first JikuYurado movable element 105 (-T 0/2 <X <T 0/2).

曲線61は、電極110c、110dを駆動する駆動信号のうち、副走査周波数fの成分を示しており、最大振幅±Φの範囲で往復振動し時間t、角周波数w=2πfとして、 A curve 61 indicates a component of the sub-scanning frequency f 0 in the drive signals for driving the electrodes 110c and 110d, and reciprocates in the range of the maximum amplitude ± Φ 1 as time t and angular frequency w 0 = 2πf 0. ,

Figure 2005250078
であらわされる正弦振動である。
Figure 2005250078
This is a sinusoidal vibration.

一方、曲線62は、副走査周波数fの2倍の周波数成分を示しており、最大振幅±Φの範囲で振動し、 On the other hand, the curve 62 shows a frequency component that is twice the sub-scanning frequency f 0 , and oscillates within the maximum amplitude ± Φ 2 range.

Figure 2005250078
なる正弦振動である。
Figure 2005250078
This is a sine vibration.

曲線63は、このような駆動の結果生じる第2の第1軸揺動可動子105のねじり振動の変位角を示している。本実施例の光偏向器は、前述のように第1のねじり軸108まわりのねじり振動について、2自由度振動系として扱うことができ、副走査周波数fの固有振動モードと周波数が2fの2次の固有振動モードを第1のねじり軸108中心のねじり振動について有している。そのため、本実施例の光偏向器には、第1のねじり軸108まわりについて、上記θθの駆動信号に励起された共振がそれぞれ生じる。つまり、曲線63の第2可動子105の変位角は、2つの正弦振動の重ね合わせの振動となり、 A curve 63 indicates the displacement angle of the torsional vibration of the second first-axis swinging movable element 105 resulting from such driving. Optical deflector of the present embodiment, the torsional vibration around the first torsion axis 108, as described above, 2 can be treated as the degree of freedom vibration system, natural vibration mode and frequency 2f 0 of the sub-scanning frequency f 0 Of the first torsional vibration about the first torsion shaft 108. Therefore, in the optical deflector according to the present embodiment, resonances excited by the driving signal of θ 1 θ 2 are generated around the first torsion axis 108. That is, the displacement angle of the second mover 105 of the curve 63 is a vibration of superposition of two sine vibrations,

Figure 2005250078
Figure 2005250078

で表される鋸波状の振動となる。ここで、図3の曲線63は特にΦを1.20、Φを−0.25とした場合の曲線である。図4は、図3の曲線61、63、直線64を微分した曲線61a、63a、直線64aを示しており、これらの曲線の角速度を説明している。周波数fの正弦振動の角速度である曲線61aと比べ、第2の第1軸揺動可動子105の鋸波状の往復振動の角速度を示す曲線63aは、区間N−N’において、極大点の角速度V、極小点の角速度Vを最大・最小とする範囲に角速度が収まっている。したがって、本実施例の光偏向器による光の偏向走査を利用する応用において、等角速度走査である直線64aからの角速度の許容誤差以内にV、Vが存在するならば、区間N−N’は実質的な等角度走査とみなすことができる。このように、鋸波状の往復振動によって、副走査の角速度は、変位角が正弦波であったときと比べ、実質的な等角速度となる領域を広く設定することができる。そのため、主走査、副走査とも固有振動モードで駆動することで、駆動手段の発生力が小さくても、大きな変位を実現でき、更にラスタスキャンを行っても区間N−N’内での主走査方向の偏向走査が形成する走査ラインを略等間隔にすることができる。したがって、本実施例によって、単一の素子で良好な2次元の偏向走査を行うことができる小型の光偏向器を実現できる。特に、鋸波状の往復振動である本実施例では、偏向走査の往路(または復路)の一方の走査を利用する応用に好適な実施例となる。更に、本実施例では、第1の第1軸揺動可動子104、第2の第1軸揺動可動子105、第2軸揺動可動子107がそれぞれ2つのねじりバネで連結されているため、それぞれのねじり軸が弾性支持するねじり方向以外の回転・並進成分の力に対して高剛性を有している。そのため、偏向走査方向のねじり振動の固有振動モードを他の固有振動モードから分離しやすく、更に、外部からの衝撃に強い光偏向器とすることができる。 It becomes a sawtooth vibration represented by Here, the curve 63 in FIG. 3 is a curve particularly when Φ 1 is 1.20 and Φ 2 is −0.25. FIG. 4 shows curves 61a and 63a and a straight line 64a obtained by differentiating the curves 61 and 63 and the straight line 64 of FIG. 3, and the angular velocities of these curves are explained. Compared with the curve 61a which depicts the angular speed of sinusoidal oscillation of frequency f 0, the curve 63a that indicates the angular velocity of the reciprocating vibration of the sawtooth second first JikuYurado movable element 105, in the section N-N ', the maximum point The angular velocity is within a range in which the angular velocity V 1 and the angular velocity V 2 at the minimum point are maximized and minimized. Therefore, in the application using the deflection scanning of light by the optical deflector of the present embodiment, if V 1 and V 2 exist within the allowable error of the angular velocity from the straight line 64a that is the equiangular velocity scanning, the section NN 'Can be regarded as a substantial equiangular scan. As described above, the angular velocity of the sub-scanning can be set wider by a sawtooth reciprocating vibration than in the case where the displacement angle is a sine wave. Therefore, by driving in the natural vibration mode in both the main scanning and the sub-scanning, a large displacement can be realized even if the generated force of the driving means is small, and even if raster scanning is performed, the main scanning in the section NN ′ is achieved. The scanning lines formed by the directional deflection scanning can be set at substantially equal intervals. Therefore, according to this embodiment, it is possible to realize a small optical deflector capable of performing good two-dimensional deflection scanning with a single element. In particular, the present embodiment, which is a sawtooth reciprocating vibration, is an embodiment suitable for an application using one of the forward scans (or return passes) of the deflection scan. Further, in this embodiment, the first first axis swing movable element 104, the second first axis swing movable element 105, and the second axis swing movable element 107 are connected by two torsion springs. Therefore, each torsion shaft has high rigidity against the force of the rotational / translational component other than the torsional direction elastically supported. For this reason, the natural vibration mode of torsional vibration in the deflection scanning direction can be easily separated from other natural vibration modes, and an optical deflector that is resistant to external impact can be obtained.

図5は本発明の光偏向器の第2実施例を示す上面図である。本実施例では、第1実施例と同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。図5に示すように、本実施例の光偏向器は、第1のねじり軸108、第2のねじり軸109の2つのねじり軸まわりに、第1の第1軸揺動可動子203、第2の第1軸揺動可動子205、第3の第1軸揺動可動子207、第2軸揺動可動子209の4つの可動部分がねじり振動自在に弾性支持された構成を有している。   FIG. 5 is a top view showing a second embodiment of the optical deflector of the present invention. In this embodiment, parts having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 5, the optical deflector of the present embodiment includes a first first axis swing movable element 203, a first torsion axis 108, and a second torsion axis 109 around two torsion axes. The four movable parts of the second first-axis swinging movable element 205, the third first-axis swinging movable element 207, and the second-axis swinging movable element 209 are elastically supported so as to be capable of torsional vibration. Yes.

機械的な接地面である支持体201と、第1の第1軸揺動可動子203とは、第1の第1軸ねじりバネ202によって、第1のねじり軸108まわりにねじり振動自在に連結されている。また、第2の第1軸揺動可動子205、第3の第1軸揺動可動子207も図示のように、それぞれ第2の第1軸ねじりバネ204、第3の第1軸ねじりバネ206によって、第1のねじり軸108まわりにねじり振動自在に連結されている。つまり、第1の第1軸揺動可動子203、第2の第1軸揺動可動子205、第3の第1軸揺動可動子207は第1のねじり軸108まわりに機械的に直列に弾性支持されている。   The support body 201 which is a mechanical ground plane and the first first-axis swing movable element 203 are connected to be freely torsionally vibrated around the first torsion shaft 108 by the first first-axis torsion spring 202. Has been. Further, as shown in the drawing, the second first-axis swinging movable element 205 and the third first-axis swinging movable element 207 are also a second first-axis torsion spring 204 and a third first-axis torsion spring, respectively. By 206, the first torsion shaft 108 is coupled to be freely torsionally vibrated. That is, the first first axis swinging movable element 203, the second first axis swinging movable element 205, and the third first axis swinging movable element 207 are mechanically connected in series around the first torsion shaft 108. Is supported elastically.

一方、第2軸揺動可動子209は、図示のように、第3の第1軸揺動可動子207の内側に位置しており、第3の第1軸揺動可動子と第2軸ねじりバネ208によって第2のねじり軸109まわりにねじり振動自在に連結されている。また、第2軸揺動可動子209の表面には図示しない反射面を有しており、入射した光を反射して偏向することができる。   On the other hand, the second axis swing movable element 209 is located inside the third first axis swing movable element 207 as shown in the figure, and the third first axis swing movable element and the second axis are arranged. A torsion spring 208 is connected to the second torsion shaft 109 so as to be capable of torsional vibration. The surface of the second axis swing movable element 209 has a reflecting surface (not shown), and can reflect and deflect incident light.

更に、第1のねじり軸108と第2のねじり軸109とは略直交しているため、第2軸揺動可動子209は、第2のねじり軸109まわりのねじり変位と共に、第1の第1軸揺動可動子203、第2の第1軸揺動可動子205、第3の第1軸揺動可動子207の第1のねじり軸108まわりのねじり変位によって、第1のねじり軸108、第2のねじり軸109の2つの軸まわりに変位することができる。したがって、第2軸揺動可動子209の反射面に入射した光は、第2軸揺動可動子209の2つの軸まわりのねじり振動により、2次元的に偏向走査される。本発明の実施例の光偏向器は、第1実施例と同様に、図11に示すように、主走査方向の偏向走査のスピードが副走査方向の偏向走査に比べ非常に速い、ラスタスキャン状に光の2次元走査を行う。   Further, since the first torsion shaft 108 and the second torsion shaft 109 are substantially orthogonal to each other, the second shaft swinging movable element 209 has a first displacement along with the torsional displacement around the second torsion shaft 109. The first torsion shaft 108 is obtained by torsional displacement around the first torsion shaft 108 of the first axis swing movable element 203, the second first axis swing movable element 205, and the third first axis swing movable element 207. The second torsion shaft 109 can be displaced around two axes. Therefore, the light incident on the reflecting surface of the second axis swing movable element 209 is deflected and scanned two-dimensionally by the torsional vibration around the two axes of the second axis swing movable element 209. As in the first embodiment, the optical deflector according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 11, has a raster scanning pattern in which the deflection scanning speed in the main scanning direction is much faster than the deflection scanning in the sub scanning direction. Two-dimensional scanning of light is performed.

駆動手段は、第1実施例と同様の方法で静電引力によって駆動することができる。   The driving means can be driven by electrostatic attraction in the same manner as in the first embodiment.

さて、本実施例の光偏向器は、第2のねじり軸109を中心としたねじり振動について、主走査周波数として周波数sの固有振動モードを有している。特に、本実施例では、周波数sは22kHzであり、略この周波数で第2のねじり軸109まわりに駆動される。 The optical deflector of the present embodiment has a natural vibration mode having a frequency s 0 as the main scanning frequency for torsional vibration centered on the second torsion shaft 109. In particular, in this embodiment, the frequency s 0 is 22 kHz, and is driven around the second torsion shaft 109 at this frequency.

一方、第1のねじり軸108を中心としたねじり振動については、副走査周波数となる周波数fの1次の固有振動モードと副走査周波数の3倍の周波数となる2次の固有振動モード、更に副走査周波数の5倍の周波数となる3次の固有振動モードを有している3自由度振動系として扱うことができる。第1のねじり軸108まわりへの変位の駆動手段(不図示)は、この1次の固有振動モードの周波数fとこれに対して3倍の周波数3f、5倍の周波数5fの3つの周波数で本実施例の光偏向器を第1のねじり軸108まわりに駆動する。本実施例では、周波数fは60Hzである。 On the other hand, the torsional oscillation about the first torsion axis 108, the first-order natural oscillation mode and the sub-scanning frequency tripled frequency become secondary natural vibration mode of the frequency f 0 of the sub-scanning frequency, Furthermore, it can be handled as a three-degree-of-freedom vibration system having a third-order natural vibration mode having a frequency five times the sub-scanning frequency. Displacement of the drive means to the surrounding first torsion axis 108 (not shown) is three times the frequency 3f and the frequency f 0 contrast of the first-order natural oscillation mode 0, 5 times the third frequency 5f 0 The optical deflector of this embodiment is driven around the first torsion axis 108 at two frequencies. In the present embodiment, the frequency f 0 is 60 Hz.

図5は、横軸を時間tとして、第3の第1軸揺動可動子207の周波数fのねじり振動の変位角を説明する図である。図は、特に第3の第1軸揺動可動子207のねじり振動の1周期Tに相当する部分を示している(−T/2<X<T/2)。 5, as the horizontal axis represents time t, is a diagram for explaining a displacement angle of the torsional vibration frequency f 0 of the third first JikuYurado armature 207. Figure shows a portion corresponding to one cycle T 0 of the torsional vibration of the third first JikuYurado movable element 207 (-T 0/2 <X <T 0/2).

曲線211は、第3の第1軸揺動可動子207の変位のうち、副走査周波数fの成分を示しており、最大振幅±Φの範囲で往復振動し、時間t、角周波数w=2πfとして、 A curve 211 indicates a component of the sub-scanning frequency f 0 in the displacement of the third first-axis swing movable element 207. The curve 211 reciprocates in the range of the maximum amplitude ± Φ 1 , and the time t, the angular frequency w. As 0 = 2πf 0 ,

Figure 2005250078
Figure 2005250078

であらわされる正弦振動である。本実施例の光偏向器を駆動する駆動信号は、第1の実施例の光偏向器を駆動する駆動信号が2つの固有振動モードに対応した2つの周波数成分の駆動信号を有していたのと同様に、3つの固有振動モードに対応した周波数f、3f、5fの成分を有している。 This is a sinusoidal vibration. The drive signal for driving the optical deflector of the present embodiment has a drive signal for driving the optical deflector of the first embodiment having two frequency components corresponding to two natural vibration modes. In the same manner as above, it has components of frequencies f 0 , 3f 0 , and 5f 0 corresponding to the three natural vibration modes.

曲線210は、このような駆動の結果生じる第3の第1軸揺動可動子207のねじり振動の変位角を示している。本実施例の光偏向器は、前述のように第1のねじり軸108まわりのねじり振動について、3自由度振動系として扱うことができ、副走査周波数fの固有振動モードと周波数が3f、5fの2次、3次の固有振動モードを第1のねじり軸108中心のねじり振動について有している。そのため、本実施例の光偏向器には、第1のねじり軸108まわりについて、上記3つの異なる周波数成分の駆動信号に励起された共振がそれぞれ生じる。つまり、曲線210の第3可動子207の変位角は、3つの正弦振動の重ね合わせの振動となり、 A curve 210 indicates a displacement angle of torsional vibration of the third first-axis swing movable element 207 resulting from such driving. Optical deflector of the present embodiment, the torsional vibration around the first torsion axis 108, as described above, 3 can be treated as the degree of freedom vibration system, 3f is natural oscillation mode and the frequency of the sub-scanning frequency f 0 0 5f 0 second-order and third-order natural vibration modes are provided for torsional vibration about the first torsion shaft 108. Therefore, in the optical deflector of the present embodiment, resonances excited by the drive signals having the three different frequency components are generated around the first torsion axis 108. That is, the displacement angle of the third mover 207 of the curve 210 is a vibration of superposition of three sine vibrations,

Figure 2005250078
Figure 2005250078

で表される三角波状の振動となる。ここで、図5の曲線210は特にΦを1、Φを−0.08、Φを0.01とした場合の曲線である。図6は、図5の曲線210、211を微分した曲線210a、211aを示しており、これらの曲線の角速度を説明している。周波数fの正弦振動の角速度である曲線211aと比べ、第3の第1軸揺動可動子207の三角波状の往復振動の角速度を示す曲線210aは、区間M−M’、区間L−L’(L−L’については、図6上のLから更に時間軸の右側に現れる図中L’に相当する位相までの区間)において、極大点の角速度V、極小点の角速度V(区間L−L’では、極小点の角速度極大点の角速度−V、極小点の角速度−V)を最大・最小とする範囲に角速度が収まっている。したがって、本実施例の光偏向器による光の偏向走査を利用する応用において、第1の実施例と同様に、角速度の許容誤差以内にV、Vが存在するならば、区間M−M’、区間L−L’は実質的な等角度走査とみなすことができる。このように、三角波状の往復振動によって、副走査の角速度は、変位角が正弦波であったときと比べ、実質的な等角速度となる領域を広く設定することができる。そのため、主走査、副走査とも固有振動モードで駆動することで、駆動手段の発生力が小さくても、大きな変位を実現でき、更にラスタスキャンを行っても、区間M−M’、区間L−L’内での主走査方向の偏向走査が形成する走査ラインを略等間隔にすることができる。したがって、本実施例によって、単一の素子で良好な2次元の偏向走査を行うことができる小型の光偏向器を実現できる。特に、第1の実施例と異なり三角波状の往復振動である本実施例では、偏向走査の往路、復路両方の走査を利用する応用に好適な実施例となる。 This is a triangular wave-like vibration. Here, the curve 210 in FIG. 5 is a curve particularly when Φ 1 is 1, Φ 2 is −0.08, and Φ 3 is 0.01. FIG. 6 shows curves 210a and 211a obtained by differentiating the curves 210 and 211 in FIG. 5, and the angular velocities of these curves are explained. Compared with the curve 211a depicts the angular speed of sinusoidal oscillation of frequency f 0, the curve 210a indicating the angular velocity of the triangular reciprocal vibration of the third first JikuYurado armature 207, section M-M ', section L-L In “(L−L ′), the angular velocity V 1 at the maximum point and the angular velocity V 2 at the minimum point in the section from L in FIG. 6 to the phase corresponding to L ′ appearing on the right side of the time axis ( In the section LL ′, the angular velocities are within a range in which the angular velocity -V 2 at the local maximum point and the angular velocity at the minimum point -V 1 ) are maximized and minimized. Therefore, in the application using the deflection scanning of the light by the optical deflector of the present embodiment, as in the first embodiment, if V 1 and V 2 exist within the tolerance of the angular velocity, the section MM ', Section LL' can be regarded as a substantially equiangular scan. As described above, the triangular wave-like reciprocating vibration can set the sub-scanning angular velocity in a wider area where the angular velocity is substantially equal to that when the displacement angle is a sine wave. Therefore, by driving in the natural vibration mode in both the main scanning and the sub scanning, a large displacement can be realized even if the generated force of the driving means is small, and even if raster scanning is performed, the section MM ′ and the section L- The scanning lines formed by the deflection scanning in the main scanning direction within L ′ can be set at substantially equal intervals. Therefore, according to this embodiment, it is possible to realize a small optical deflector capable of performing good two-dimensional deflection scanning with a single element. In particular, unlike the first embodiment, this embodiment, which is a triangular wave-like reciprocating vibration, is an embodiment suitable for applications using both forward and backward scanning of deflection scanning.

図7は上記光偏向器を用いた光学機器の実施例を示す図である。ここでは光学機器として画像表示装置を示している。図7において、2001は、本発明の光偏向器であり、投影面2005にラスタスキャン状に入射光を偏向走査する。2002はレーザ光源である。2003はレンズ或いはレンズ群であり、2004は書き込みレンズまたはレンズ群、2005は投影面である。レーザ光源2002から入射したレーザ光は光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて光偏向器2001により2次元的に走査する。この走査されたレーザ光は書き込みレンズ2004により投影面2005上に画像を形成する。   FIG. 7 is a diagram showing an embodiment of an optical apparatus using the optical deflector. Here, an image display device is shown as an optical apparatus. In FIG. 7, reference numeral 2001 denotes an optical deflector according to the present invention, which deflects and scans incident light on a projection surface 2005 in a raster scan manner. Reference numeral 2002 denotes a laser light source. Reference numeral 2003 denotes a lens or lens group, reference numeral 2004 denotes a writing lens or lens group, and reference numeral 2005 denotes a projection surface. The laser light incident from the laser light source 2002 is subjected to predetermined intensity modulation related to the optical scanning timing, and is scanned two-dimensionally by the optical deflector 2001. The scanned laser light forms an image on the projection surface 2005 by the writing lens 2004.

さて、本発明の光偏向器を用いることによって、小型で省電力な共振を利用した光偏向器でありながら、略等角速度に光をラスタスキャン状に偏向走査することができる。そのため、描画される画像の主走査ライン(ここでは投影面2005の水平方向のライン)のライン間隔を略一定とすることができ、画像の輝度むらをなくし、画像の垂直方向の全体サイズを一定にすることが可能となる。   By using the optical deflector according to the present invention, light can be deflected and scanned in a raster scan manner at a substantially equal angular velocity while being a small optical deflector that uses power-saving resonance. For this reason, the line interval of the main scanning lines (here, the horizontal lines of the projection plane 2005) of the image to be drawn can be made substantially constant, uneven brightness of the image can be eliminated, and the entire vertical size of the image can be made constant. It becomes possible to.

本発明の第1の実施例の光偏向器を示す上面図である。It is a top view which shows the optical deflector of 1st Example of this invention. (a)本発明の第1の実施例の電極基板を示す上面図である。(b)本発明の第1の実施例の動作原理を示す断面図である。(A) It is a top view which shows the electrode substrate of the 1st Example of this invention. (B) It is sectional drawing which shows the principle of operation of the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の光偏向器によって偏向走査された光の変位角を示す図である。It is a figure which shows the displacement angle of the light deflected and scanned by the optical deflector of the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の光偏向器によって偏向走査された光の角速度を示す図である。It is a figure which shows the angular velocity of the light deflected and scanned by the optical deflector of the 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例の光偏向器を示す上面図である。It is a top view which shows the optical deflector of the 2nd Example of this invention. 本発明の第2の実施例の光偏向器によって偏向走査された光の変位角を示す図である。It is a figure which shows the displacement angle of the light deflected and scanned by the optical deflector of the 2nd Example of this invention. 本発明の第2の実施例の光偏向器によって偏向走査された光の角速度を示す図である。It is a figure which shows the angular velocity of the light deflected and scanned by the optical deflector of the 2nd Example of this invention. 本発明の光偏向器を用いた光学機器の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the optical instrument using the optical deflector of this invention. 従来例の光偏向器を示す上面図である。It is a top view which shows the optical deflector of a prior art example. 従来例の光偏向器の光の偏向走査の軌跡を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the locus | trajectory of the deflection | deviation scanning of the light of the optical deflector of a prior art example. ラスタスキャンの光の偏向走査の軌跡を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the locus | trajectory of the deflection | deviation scanning of the light of a raster scan.

符号の説明Explanation of symbols

61、61a 曲線
62 曲線
63、63a 曲線
64、64a 直線
71、71a 曲線
72、72a 曲線
101 支持体
102 第1の第1軸ねじりバネ
103 第2の第1軸ねじりバネ
104 第1の第1軸揺動可動子
105 第2の第1軸揺動可動子
106 第2軸ねじりバネ
107 第2軸揺動可動子
108 第1のねじり軸
109 第2のねじり軸
110a、110b、110c、110d 電極
111 電極基板
201 支持体
202 第1の第1軸ねじりバネ
203 第1の第1軸揺動可動子
204 第2の第1軸ねじりバネ
205 第2の第1軸揺動可動子
206 第3の第1軸ねじりバネ
207 第3の第1軸揺動可動子
208 第2軸ねじりバネ
209 第2軸揺動可動子
210、210a 曲線
211、211a 曲線
1016 駆動手段
1018 第2のねじり軸
1017 第1のねじり軸
1021 可動子
1022 第2のねじりバネ
1023 外側可動子
1024 第1のねじりバネ
1025 支持体
2001 光偏向器
2002 レーザ光源
2003 レンズ
2004 書き込みレンズ
2005 投影面
61, 61a Curve 62 Curve 63, 63a Curve 64, 64a Line 71, 71a Curve 72, 72a Curve 101 Support body 102 First first axis torsion spring 103 Second first axis torsion spring 104 First first axis Oscillating mover 105 Second first axis oscillating mover 106 Second axis torsion spring 107 Second axis oscillating mover 108 First torsion axis 109 Second torsion axis 110a, 110b, 110c, 110d Electrode 111 Electrode substrate 201 Support 202 First first axis torsion spring 203 First first axis swinging movable element 204 Second first axis torsion spring 205 Second first axis swinging movable element 206 Third third One-axis torsion spring 207 Third first-axis swing movable element 208 Second-axis torsion spring 209 Second-axis swing movable element 210, 210a Curve 211, 211a Curve 1016 Drive Stage 1018 the second torsion axis 1017 first torsion axis 1021 mover 1022 second torsion springs 1023 outside the movable element 1024 first torsion spring 1025 supports 2001 optical deflector 2002 laser light source 2003 lens 2004 writing lens 2005 projection surface

Claims (5)

光源からの光を偏向走査する光偏向器であって、
該光偏向器は、
支持体と振動系と、
該振動系を駆動する駆動手段とで構成され、
該振動系は、
第1のねじり軸まわりに、複数の第1軸ねじりバネで弾性的に直列に連結された2つ以上の第1軸揺動可動子と、
前記第1のねじり軸と直交した第2のねじり軸まわりに、第2軸ねじりバネで弾性的に連結された第2軸揺動可動子と、
第2軸揺動可動子に設置された光偏向体とを有し、
少なくとも1つの前記第1軸揺動可動子は、
前記第1のねじり軸まわりに、前記第1軸ねじりバネで前記支持体と弾性的に連結され、
前記第2軸揺動可動子は、
前記第2のねじり軸まわりに、前記第2軸ねじりバネで、少なくとも1つの前記第1軸揺動可動子と弾性的に連結され、
前記振動系は、
前記第1のねじり軸まわりに、
周波数が異なる少なくとも2つの固有振動モードを有し、
前記駆動手段は、前記振動系を、
前記第1のねじり軸まわりに少なくとも2つの前記固有振動モードで、
同時にねじり振動させることを特徴とする光偏向器。
An optical deflector that deflects and scans light from a light source,
The optical deflector is
A support and a vibration system;
And driving means for driving the vibration system,
The vibration system is
Two or more first-axis swing movable elements elastically connected in series with a plurality of first-axis torsion springs around a first torsion axis;
A second axis swinging movable element elastically connected by a second axis torsion spring around a second torsion axis perpendicular to the first torsion axis;
An optical deflector installed on the second axis swing movable element,
At least one of the first axis swing movable elements is:
The first torsion spring is elastically connected to the support body around the first torsion axis,
The second axis swing movable element is
Around the second torsion shaft, the second shaft torsion spring is elastically connected to at least one of the first shaft swinging movable elements,
The vibration system is
Around the first torsion axis;
Having at least two natural vibration modes of different frequencies;
The drive means moves the vibration system,
At least two of the natural vibration modes about the first torsion axis;
An optical deflector characterized by causing torsional vibration at the same time.
前記振動系は、2つの前記第1軸揺動可動子と、4つの前記第1軸ねじりバネとを有し、
前記第1軸揺動可動子は、互いに、2つの前記第1軸ねじりバネで連結され、
一方の前記第1軸揺動可動子は、前記支持体と、2つの前記第1軸ねじりバネで連結され、
他方の前記第1軸揺動可動子は、前記第2軸揺動可動子と2つの前記第2軸ねじりバネで連結されることを特徴とする請求項1に記載の光偏向器。
The vibration system includes two first axis swing movable elements and four first axis torsion springs,
The first axis swing movable element is connected to each other by two first axis torsion springs,
One of the first axis swing movable elements is connected to the support body by two first axis torsion springs,
2. The optical deflector according to claim 1, wherein the other first axis swing movable element is connected to the second axis swing movable element by two second axis torsion springs.
前記振動系は、前記第1のねじり軸まわりに、周波数が異なる2つの前記固有振動モードを有し、該固有振動モードの一方の周波数が他方の周波数の2倍であることを特徴とする請求項1に記載の光偏向器。   The vibration system has two natural vibration modes having different frequencies around the first torsion axis, and one frequency of the natural vibration mode is twice the other frequency. Item 4. The optical deflector according to Item 1. 前記振動系は、前記第1のねじり軸まわりに、周波数が異なる2つの前記固有振動モードを有し、該固有振動モードの一方の周波数が他方の周波数の3倍であることを特徴とする請求項1に記載の光偏向器。   The vibration system has two natural vibration modes having different frequencies around the first torsion axis, and one frequency of the natural vibration mode is three times the other frequency. Item 4. The optical deflector according to Item 1. 光源と、請求項1〜4の何れか1つに記載の光偏向器とを有し、該光偏向器は、前記光偏向器制御装置で制御され、前記光源からの光を前記光偏向器により偏向し、該光の少なくとも一部を画像表示体上に投影することを特徴とする画像表示装置。   A light source and the optical deflector according to claim 1, wherein the optical deflector is controlled by the optical deflector control device, and the light from the light source is converted into the optical deflector. An image display device characterized by projecting at least a part of the light onto an image display body.
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