JP2010217520A - Optical scanner - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase vibration amplitude of a mirror face part in an optical scanner constructing a three-freedom-degree coupled vibration system. <P>SOLUTION: In the optical scanner 1, the three-freedom-degree coupled vibration system, which performs torsional vibration with a large rotation angle when a specific periodic external force is applied, is composed of a mirror 13, an inner gimbal 12, an outer gimbal 11, a support part 3, elastic coupling parts 16a and 16b, elastic coupling parts 15a and 15b, and elastic coupling parts 14a and 14b. When a voltage is applied between comb electrode parts 17 and 19 and comb electrode parts 4a and 4b so that the specific periodic external force works on the outer gimbal 11, a three-freedom-degree torsional vibrator is set to a resonance condition. Then, when a rotation angle of the outer gimbal 11 is within a previously set voltage application angle range (a range giving torque of 90% or more of maximum torque) including the rotation angle of the outer gimbal 11 maximizing torque working on the outer gimbal 11, a voltage is applied. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ビームを走査する光走査装置に関する。   The present invention relates to an optical scanning device that scans a light beam.

近年、光走査装置の小型化を目的として、MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を利用した光走査装置が種々提案されている。
これに対して本願出願人は、鏡面部が表面に形成された第3フレームと、第3フレームに対し所定の隙間を介して設けられた第2フレームと、第2フレームに対し所定の隙間を介して設けられた第1フレームと、第1フレームに対し所定の隙間を介して設けられた第0フレームとを備え、さらに、第3フレームと第2フレームと第1フレームとをそれぞれの回転軸を中心に捩じり振動可能に構成されることで、3自由度連成振動系を構成した光走査装置を提案している(例えば、特許文献1参照)。
In recent years, various optical scanning devices using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology have been proposed for the purpose of downsizing the optical scanning device.
In contrast, the applicant of the present application provides a third frame having a mirror surface portion formed on the surface, a second frame provided with a predetermined gap with respect to the third frame, and a predetermined gap with respect to the second frame. And a 0th frame provided with a predetermined gap with respect to the first frame, and the third frame, the second frame, and the first frame are respectively connected to the respective rotation shafts. An optical scanning device having a three-degree-of-freedom coupled vibration system has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

このように構成された光走査装置では、第1フレームに固有の周期的加振力を作用させることにより、3自由度捻り振動子を共振状態にできる。そして、第2フレームと第3フレームそれぞれの振動に対応した周期的加振力を重畳して与えることにより、第2フレームと第3フレームをそれぞれ異なる周波数および振幅で振動させ、さらに第3フレームの鏡面部で光を反射させることで、光を2次元走査することができる。   In the optical scanning device configured as described above, the three-degree-of-freedom torsional vibrator can be brought into a resonance state by applying an inherent periodic excitation force to the first frame. Then, by superimposing periodic excitation forces corresponding to the vibrations of the second frame and the third frame, the second frame and the third frame are vibrated at different frequencies and amplitudes, respectively. The light can be scanned two-dimensionally by reflecting the light at the mirror surface.

特開2008−129068号公報JP 2008-129068 A

しかし、特許文献1に記載の光走査装置では、第1フレームのみへの加振で、第2フレームと第3フレームの2つのフレームを振動させるため、鏡面部が形成された第3フレームの振動振幅が小さいという問題があった。   However, in the optical scanning device described in Patent Document 1, since the two frames of the second frame and the third frame are vibrated only by the vibration of the first frame, the vibration of the third frame in which the mirror surface portion is formed. There was a problem that the amplitude was small.

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、3自由度連成振動系を構成した光走査装置において鏡面部の振動振幅を大きくすることを目的とする。   The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to increase the vibration amplitude of a mirror surface portion in an optical scanning device having a three-degree-of-freedom coupled vibration system.

上記目的を達成するためになされた請求項1に記載の光走査装置は、光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、反射部に連結された弾性変形可能な第1弾性連結部を有し、第1弾性連結部を回転軸として反射部を揺動可能に支持する第1支持部と、第1支持部に連結された弾性変形可能な第2弾性連結部を有し、第2弾性連結部を回転軸として第1支持部を揺動可能に支持する第2支持部と、第2支持部に連結された弾性変形可能な第3弾性連結部を有し、第3弾性連結部を回転軸として第2支持部を揺動可能に支持する第3支持部とを備えて、反射部、第1支持部、第2支持部、第3支持部、第1弾性連結部、第2弾性連結部、及び第3弾性連結部が、固有の周期的外力が作用した場合に大きい回転角で捩じり振動する3自由度連成振動系を構成する。   In order to achieve the above object, an optical scanning device according to claim 1, further comprising: a reflecting portion having a reflecting surface for reflecting the light beam; and an elastically deformable first elastic connecting portion connected to the reflecting portion. A first support portion that supports the reflection portion in a swingable manner with the first elastic connection portion as a rotation axis, and a second elastic connection portion that is elastically deformable connected to the first support portion, and has a second elasticity. A second support part that pivotably supports the first support part about the connection part as a rotation axis; and a third elastic connection part that is elastically deformable connected to the second support part. A third support portion that pivotally supports the second support portion as a rotation shaft, and includes a reflection portion, a first support portion, a second support portion, a third support portion, a first elastic coupling portion, and a second elasticity. The coupling part and the third elastic coupling part are coupled with three degrees of freedom torsionally vibrate at a large rotation angle when an inherent periodic external force is applied. Constitute the dynamic system.

このため、請求項1に記載の光走査装置は、第3支持部を固定端として、第1弾性連結部,第2弾性連結部,第3弾性連結部に対しての捻り自由度を持つ3自由度捻り振動子になっている。   For this reason, the optical scanning device according to claim 1 has a torsional freedom degree with respect to the first elastic connecting portion, the second elastic connecting portion, and the third elastic connecting portion with the third support portion as a fixed end. It is a torsional vibrator with a degree of freedom.

3自由度捻り振動子は、理論上3つの振動モードを持つ。すなわち、3つの振動モードはそれぞれ異なる共振周波数を持ち、各共振周波数に対する反射部、第1支持部、および第2支持部の捻り振動の角度振幅の比はそれぞれ異なる(これは振動モードと呼ばれる)。したがって、或る振動モードにおいて、第2支持部の角度振幅が大きくなると、この振動モードにおける角度振幅の比に応じて、反射部および第1支持部の角度振幅が大きくなる。   A three-degree-of-freedom torsional vibrator theoretically has three vibration modes. That is, the three vibration modes have different resonance frequencies, and the ratios of the angular amplitudes of the torsional vibrations of the reflection part, the first support part, and the second support part with respect to each resonance frequency are different (this is called a vibration mode). . Therefore, when the angular amplitude of the second support portion increases in a certain vibration mode, the angular amplitude of the reflection portion and the first support portion increases according to the ratio of the angular amplitude in the vibration mode.

そして、櫛歯状に形成された第1櫛歯状電極部が第2支持部に設けられるとともに、第1櫛歯状電極部と噛み合い可能な櫛歯状に形成された第2櫛歯状電極部が第1櫛歯状電極部と噛み合い可能な位置に固定して設置され、電圧印加手段が、第1櫛歯状電極部と第2櫛歯状電極部との間に電圧を印加して、両電極部間に静電引力を発生させる。   And the 1st comb-tooth-shaped electrode part formed in the comb-tooth shape is provided in the 2nd support part, and the 2nd comb-tooth-shaped electrode formed in the comb-tooth shape which can mesh | engage with a 1st comb-tooth-shaped electrode part And the voltage applying means applies a voltage between the first comb-shaped electrode portion and the second comb-shaped electrode portion. An electrostatic attractive force is generated between the electrode portions.

このため電圧印加手段が、第1櫛歯状電極部と第2櫛歯状電極部との間に電圧を印加して、固有の周期的外力を第2支持部に作用させることにより、3自由度捻り振動子を共振状態にできる。   For this reason, the voltage applying means applies a voltage between the first comb-shaped electrode portion and the second comb-shaped electrode portion to cause a specific periodic external force to act on the second support portion. The torsional vibrator can be brought into a resonance state.

また、3つの振動モードの各々に対応した周波数の周期的加振力を与えれば、それぞれの振動モードを励振できる。また、複数の周波数の周期的加振力を重畳して与えれば、複数の振動モードを同時に励振できる。   Further, if a periodic excitation force having a frequency corresponding to each of the three vibration modes is given, each vibration mode can be excited. In addition, if a plurality of periodic excitation forces with a plurality of frequencies are superimposed and applied, a plurality of vibration modes can be excited simultaneously.

したがって、反射部の角度振幅が大きい振動モードに対応する周期的加振力と、第1支持部の角度振幅が大きい振動モードに対応する周期的加振力とを重畳して与えることにより、反射部で反射するレーザ光を2次元的に走査することができる。   Accordingly, the periodic excitation force corresponding to the vibration mode having a large angular amplitude of the reflecting portion and the periodic excitation force corresponding to the vibration mode having a large angular amplitude of the first support portion are superimposed and given. The laser beam reflected by the part can be scanned two-dimensionally.

そして電圧印加制御手段が、第3弾性連結部を回転軸とした第2支持部の回転角度を第2支持部回転角度とし、電圧印加手段による電圧印加で発生する静電気力によって第2支持部に作用するトルクを第2支持部トルクとし、第2支持部トルクが最大となるときの第2支持部回転角度をトルク最大回転角度として、第2支持部回転角度が、トルク最大回転角度を含む予め設定された第2支持部回転角度の範囲である電圧印加角度範囲内にあるときに、電圧印加手段に電圧を印加させる。   Then, the voltage application control means sets the rotation angle of the second support part with the third elastic coupling part as the rotation axis as the second support part rotation angle, and applies the electrostatic force generated by the voltage application by the voltage application means to the second support part. The torque that acts is the second support portion torque, the second support portion rotation angle when the second support portion torque is maximum is the torque maximum rotation angle, and the second support portion rotation angle includes the torque maximum rotation angle in advance. A voltage is applied to the voltage applying means when the voltage is within a voltage application angle range that is a range of the set second support portion rotation angle.

したがって、第2支持部に作用するトルクが最大となるときに、この最大トルクを第2支持部に作用させることができる。これにより、第2支持部に最大トルクが作用しない場合よりも大きいトルクを第2支持部に作用させることができ、第2支持部の角度振幅を大きくすることができる。そして上述のように、第2支持部の角度振幅が大きくなると、振動モードにおける角度振幅の比に応じて、反射部の角度振幅が大きくなるため、反射部の角度振幅を大きくすることができる。   Therefore, when the torque that acts on the second support portion is maximized, the maximum torque can be applied to the second support portion. Thereby, a larger torque can be applied to the second support part than when the maximum torque does not act on the second support part, and the angular amplitude of the second support part can be increased. As described above, when the angular amplitude of the second support portion is increased, the angular amplitude of the reflective portion is increased according to the ratio of the angular amplitude in the vibration mode, so that the angular amplitude of the reflective portion can be increased.

また請求項1に記載の光走査装置において、請求項2に記載のように、電圧印加角度範囲は、第2支持部トルクの最大値との差が10%となる第2支持部トルクが発生するときの第2支持部回転角度であり且つトルク最大回転角度より大きいものを、当該電圧印加角度範囲の上限角度とし、第2支持部トルクの最大値との差が10%となる第2支持部トルクが発生するときの第2支持部回転角度であり且つトルク最大回転角度より小さいものを、当該電圧印加角度範囲の下限角度とするようにするとよい。   Further, in the optical scanning device according to claim 1, as described in claim 2, the voltage application angle range generates the second support portion torque in which the difference from the maximum value of the second support portion torque is 10%. The second support portion rotation angle and the torque maximum rotation angle larger than the maximum torque rotation angle is the upper limit angle of the voltage application angle range, and the difference between the second support portion torque and the maximum value is 10%. A rotation angle that is the second support portion rotation angle when the portion torque is generated and is smaller than the maximum torque rotation angle may be set as the lower limit angle of the voltage application angle range.

このように構成された光走査装置では、電圧印加角度範囲を、第2支持部に作用するトルクの大きさが最大値近傍であるときのみとすることができる。換言すると、第2支持部に作用するトルクが小さいときには電圧印加手段が電圧を印加しないようにすることができる。このため、第2支持部に作用するトルクが小さくて反射部の角度振幅の増加に寄与し難いときに無駄に電圧が印加されることを抑制し、当該光走査装置の消費電力を低減することができる。   In the optical scanning device configured as described above, the voltage application angle range can be set only when the magnitude of the torque acting on the second support portion is in the vicinity of the maximum value. In other words, when the torque acting on the second support portion is small, it is possible to prevent the voltage applying means from applying a voltage. For this reason, when the torque which acts on the 2nd support part is small and it is difficult to contribute to the increase in the angle amplitude of a reflection part, it is suppressed that a voltage is applied vainly and power consumption of the optical scanning device concerned is reduced. Can do.

また請求項2に記載の光走査装置において、請求項3に記載のように、第1弾性連結部を回転軸とした反射部の回転角度を反射部回転角度とし、反射部が揺動しているときにおける反射部回転角度の最大値を反射部目標角度として、反射部目標角度をθm、反射部回転角度が反射部目標角度であるときの第2支持部回転角度をθj、上限角度をθ1、下限角度をθ2とすると、反射部目標角度は、下式(1)で表される範囲内に設定されるようにするとよい。   Further, in the optical scanning device according to claim 2, as described in claim 3, the rotation angle of the reflection portion with the first elastic coupling portion as the rotation axis is set as the rotation angle of the reflection portion, and the reflection portion swings. The maximum value of the reflection part rotation angle at the time of the reflection is the reflection part target angle, the reflection part target angle is θm, the second support part rotation angle when the reflection part rotation angle is the reflection part target angle is θj, and the upper limit angle is θ1 Assuming that the lower limit angle is θ2, the reflecting portion target angle is preferably set within the range represented by the following expression (1).

{θ2 × (θm/θj)}< θm <{θ1 × (θm/θj)} …(1)
このように構成された光走査装置によれば、反射部の反射部目標角度近傍において、第2支持部に作用するトルクが最大となるため、第1櫛歯状電極部と第2櫛歯状電極部との間で発生するトルクを最大限に利用することができ、低い消費電力で且つ広い角度振幅で反射部を走査させることができる。
{Θ2 × (θm / θj)} <θm <{θ1 × (θm / θj)} (1)
According to the optical scanning device configured as described above, the torque acting on the second support portion is maximized in the vicinity of the reflection portion target angle of the reflection portion, and therefore the first comb-like electrode portion and the second comb-tooth shape. Torque generated between the electrode portions can be utilized to the maximum, and the reflecting portion can be scanned with low power consumption and wide angular amplitude.

また請求項1〜請求項3の何れかに記載の光走査装置において、請求項4に記載のように、第2支持部回転角度の予め設定された所定変化角度の変化に対する第2支持部トルクの変化量を第2支持部トルク変化率として、電圧印加角度範囲内における第2支持部トルク変化率は、電圧印加角度範囲外であり且つ電圧印加角度範囲の上限角度近傍および下限角度近傍の領域における第2支持部トルク変化率よりも充分小さくなるように構成されており、電圧印加制御手段は、第2支持部回転角度が、電圧印加角度範囲内にあるときのみに、電圧印加手段に電圧を印加させるようにするとよい。   Further, in the optical scanning device according to any one of claims 1 to 3, as described in claim 4, the second support portion torque with respect to a change in a predetermined change angle of the second support portion rotation angle set in advance. The second support portion torque change rate within the voltage application angle range is outside the voltage application angle range, and is in the vicinity of the upper limit angle and the lower limit angle of the voltage application angle range. The voltage application control means is configured to apply a voltage to the voltage application means only when the second support rotation angle is within the voltage application angle range. Is preferably applied.

このように構成された光走査装置では、電圧印加角度範囲内での第2支持部トルク変化率が充分小さいため、電圧印加角度範囲内でのトルク曲線は略平坦となる。そして、トルク曲線が略平坦である電圧印加角度範囲内にあるときのみに電圧印加手段に電圧を印加させるため、第2支持部には、矩形波に近似する形状の静電トルクが作用する。   In the optical scanning device configured as described above, the torque change rate within the voltage application angle range is substantially flat because the rate of change in torque of the second support portion within the voltage application angle range is sufficiently small. Then, since the voltage is applied to the voltage application means only when the torque curve is within the flat voltage application angle range, electrostatic torque having a shape approximating a rectangular wave acts on the second support portion.

これにより、矩形波に近似する形状の静電トルクのうち3自由度捻り振動子を共振状態にするための共振周波数の成分の振幅が、共振周波数で振動する正弦波の静電トルクの振幅よりも大きくなる。このため、正弦波の静電トルクを作用させる場合よりも、共振周波数で揺動する反射部の角度振幅を大きくすることができる。   As a result, the amplitude of the resonance frequency component for bringing the three-degree-of-freedom torsional vibrator into a resonance state among the electrostatic torque having a shape approximating a rectangular wave is greater than the amplitude of the electrostatic torque of the sine wave that vibrates at the resonance frequency. Also grows. Therefore, it is possible to increase the angular amplitude of the reflecting portion that oscillates at the resonance frequency, compared to the case where a sinusoidal electrostatic torque is applied.

詳細には、矩形波をフーリエ展開すると式(2)で表され、矩形波における共振周波数fの成分は式(3)で表される。一方、共振周波数fの正弦波は式(4)で表される。   Specifically, when the rectangular wave is Fourier-expanded, it is expressed by Expression (2), and the component of the resonance frequency f in the rectangular wave is expressed by Expression (3). On the other hand, a sine wave having a resonance frequency f is expressed by Expression (4).

したがって、矩形波における共振周波数fの成分の振幅は、共振周波数fの正弦波の振幅より、(4/π)倍大きい。 Therefore, the amplitude of the component of the resonance frequency f in the rectangular wave is (4 / π) times larger than the amplitude of the sine wave of the resonance frequency f.

光走査装置1の構成を示す平面図である。1 is a plan view showing a configuration of an optical scanning device 1. FIG. 光走査装置1の電気的構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing an electrical configuration of the optical scanning device 1. FIG. 外ジンバル11と内ジンバル12とミラー13の角度振幅比を示す図である。It is a figure which shows the angle amplitude ratio of the outer gimbal 11, the inner gimbal 12, and the mirror 13. FIG. 櫛歯間静電トルクと外ジンバル回転角度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the electrostatic torque between comb teeth, and an external gimbal rotation angle. 外ジンバル回転角度θと印加電圧と櫛歯間静電トルクの時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of outer gimbal rotation angle (theta), an applied voltage, and the electrostatic torque between comb teeth.

以下に本発明の実施形態について図面とともに説明する。
図1は、本発明が適用された実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図である。
光走査装置1は、例えばSOI(Silicon On Insulator)ウエハを半導体プロセスで加工して製造されたものであり、図1に示すように、光ビームを走査する光ビーム走査部2と、光ビーム走査部2を支持する支持部3と、光ビーム走査部2に回転駆動力を印加する駆動部4と、光ビーム走査部2の回転角度を検出する角度検出部5とを備える。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of an optical scanning device 1 according to an embodiment to which the present invention is applied.
The optical scanning device 1 is manufactured, for example, by processing an SOI (Silicon On Insulator) wafer by a semiconductor process, and as shown in FIG. 1, a light beam scanning unit 2 that scans a light beam, and a light beam scanning. A support unit 3 that supports the unit 2, a drive unit 4 that applies a rotational driving force to the light beam scanning unit 2, and an angle detection unit 5 that detects a rotation angle of the light beam scanning unit 2.

光ビーム走査部2は、外ジンバル11と内ジンバル12とミラー13と弾性連結部14a,14bと弾性連結部15a,15bと弾性連結部16a,16bと、櫛歯電極部17,18,19,20とから構成される。   The light beam scanning unit 2 includes an outer gimbal 11, an inner gimbal 12, a mirror 13, elastic connecting portions 14a and 14b, elastic connecting portions 15a and 15b, elastic connecting portions 16a and 16b, comb electrode portions 17, 18, 19, 20.

これらのうちミラー13は、円形状であり、アルミ薄膜の鏡面部が表面に形成される。また内ジンバル12は、矩形枠状であり、枠内にミラー13が配置される。また外ジンバル11は、矩形枠状であり、枠内に内ジンバル12が配置される。   Among these, the mirror 13 has a circular shape, and a mirror surface portion of an aluminum thin film is formed on the surface. The inner gimbal 12 has a rectangular frame shape, and a mirror 13 is disposed in the frame. The outer gimbal 11 has a rectangular frame shape, and the inner gimbal 12 is arranged in the frame.

また弾性連結部16aは、弾性変形可能な材料で構成されており、内ジンバル12の枠内に配置され、ミラー13と内ジンバル12とを連結する。また弾性連結部16bは、弾性変形可能な材料で構成されており、内ジンバル12の枠内に配置され、ミラー13を挟んで弾性連結部16aと反対側において、ミラー13と内ジンバル12とを連結する。なお、弾性連結部16a及び弾性連結部16bは、ミラー13の重心JSを通る同一直線上に配置されており、ミラー13の回転軸kとなる。これによりミラー13は、回転軸kを中心に捩じり振動可能に構成される。   The elastic connecting portion 16 a is made of an elastically deformable material, and is disposed within the frame of the inner gimbal 12 to connect the mirror 13 and the inner gimbal 12. The elastic connecting portion 16b is made of an elastically deformable material, and is disposed in the frame of the inner gimbal 12. The mirror 13 and the inner gimbal 12 are connected to the opposite side of the elastic connecting portion 16a with the mirror 13 in between. Link. The elastic connecting portion 16 a and the elastic connecting portion 16 b are arranged on the same straight line passing through the center of gravity JS of the mirror 13 and serve as the rotation axis k of the mirror 13. As a result, the mirror 13 is configured to be capable of torsional vibration about the rotation axis k.

また弾性連結部15aは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル11の枠内に配置され、内ジンバル12と外ジンバル11とを連結する。また弾性連結部15bは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル11の枠内に配置され、内ジンバル12を挟んで弾性連結部15aと反対側において、内ジンバル12と外ジンバル11とを連結する。なお、弾性連結部15a及び弾性連結部15bは、ミラー13と内ジンバル12との重心JSを通る同一直線上に配置されており、ミラー13の回転軸jとなる。これにより内ジンバル12は、回転軸jを中心に捩じり振動可能に構成される。   The elastic connecting portion 15 a is made of an elastically deformable material, and is disposed in the frame of the outer gimbal 11 to connect the inner gimbal 12 and the outer gimbal 11. The elastic connecting portion 15b is made of an elastically deformable material, and is disposed in the frame of the outer gimbal 11. The inner gimbal 12 and the outer gimbal 11 are disposed on the opposite side of the elastic connecting portion 15a with the inner gimbal 12 in between. And The elastic connecting portion 15 a and the elastic connecting portion 15 b are arranged on the same straight line passing through the center of gravity JS of the mirror 13 and the inner gimbal 12 and serve as the rotation axis j of the mirror 13. As a result, the inner gimbal 12 is configured to be capable of torsional vibration about the rotation axis j.

また弾性連結部14aは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル11の上辺11aと支持部3とを連結する。また弾性連結部14bは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル11を挟んで弾性連結部14aと反対側において、外ジンバル11の下辺11bと支持部3とを連結する。なお、弾性連結部14a及び弾性連結部14bは、ミラー13と内ジンバル12と外ジンバル11との重心JSを通る同一直線上に配置されており、外ジンバル11の回転軸iとなる。これにより外ジンバル11は、回転軸iを中心に捩じり振動可能に構成される。   The elastic connecting portion 14 a is made of an elastically deformable material, and connects the upper side 11 a of the outer gimbal 11 and the support portion 3. The elastic connecting portion 14b is made of an elastically deformable material, and connects the lower side 11b of the outer gimbal 11 and the support portion 3 on the opposite side of the elastic connecting portion 14a across the outer gimbal 11. The elastic coupling portion 14 a and the elastic coupling portion 14 b are arranged on the same straight line passing through the center of gravity JS of the mirror 13, the inner gimbal 12, and the outer gimbal 11, and serve as the rotation axis i of the outer gimbal 11. As a result, the outer gimbal 11 is configured to be torsionally vibrated around the rotation axis i.

また櫛歯電極部17は、外ジンバル11の左辺11cに沿って櫛歯状に形成されている。さらに櫛歯電極部18は、櫛歯電極部17の上方において、左辺11cに沿って櫛歯状に形成されている。   The comb electrode portion 17 is formed in a comb shape along the left side 11 c of the outer gimbal 11. Further, the comb electrode portion 18 is formed in a comb shape along the left side 11 c above the comb electrode portion 17.

また櫛歯電極部19は、外ジンバル11の右辺11dに沿って櫛歯状に形成されている。さらに櫛歯電極部20は、櫛歯電極部17の上方において、右辺11dに沿って櫛歯状に形成されている。   Further, the comb electrode portion 19 is formed in a comb shape along the right side 11 d of the outer gimbal 11. Further, the comb electrode portion 20 is formed in a comb shape along the right side 11 d above the comb electrode portion 17.

次に支持部3は、上辺11aと連結されていない側の弾性連結部14aの端部と連結される上側支持部3aと、下辺11bと連結されていない側の弾性連結部14bの端部と連結される下側支持部3bとから構成される。   Next, the support portion 3 includes an upper support portion 3a connected to an end portion of the elastic connection portion 14a on the side not connected to the upper side 11a, and an end portion of the elastic connection portion 14b on the side not connected to the lower side 11b. It is comprised from the lower side support part 3b connected.

さらに駆動部4は、櫛歯電極部17と一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部4aと、櫛歯電極部19と一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部4bとから構成される。   Further, the driving unit 4 is formed in a comb-teeth electrode portion 4a formed in a comb-teeth shape that meshes with the comb-teeth electrode unit 17 with a predetermined interval, and in a comb-teeth shape that meshes with the comb-teeth electrode unit 19 with a predetermined interval. And the comb electrode portion 4b.

また角度検出部5は、櫛歯電極部18と一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部5aと、櫛歯電極部20と一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部5bとから構成される。   Further, the angle detection unit 5 is formed in a comb-teeth shape that is meshed with the comb-teeth electrode unit 18 with a predetermined interval and a comb-teeth shape that is meshed with the comb-teeth electrode unit 20 with a predetermined interval. It is comprised from the comb-tooth electrode part 5b made.

次に、光走査装置1の電気的構成について説明する。図2は、光走査装置1の電気的構成を示すブロック図である。
光走査装置1は、図2に示すように、光ビーム走査部2を回転駆動するための駆動信号としてのパルス電圧を出力する駆動信号発生回路31と、駆動信号発生回路31により出力された駆動信号を増幅して櫛歯電極部4a,4bに印加する増幅回路32と、櫛歯電極部5a,5bと櫛歯電極部19,20との間の静電容量を電圧値に変換するC−V変換回路33a,33b(以下、C−V変換回路33a,33bをまとめてC−V変換回路33ともいう)と、光ビームの発光源となる半導体レーザ34と、C−V変換回路33から出力される電圧をモニタし、この電圧値に基づいて半導体レーザ34を制御するとともに、駆動信号発生回路31を制御する制御回路35とを備える。
Next, the electrical configuration of the optical scanning device 1 will be described. FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the optical scanning device 1.
As shown in FIG. 2, the optical scanning device 1 includes a drive signal generation circuit 31 that outputs a pulse voltage as a drive signal for rotationally driving the light beam scanning unit 2, and the drive output by the drive signal generation circuit 31. Amplifying circuit 32 that amplifies the signal and applies it to comb-tooth electrode portions 4a and 4b, and C− that converts the capacitance between comb-tooth electrode portions 5a and 5b and comb-tooth electrode portions 19 and 20 into a voltage value. From the V conversion circuits 33a and 33b (hereinafter, the CV conversion circuits 33a and 33b are collectively referred to as the CV conversion circuit 33), the semiconductor laser 34 serving as a light source of the light beam, and the CV conversion circuit 33. A control circuit 35 that monitors the output voltage, controls the semiconductor laser 34 based on the voltage value, and controls the drive signal generation circuit 31 is provided.

次に、光走査装置1の動作原理を説明する。
光走査装置1は、支持部3を固定端として、回転軸i,j,kに対しての捻り自由度を持つ3自由度捻り振動子になっている。
Next, the operation principle of the optical scanning device 1 will be described.
The optical scanning device 1 is a three-degree-of-freedom torsional vibrator having a degree of freedom of twisting with respect to the rotation axes i, j, and k with the support portion 3 as a fixed end.

3自由度捻り振動子は、理論上3つの振動モードを持つ。すなわち、3つの振動モードはそれぞれ異なる共振周波数を持ち、各共振周波数に対する各フレームの捻り振動の角度振幅の比はそれぞれ異なる(これは振動モードと呼ばれる)。以下、これら3つの振動モードをそれぞれ、振動モード1、振動モード2、振動モード3という。   A three-degree-of-freedom torsional vibrator theoretically has three vibration modes. That is, the three vibration modes have different resonance frequencies, and the ratio of the angular amplitude of the torsional vibration of each frame to each resonance frequency is different (this is called a vibration mode). Hereinafter, these three vibration modes are referred to as vibration mode 1, vibration mode 2, and vibration mode 3, respectively.

なお、櫛歯電極部4a,4bに電圧を印加すると、櫛歯電極部17,19との間に静電気力が発生する。また、外ジンバル11が1周期振動する間に櫛歯電極部17,19は櫛歯電極部4a,4bに2回最接近する。このため、共振周波数の2倍に近い周期的静電気力が加われば、3自由度捻り振動子を共振状態にできる(以下、共振状態にするための加振力を周期的加振力という)。また、櫛歯電極部17,19が櫛歯電極部4a,4bに接近する毎に、周期的加振力を作用させることができる。   When a voltage is applied to the comb electrode portions 4a and 4b, an electrostatic force is generated between the comb electrode portions 17 and 19. Further, while the outer gimbal 11 vibrates for one cycle, the comb electrode portions 17 and 19 come closest to the comb electrode portions 4a and 4b twice. For this reason, if a periodic electrostatic force close to twice the resonance frequency is applied, the three-degree-of-freedom torsional vibrator can be brought into a resonance state (hereinafter, an excitation force for making the resonance state is referred to as a periodic excitation force). Further, every time the comb electrode portions 17 and 19 approach the comb electrode portions 4a and 4b, a periodic excitation force can be applied.

そして、振動モード1、振動モード2、振動モード3の各々に対応した周波数の周期的加振力を与えれば、それぞれの振動モードを励振できる。また、複数の周波数の周期的加振力を重畳して与えれば、複数の振動モードを同時に励振できる。   If a periodic excitation force having a frequency corresponding to each of vibration mode 1, vibration mode 2, and vibration mode 3 is applied, the respective vibration modes can be excited. In addition, if a plurality of periodic excitation forces with a plurality of frequencies are superimposed and applied, a plurality of vibration modes can be excited simultaneously.

ここで、例えば、
振動モード1の共振周波数f1を1000Hz、
振動モード2の共振周波数f2を5000Hz、
振動モード3の共振周波数f3を40000Hz、
振動モード1における外ジンバル11、内ジンバル12、ミラー13の振幅比r1を「1:−20:0.5」、
振動モード2における外ジンバル11、内ジンバル12、ミラー13の振幅比r2を「1:0.01:−50」、
振動モード3における外ジンバル11、内ジンバル12、ミラー13の振幅比r3を「1:0.02:−0.03」、
として設計した場合の、3自由度捻り振動子の動作を説明する。
Here, for example,
The resonance frequency f1 of vibration mode 1 is 1000 Hz,
The resonance frequency f2 of vibration mode 2 is 5000 Hz,
The resonance frequency f3 of vibration mode 3 is 40000 Hz,
The amplitude ratio r1 of the outer gimbal 11, the inner gimbal 12, and the mirror 13 in the vibration mode 1 is “1: −20: 0.5”,
The amplitude ratio r2 of the outer gimbal 11, the inner gimbal 12, and the mirror 13 in the vibration mode 2 is “1: 0.01: −50”,
The amplitude ratio r3 of the outer gimbal 11, the inner gimbal 12, and the mirror 13 in the vibration mode 3 is “1: 0.02: −0.03”,
The operation of the three-degree-of-freedom torsional vibrator will be described.

尚、各振動モードにおける振幅比は、左から外ジンバル11、内ジンバル12、ミラー13の順で記述している。例えば、上記の振幅比r1は、外ジンバル11の振幅が「1」とすると、内ジンバル12の振幅が「−20」、ミラー13の振幅が「0.5」となることを示す。   The amplitude ratio in each vibration mode is described in the order of the outer gimbal 11, the inner gimbal 12, and the mirror 13 from the left. For example, when the amplitude of the outer gimbal 11 is “1”, the amplitude ratio r1 indicates that the amplitude of the inner gimbal 12 is “−20” and the amplitude of the mirror 13 is “0.5”.

また、3自由度捻り振動子の共振状態においては、理論上、各フレーム間の位相角は0度または180度となる。そこで、振幅比を記述する際に、位相角の差が0度の場合は符号を「+」、180度の場合は符号を「−」とする。例えば、上記の振幅比r1は、外ジンバル11とミラー13との位相角の差が0度となり、外ジンバル11と内ジンバル12との位相角の差が180度となることを示す。   In the resonance state of the three-degree-of-freedom torsional vibrator, the phase angle between the frames is theoretically 0 degree or 180 degrees. Therefore, when describing the amplitude ratio, the sign is “+” when the phase angle difference is 0 degree, and the sign is “−” when the difference is 180 degrees. For example, the amplitude ratio r1 indicates that the phase angle difference between the outer gimbal 11 and the mirror 13 is 0 degree, and the phase angle difference between the outer gimbal 11 and the inner gimbal 12 is 180 degrees.

そして、各振動モードの共振周波数と振幅比を上記のように設計すると、振動モード1では、主に内ジンバル12と、内ジンバル12に繋がったミラー13とが1000Hzで大きく捻り振動する。また、振動モード2では、主にミラー13が5000Hzで大きく捻り振動する。   When the resonance frequency and amplitude ratio of each vibration mode are designed as described above, in the vibration mode 1, mainly the inner gimbal 12 and the mirror 13 connected to the inner gimbal 12 are largely torsionally vibrated at 1000 Hz. Further, in the vibration mode 2, the mirror 13 is largely twisted and vibrated at 5000 Hz.

このため、ミラー13の鏡面部分でレーザ光を反射させるとともに、振動モード1と振動モード2とを同時に励振させることにより、振動モード2を主走査方向(5000Hz)、振動モード1を副走査方向(1000Hz)として、2次元的にレーザ光を走査することができる。   For this reason, the laser beam is reflected by the mirror surface portion of the mirror 13 and the vibration mode 1 and the vibration mode 2 are simultaneously excited, so that the vibration mode 2 is in the main scanning direction (5000 Hz) and the vibration mode 1 is in the sub-scanning direction ( 1000 Hz), the laser beam can be scanned two-dimensionally.

次に、光走査装置1の動作について説明する。
制御回路35による制御に基づいて駆動信号発生回路31が駆動信号を出力すると、増幅回路32によりこの駆動信号の電圧値が増幅されて櫛歯電極部4a,4bに印加される。これにより、櫛歯電極部4a,4bと、櫛歯電極部17,19との間にパルス電圧が印加されて周期的に変化する静電引力が生じ、弾性連結部14a,14bが弾性変形してねじれることにより、光ビーム走査部2が弾性連結部14a,14bを回転軸iとして往復振動する。
Next, the operation of the optical scanning device 1 will be described.
When the drive signal generating circuit 31 outputs a drive signal based on the control by the control circuit 35, the voltage value of the drive signal is amplified by the amplifier circuit 32 and applied to the comb electrode portions 4a and 4b. Thereby, a pulse voltage is applied between the comb-tooth electrode portions 4a and 4b and the comb-tooth electrode portions 17 and 19 to generate an electrostatic attractive force that periodically changes, and the elastic coupling portions 14a and 14b are elastically deformed. By twisting, the light beam scanning unit 2 reciprocally vibrates about the elastic coupling portions 14a and 14b as the rotation axis i.

ここで、駆動信号発生回路31は、図3に示すように、ミラー13の角度振幅が、外ジンバル11および内ジンバル12よりも大きい振動モードの共振周波数の2倍の周波数の駆動信号を出力するようになっており、これにより、光ビーム走査部2と弾性連結部14a,14bとからなる振動系が共振し、光ビーム走査部2が共振周波数で往復振動する。   Here, as shown in FIG. 3, the drive signal generation circuit 31 outputs a drive signal having a frequency twice the resonance frequency of the vibration mode in which the angular amplitude of the mirror 13 is larger than that of the outer gimbal 11 and the inner gimbal 12. As a result, the vibration system composed of the light beam scanning unit 2 and the elastic coupling portions 14a and 14b resonates, and the light beam scanning unit 2 reciprocally vibrates at the resonance frequency.

そして、この状態でミラー13に半導体レーザ34から光ビームが照射されると、その光ビームがミラー13の鏡面で反射されることにより出射されるとともに、ミラー13の往復振動に伴い、ミラー13の回転角度に応じた方向に走査される。   In this state, when the mirror 13 is irradiated with a light beam from the semiconductor laser 34, the light beam is emitted by being reflected by the mirror surface of the mirror 13. Scanning is performed in a direction corresponding to the rotation angle.

一方、外ジンバル11の往復振動に伴い、櫛歯電極部5a,5bと櫛歯電極部18,20との距離も周期的に変化する。これにより、櫛歯電極部5a,5bと櫛歯電極部18,20との間の静電容量が、外ジンバル11の回転角度に応じて変化する。そして制御回路35は、これらの静電容量に基づき、外ジンバル11の回転角度を検出する。なお上述したように、3自由度捻り振動子の共振状態においては、理論上、各フレーム間の位相角は0度または180度であるため、外ジンバル11の回転角度を検出することにより、ミラー13の回転角度を検出することができる。   On the other hand, with the reciprocal vibration of the outer gimbal 11, the distance between the comb electrode portions 5a and 5b and the comb electrode portions 18 and 20 also periodically changes. As a result, the capacitance between the comb electrode portions 5 a and 5 b and the comb electrode portions 18 and 20 changes according to the rotation angle of the outer gimbal 11. The control circuit 35 detects the rotation angle of the outer gimbal 11 based on these capacitances. As described above, in the resonance state of the three-degree-of-freedom torsional vibrator, since the phase angle between the frames is theoretically 0 degree or 180 degrees, the mirror is detected by detecting the rotation angle of the outer gimbal 11. Thirteen rotation angles can be detected.

図4(a)は、櫛歯電極部4a,4bと櫛歯電極部17,19との間で発生する静電トルク(以下、櫛歯間静電トルクともいう)と、外ジンバル11の回転角度(以下、外ジンバル回転角度ともいう)との関係を示すグラフである。なお図4(a)において、櫛歯間静電トルクの正負符号は、櫛歯間静電トルクが作用する向きを示す。また、図4(a)に示す櫛歯間静電トルクの値の絶対値を、櫛歯間静電トルク絶対値という。   FIG. 4A shows an electrostatic torque generated between the comb-tooth electrode portions 4a and 4b and the comb-tooth electrode portions 17 and 19 (hereinafter also referred to as inter-comb electrostatic capacitance), and rotation of the outer gimbal 11. It is a graph which shows the relationship with an angle (henceforth an outer gimbal rotation angle). In FIG. 4A, the sign of the inter-combine electrostatic torque indicates the direction in which the inter-combine electrostatic torque acts. Further, the absolute value of the inter-combine electrostatic torque shown in FIG. 4A is referred to as the inter-combine electrostatic torque absolute value.

図4(a)に示すように、櫛歯間静電トルクは、外ジンバル回転角度が0°で櫛歯間静電トルクが0である点を中心として点対称な特性を示す。そして、外ジンバル回転角度θが負である領域R1では、櫛歯間静電トルク絶対値の変化率に応じて、4つの領域R11,R12,R13,R14に分割される。なお、第1負領域R11は外ジンバル回転角度θが0以上θ11未満の領域、第2負領域R12は外ジンバル回転角度θがθ11以上θ12未満の領域、第3負領域R13は外ジンバル回転角度θがθ12以上θ13未満の領域、第4負領域R14は外ジンバル回転角度θがθ13以上の領域である(但し、θ11>θ12>θ13)。   As shown in FIG. 4 (a), the inter-combine electrostatic torque exhibits a point-symmetric characteristic around a point where the outer gimbal rotation angle is 0 ° and the inter-combine electrostatic torque is zero. The region R1 in which the outer gimbal rotation angle θ is negative is divided into four regions R11, R12, R13, and R14 according to the change rate of the intercombine electrostatic torque absolute value. The first negative region R11 is a region where the outer gimbal rotation angle θ is 0 to less than θ11, the second negative region R12 is a region where the outer gimbal rotation angle θ is greater than θ11 and less than θ12, and the third negative region R13 is an outer gimbal rotation angle. The region where θ is not less than θ12 and less than θ13, and the fourth negative region R14 is a region where the outer gimbal rotation angle θ is not less than θ13 (provided that θ11> θ12> θ13).

まず第1負領域R11では、外ジンバル回転角度θが0°から負方向へ変化するにつれて、櫛歯間静電トルク絶対値が0から急激に増加する。そして第2負領域R12では、外ジンバル回転角度θの負方向への変化に対して、櫛歯間静電トルク絶対値の変化が小さくなる。すなわち第2負領域R12では、櫛歯間静電トルク曲線が略平坦になる。なお、第2負領域R12内で櫛歯間静電トルク絶対値が最大となる。さらに第3負領域R13では、外ジンバル回転角度θが負方向へ変化するにつれて、櫛歯間静電トルク絶対値が急激に減少する。そして第4負領域R14では、外ジンバル回転角度θの負方向への変化に対して、櫛歯間静電トルク絶対値の変化が小さくなる。すなわち第4負領域R14では、櫛歯間静電トルク絶対値は0近傍の値を維持する。   First, in the first negative region R11, as the outer gimbal rotation angle θ changes from 0 ° in the negative direction, the inter-combine electrostatic torque absolute value increases rapidly from 0. In the second negative region R12, the change in the inter-combine electrostatic torque absolute value is small with respect to the change in the negative direction of the outer gimbal rotation angle θ. That is, in the second negative region R12, the inter-combine electrostatic torque curve is substantially flat. Note that the inter-combine electrostatic torque absolute value is maximized in the second negative region R12. Further, in the third negative region R13, the inter-combine electrostatic torque absolute value rapidly decreases as the outer gimbal rotation angle θ changes in the negative direction. In the fourth negative region R14, the change in the inter-combine electrostatic torque absolute value is small with respect to the change in the negative direction of the outer gimbal rotation angle θ. That is, in the fourth negative region R14, the inter-combine electrostatic torque absolute value maintains a value close to zero.

また、外ジンバル回転角度θが正である領域R2では、櫛歯間静電トルク絶対値の変化率に応じて、4つの領域R21,R22,R23,R24に分割される。なお、第1正領域R21は外ジンバル回転角度θが0以上θ21未満の領域、第2正領域R22は外ジンバル回転角度θがθ21以上θ22未満の領域、第3正領域R23は外ジンバル回転角度θがθ22以上θ23未満の領域、第4正領域R24は外ジンバル回転角度θがθ23以上の領域である(但し、θ21<θ22<θ23)。   Further, the region R2 in which the outer gimbal rotation angle θ is positive is divided into four regions R21, R22, R23, and R24 according to the change rate of the inter-combine electrostatic torque absolute value. The first positive region R21 is a region where the outer gimbal rotation angle θ is 0 or more and less than θ21, the second positive region R22 is a region where the outer gimbal rotation angle θ is θ21 or more and less than θ22, and the third positive region R23 is an outer gimbal rotation angle. The region where θ is not less than θ22 and less than θ23, the fourth positive region R24 is a region where the outer gimbal rotation angle θ is not less than θ23 (provided that θ21 <θ22 <θ23).

まず第1正領域R21では、外ジンバル回転角度θが0°から正方向へ変化するにつれて、櫛歯間静電トルク絶対値が0から急激に増加する。そして第2正領域R22では、外ジンバル回転角度θの正方向への変化に対して、櫛歯間静電トルク絶対値の変化が小さくなる。すなわち第2正領域R22では、櫛歯間静電トルク曲線が略平坦になる。なお、第2負領域R22内で櫛歯間静電トルク絶対値が最大となる。さらに第3正領域R23では、外ジンバル回転角度θが正方向へ変化するにつれて、櫛歯間静電トルク絶対値が急激に減少する。そして第4正領域R24では、外ジンバル回転角度θの正方向への変化に対して、櫛歯間静電トルク絶対値の変化が小さくなる。すなわち第4正領域R24では、櫛歯間静電トルク絶対値は0近傍の値を維持する。   First, in the first positive region R21, as the outer gimbal rotation angle θ changes from 0 ° to the positive direction, the inter-combine electrostatic torque absolute value increases rapidly from zero. In the second positive region R22, the change in the inter-combine electrostatic torque absolute value is small with respect to the change in the positive direction of the outer gimbal rotation angle θ. That is, in the second positive region R22, the inter-comb electrostatic electrostatic torque curve becomes substantially flat. Note that the inter-combine electrostatic torque absolute value is maximized in the second negative region R22. Further, in the third positive region R23, the inter-combine electrostatic torque absolute value rapidly decreases as the outer gimbal rotation angle θ changes in the positive direction. In the fourth positive region R24, the change in the inter-combine electrostatic torque absolute value is small with respect to the change in the positive direction of the outer gimbal rotation angle θ. That is, in the fourth positive region R24, the inter-combine electrostatic torque absolute value maintains a value close to zero.

図4(b)は、図4(a)における領域R1の拡大図である。図5は、電圧印加タイミングを示すための外ジンバル回転角度θと印加電圧と櫛歯間静電トルクの時間変化を示すグラフである。なお図5において、波形Wθは外ジンバル回転角度θの時間変化、波形WVは駆動部4で印加される電圧の時間変化、波形WTは外ジンバル11に作用する静電トルクの時間変化を示す。   FIG. 4B is an enlarged view of the region R1 in FIG. FIG. 5 is a graph showing temporal changes in the outer gimbal rotation angle θ, the applied voltage, and the inter-combination electrostatic torque for indicating the voltage application timing. In FIG. 5, the waveform Wθ represents the time change of the outer gimbal rotation angle θ, the waveform WV represents the time change of the voltage applied by the drive unit 4, and the waveform WT represents the time change of the electrostatic torque acting on the outer gimbal 11.

そして制御回路35は、図4(b)および図5に示すように、櫛歯間静電トルク絶対値が最大値Tmaxの90%以上となる外ジンバル回転角度θの角度範囲(−|θ2|〜−|θ1|)と(+|θ1|〜+|θ2|)をトルク最大範囲RTとして、角度検出部5による検出結果に基づいて、図5に示すように、外ジンバル回転角度θが、トルク最大範囲RTに含まれる予め設定された電圧印加角度範囲RV(−|θu|〜−|θd|)と(+|θd|〜+|θu|)内であるときに(図5中の回転角度波形Wθを参照)、駆動信号発生回路31に駆動信号を出力させる(図5中の駆動電圧波形WVを参照)。なお、電圧印加角度範囲RVは、櫛歯間静電トルクが最大となるときの外ジンバル回転角度θを含んでいる。   Then, as shown in FIG. 4B and FIG. 5, the control circuit 35 sets the angle range (− | θ2 |) of the outer gimbal rotation angle θ in which the inter-combine electrostatic torque absolute value is 90% or more of the maximum value Tmax. ~ − | Θ1 |) and (+ | θ1 | ˜ + | θ2 |) as the maximum torque range RT, based on the detection result by the angle detection unit 5, as shown in FIG. 5 within the preset voltage application angle ranges RV (− | θu | ˜− | θd |) and (+ | θd | ˜ + | θu |) included in the maximum torque range RT (the rotation in FIG. 5). The drive signal generation circuit 31 is caused to output a drive signal (see the drive voltage waveform WV in FIG. 5). The voltage application angle range RV includes the outer gimbal rotation angle θ when the inter-combine electrostatic torque is maximized.

詳細には、まず、外ジンバル回転角度θが0以上であり且つ(+|θu|)未満であるときには、駆動信号は出力されない。その後、外ジンバル回転角度θが(+|θu|)以上となると駆動信号が出力される。さらに外ジンバル回転角度θが大きくなり、ミラー13が揺動しているときにおけるミラー13の回転角度の最大値(+|θm|)(以下、ミラー最大角度(+|θm|)ともいう)に到達し、その後に外ジンバル回転角度θが(+|θd|)未満になるまで出力される。   Specifically, first, when the outer gimbal rotation angle θ is 0 or more and less than (+ | θu |), the drive signal is not output. Thereafter, when the outer gimbal rotation angle θ becomes (+ | θu |) or more, a drive signal is output. Further, the outer gimbal rotation angle θ is increased, and the maximum value (+ | θm |) of the rotation angle of the mirror 13 when the mirror 13 is oscillating (hereinafter also referred to as the maximum mirror angle (+ | θm |)) is obtained. Until the outer gimbal rotation angle θ becomes less than (+ | θd |).

そして、外ジンバル回転角度θが(+|θd|)未満になり、(−|θu|)以下になるまでは駆動信号は出力されない。その後、外ジンバル回転角度θが(−|θu|)以下になると駆動信号が出力される。さらに外ジンバル回転角度θが大きくなり、ミラー13が揺動しているときにおけるミラー13の回転角度の最小値(−|θm|)(以下、ミラー最小角度(−|θm|)ともいう)に到達し、その後に外ジンバル回転角度θが(−|θd|)以上になるまで出力される。   The drive signal is not output until the outer gimbal rotation angle θ is less than (+ | θd |) and is equal to or less than (− | θu |). Thereafter, when the outer gimbal rotation angle θ becomes (− | θu |) or less, a drive signal is output. Further, the outer gimbal rotation angle θ is increased to a minimum value (− | θm |) of the rotation angle of the mirror 13 when the mirror 13 is oscillating (hereinafter also referred to as a mirror minimum angle (− | θm |)). Until the outer gimbal rotation angle θ reaches (− | θd |) or more.

なお以下、ミラー最大角度(+|θm|)とミラー最小角度(−|θm|)をまとめてミラー目標角度θmという。
また光走査装置1は、ミラー13の回転角度がθmであるときの外ジンバル回転角度θをθjとすると、ミラー目標角度θmが、下式(5),(6)で表される範囲内となるように設計されている。
Hereinafter, the mirror maximum angle (+ | θm |) and the mirror minimum angle (− | θm |) are collectively referred to as a mirror target angle θm.
Further, in the optical scanning device 1, when the outer gimbal rotation angle θ when the rotation angle of the mirror 13 is θm is θj, the mirror target angle θm is within the range represented by the following expressions (5) and (6). Designed to be

{−|θ2|×(θm/θj)} < (−|θm|) < {−|θ1|×(θm/θj)} …(5)
{+|θ1|×(θm/θj)} < (+|θm|) < {+|θ2|×(θm/θj)} …(6)
なお、式(5),(6)における「(θm/θj)」は、ミラー13と外ジンバル11の振幅比を表す。
{− | Θ2 | × (θm / θj)} <(− | θm |) <{− | θ1 | × (θm / θj)} (5)
{+ | Θ1 | × (θm / θj)} <(+ | θm |) <{+ | θ2 | × (θm / θj)} (6)
Note that “(θm / θj)” in the equations (5) and (6) represents the amplitude ratio between the mirror 13 and the outer gimbal 11.

このように構成された光走査装置1は、光ビームを反射させる鏡面部を有するミラー13と、ミラー13に連結された弾性変形可能な弾性連結部16a,16bを有し、弾性連結部16a,16bを回転軸kとしてミラー13を揺動可能に支持する内ジンバル12と、内ジンバル12に連結された弾性変形可能な弾性連結部15a,15bを有し、弾性連結部15a,15bを回転軸jとして内ジンバル12を揺動可能に支持する外ジンバル11と、外ジンバル11に連結された弾性変形可能な弾性連結部14a,14bを回転軸iとして外ジンバル11を揺動可能に支持する支持部3とを備えて、ミラー13、内ジンバル12、外ジンバル11、支持部3、弾性連結部16a,16b、弾性連結部15a,15b、及び弾性連結部14a,14bが、固有の周期的外力が作用した場合に大きい回転角で捩じり振動する3自由度連成振動系を構成する。   The optical scanning device 1 configured as described above includes a mirror 13 having a mirror surface portion that reflects a light beam, and elastically deformable elastic connecting portions 16 a and 16 b connected to the mirror 13. An inner gimbal 12 that supports the mirror 13 so as to be swingable about a rotation axis k, and elastically deformable elastic connection portions 15a and 15b connected to the inner gimbal 12, and the elastic connection portions 15a and 15b as rotation axes An outer gimbal 11 that swingably supports the inner gimbal 12 as j, and a support that swingably supports the outer gimbal 11 with the elastically deformable elastic connecting portions 14a and 14b connected to the outer gimbal 11 as the rotation axis i. Part 3, mirror 13, inner gimbal 12, outer gimbal 11, support part 3, elastic coupling parts 16 a and 16 b, elastic coupling parts 15 a and 15 b, and elastic coupling part 14 a, 4b constitute three degrees of freedom coupled vibration system of torsional vibration with a large rotation angle when the specific periodic external force acts.

このため光走査装置1は、支持部3を固定端として、弾性連結部16a,16b、弾性連結部15a,15b、及び弾性連結部14a,14bに対しての捻り自由度を持つ3自由度捻り振動子になっている。   For this reason, the optical scanning device 1 has a three-degree-of-freedom torsion having a degree of freedom of twisting the elastic connecting portions 16a and 16b, the elastic connecting portions 15a and 15b, and the elastic connecting portions 14a and 14b with the support portion 3 as a fixed end. It is a vibrator.

3自由度捻り振動子は、理論上3つの振動モードを持つ。すなわち、3つの振動モードはそれぞれ異なる共振周波数を持ち、各共振周波数に対するミラー13、内ジンバル12、外ジンバル11の捻り振動の角度振幅の比はそれぞれ異なる(これは振動モードと呼ばれる)。したがって、或る振動モードにおいて、外ジンバル11の角度振幅が大きくなると、この振動モードにおける角度振幅の比に応じて、ミラー13および内ジンバル12の角度振幅が大きくなる。   A three-degree-of-freedom torsional vibrator theoretically has three vibration modes. That is, the three vibration modes have different resonance frequencies, and the ratios of the angular amplitudes of the torsional vibrations of the mirror 13, the inner gimbal 12, and the outer gimbal 11 with respect to the respective resonance frequencies are different (this is called a vibration mode). Therefore, when the angular amplitude of the outer gimbal 11 increases in a certain vibration mode, the angular amplitude of the mirror 13 and the inner gimbal 12 increases according to the ratio of the angular amplitude in this vibration mode.

そして、櫛歯状に形成された櫛歯電極部17,19が外ジンバル11に設けられるとともに、櫛歯電極部17,19と噛み合い可能な櫛歯状に形成された櫛歯電極部4a,4bが櫛歯電極部17,19と噛み合い可能な位置に固定して設置され、駆動信号発生回路31が、櫛歯電極部17,19と櫛歯電極部4a,4bとの間に電圧を印加して、両電極部間に静電引力を発生させる。   Comb electrode portions 17 and 19 formed in a comb shape are provided on the outer gimbal 11, and comb electrode portions 4a and 4b formed in a comb shape that can mesh with the comb electrode portions 17 and 19 are provided. Is fixedly installed at a position where it can mesh with the comb electrode portions 17 and 19, and the drive signal generating circuit 31 applies a voltage between the comb electrode portions 17 and 19 and the comb electrode portions 4a and 4b. Thus, an electrostatic attractive force is generated between both electrode portions.

このため、駆動信号発生回路31が、櫛歯電極部17,19と櫛歯電極部4a,4bとの間に電圧を印加して、固有の周期的外力を外ジンバル11に作用させることにより、3自由度捻り振動子を共振状態にできる。   For this reason, the drive signal generation circuit 31 applies a voltage between the comb electrode portions 17 and 19 and the comb electrode portions 4a and 4b to cause a specific periodic external force to act on the outer gimbal 11. The three-degree-of-freedom torsional vibrator can be brought into a resonance state.

また、3つの振動モードの各々に対応した周波数の周期的加振力を与えれば、それぞれの振動モードを励振できる。また、複数の周波数の周期的加振力を重畳して与えれば、複数の振動モードを同時に励振できる。   Further, if a periodic excitation force having a frequency corresponding to each of the three vibration modes is given, each vibration mode can be excited. In addition, if a plurality of periodic excitation forces with a plurality of frequencies are superimposed and applied, a plurality of vibration modes can be excited simultaneously.

したがって、ミラー13の角度振幅が大きい振動モードに対応する周期的加振力と、内ジンバル12の角度振幅が大きい振動モードに対応する周期的加振力とを重畳して与えることにより、ミラー13で反射するレーザ光を2次元的に走査することができる。   Therefore, by applying the periodic excitation force corresponding to the vibration mode with a large angular amplitude of the mirror 13 and the periodic excitation force corresponding to the vibration mode with a large angular amplitude of the inner gimbal 12 in a superimposed manner, the mirror 13 The laser beam reflected by can be scanned two-dimensionally.

そして制御回路35が、櫛歯間静電トルクが最大となるときの外ジンバル回転角度θ(以下、トルク最大回転角度ともいう)を含む予め設定された電圧印加角度範囲RV内にあるときに、駆動信号発生回路31に電圧を印加させる。   When the control circuit 35 is within a preset voltage application angle range RV including the outer gimbal rotation angle θ (hereinafter also referred to as the torque maximum rotation angle) when the inter-combine electrostatic torque is maximum, A voltage is applied to the drive signal generation circuit 31.

したがって、外ジンバル11に作用するトルクが最大となるときに、この最大トルクを外ジンバル11に作用させることができる。これにより、外ジンバル11に最大トルクが作用しない場合よりも大きいトルクを外ジンバル11に作用させることができ、外ジンバル11の角度振幅を大きくすることができる。そして上述のように、外ジンバル11の角度振幅が大きくなると、振動モードにおける角度振幅の比に応じて、ミラー13の角度振幅が大きくなるため、ミラー13の角度振幅を大きくすることができる。   Therefore, when the torque acting on the outer gimbal 11 is maximized, this maximum torque can be applied to the outer gimbal 11. As a result, a larger torque can be applied to the outer gimbal 11 than when no maximum torque is applied to the outer gimbal 11, and the angular amplitude of the outer gimbal 11 can be increased. As described above, when the angular amplitude of the outer gimbal 11 is increased, the angular amplitude of the mirror 13 is increased in accordance with the ratio of the angular amplitude in the vibration mode, so that the angular amplitude of the mirror 13 can be increased.

また、電圧印加角度範囲RVは、トルク最大範囲RTに含まれており、櫛歯間静電トルクの最大値との差が10%となる櫛歯間静電トルクが発生するときの外ジンバル回転角度θであり且つトルク最大回転角度より大きいものを、電圧印加角度範囲RVの上限角度(−|θ1|または+|θ2|)とし、櫛歯間静電トルクの最大値との差が10%となる櫛歯間静電トルクが発生するときの外ジンバル回転角度θであり且つトルク最大回転角度より小さいものを、電圧印加角度範囲RVの下限角度(−|θ2|または+|θ1|)とする。   Further, the voltage application angle range RV is included in the torque maximum range RT, and the outer gimbal rotation when the inter-combine electrostatic torque is 10% different from the maximum value of the inter-combine electrostatic torque. The angle θ that is larger than the maximum torque rotation angle is defined as the upper limit angle (− | θ1 | or + | θ2 |) of the voltage application angle range RV, and the difference from the maximum value of inter-combine electrostatic torque is 10%. The outer gimbal rotation angle θ when the inter-combine electrostatic torque is generated and smaller than the maximum torque rotation angle is the lower limit angle (− | θ2 | or + | θ1 |) of the voltage application angle range RV. To do.

このため電圧印加角度範囲RVを、外ジンバル11に作用するトルクの大きさが最大値近傍であるときのみとすることができる。換言すると、外ジンバル11に作用するトルクが小さいときには駆動信号発生回路31が電圧を印加しないようにすることができる。このため、外ジンバル11に作用するトルクが小さくてミラー13の角度振幅の増加に寄与し難いときに無駄に電圧が印加されることを抑制し、光走査装置1の消費電力を低減することができる。   Therefore, the voltage application angle range RV can be set only when the magnitude of the torque acting on the outer gimbal 11 is near the maximum value. In other words, it is possible to prevent the drive signal generation circuit 31 from applying a voltage when the torque acting on the outer gimbal 11 is small. For this reason, when the torque acting on the outer gimbal 11 is small and it is difficult to contribute to the increase in the angular amplitude of the mirror 13, it is possible to suppress the useless application of voltage, and to reduce the power consumption of the optical scanning device 1. it can.

また光走査装置1は、ミラー目標角度θmが、上式(5),(6)で表される範囲内となるように設計されている。これにより、ミラー目標角度θm近傍において、外ジンバル11に作用するトルクが最大となるため、櫛歯電極部17,19と櫛歯電極部4a,4bとの間で発生するトルクを最大限に利用することができ、低い消費電力で且つ広い角度振幅でミラー13を走査させることができる。   The optical scanning device 1 is designed so that the mirror target angle θm is within the range represented by the above equations (5) and (6). As a result, the torque acting on the outer gimbal 11 is maximized in the vicinity of the mirror target angle θm, so that the torque generated between the comb electrode portions 17 and 19 and the comb electrode portions 4a and 4b is utilized to the maximum. The mirror 13 can be scanned with low power consumption and wide angular amplitude.

また、外ジンバル回転角度θの予め設定された所定変化角度の変化に対する櫛歯間静電トルクの変化量を櫛歯間静電トルク変化率として、電圧印加角度範囲RV内における櫛歯間静電トルク変化率は、電圧印加角度範囲RV外であり且つ電圧印加角度範囲RVの上限角度近傍および下限角度近傍の領域における櫛歯間静電トルク変化率よりも充分小さくなるように構成されており、制御回路35は、外ジンバル回転角度θが、電圧印加角度範囲RV内にあるときのみに、駆動信号発生回路31に電圧を印加させる。   Further, the inter-combine electrostatic torque change rate with respect to the change of the predetermined change angle of the outer gimbal rotation angle θ set in advance as the inter-combine electrostatic torque change rate is defined as the inter-comb electrostatic capacitance within the voltage application angle range RV. The torque change rate is configured to be sufficiently smaller than the inter-combine electrostatic torque change rate in a region outside the voltage application angle range RV and in the vicinity of the upper limit angle and the lower limit angle of the voltage application angle range RV. The control circuit 35 causes the drive signal generation circuit 31 to apply a voltage only when the outer gimbal rotation angle θ is within the voltage application angle range RV.

なお、電圧印加角度範囲RV内での櫛歯間静電トルク変化率が充分小さいため、電圧印加角度範囲RV内でのトルク曲線は略平坦となる。そして、トルク曲線が略平坦である電圧印加角度範囲RV内にあるときのみに駆動信号発生回路31に電圧を印加させるため、外ジンバル11には、矩形波に近似する形状の静電トルクが作用する。   Since the rate of change in inter-combine electrostatic torque within the voltage application angle range RV is sufficiently small, the torque curve within the voltage application angle range RV is substantially flat. Then, since the voltage is applied to the drive signal generation circuit 31 only when the torque curve is within the substantially flat voltage application angle range RV, electrostatic torque having a shape approximating a rectangular wave acts on the outer gimbal 11. To do.

これにより、矩形波に近似する形状の静電トルクのうち3自由度捻り振動子を共振状態にするための共振周波数の成分の振幅が、共振周波数で振動する正弦波の静電トルクの振幅よりも大きくなる。このため、正弦波の静電トルクを作用させる場合よりも、共振周波数で揺動するミラー13の角度振幅を大きくすることができる。   As a result, the amplitude of the resonance frequency component for bringing the three-degree-of-freedom torsional vibrator into a resonance state among the electrostatic torque having a shape approximating a rectangular wave is greater than the amplitude of the electrostatic torque of the sine wave that vibrates at the resonance frequency. Also grows. For this reason, the angular amplitude of the mirror 13 that oscillates at the resonance frequency can be made larger than when a sinusoidal electrostatic torque is applied.

詳細には、矩形波をフーリエ展開すると式(2)で表され、矩形波における共振周波数fの成分は式(3)で表される。一方、共振周波数fの正弦波は式(4)で表される。   Specifically, when the rectangular wave is Fourier-expanded, it is expressed by Expression (2), and the component of the resonance frequency f in the rectangular wave is expressed by Expression (3). On the other hand, a sine wave having a resonance frequency f is expressed by Expression (4).

したがって、矩形波における共振周波数fの成分の振幅は、共振周波数fの正弦波の振幅より、(4/π)倍大きい。 Therefore, the amplitude of the component of the resonance frequency f in the rectangular wave is (4 / π) times larger than the amplitude of the sine wave of the resonance frequency f.

以上説明した実施形態において、ミラー13は本発明における反射部、弾性連結部16a,16bは本発明における第1弾性連結部、内ジンバル12は本発明における第1支持部、弾性連結部15a,15bは本発明における第2弾性連結部、外ジンバル11は本発明における第2支持部、弾性連結部14a,14bは本発明における第3弾性連結部、支持部3は本発明における第3支持部、櫛歯電極部17,19は本発明における第1櫛歯状電極部、櫛歯電極部4a,4bは本発明における第2櫛歯状電極部、駆動信号発生回路31は本発明における電圧印加手段、制御回路35は本発明における電圧印加制御手段である。   In the embodiment described above, the mirror 13 is the reflection part in the present invention, the elastic connection parts 16a and 16b are the first elastic connection part in the present invention, and the inner gimbal 12 is the first support part and the elastic connection parts 15a and 15b in the present invention. Is the second elastic connecting portion in the present invention, the outer gimbal 11 is the second supporting portion in the present invention, the elastic connecting portions 14a and 14b are the third elastic connecting portions in the present invention, the supporting portion 3 is the third supporting portion in the present invention, The comb electrode portions 17 and 19 are the first comb electrode portions in the present invention, the comb electrode portions 4a and 4b are the second comb electrode portions in the present invention, and the drive signal generating circuit 31 is the voltage applying means in the present invention. The control circuit 35 is voltage application control means in the present invention.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば上記実施形態においては、電圧印加角度範囲RV内でのトルク曲線が略平坦となるものを示した。しかし、矩形波に近似する形状の静電トルクを作用させる必要がない場合には、電圧印加角度範囲RV内でのトルク曲線が平坦でなくてもよい。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, As long as it belongs to the technical scope of this invention, a various form can be taken.
For example, in the above embodiment, the torque curve within the voltage application angle range RV is substantially flat. However, when it is not necessary to apply an electrostatic torque having a shape approximate to a rectangular wave, the torque curve in the voltage application angle range RV may not be flat.

1…光走査装置、2…光ビーム走査部、3…支持部、4…駆動部、4a,4b…櫛歯電極部、5…角度検出部、5a,5b…櫛歯電極部、11…外ジンバル、12…内ジンバル、13…ミラー、14a,14b,15a,15b,16a,16b…弾性連結部、17,18,19,20…櫛歯電極部、31…駆動信号発生回路、32…増幅回路、33…C−V変換回路、34…半導体レーザ、35…制御回路   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical scanning device, 2 ... Light beam scanning part, 3 ... Support part, 4 ... Drive part, 4a, 4b ... Comb electrode part, 5 ... Angle detection part, 5a, 5b ... Comb electrode part, 11 ... Out Gimbal, 12 ... Inner gimbal, 13 ... Mirror, 14a, 14b, 15a, 15b, 16a, 16b ... Elastic connection part, 17, 18, 19, 20 ... Combine electrode part, 31 ... Drive signal generating circuit, 32 ... Amplification Circuit 33 ... CV conversion circuit 34 ... Semiconductor laser 35 ... Control circuit

Claims (4)

光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、
前記反射部に連結された弾性変形可能な第1弾性連結部を有し、該第1弾性連結部を回転軸として前記反射部を揺動可能に支持する第1支持部と、
前記第1支持部に連結された弾性変形可能な第2弾性連結部を有し、該第2弾性連結部を回転軸として前記第1支持部を揺動可能に支持する第2支持部と、
前記第2支持部に連結された弾性変形可能な第3弾性連結部を有し、該第3弾性連結部を回転軸として前記第2支持部を揺動可能に支持する第3支持部と
を備えて、前記反射部、前記第1支持部、前記第2支持部、前記第3支持部、前記第1弾性連結部、前記第2弾性連結部、及び前記第3弾性連結部が、固有の周期的外力が作用した場合に大きい回転角で捩じり振動する3自由度連成振動系を構成し、
さらに、前記第2支持部に設けられ、櫛歯状に形成された第1櫛歯状電極部と、
前記第1櫛歯状電極部と噛み合い可能な櫛歯状に形成され、該第1櫛歯状電極部と噛み合い可能な位置に固定して設置された第2櫛歯状電極部と、
前記第1櫛歯状電極部と前記第2櫛歯状電極部との間に電圧を印加して、両電極部間に静電引力を発生させる電圧印加手段と、
前記第3弾性連結部を回転軸とした前記第2支持部の回転角度を第2支持部回転角度とし、前記電圧印加手段による電圧印加で発生する静電気力によって前記第2支持部に作用するトルクを第2支持部トルクとし、該第2支持部トルクが最大となるときの前記第2支持部回転角度をトルク最大回転角度として、前記第2支持部回転角度が、前記トルク最大回転角度を含む予め設定された前記第2支持部回転角度の範囲である電圧印加角度範囲内にあるときに、前記電圧印加手段に電圧を印加させる電圧印加制御手段とを備える
ことを特徴とする光走査装置。
A reflecting portion having a reflecting surface for reflecting the light beam;
A first support part that has an elastically deformable first elastic connection part that is connected to the reflection part, and that supports the reflection part in a swingable manner with the first elastic connection part as a rotation axis;
A second support portion that has an elastically deformable second elastic connection portion that is connected to the first support portion, and that supports the first support portion in a swingable manner using the second elastic connection portion as a rotation axis;
A third support portion that has an elastically deformable third elastic connection portion that is connected to the second support portion, and that supports the second support portion in a swingable manner with the third elastic connection portion as a rotation axis. The reflection unit, the first support unit, the second support unit, the third support unit, the first elastic connection unit, the second elastic connection unit, and the third elastic connection unit are unique. A three-degree-of-freedom coupled vibration system that torsionally vibrates at a large rotation angle when a periodic external force is applied,
Furthermore, the first comb-shaped electrode portion provided in the second support portion and formed in a comb-tooth shape,
A second comb-shaped electrode portion that is formed in a comb-tooth shape that can mesh with the first comb-shaped electrode portion, and is fixedly installed at a position that can mesh with the first comb-shaped electrode portion;
Voltage applying means for applying a voltage between the first comb-shaped electrode portion and the second comb-shaped electrode portion to generate an electrostatic attractive force between the two electrode portions;
The rotation angle of the second support part with the third elastic coupling part as the rotation axis is the second support part rotation angle, and the torque acting on the second support part by the electrostatic force generated by the voltage application by the voltage application means Is the second support portion torque, the second support portion rotation angle when the second support portion torque is maximum is the torque maximum rotation angle, and the second support portion rotation angle includes the torque maximum rotation angle. An optical scanning device comprising: a voltage application control unit that applies a voltage to the voltage application unit when the voltage application angle is within a preset voltage application angle range that is a range of the second support unit rotation angle.
前記電圧印加角度範囲は、
前記第2支持部トルクの最大値との差が10%となる前記第2支持部トルクが発生するときの前記第2支持部回転角度であり且つ前記トルク最大回転角度より大きいものを、当該電圧印加角度範囲の上限角度とし、
前記第2支持部トルクの最大値との差が10%となる前記第2支持部トルクが発生するときの前記第2支持部回転角度であり且つ前記トルク最大回転角度より小さいものを、当該電圧印加角度範囲の下限角度とする
ことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
The voltage application angle range is:
A voltage that is the second support portion rotation angle when the second support portion torque is generated with a difference from the maximum value of the second support portion torque being 10% and is larger than the maximum torque rotation angle. The upper limit angle of the applied angle range,
The second support portion rotation angle when the second support portion torque is generated such that the difference from the maximum value of the second support portion torque is 10% and smaller than the torque maximum rotation angle The optical scanning device according to claim 1, wherein the lower limit angle of the application angle range is set.
前記第1弾性連結部を回転軸とした前記反射部の回転角度を反射部回転角度とし、前記反射部が揺動しているときにおける前記反射部回転角度の最大値を反射部目標角度として、該反射部目標角度をθm、前記反射部回転角度が前記反射部目標角度であるときの前記第2支持部回転角度をθj、前記上限角度をθ1、前記下限角度をθ2とすると、前記反射部目標角度は、下式(1)で表される範囲内に設定される
ことを特徴とする請求項2に記載の光走査装置。
{θ2 × (θm/θj)}< θm <{θ1 × (θm/θj)} …(1)
The rotation angle of the reflection part with the first elastic coupling part as a rotation axis is a reflection part rotation angle, and the maximum value of the reflection part rotation angle when the reflection part is swinging is a reflection part target angle. When the reflection part target angle is θm, the second support part rotation angle when the reflection part rotation angle is the reflection part target angle is θj, the upper limit angle is θ1, and the lower limit angle is θ2, the reflection part The optical scanning device according to claim 2, wherein the target angle is set within a range represented by the following expression (1).
{Θ2 × (θm / θj)} <θm <{θ1 × (θm / θj)} (1)
前記第2支持部回転角度の予め設定された所定変化角度の変化に対する前記第2支持部トルクの変化量を第2支持部トルク変化率として、
前記電圧印加角度範囲内における前記第2支持部トルク変化率は、前記電圧印加角度範囲外であり且つ前記電圧印加角度範囲の前記上限角度近傍および前記下限角度近傍の領域における前記第2支持部トルク変化率よりも充分小さくなるように構成されており、
前記電圧印加制御手段は、前記第2支持部回転角度が、前記電圧印加角度範囲内にあるときのみに、前記電圧印加手段に電圧を印加させる
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載の光走査装置。
As a second support portion torque change rate, a change amount of the second support portion torque with respect to a change of a predetermined change angle set in advance of the second support portion rotation angle.
The second support portion torque change rate within the voltage application angle range is outside the voltage application angle range, and the second support portion torque in a region near the upper limit angle and the lower limit angle of the voltage application angle range. It is configured to be sufficiently smaller than the rate of change,
The voltage application control means causes the voltage application means to apply a voltage only when the rotation angle of the second support portion is within the voltage application angle range. Any one of the optical scanning devices.
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