JP2013064843A - Optical scanner - Google Patents

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optical scanner
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Kosuke Ushiroda
耕佑 後田
Hisao Akita
久雄 秋田
Kazuhiro Nakajima
和浩 中嶋
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Brother Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanner capable of preventing any resonance frequency drop that is dependent on the duration of drive and a manufacturing method for the optical scanner.SOLUTION: An optical scanner comprises a planar structure having an oscillating part oscillable around a first axis, a pair of torsional beam parts linked to both sides of the oscillating part, and a main body part linked to other ends of the pair of torsional beam parts; a drive unit configured to be capable of oscillating the oscillating part; and a mirror part that has a reflective face formed separately from the structure and reflecting incident light and is fixed to one face of the oscillating part. The oscillating part includes a stress easing structure that is disposed in the connecting position between the oscillating part and the pair of torsional beam parts, extends from the oscillating part along the first axis, is configured to be greater in length in a second direction parallel to a face containing the structure and crossing a direction along the first axis than the pair of torsional beam parts, and eases any stress between the mirror part and the oscillating part.

Description

本発明は、レーザ等の光を走査する光スキャナに関する。   The present invention relates to an optical scanner that scans light such as a laser.

現在、揺動するミラーによりレーザ光などの光を走査する光スキャナが知られている。光スキャナの例として、捩れ梁部で揺動可能に支持されたミラーが、圧電素子などの駆動部によって揺動されるものが挙げられる。ミラーが揺動すると、ミラーには動的な歪が生じる。この動的な歪みを低減するために、特許文献1には、反射面を有する補強部を、捩れ梁部によって支持される基盤部に対して接着する構成が開示される。特許文献1において、補強部の平面視形状は、基盤部の平面視形状と同一に形成される。   Currently, an optical scanner that scans light such as laser light with a swinging mirror is known. As an example of the optical scanner, a mirror that is swingably supported by a torsion beam portion is swung by a drive unit such as a piezoelectric element. When the mirror swings, dynamic distortion occurs in the mirror. In order to reduce this dynamic distortion, Patent Document 1 discloses a configuration in which a reinforcing portion having a reflecting surface is bonded to a base portion supported by a torsion beam portion. In Patent Document 1, the plan view shape of the reinforcing portion is formed the same as the plan view shape of the base portion.

特開2011−27881号公報JP2011-27881A

本発明者らによって、共振周波数にて駆動される光スキャナにおいて補強部と基盤部とが同一平面視形状に形成される場合、光スキャナを駆動する時間に依存して、共振周波数が低下する傾向が発見された。駆動時間に依存して共振周波数が低下すると、光スキャナを製造し、製品に組み込んだ後で、光スキャナの共振周波数が低下することとなる。例えば、光スキャナが走査型画像表示装置に用いられる場合、光スキャナの共振周波数に合わせて画像光の強度変調が行われる。この場合、光スキャナが製品に組み込まれた後の共振周波数の低下は、画像が正しく表示されなくなる事態を生じる可能性がある。また、光スキャナがレーザプリンタに用いられる場合も、光スキャナの共振周波数に合わせて印刷のためのレーザの強度変調が行われる。そのため、製品に組み込んだ後の共振周波数の低下は、印刷される画質の低下を招く可能性がある。   When the reinforcing portion and the base portion are formed in the same planar view shape in the optical scanner driven by the inventors at the resonance frequency, the resonance frequency tends to decrease depending on the time for driving the optical scanner. Was discovered. When the resonance frequency is lowered depending on the driving time, the resonance frequency of the optical scanner is lowered after the optical scanner is manufactured and incorporated in the product. For example, when an optical scanner is used in a scanning image display device, intensity modulation of image light is performed in accordance with the resonance frequency of the optical scanner. In this case, a decrease in the resonance frequency after the optical scanner is incorporated into the product may cause a situation where an image is not displayed correctly. Also, when an optical scanner is used in a laser printer, laser intensity modulation for printing is performed in accordance with the resonance frequency of the optical scanner. Therefore, a decrease in the resonance frequency after being incorporated into the product may cause a decrease in the printed image quality.

本発明は、補強部を有する光スキャナにおいて、駆動時間に依存して共振周波数が低下することを防止可能な光スキャナと、その光スキャナの製造方法とを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an optical scanner that can prevent a resonance frequency from being lowered depending on a driving time in an optical scanner having a reinforcing portion, and a method for manufacturing the optical scanner.

上記課題を解決するために、本発明の一側面は、第1軸線を中心として揺動可能に構成され、前記第1軸線に対して線対称に形成される揺動部分と、その一端が前記揺動部分の両側に連結され、前記第1軸線に平行な第1方向に前記揺動部分から延出する一対の捩れ梁部分と、前記一対の捩れ梁部分の他端に連結され、前記揺動部分から離間し且つ前記第1軸線に交差する方向に延出する本体部分と、を有する平板状の構造体と、駆動電圧が印加されることで前記構造体に対して周期的に力を与え、前記揺動部分を前記第1軸線回りに揺動可能に構成される駆動部と、前記構造体と別体に形成され、入射した光を反射する反射面を有し、前記揺動部分の一方の面に固定されるミラー部と、を備え、前記揺動部分は、前記揺動部分と前記一対の捩れ梁部分との接続位置に設けられ、前記揺動部分から前記第1方向に延出し、前記構造体を含む面に平行且つ第1方向に直交する第2方向の長さである第1長さが前記一対の捩れ梁部分よりも大きく構成され、前記ミラー部と前記揺動部分との固定位置における応力を緩和する応力緩和構造を含む、ことを特徴とする光スキャナである。   In order to solve the above-described problem, one aspect of the present invention is configured to be swingable about a first axis, and a swinging portion formed in line symmetry with respect to the first axis, and one end of the swinging portion is configured as described above. A pair of torsion beam portions connected to both sides of the swing portion and extending from the swing portion in a first direction parallel to the first axis, and connected to the other end of the pair of twist beam portions, A plate-like structure having a main body part spaced apart from the moving part and extending in a direction intersecting the first axis, and a force is applied periodically to the structure by applying a driving voltage. And a drive unit configured to be able to swing the swinging portion around the first axis, and a reflecting surface formed separately from the structure and reflecting incident light. A mirror portion fixed to one side of the swinging portion, and the swinging portion includes the swinging portion and the pair of A first length which is provided at a connection position with the beam portion, extends in the first direction from the swinging portion, is parallel to a plane including the structure and is perpendicular to the first direction. The optical scanner includes a stress relaxation structure that is configured to be larger than the pair of torsion beam portions and relaxes stress at a fixed position between the mirror portion and the swinging portion.

本発明者らの解析の結果、揺動部分が揺動する際に、揺動部分と一対の捩れ梁部分との接続位置に、最も応力が集中することが分かった。本発明の一側面に係る光スキャナでは、ミラー部が、揺動部分の一方の面に固定される。そのため、仮に特許文献1のように、補強部と揺動部分とが同一平面視形状に形成される場合、揺動部分と一対の捩れ梁部分との接続位置に対しても、ミラー部が固定されている。換言すれば、特許文献1に開示の光スキャナでは、ミラー部と揺動部分との固定位置が、揺動部分と一対の捩れ梁部分との接続位置に一致する。そのため、光スキャナの駆動時に揺動部分と一対の捩れ梁部分との接続位置に集中する応力が、ミラー部と揺動部分との固定位置にも働くこととなる。ミラー部と揺動部分との固定位置にこの応力が働き続けることによって、ミラー部と揺動部分との固定状態が徐々に変化(例えばミラー部が剥離)する可能性がある。駆動時間に依存した共振周波数の低下は、このような固定状態の変化が原因の一つとして考えられる。なお、ミラー部は特許文献1における補強部に相当し、揺動部分は特許文献1における基板部に相当する。   As a result of analysis by the present inventors, it has been found that when the swinging portion swings, the stress is most concentrated at the connection position between the swinging portion and the pair of torsion beam portions. In the optical scanner according to one aspect of the present invention, the mirror portion is fixed to one surface of the swinging portion. Therefore, as in Patent Document 1, when the reinforcing portion and the swinging portion are formed in the same plane view shape, the mirror portion is fixed even at the connection position between the swinging portion and the pair of torsion beam portions. Has been. In other words, in the optical scanner disclosed in Patent Document 1, the fixed position between the mirror portion and the swinging portion matches the connection position between the swinging portion and the pair of torsion beam portions. Therefore, the stress concentrated at the connection position between the swinging portion and the pair of torsion beam portions when the optical scanner is driven also acts on the fixed position between the mirror portion and the swinging portion. If this stress continues to act on the fixed position between the mirror part and the swinging part, the fixed state between the mirror part and the swinging part may gradually change (for example, the mirror part peels off). The decrease in the resonance frequency depending on the driving time can be considered as one of the causes. The mirror portion corresponds to the reinforcing portion in Patent Document 1, and the swinging portion corresponds to the substrate portion in Patent Document 1.

本発明の一側面に係る光スキャナにおいて、揺動部分は、ミラー部と揺動部分との固定位置における応力を緩和する応力緩和構造を含む。具体的には、応力緩和構造は、揺動部分と一対の捩れ梁部分との接続位置に設けられる。応力緩和構造は、揺動部分から揺動の中心軸である第1軸線に平行な第1方向に延出する。応力緩和構造は、構造体を含む面に平行且つ第1方向に直交する第2方向において、一対の捩れ梁部分よりも幅広な第1長さを有する。この応力緩和構造により、ミラー部と揺動部分との固定位置が、応力が集中する位置である揺動部分と一対の捩れ梁部分との接続位置から離間される。離間することでミラー部と揺動部分との固定位置に働く応力が低減され、ミラー部と揺動部分との固定状態の変化が防止される。従って、光スキャナの駆動時間に依存した共振周波数の低下を防止することが可能となる。   In the optical scanner according to one aspect of the present invention, the swinging portion includes a stress relaxation structure that relaxes stress at a fixed position between the mirror portion and the swinging portion. Specifically, the stress relaxation structure is provided at a connection position between the swinging portion and the pair of torsion beam portions. The stress relaxation structure extends from the swinging portion in a first direction parallel to the first axis that is the central axis of swinging. The stress relaxation structure has a first length that is wider than the pair of torsion beam portions in a second direction parallel to the plane including the structure and perpendicular to the first direction. With this stress relaxation structure, the fixing position of the mirror portion and the swinging portion is separated from the connection position between the swinging portion and the pair of torsion beam portions, where stress is concentrated. By separating, the stress acting on the fixed position between the mirror part and the swinging part is reduced, and the change of the fixed state between the mirror part and the swinging part is prevented. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in the resonance frequency depending on the driving time of the optical scanner.

また、前記応力緩和構造は、前記揺動部分の前記第2方向における端部から延出し、前記揺動部分から離間するに従い前記第1長さが小さくなるテーパー状に形成されてもよい。   The stress relaxation structure may be formed in a tapered shape that extends from an end portion of the swinging portion in the second direction and decreases in the first length as the swinging portion is separated from the swinging portion.

応力緩和構造は、揺動部分の第2方向における端部から延出する。揺動部分のサイズが予め決まっていれば、応力緩和構造の形状を決定する変数としては、第1方向における長さだけを設定すればよい。そのため、少ない試行錯誤の回数で、適切な応力緩和構造の形状を決定することが可能となる。即ち、設計上導入が容易となる。   The stress relaxation structure extends from the end portion in the second direction of the swinging portion. If the size of the swinging portion is determined in advance, only the length in the first direction may be set as a variable for determining the shape of the stress relaxation structure. Therefore, it is possible to determine an appropriate shape of the stress relaxation structure with a small number of trials and errors. In other words, it is easy to introduce in design.

また、前記応力緩和構造は、前記応力緩和構造の前記第1方向における長さである第2長さの変動に対して、前記固定位置における応力の値の変動量が飽和する値に設定された前記第2長さを有してもよい。   In addition, the stress relaxation structure is set to a value that saturates the fluctuation amount of the stress value at the fixed position with respect to the variation of the second length that is the length of the stress relaxation structure in the first direction. The second length may be included.

応力緩和構造によって、ミラー部と揺動部分との固定位置における応力が緩和される。このとき、応力緩和構造が小さすぎると、ミラー部と揺動部分との固定位置に働く応力を十分に低減できない可能性がある。そこで、応力緩和構造の第2長さは、第2長さの変動に対して固定位置における応力の値の変動量が飽和する値に設定される。従って、ミラー部と揺動部分との固定位置に働く応力の低減が十分に可能となる。   Due to the stress relaxation structure, the stress at the fixed position between the mirror portion and the swinging portion is relaxed. At this time, if the stress relaxation structure is too small, there is a possibility that the stress acting on the fixed position between the mirror portion and the swinging portion cannot be sufficiently reduced. Therefore, the second length of the stress relaxation structure is set to a value at which the amount of change in the stress value at the fixed position is saturated with respect to the change in the second length. Accordingly, it is possible to sufficiently reduce the stress acting on the fixed position between the mirror portion and the swinging portion.

また、前記応力緩和構造は、前記揺動部分の前記第1方向における長さに対する、前記第2長さの比が、0.2以上0.4以下となるように形成されてもよい。   The stress relaxation structure may be formed such that a ratio of the second length to a length of the swinging portion in the first direction is 0.2 or more and 0.4 or less.

後記する図13に示されるように、揺動部分の第1方向における長さに対する第2長さの比が「0.2」以上であれば、第2長さの変動に対して、固定位置に働く応力の変動が緩やかになり、十分な応力の低減が可能になる。一方、図14に示されるように、共振周波数の低下を防止するという観点からは、第2長さは小さいほど望ましい。揺動部分の第1方向における長さに対する第2長さの比が「0.4」以上の場合は、第2長さが増加しても応力は殆ど変わらない。そのため、応力の低減と共振周波数の低下防止という両観点を両立するためには、揺動部分の第1方向における長さに対する第2長さの比が「0.2」以上「0.4」未満となることが望ましい。   As shown in FIG. 13 to be described later, if the ratio of the second length to the length in the first direction of the oscillating portion is “0.2” or more, the fixed position with respect to the variation in the second length. The fluctuation of the stress acting on the surface becomes gradual, and the stress can be sufficiently reduced. On the other hand, as shown in FIG. 14, the second length is preferably as small as possible from the viewpoint of preventing a decrease in the resonance frequency. When the ratio of the second length to the length in the first direction of the oscillating portion is “0.4” or more, the stress hardly changes even if the second length is increased. Therefore, in order to achieve both the viewpoints of reducing stress and preventing the decrease in resonance frequency, the ratio of the second length to the length in the first direction of the swinging portion is “0.2” or more and “0.4”. It is desirable to be less than.

また、前記応力緩和構造は、前記揺動部分から前記第1方向に沿って延出する第1辺と、前記第1辺の前記揺動部分と反対側の端部に接続され、前記第2方向に沿って前記一対の捩れ梁に向かって伸長する第2辺とを含んでよい。   The stress relaxation structure is connected to a first side extending along the first direction from the swinging portion, and an end of the first side opposite to the swinging portion, and the second side A second side extending along the direction toward the pair of torsion beams.

応力緩和構造は、第1辺と第2辺とを有する。即ち、応力緩和構造の形状を決定する変数としては、第1辺と第2辺との2つの形状を設定する必要がある。従って、応力緩和構造が取りうる形状の自由度が増し、より最適に近い応力緩和構造の形状に近づける設計が可能となる。   The stress relaxation structure has a first side and a second side. That is, it is necessary to set two shapes of the first side and the second side as variables for determining the shape of the stress relaxation structure. Therefore, the degree of freedom of the shape that can be taken by the stress relaxation structure is increased, and the design can be made closer to the shape of the stress relaxation structure that is closer to the optimum.

また、前記応力緩和構造は、前記第1長さの変動に対して、前記固定位置における応力の値の変動量が飽和する値に設定された前記第1長さを有してもよい。   The stress relaxation structure may have the first length set to a value at which a variation amount of the stress value at the fixed position is saturated with respect to the variation of the first length.

応力緩和構造によって、ミラー部と揺動部分との固定位置における応力が緩和される。このとき、応力緩和構造が小さすぎると、ミラー部と揺動部分との固定位置に働く応力を十分に低減できない可能性がある。そこで、応力緩和構造の第1長さは、第1長さの変動に対して固定位置における応力の値の変動量が飽和する値に設定される。従って、ミラー部と揺動部分との固定位置に働く応力の低減が十分に可能となる。   Due to the stress relaxation structure, the stress at the fixed position between the mirror portion and the swinging portion is relaxed. At this time, if the stress relaxation structure is too small, there is a possibility that the stress acting on the fixed position between the mirror portion and the swinging portion cannot be sufficiently reduced. Therefore, the first length of the stress relaxation structure is set to a value at which the amount of change in the stress value at the fixed position is saturated with respect to the change in the first length. Accordingly, it is possible to sufficiently reduce the stress acting on the fixed position between the mirror portion and the swinging portion.

また、前記応力緩和構造は、前記揺動部分の前記第2方向における長さに対する前記第1長さの比が0.4以上1以下となるように形成されてもよい。   The stress relaxation structure may be formed such that a ratio of the first length to a length of the swinging portion in the second direction is 0.4 or more and 1 or less.

応力緩和構造の第1長さが変化すると、ミラー部と揺動部分との固定位置に働く応力が変化する。後記する図5に示されるように、揺動部分の第2方向における長さに対する第1長さの比が「0」(応力緩和構造が存在しない場合)から大きくなるに従い、ミラー部と揺動部分との固定位置に働く応力が減少する。そして、揺動部分の第2方向における長さに対する第1長さの比が「0.4」以上では、応力の減少は緩やかになる。従って、揺動部分の第2方向における長さに対する第1長さの比が「0.4」以上「1」以下となるように応力緩和構造を形成することで、ミラー部と揺動部分との固定位置に働く応力の低減が十分に可能となる。   When the first length of the stress relaxation structure changes, the stress acting on the fixed position between the mirror portion and the swinging portion changes. As shown in FIG. 5 to be described later, as the ratio of the first length to the length in the second direction of the oscillating portion increases from “0” (when there is no stress relaxation structure), the oscillating portion and the oscillating portion The stress acting on the fixed position with the part is reduced. When the ratio of the first length to the length in the second direction of the oscillating portion is “0.4” or more, the decrease in stress becomes gradual. Therefore, by forming the stress relaxation structure so that the ratio of the first length to the length in the second direction of the swinging portion is “0.4” or more and “1” or less, the mirror portion, the swinging portion, It is possible to sufficiently reduce the stress acting on the fixed position.

さらに、前記応力緩和構造は、前記第1長さの変動に対して、前記光スキャナの共振周波数の値が飽和する値に設定された前記第1長さを有してもよい。   Furthermore, the stress relaxation structure may have the first length set to a value at which a value of a resonance frequency of the optical scanner is saturated with respect to a variation in the first length.

応力緩和構造が大きくなると、揺動部分の質量が増加することにより、揺動部分が揺動する際の慣性モーメントが増加する。慣性モーメントの増加は、共振周波数の低下に繋がる。そこで、応力緩和構造の第1長さは、第1長さの変動に対して揺動部分の揺動における共振周波数の値が飽和する値に設定される。従って、応力緩和構造によってミラー部と揺動部分との固定位置に働く応力の低減を行う際に、共振周波数の低下が防止できる。   When the stress relaxation structure becomes large, the mass of the oscillating portion increases, so that the moment of inertia when the oscillating portion oscillates increases. An increase in the moment of inertia leads to a decrease in the resonance frequency. Therefore, the first length of the stress relaxation structure is set to a value at which the value of the resonance frequency in the oscillation of the oscillation portion is saturated with respect to the variation in the first length. Therefore, when the stress acting on the fixed position between the mirror portion and the swinging portion is reduced by the stress relaxation structure, it is possible to prevent the resonance frequency from being lowered.

さらに、前記応力緩和構造は、前記揺動部分の前記第2方向における長さに対する前記第1長さの比が0.6以下となるように形成されてもよい。   Furthermore, the stress relaxation structure may be formed such that a ratio of the first length to a length of the swinging portion in the second direction is 0.6 or less.

応力緩和構造の第1長さが変化すると、光スキャナの共振周波数の値が変化する。後記する図6に示されるように、揺動部分の第2方向における長さに対する第1長さの比が「0」(応力緩和構造が存在しない場合)から「0.6」程度までは、共振周波数の値は略一定となる。一方、揺動部分の第2方向における長さに対する第1長さの比が「0.6」より大きい場合、揺動部分の第2方向における長さに対する第1長さの比が増加するに伴い、共振周波数の値は減少する。従って、揺動部分の第2方向における長さに対する第1長さの比が「0.6」以下となるように応力緩和構造を形成することで、応力緩和構造によってミラー部と揺動部分との固定位置に働く応力の低減を行う際に、共振周波数の低下が防止できる。   When the first length of the stress relaxation structure changes, the value of the resonance frequency of the optical scanner changes. As shown in FIG. 6 to be described later, when the ratio of the first length to the length in the second direction of the swinging portion is from “0” (when no stress relaxation structure is present) to about “0.6”, The value of the resonance frequency is substantially constant. On the other hand, when the ratio of the first length to the length in the second direction of the swinging portion is larger than “0.6”, the ratio of the first length to the length in the second direction of the swinging portion increases. Along with this, the value of the resonance frequency decreases. Therefore, by forming the stress relaxation structure so that the ratio of the first length to the length in the second direction of the swinging portion is “0.6” or less, the mirror portion and the swinging portion are separated by the stress relaxation structure. When the stress acting on the fixed position is reduced, the resonance frequency can be prevented from lowering.

さらに、前記ミラー部は、前記構造体の材質と線膨張率の異なる材質によって構成され、デュロメータ硬度がD65以下となる熱硬化性接着剤を用いて、前記揺動部分の一方の面に固定されてもよい。   Further, the mirror part is made of a material having a linear expansion coefficient different from that of the structure, and is fixed to one surface of the swinging part using a thermosetting adhesive having a durometer hardness of D65 or less. May be.

これによれば、ミラー部は、構造体の材質と線膨張率の異なる材質によって構成される。ミラー部と揺動部分とが熱硬化性接着剤で固定される場合、接着剤の硬化時に熱が印加される。ミラー部と構造体との線膨張係数が異なるため、両者が加熱された状態で接着剤によって固定されると、常温に戻った際に線膨張係数の差に起因して両者の縮小量に差が生じる。この縮小量の差によって、応力がミラー部に発生する。この応力によって、ミラー部に静的歪みが発生する。ミラー部の静的歪みの量が大きくなると、入射光が反射される際に入射光の波面が乱れ、光学性能の低下に繋がる。そのため、ミラー部の静的歪みの量は小さいほどよい。後記する図7に示されるように、接着剤のデュロメータ硬度が高くなるほど、ミラー部130の変形量(=静的歪み)が大きくなる。図7から明らかに、接着剤のデュロメータ硬度がD65よりも大きい場合、ミラー部に変形が生じる。一方で、接着剤のデュロメータ硬度がD65以下の場合、ミラー部に変形は殆ど生じない。従って、デュロメータ硬度がD65以下となる熱硬化性接着剤を用いてミラー部が揺動部分の一方の面に固定されることで、ミラー部の静的歪みを抑えることが可能となる。   According to this, a mirror part is comprised with the material from which the material of a structure differs from a linear expansion coefficient. When the mirror part and the swinging part are fixed with a thermosetting adhesive, heat is applied when the adhesive is cured. Because the linear expansion coefficients of the mirror and the structure are different, if they are fixed with an adhesive in a heated state, the difference in reduction amount between the two due to the difference in linear expansion coefficients when returning to room temperature. Occurs. Stress is generated in the mirror portion by the difference in the reduction amount. Due to this stress, static distortion occurs in the mirror portion. If the amount of static distortion of the mirror portion increases, the wavefront of the incident light is disturbed when the incident light is reflected, leading to a decrease in optical performance. Therefore, the smaller the amount of static distortion of the mirror part, the better. As shown in FIG. 7 to be described later, as the durometer hardness of the adhesive increases, the deformation amount (= static strain) of the mirror portion 130 increases. As apparent from FIG. 7, when the durometer hardness of the adhesive is larger than D65, the mirror portion is deformed. On the other hand, when the durometer hardness of the adhesive is D65 or less, the mirror portion hardly deforms. Therefore, it is possible to suppress static distortion of the mirror part by fixing the mirror part to one surface of the swinging part using a thermosetting adhesive having a durometer hardness of D65 or less.

さらに、前記揺動部分の他方の面と、前記揺動部分の一方の面であって前記ミラー部から離間した位置との少なくとも一方に設けられ、前記構造体の共振周波数を調整する質量片をさらに備えてもよい。   Further, a mass piece provided on at least one of the other surface of the oscillating portion and a position on one surface of the oscillating portion and spaced from the mirror portion, for adjusting the resonance frequency of the structure. Further, it may be provided.

これによれば、光スキャナの共振周波数を調整する質量片が、揺動部分の他方の面と、揺動部分の一方の面であってミラー部から離間した位置との少なくとも一方に設けられる。従って、質量片がミラー部への入射光を遮蔽することなく、光スキャナの共振周波数を調整できる。   According to this, the mass piece for adjusting the resonance frequency of the optical scanner is provided on at least one of the other surface of the oscillating portion and a position on one surface of the oscillating portion spaced from the mirror portion. Therefore, the resonance frequency of the optical scanner can be adjusted without the mass piece blocking the incident light to the mirror portion.

上記課題を解決するために、本発明の他の側面は、上記した何れかの光スキャナを準備する準備工程と、前記光スキャナの共振周波数の値を決定する振動数決定工程と、前記決定工程において決定された前記共振周波数の値と、目標とする共振周波数の値とに基づいて、前記質量片が設けられる前記揺動部分上の位置を決定する位置決定工程と、前記位置決定工程において決定された前記揺動部分上の位置に対して、前記質量片を付加する付加工程とを備えることを特徴とする光スキャナの製造方法である。   In order to solve the above-mentioned problem, another aspect of the present invention provides a preparation step for preparing any one of the optical scanners described above, a frequency determination step for determining a resonance frequency value of the optical scanner, and the determination step. A position determining step for determining a position on the swinging portion where the mass piece is provided based on the value of the resonance frequency determined in step 1 and the value of the target resonance frequency, and determination in the position determining step And an additional step of adding the mass piece to the position on the oscillating portion.

これにより、準備された光スキャナの共振周波数を、目標とする共振周波数に合わせこむことができる。   Thereby, the resonance frequency of the prepared optical scanner can be adjusted to the target resonance frequency.

本発明によれば、補強部を有する光スキャナにおいて光スキャナの駆動時間に依存して共振周波数が低下することを防止可能な光スキャナと、その光スキャナの製造方法とが提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical scanner which can prevent that a resonant frequency falls according to the drive time of an optical scanner in an optical scanner which has a reinforcement part, and the manufacturing method of the optical scanner are provided.

第1実施形態に係る光スキャナ100の斜視図。1 is a perspective view of an optical scanner 100 according to a first embodiment. 比較例に係る光スキャナ500の斜視図。The perspective view of the optical scanner 500 which concerns on a comparative example. 応力緩和構造111aを有する場合(実施形態)と、有さない場合(比較例)とにおける、測定回数ごとの共振周波数の変化を説明する図。The figure explaining the change of the resonant frequency for every measurement frequency in the case where it has stress relaxation structure 111a (embodiment), and the case where it does not have (comparative example). 光スキャナ100の平面図。2 is a plan view of the optical scanner 100. FIG. 応力緩和構造111aの左右及び前後方向の幅を変化させた場合における、ミラー部130と揺動部分111との固定位置における応力の変化を説明する図。The figure explaining the change of the stress in the fixed position of the mirror part 130 and the rocking | fluctuation part 111 when changing the width | variety of the left-right and the front-back direction of the stress relaxation structure 111a. 応力緩和構造111aの左右及び前後方向の幅を変化させた場合における、光スキャナ100の共振周波数の変化を説明する図。The figure explaining the change of the resonant frequency of the optical scanner 100 when changing the width | variety of the left-right and front-back direction of the stress relaxation structure 111a. ミラー部130と揺動部分111とを固定する熱硬化性接着剤のデュロメータ硬度を変化させた場合における、ミラー部130の変形量の変化を説明する図。The figure explaining the change of the deformation amount of the mirror part 130 when changing the durometer hardness of the thermosetting adhesive which fixes the mirror part 130 and the rocking | fluctuation part 111. FIG. 光スキャナ100の共振周波数を調整する工程を説明する図。The figure explaining the process of adjusting the resonant frequency of the optical scanner. 光スキャナ100の作成工程を説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining a manufacturing process of the optical scanner 100. (A)目標共振周波数と光スキャナ100の共振周波数との差分に対し、質量片140の付加量及び付加位置とを対応付けたテーブル、(B)光スキャナ100における質量片140の付加位置を説明する図。(A) A table in which the addition amount and the addition position of the mass piece 140 are associated with the difference between the target resonance frequency and the resonance frequency of the optical scanner 100, and (B) the addition position of the mass piece 140 in the optical scanner 100 is described. To do. 第2実施形態に係る光スキャナ200の斜視図。The perspective view of the optical scanner 200 which concerns on 2nd Embodiment. 光スキャナ200の平面図。The top view of the optical scanner 200. FIG. 応力緩和構造211aの前後方向の幅を変化させた場合における、ミラー部130と揺動部分211との固定位置における応力の変化を説明する図。The figure explaining the change of the stress in the fixed position of the mirror part 130 and the rocking | fluctuation part 211 when the width | variety of the front-back direction of the stress relaxation structure 211a is changed. 応力緩和構造211aの前後方向の幅を変化させた場合における、光スキャナ200の共振周波数の変化を説明する図。The figure explaining the change of the resonant frequency of the optical scanner 200 when changing the width | variety of the front-back direction of the stress relaxation structure 211a.

<第1実施形態>
[光スキャナ100の構成]
以下に図面を参照しつつ、本発明の一側面を反映した第1実施形態を示す。図1に示されるように、光スキャナ100は、構造体110と、台座120とを有する。ミラー部130は、圧電素子114によって、第1軸線sを中心軸として揺動する。この揺動によって、ミラー部130に入射した光は走査される。
<First Embodiment>
[Configuration of Optical Scanner 100]
A first embodiment reflecting one aspect of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the optical scanner 100 includes a structure 110 and a pedestal 120. The mirror unit 130 is swung around the first axis s by the piezoelectric element 114. By this swinging, the light incident on the mirror unit 130 is scanned.

構造体110は、前後方向に平行な一対の短辺と、左右方向に平行な一対の長辺とから構成される、平面視矩形の板状構造である。なお、前後方向は第1軸線sに平行である。構造体110は、揺動部分111、一対の捩れ梁部分112、本体部分113を有する。本体部分113の一方の面(例えば、上面)には、圧電素子114が設けられる。本実施形態では、構造体110は、ステンレスやチタンなどの金属材料によって構成される。但し、構造体110は、シリコンなどの半導体材料によって形成されてもよい。なお、構造体110は、図1において、前後左右面に平行である。また、構造体110の前後方向、左右方向、上下方向のサイズは、例えば、それぞれ20mm、30mm、0.1mm程度である。   The structure 110 is a plate-like structure having a rectangular shape in plan view, which includes a pair of short sides parallel to the front-rear direction and a pair of long sides parallel to the left-right direction. Note that the front-rear direction is parallel to the first axis s. The structure 110 includes a swinging portion 111, a pair of torsion beam portions 112, and a main body portion 113. A piezoelectric element 114 is provided on one surface (for example, the upper surface) of the main body portion 113. In the present embodiment, the structure 110 is made of a metal material such as stainless steel or titanium. However, the structure 110 may be formed of a semiconductor material such as silicon. The structure 110 is parallel to the front, rear, left and right surfaces in FIG. Moreover, the size of the structure 110 in the front-rear direction, the left-right direction, and the up-down direction is, for example, about 20 mm, 30 mm, and 0.1 mm, respectively.

揺動部分111の上面には、レーザ等の光を反射するミラー部130が固定される。平面視矩形のミラー部130は、サファイヤやダイヤモンドなどの誘電体によって構成される。そのため、ミラー部130は、揺動部分111と線膨張率が異なる。ミラー部130の上面又は下面には、レーザ等の光を反射するために、スパッタリングや蒸着などの方法で金属薄膜が成膜される。揺動部分111とミラー部130との固定は、例えばエポキシ系、フェノール系、シリコン系などの熱硬化性接着剤によって行われる。揺動部分111及びミラー部130は、第1軸線sに対して線対称に設けられる。   A mirror portion 130 that reflects light such as a laser is fixed on the upper surface of the swinging portion 111. The mirror part 130 having a rectangular shape in plan view is made of a dielectric material such as sapphire or diamond. Therefore, the mirror part 130 has a linear expansion coefficient different from that of the swinging part 111. A metal thin film is formed on the upper surface or lower surface of the mirror unit 130 by a method such as sputtering or vapor deposition in order to reflect light such as laser. The swinging part 111 and the mirror part 130 are fixed with, for example, an epoxy-based, phenol-based, or silicon-based thermosetting adhesive. The swinging part 111 and the mirror part 130 are provided symmetrically with respect to the first axis s.

揺動部分111は、ミラー部130と揺動部分111との固定位置における応力を緩和する応力緩和構造111aを含む。応力緩和構造111aは、揺動部分111と一対の捩れ梁部分112との接続位置に設けられる。換言すれば、応力緩和構造111aは、揺動部分111から、第1方向の一例である前後方向に延出する。応力緩和構造111aの左右方向の幅は、一対の捩れ梁部分112の左右方向の幅よりも大きい。応力緩和構造111aは左右方向に幅広に構成されるので、前後方向の単位長さ辺りの面積に着目すると、応力緩和構造111aの前後方向の単位長さ辺りの面積は、一対の捩れ梁部分112の前後方向の単位長さ辺りの面積よりも大きい。具体的には、応力緩和構造111aは、第1辺と第2辺とを有する平面視矩形に形成される。第1辺は、揺動部分111から前後方向に沿って延出する辺である。第2辺は、第1辺の揺動部分111と反対側の端部に接続され、左右に沿って一対の捩れ梁112に向かって伸長する辺である。そして、応力緩和構造111aは、孔などの空隙を有さずに、連続体として、揺動部分111と一対の捩れ梁部分112とを繋ぐ。応力緩和構造111aは、第1軸線sが一対の捩れ梁部分112の中心線に十分一致するように、線対称に形成される。なお、ミラー部130と揺動部分111との固定位置とは、前後方向において、ミラー部130が上面に載っていない揺動部分111の位置と、ミラー部130が上面に載っている揺動部分111の位置との境界部分に対応する。また、揺動部分111と一対の捩れ梁部分112との接続位置とは、前後方向において、一対の捩れ梁部分112の左右方向の幅が拡がる部分、即ち、揺動部分111と一対の捩れ梁部分112との接続位置との境界部分に対応する。   The swing part 111 includes a stress relaxation structure 111 a that relaxes stress at a fixed position between the mirror part 130 and the swing part 111. The stress relaxation structure 111 a is provided at a connection position between the swinging portion 111 and the pair of torsion beam portions 112. In other words, the stress relaxation structure 111a extends from the swinging portion 111 in the front-rear direction, which is an example of the first direction. The width in the left-right direction of the stress relaxation structure 111a is larger than the width in the left-right direction of the pair of torsion beam portions 112. Since the stress relaxation structure 111a is configured to be wide in the left-right direction, paying attention to the area per unit length in the front-rear direction, the area per unit length in the front-rear direction of the stress relaxation structure 111a is equal to the pair of torsion beam portions 112. Larger than the area per unit length in the front-rear direction. Specifically, the stress relaxation structure 111a is formed in a rectangular shape in plan view having a first side and a second side. The first side is a side extending from the swinging portion 111 along the front-rear direction. The second side is a side that is connected to the end of the first side opposite to the swinging portion 111 and extends toward the pair of torsion beams 112 along the left and right sides. And the stress relaxation structure 111a connects the rocking | swiveling part 111 and a pair of torsion beam part 112 as a continuous body, without having gaps, such as a hole. The stress relaxation structure 111 a is formed in line symmetry so that the first axis s sufficiently matches the center line of the pair of torsion beam portions 112. The fixed position between the mirror part 130 and the swing part 111 is the position of the swing part 111 where the mirror part 130 does not rest on the upper surface and the swing part where the mirror part 130 rests on the upper surface in the front-rear direction. This corresponds to the boundary portion with the position 111. The connection position between the swinging portion 111 and the pair of torsion beam portions 112 is a portion where the width in the left-right direction of the pair of torsion beam portions 112 expands in the front-rear direction, that is, the swinging portion 111 and the pair of torsion beams. This corresponds to the boundary portion with the connection position with the portion 112.

一対の捩れ梁部分112の一端は、揺動部分111の前後方向における両側にそれぞれ連結される。一対の捻れ梁部分112は、前後方向に平行に揺動部分111から延出する。ここで、第1軸線sは、一対の捩れ梁部分112の中心を通る。一対の捩れ梁部分112によって、揺動部分111は、第1軸線s回りに揺動可能に弾性的に支持される。つまり、一対の捩れ梁部分112は、揺動部分111を第1軸線s回りに揺動可能に支持するトーションバーとしての役割を持っている。   One end of the pair of torsion beam portions 112 is connected to both sides of the swinging portion 111 in the front-rear direction. The pair of torsion beam portions 112 extends from the swinging portion 111 in parallel to the front-rear direction. Here, the first axis s passes through the centers of the pair of torsion beam portions 112. The swinging portion 111 is elastically supported by the pair of torsion beam portions 112 so as to be swingable about the first axis s. That is, the pair of torsion beam portions 112 has a role as a torsion bar that supports the swinging portion 111 so as to be swingable about the first axis s.

本体部分113は、一対の捩れ梁部112の他端に連結され、揺動部分111から離間し、且つ第1軸線sに交差する方向に延出する。本実施形態では、本体部分113は、一対の捩れ梁部112との連結部分から左右方向の両側へと延出する。本体部分113は、被固定部分113aを有する。被固定部分113aは、一対の捩れ梁部分112及び揺動部分111を挟んで、一対設けられる。本実施形態では、本体部分113の前後方向における端部に、左右方向に沿って矩形の貫通孔Aが一対設けられる。前後方向において、この貫通孔Aよりも揺動部分111から遠い位置に存在する本体部分の領域が、被固定部分113aである。この被固定部分113aにおいて、構造体110と台座120とが固定される。   The main body portion 113 is connected to the other end of the pair of torsion beam portions 112, is separated from the swinging portion 111, and extends in a direction intersecting the first axis s. In the present embodiment, the main body portion 113 extends from the connecting portion with the pair of torsion beam portions 112 to both sides in the left-right direction. The main body portion 113 has a fixed portion 113a. A pair of fixed portions 113a is provided with a pair of torsion beam portions 112 and a swinging portion 111 interposed therebetween. In the present embodiment, a pair of rectangular through holes A are provided along the left-right direction at the ends of the main body portion 113 in the front-rear direction. A region of the main body portion that is located farther from the swinging portion 111 than the through hole A in the front-rear direction is the fixed portion 113a. In this fixed portion 113a, the structure 110 and the pedestal 120 are fixed.

本体部分113の上面には、駆動部としての圧電素子114が設けられる。圧電素子114は、本体部分113の前後方向おける中間位置であって、左右方向における両端部に、一対設けられる。圧電素子114は、例えば、厚さ30μm〜100μmの平板状に成形されたチタン酸ジルコン酸鉛などの圧電材料の両面に対して、電極層として金や白金等を0.2μm〜0.6μm積層することで形成される。圧電素子114と本体部分113とは、導電性接着剤で接着される。そして、圧電素子114の上面に、ワイヤボンディングなどで金などの金属細線(非図示)が接続される。   A piezoelectric element 114 as a driving unit is provided on the upper surface of the main body portion 113. A pair of piezoelectric elements 114 is provided at both ends in the left-right direction, which is an intermediate position in the front-rear direction of the main body portion 113. For example, the piezoelectric element 114 is formed by laminating 0.2 μm to 0.6 μm of gold, platinum, or the like as an electrode layer on both surfaces of a piezoelectric material such as lead zirconate titanate formed into a flat plate having a thickness of 30 μm to 100 μm. It is formed by doing. The piezoelectric element 114 and the main body portion 113 are bonded with a conductive adhesive. A thin metal wire (not shown) such as gold is connected to the upper surface of the piezoelectric element 114 by wire bonding or the like.

応力緩和構造111aの上面には、質量片140が設けられる。質量片140は、第1軸線sに対して線対称となる位置に設けられる。質量片140は、第1軸線sを中心とした、揺動部分111の揺動時の慣性モーメントを増加させる機能を有する。質量片140が設けられる位置は、応力緩和構造111aの上面に限定されない。慣性モーメントを調整することで、光スキャナ100の共振周波数が所望の値となるように、質量片140が設けられる位置は適宜変更される。なお、質量片140は、アクリル系,エポキシ系,シリコン系等の接着剤が用いられてよい。質量片140の比重上昇や密着性向上のため、これらの接着剤に対して添加物が付加されてもよい。また、質量片140は、紫外線、加熱、湿度等の印加によって硬化される。なお、揺動部111の熱による歪や、工程の最適化を考慮すると、紫外線硬化型の接着剤が質量片140として用いられるのが望ましい。   A mass piece 140 is provided on the upper surface of the stress relaxation structure 111a. The mass piece 140 is provided at a position that is line-symmetric with respect to the first axis s. The mass piece 140 has a function of increasing the moment of inertia when the swinging portion 111 swings around the first axis s. The position where the mass piece 140 is provided is not limited to the upper surface of the stress relaxation structure 111a. By adjusting the moment of inertia, the position where the mass piece 140 is provided is appropriately changed so that the resonance frequency of the optical scanner 100 becomes a desired value. The mass piece 140 may be made of an acrylic, epoxy, or silicon adhesive. Additives may be added to these adhesives in order to increase the specific gravity of the mass piece 140 and improve adhesion. Further, the mass piece 140 is cured by applying ultraviolet rays, heating, humidity, or the like. In consideration of heat distortion of the swinging part 111 and optimization of the process, it is desirable to use an ultraviolet curable adhesive as the mass piece 140.

台座120は、左右方向に伸びる一対の柱状部材で構成される。台座120は、構造体110の被固定部分113aの下面に固定される。台座120の前後方向の幅は、被固定部分113aの前後方向の幅と同一又はそれ以下に設定される。台座120の上下方向の厚みは、構造体110の上下方向の厚みに比べて十分に大きく、例えば1mm程度である。そのため、構造体110が揺動しても、台座120は、殆ど変形しない。換言すれば、光スキャナ100が駆動される場合、被固定部分113aは台座120と一体として殆ど変形せず、一対の貫通孔Aの前後方向における内側の構造体110の部分が揺動する。台座120は、例えば、ステンレス等の金属材料によって構成される。   The pedestal 120 is composed of a pair of columnar members extending in the left-right direction. The pedestal 120 is fixed to the lower surface of the fixed portion 113a of the structure 110. The width in the front-rear direction of the pedestal 120 is set equal to or less than the width in the front-rear direction of the fixed portion 113a. The vertical thickness of the pedestal 120 is sufficiently larger than the vertical thickness of the structure 110, for example, about 1 mm. Therefore, even if the structure 110 swings, the pedestal 120 hardly deforms. In other words, when the optical scanner 100 is driven, the fixed portion 113a is hardly deformed integrally with the pedestal 120, and the portion of the inner structure 110 in the front-rear direction of the pair of through holes A swings. The pedestal 120 is made of a metal material such as stainless steel, for example.

[光スキャナ100の駆動]
構造体110は金属で形成されるので、構造体110と圧電素子114の上面に接続された金属細線との間に電圧を印加することで、圧電素子114を変形させることが可能となる。右側に設けられる圧電素子114と左側に設けられる圧電素子114とには、逆位相となるように交流電圧(駆動信号)がそれぞれ印加される。この交流電圧の周波数が、光スキャナ100の共振周波数に相当する場合、圧電素子114の変形に伴い、本体部分114に板波が励起される。この板波が、本体部分113及び一対の捩れ梁部分112を介して揺動部分111に伝達されることで、揺動部分111は、所定の共振周波数において第1軸線s回りに揺動する。ここで、構造体110は、被固定部分113aにおいて台座120に固定され、被固定部分113aに挟まれる本体部分113は、台座120によって宙に浮いた状態となっている。そのため、光スキャナ100の駆動時に、本体部分113は上下方向に変位する。しかし、捩れ梁部分112は、本体部分113の振動の節となる位置に設けられるので、本体部分113が上下方向に変位しても、捩れ梁部分112は、上下方向への変位が抑制される。なお、交流電圧の周波数は、光スキャナ100の共振周波数に厳密に一致しなくても差し支えない。光スキャナ100のQ値に応じて、交流電圧の周波数は、光スキャナ100の共振周波数からオフセットされても差し支えない。
[Driving of optical scanner 100]
Since the structure 110 is made of metal, the piezoelectric element 114 can be deformed by applying a voltage between the structure 110 and a metal thin wire connected to the upper surface of the piezoelectric element 114. An AC voltage (drive signal) is applied to the piezoelectric element 114 provided on the right side and the piezoelectric element 114 provided on the left side so as to be in opposite phases. When the frequency of the AC voltage corresponds to the resonance frequency of the optical scanner 100, a plate wave is excited in the main body portion 114 as the piezoelectric element 114 is deformed. The plate wave is transmitted to the swinging portion 111 via the main body portion 113 and the pair of torsion beam portions 112, so that the swinging portion 111 swings around the first axis s at a predetermined resonance frequency. Here, the structure 110 is fixed to the pedestal 120 at the fixed portion 113a, and the main body portion 113 sandwiched between the fixed portions 113a is in a state of being suspended in the air by the pedestal 120. Therefore, when the optical scanner 100 is driven, the main body portion 113 is displaced in the vertical direction. However, since the torsion beam portion 112 is provided at a position that becomes a vibration node of the main body portion 113, even if the main body portion 113 is displaced in the vertical direction, the torsion beam portion 112 is suppressed from being displaced in the vertical direction. . Note that the frequency of the AC voltage may not exactly match the resonance frequency of the optical scanner 100. Depending on the Q value of the optical scanner 100, the frequency of the AC voltage may be offset from the resonance frequency of the optical scanner 100.

[共振周波数の駆動時間依存性]
本発明では、ミラー部130を有する光スキャナ100において、応力緩和構造111aのおかげで、駆動時間に依存して共振周波数が低下することが防止される。応力緩和構造111aの効果を確認するため、比較例として、応力緩和構造111aを有さない光スキャナ500が作成された。
[Driving time dependence of resonance frequency]
In the present invention, in the optical scanner 100 having the mirror unit 130, the resonance frequency is prevented from being lowered depending on the driving time due to the stress relaxation structure 111a. In order to confirm the effect of the stress relaxation structure 111a, an optical scanner 500 having no stress relaxation structure 111a was created as a comparative example.

光スキャナ500は、光スキャナ100と比較して、構造体510の構成において異なる。より具体的には、揺動部分511に応力緩和構造111aが設けられていない点において、光スキャナ500は、光スキャナ100に相違する。換言すれば、光スキャナ500において、揺動部分511は、ミラー部130と平面視において同一形状に形成される。なお、光スキャナ500において、光スキャナ100と共通の構成は、光スキャナ100と同一の番号を付与することで、説明を省略する。   The optical scanner 500 is different from the optical scanner 100 in the structure of the structure 510. More specifically, the optical scanner 500 is different from the optical scanner 100 in that the stress relaxation structure 111 a is not provided in the swinging portion 511. In other words, in the optical scanner 500, the swinging part 511 is formed in the same shape as the mirror part 130 in plan view. In the optical scanner 500, the same components as those in the optical scanner 100 are assigned the same numbers as those in the optical scanner 100, and the description thereof is omitted.

図3を参照して、応力緩和構造111aの効果を説明する。図3における横軸は、光スキャナの共振周波数を測定した回数を表す。測定回数を重ねる度に、光スキャナの累積駆動時間は増加する。即ち、図3の横軸は、光スキャナの製造完了からの駆動時間に対応している。図3における縦軸は、各測定回数における共振周波数を、初回の共振周波数で除算した割合を示す。図3において、四角と実線で示されるデータは、光スキャナ100の実測データである。図3において、菱形と破線で示されるデータは、光スキャナ500の実測データである。   The effect of the stress relaxation structure 111a will be described with reference to FIG. The horizontal axis in FIG. 3 represents the number of times the resonance frequency of the optical scanner has been measured. Each time the measurement is repeated, the cumulative driving time of the optical scanner increases. That is, the horizontal axis in FIG. 3 corresponds to the drive time from the completion of the manufacture of the optical scanner. The vertical axis in FIG. 3 indicates a ratio obtained by dividing the resonance frequency at each number of measurements by the initial resonance frequency. In FIG. 3, data indicated by a square and a solid line is actually measured data of the optical scanner 100. In FIG. 3, data indicated by diamonds and broken lines is actually measured data of the optical scanner 500.

光スキャナ100の共振周波数は、測定回数を重ねても、殆ど変化しない。一方で、光スキャナ500の共振周波数は、測定回数を重ねるごとに、徐々に減少する。この結果から、応力緩和構造111aが設けられることによって、光スキャナ100においては、駆動時間に依存して共振周波数が低下することが防止されていることが分かる。   The resonance frequency of the optical scanner 100 hardly changes even if the number of measurements is repeated. On the other hand, the resonance frequency of the optical scanner 500 gradually decreases as the number of measurements is repeated. From this result, it can be seen that the resonance frequency is prevented from being lowered depending on the driving time in the optical scanner 100 by providing the stress relaxation structure 111a.

駆動時間に依存して共振周波数が低下する原因は、必ずしも明らかになっていない。ただ、前記したように、揺動部分が揺動する際に、揺動部分と一対の捩れ梁部分との接続位置に、最も応力が集中することは事実である。仮説として、この応力が揺動部分とミラー部との固定位置に作用することにより、揺動部分とミラー部との固定状態が変化すること(例えば接着剤の剥離など)が、駆動時間に依存して共振周波数が低下する原因の一つとして考えられる。   The reason why the resonance frequency decreases depending on the driving time is not necessarily clear. However, as described above, when the oscillating portion oscillates, it is a fact that stress is concentrated most at the connection position between the oscillating portion and the pair of torsion beam portions. As a hypothesis, the fact that this stress acts on the fixed position between the oscillating part and the mirror part changes the fixed state between the oscillating part and the mirror part (for example, peeling of the adhesive) depending on the driving time. Therefore, it is considered as one of the causes that the resonance frequency is lowered.

光スキャナ500では、揺動部分500とミラー部130との固定位置は、前後方向において、揺動部分111と一対の捩れ梁部分112との接続位置に一致する。そのため、光スキャナ500では、揺動部分511と一対の捩れ梁部分112との接続位置に働く応力は、そのままミラー部130と揺動部分111との固定部分に作用する。一方で、光スキャナ100では、応力緩和構造111aが設けられることで、ミラー部130と揺動部分111との固定位置が、揺動部分111と一対の捩れ梁部分112との接続位置から離間される。従って、ミラー部130と揺動部分111との固定位置に働く応力が低減され、ミラー部130と揺動部分111との固定状態の変化が防止される。その結果、応力緩和構造111aが設けられる光スキャナ100においては、駆動時間に依存した共振周波数の低下が防止される。   In the optical scanner 500, the fixed position of the swinging part 500 and the mirror part 130 matches the connection position of the swinging part 111 and the pair of torsion beam parts 112 in the front-rear direction. Therefore, in the optical scanner 500, the stress acting on the connection position between the swinging portion 511 and the pair of torsion beam portions 112 acts on the fixed portion between the mirror portion 130 and the swinging portion 111 as it is. On the other hand, in the optical scanner 100, by providing the stress relaxation structure 111a, the fixing position of the mirror part 130 and the swinging part 111 is separated from the connection position between the swinging part 111 and the pair of torsion beam parts 112. The Therefore, the stress acting on the fixed position between the mirror part 130 and the swinging part 111 is reduced, and a change in the fixed state between the mirror part 130 and the swinging part 111 is prevented. As a result, in the optical scanner 100 provided with the stress relaxation structure 111a, a decrease in the resonance frequency depending on the driving time is prevented.

[応力緩和構造111aの検討]
応力緩和構造111aが設けられる光スキャナ100においては、応力緩和構造111aが設けられない光スキャナ500と比較して、駆動時間に依存した共振周波数の低下が防止される。ここでは、応力緩和構造111aの望ましい形態を検討する。
[Examination of stress relaxation structure 111a]
In the optical scanner 100 provided with the stress relaxation structure 111a, a decrease in the resonance frequency depending on the driving time is prevented as compared with the optical scanner 500 not provided with the stress relaxation structure 111a. Here, the desirable form of the stress relaxation structure 111a is examined.

図4を用いて、応力緩和構造111aの形状を説明する。揺動部分111の左右方向における長さ及び応力緩和構造111aの左右方向における長さは、それぞれMx及びXと標記される。なお、揺動部分111の左右方向における長さとは、一対の捩れ梁部分112からの揺動部分111の左右方向における端部までの長さのことである。同様に、応力緩和構造111aの左右方向における長さとは、一対の捩れ梁部分112からの応力緩和構造111aの左右方向における端部までの長さ、換言すれば、第2辺の左右方向における長さのことである。揺動部分111の前後方向の長さは、Myと標記される。前後方向において、揺動部分111と一対の捩れ梁部分112との接続位置からの応力緩和構造111aの長さ、換言すれば、第1辺の前後方向における長さは、Yと標記される。以下、光スキャナ100と同様の構造体110の条件(外形及び材質)において、X及びYの値をシミュレーションによって変化させることで、応力緩和構造111aの望ましい形態を検討する。   The shape of the stress relaxation structure 111a will be described with reference to FIG. The length in the left-right direction of the swinging portion 111 and the length in the left-right direction of the stress relaxation structure 111a are denoted as Mx and X, respectively. Note that the length in the left-right direction of the swinging portion 111 is the length from the pair of torsion beam portions 112 to the end portion in the left-right direction of the swinging portion 111. Similarly, the length in the left-right direction of the stress relaxation structure 111a is the length from the pair of torsion beam portions 112 to the ends in the left-right direction of the stress relaxation structure 111a, in other words, the length in the left-right direction of the second side. That's it. The length of the oscillating portion 111 in the front-rear direction is denoted by My. In the front-rear direction, the length of the stress relaxation structure 111a from the connection position between the swinging portion 111 and the pair of torsion beam portions 112, in other words, the length in the front-rear direction of the first side is denoted as Y. Hereinafter, a desirable form of the stress relaxation structure 111a is examined by changing the values of X and Y by simulation under the same conditions (outer shape and material) of the structure 110 as the optical scanner 100.

先ず、図5を用いて、ミラー部130と揺動部分111との固定位置に働く応力に焦点を当てる。図5の縦軸は、ミラー部130と揺動部分111との固定位置に働く応力の大きさを示す。具体的には、図5の縦軸は、ある形状を有する応力緩和構造111aを備えた光スキャナ100におけるミラー部130と揺動部分111との固定位置に働く応力の値を、光スキャナ500におけるミラー部130と揺動部分511との固定位置に働く応力の値で除した割合を示す。図5の横軸は、Xの値をMxで除した割合を示す。図5において、Y/Myが「0」の場合、即ち応力緩和構造111aが存在しない光スキャナ500の場合が、菱形のプロットで示される。Y/Myが「0.21」、「0.42」「0.83」の場合は、四角と一点鎖線、三角と破線、丸と実線、でそれぞれ示される。   First, the stress acting on the fixed position between the mirror part 130 and the swinging part 111 will be focused on using FIG. The vertical axis in FIG. 5 indicates the magnitude of the stress acting on the fixed position between the mirror part 130 and the swing part 111. Specifically, the vertical axis in FIG. 5 represents the value of stress acting on the fixed position between the mirror portion 130 and the swinging portion 111 in the optical scanner 100 having the stress relaxation structure 111a having a certain shape. The ratio divided by the value of the stress acting on the fixed position between the mirror part 130 and the swinging part 511 is shown. The horizontal axis of FIG. 5 shows the ratio obtained by dividing the value of X by Mx. In FIG. 5, the case where Y / My is “0”, that is, the case of the optical scanner 500 in which the stress relaxation structure 111 a does not exist is shown by a rhombus plot. When Y / My is “0.21”, “0.42”, and “0.83”, they are indicated by a square and an alternate long and short dash line, a triangle and a broken line, and a circle and a solid line, respectively.

図5から明らかに、X/Mxの値が「0」から大きくなるに従い、ミラー部130と揺動部分111との固定位置に働く応力が減少する。そして、X/Mxの値がある値以上の場合、応力の減少傾向が緩やかになる。具体的には、Y/Myが「0.21」の場合、X/Mxの値が「0.2」未満の領域では、X/Mxの値の増加に伴い応力の値は減少する。そして、X/Mxの値が「0.2」以上の領域では、応力の値は、X/Mxに関らずほぼ一定となる。Y/Myが「0.42」の場合、X/Mxの値が「0.4」未満の領域では、X/Mxの値の増加に伴い応力の値は減少する。そして、X/Mxの値が「0.4」以上の領域では、応力の値はX/Mxに関らずほぼ一定となる。Y/Myが「0.83」の場合、X/Mxの値が「0.5」未満の領域では、X/Mxの値の増加に伴い応力の値は減少する。そして、X/Mxの値が「0.5」以上の領域では、応力の減少傾向が緩やかになる。Y/Myの値が大きくなるほど、応力の減少傾向が緩やかになるX/Mxの値は大きくなる傾向にある。しかし、図5を概して見た場合、全体的な傾向として、X/Mxの値が「0.4」以上の場合、応力の減少傾向が飽和していると言える。即ち、X/Mxの値を、X/Mxの値の変動に対して、応力の値の変動量が飽和する値に設定することで、ミラー部130と揺動部分111との固定位置に働く応力の低減が十分に可能となる。応力の値の変動量が飽和する値とは、例えば、X/Mxの値が「0.4」以上「1」以下の範囲である。   As apparent from FIG. 5, as the value of X / Mx increases from “0”, the stress acting on the fixed position between the mirror portion 130 and the swinging portion 111 decreases. And when the value of X / Mx is a certain value or more, the decreasing tendency of the stress becomes moderate. Specifically, when Y / My is “0.21”, the stress value decreases as the value of X / Mx increases in the region where the value of X / Mx is less than “0.2”. And in the area | region where the value of X / Mx is "0.2" or more, the value of stress becomes substantially constant irrespective of X / Mx. When Y / My is “0.42,” the stress value decreases as the value of X / Mx increases in the region where the value of X / Mx is less than “0.4”. In the region where the value of X / Mx is “0.4” or more, the stress value is almost constant regardless of X / Mx. When Y / My is “0.83”, in the region where the value of X / Mx is less than “0.5”, the value of stress decreases as the value of X / Mx increases. And in the area | region where the value of X / Mx is "0.5" or more, the decreasing tendency of stress becomes loose. As the value of Y / My increases, the value of X / Mx, at which the stress decreasing tendency becomes gentle, tends to increase. However, when FIG. 5 is viewed generally, it can be said that, as an overall trend, when the value of X / Mx is “0.4” or more, the decreasing tendency of stress is saturated. That is, by setting the value of X / Mx to a value that saturates the amount of fluctuation of the stress value with respect to the fluctuation of the value of X / Mx, it acts on the fixed position between the mirror unit 130 and the swinging part 111. The stress can be sufficiently reduced. The value at which the fluctuation amount of the stress value is saturated is, for example, a range where the value of X / Mx is “0.4” or more and “1” or less.

次に、図6を用いて、光スキャナ100の共振周波数に焦点を当てる。図6の縦軸は、光スキャナ100の共振周波数の大きさを示す。具体的には、図6の縦軸は、ある形状を有する応力緩和構造111aを備えた光スキャナ100における共振周波数の値を、光スキャナ500における共振周波数の値で除した割合を示す。図6の横軸は、図5の場合と同様に、Xの値をMxで除した割合を示す。図6において、Y/Myのそれぞれの値に対して適用されるシンボルは、図5の場合と同様である。   Next, the resonance frequency of the optical scanner 100 will be focused on using FIG. The vertical axis of FIG. 6 indicates the magnitude of the resonance frequency of the optical scanner 100. Specifically, the vertical axis in FIG. 6 indicates a ratio obtained by dividing the value of the resonance frequency in the optical scanner 100 including the stress relaxation structure 111 a having a certain shape by the value of the resonance frequency in the optical scanner 500. The horizontal axis of FIG. 6 shows the ratio obtained by dividing the value of X by Mx, as in the case of FIG. In FIG. 6, the symbols applied to the respective values of Y / My are the same as those in FIG.

図6から明らかに、X/Mxの値が「0」から大きくなるに従い、光スキャナ100の共振周波数が減少する。具体的には、X/Mxの値がある値以下では、共振周波数は略一定に振舞う。そして、X/Mxの値がある値を超えると、共振周波数はX/Mxの増加に伴い減少に転じる。具体的には、Y/Myが「0.21」の場合、X/Mxの値が「0.6」以下の領域では、共振周波数の値はX/Mxに関らずほぼ一定となる。そして、X/Mxの値が「0.6」を超える領域では、X/Mxの増加に伴い、共振周波数の値は若干減少する。Y/Myが「0.42」の場合、X/Mxの値が「0.6」以下の領域では、共振周波数の値はX/Mxに関らずほぼ一定となる。そして、X/Mxの値が「0.6」を超える領域では、X/Mxの増加に伴い、共振周波数の値は減少する。Y/Myが「0.83」の場合、X/Mxの値が「0.6」以下の領域では、共振周波数の値はX/Mxの増加にともない若干減少する。そして、X/Mxの値が「0.6」を超える領域では、X/Mxの増加に伴い、共振周波数の値は急激に減少する。Y/Myの値が大きくなるほど、X/Mxの値が「0.6」を超える領域における共振周波数の減少度合いは大きくなる。換言すれば、X/Mxの値が「0.6」以下の領域の場合、Y/Myの値に関らず、X/Mxの値の変動に対して、共振周波数の値は飽和していると言える。従って、X/Mxの値が「0.6」以下の場合、共振周波数の低下が防止できる。   As apparent from FIG. 6, the resonance frequency of the optical scanner 100 decreases as the value of X / Mx increases from “0”. Specifically, when the value of X / Mx is a certain value or less, the resonance frequency behaves substantially constant. When the value of X / Mx exceeds a certain value, the resonance frequency starts to decrease as X / Mx increases. Specifically, when Y / My is “0.21”, in the region where the value of X / Mx is “0.6” or less, the value of the resonance frequency is almost constant regardless of X / Mx. In the region where the value of X / Mx exceeds “0.6”, the value of the resonance frequency slightly decreases as X / Mx increases. When Y / My is “0.42,” in the region where the value of X / Mx is “0.6” or less, the value of the resonance frequency is almost constant regardless of X / Mx. Then, in the region where the value of X / Mx exceeds “0.6”, the value of the resonance frequency decreases as X / Mx increases. When Y / My is “0.83”, in the region where the value of X / Mx is “0.6” or less, the value of the resonance frequency slightly decreases as X / Mx increases. Then, in the region where the value of X / Mx exceeds “0.6”, the value of the resonance frequency rapidly decreases as X / Mx increases. As the value of Y / My increases, the degree of decrease in the resonance frequency in the region where the value of X / Mx exceeds “0.6” increases. In other words, in the region where the value of X / Mx is “0.6” or less, regardless of the value of Y / My, the value of the resonance frequency is saturated with respect to the variation of the value of X / Mx. I can say that. Therefore, when the value of X / Mx is “0.6” or less, a decrease in the resonance frequency can be prevented.

本実施形態では、揺動部分111とミラー部130との固定は、熱硬化性接着剤によって行われる。ミラー部130と構造体110との線膨張率が異なるので、硬化時の温度と常温との差によって熱膨張による変形量の差が生まれる。この変形量の差が応力となり、ミラー部130の静的歪みを引き起こす。ミラー部130の静的歪みの量が大きくなると、入射光が反射される際に入射光の波面が乱れ、光学性能の低下に繋がる。光スキャナ100の光学性能を維持するために、ここでは、接着剤の種類を検討する。   In this embodiment, the swinging part 111 and the mirror part 130 are fixed by a thermosetting adhesive. Since the linear expansion coefficients of the mirror unit 130 and the structure 110 are different, a difference in deformation due to thermal expansion is generated due to the difference between the temperature during curing and the normal temperature. The difference in the deformation amount becomes stress and causes static distortion of the mirror unit 130. When the amount of static distortion of the mirror unit 130 increases, the wavefront of the incident light is disturbed when the incident light is reflected, leading to a decrease in optical performance. In order to maintain the optical performance of the optical scanner 100, the type of adhesive will be considered here.

[ミラー部130の固定方法の検討]
図7を用いて、実測したミラー部130の変形量を、熱硬化性接着剤の硬度に着目して説明する。図7の縦軸は、熱硬化性接着剤の硬化によって変形したミラー部130の変形量の実測値を、硬化時の温度で除した割合である。熱膨張による変形量は温度に依存するため、硬化時の温度が高くなるほど、同じ接着剤を用いてもミラー部130の変形量は大きくなる。今回、接着剤の硬度によるミラー部130の変形量への影響を調べるため、ミラー部130の変形量を硬化時の温度で除することで、硬化時の温度の違いに起因するミラー部130の変形量の差を無くしている。図7の横軸は、硬化した熱硬化性接着剤のデュロメータ硬度である。なお、測定にはタイプDデュロメータを用いた。タイプDにおける値であることを示すため、図7の横軸の値は、数値の前に「D」を付与している。
[Examination of fixing method of mirror unit 130]
With reference to FIG. 7, the measured deformation amount of the mirror part 130 will be described by paying attention to the hardness of the thermosetting adhesive. The vertical axis in FIG. 7 represents a ratio obtained by dividing the actual measurement value of the deformation amount of the mirror portion 130 deformed by the curing of the thermosetting adhesive by the temperature at the time of curing. Since the amount of deformation due to thermal expansion depends on temperature, the higher the temperature during curing, the larger the amount of deformation of the mirror portion 130 even if the same adhesive is used. This time, in order to investigate the influence of the hardness of the adhesive on the deformation amount of the mirror portion 130, the deformation amount of the mirror portion 130 caused by the difference in temperature at the time of curing is obtained by dividing the deformation amount of the mirror portion 130 by the temperature at the time of curing. The difference in deformation is eliminated. The horizontal axis in FIG. 7 is the durometer hardness of the cured thermosetting adhesive. A type D durometer was used for the measurement. In order to indicate that the value is of type D, the value on the horizontal axis in FIG. 7 is given “D” before the numerical value.

図7から明らかに、熱硬化性接着剤のデュロメータ硬度が「D70」以上の領域では、デュロメータ硬度の値の増加に伴って、ミラー部130の変形量は増加する。一方で、熱硬化性接着剤のデュロメータ硬度が「D60」の場合は、ミラー部130に変形は生じない。この傾向は、熱硬化性接着剤のデュロメータ硬度が低い場合、硬化した接着剤が緩衝材の役割を果たし、ミラー部130と構造体110との線膨張率の差に起因する変形量の差を吸収するためと考えられる。即ち、デュロメータ硬度が「D65」以下の熱硬化性接着剤を用いた場合、接着剤の硬化によっては、ミラー部130に静的歪みは生じない。   Evidently from FIG. 7, in the area | region where the durometer hardness of a thermosetting adhesive is "D70" or more, the deformation amount of the mirror part 130 increases with the increase in the value of durometer hardness. On the other hand, when the durometer hardness of the thermosetting adhesive is “D60”, the mirror part 130 is not deformed. This tendency is that when the durometer hardness of the thermosetting adhesive is low, the cured adhesive serves as a buffer material, and the difference in deformation caused by the difference in linear expansion coefficient between the mirror part 130 and the structure 110 is reduced. It is thought to absorb. That is, when a thermosetting adhesive having a durometer hardness of “D65” or less is used, static distortion does not occur in the mirror portion 130 depending on the curing of the adhesive.

ミラーの静的歪みを防止する観点からは、硬化時にデュロメータ硬度の低い熱硬化接着剤、具体的には「D65」以下の熱硬化接着剤が、ミラー部130と揺動部分111との固定に用いられるのがよい。ここで、デュロメータ硬度の低い接着剤は、一般的に剥離強度が低い。仮に、応力緩和構造111aが設けられない光スキャナ500の場合、剥離強度の低い接着剤は、ミラー部130と揺動部分111との固定位置に集中する応力に耐え切れず、駆動時間の増加に伴い共振周波数の低下をより引き起こし易い。しかし、本実施形態では、応力緩和構造111aが設けられているため、ミラー部130と揺動部分111との固定位置に応力は集中しない。従って、接着剤の剥離強度を気にすることなく、ミラーの静的歪みを防止するために、デュロメータ硬度の低い接着剤の使用が可能となる。   From the viewpoint of preventing static distortion of the mirror, a thermosetting adhesive having a low durometer hardness at the time of curing, specifically, a thermosetting adhesive of “D65” or less is used to fix the mirror portion 130 and the swinging portion 111. Should be used. Here, the adhesive having low durometer hardness generally has low peel strength. In the case of the optical scanner 500 in which the stress relaxation structure 111a is not provided, the adhesive having a low peel strength cannot withstand the stress concentrated on the fixed position between the mirror portion 130 and the swinging portion 111, which increases the driving time. Accordingly, the resonance frequency is more likely to be lowered. However, in this embodiment, since the stress relaxation structure 111a is provided, stress is not concentrated at the fixed position between the mirror part 130 and the swinging part 111. Therefore, it is possible to use an adhesive having a low durometer hardness in order to prevent static distortion of the mirror without worrying about the peel strength of the adhesive.

[共振周波数の調整方法]
前記した光スキャナ100は、質量片140が設けられる位置を適切に選定することで、共振周波数の値を調整することが可能となる。以下、図8から図10を用いて、この調整方法を説明する。
[Resonance frequency adjustment method]
The optical scanner 100 described above can adjust the value of the resonance frequency by appropriately selecting the position where the mass piece 140 is provided. Hereinafter, this adjustment method will be described with reference to FIGS.

工程S11において、光スキャナ100が作成される。なお、工程S11の詳細は、図9を用いて後に説明される。   In step S11, the optical scanner 100 is created. Details of step S11 will be described later with reference to FIG.

工程S12において、作成された光スキャナ100の共振周波数が取得される。共振周波数は、光スキャナ100を実際に駆動することで実測を行う、光スキャナ100の形状に基づいて、予め定められた対応関係を利用することで決定する、などの方法で取得されてよい。共振周波数の実測は、例えばミラー部130に対して光を入射し、反射された走査光を検出することで行われる。具体例としては、走査光の移動する走査領域内に光センサが設けられ、走査光の受光に対応する出力が光センサから得られるタイミングに基づいて、共振周波数が決定される。一方、光スキャナ100の形状に基づく場合、例えば、揺動部分130や一対の捩れ梁部分112の設計値に対して、対応する共振周波数の値がシミュレーションや実測で求められる。そして、揺動部分130や一対の捩れ梁部分112のサイズの変化量に対する、共振周波数の変化量の値がシミュレーションや実測で求められる。このサイズの変化量と共振周波数の変化量との対応関係を用いて、構造体110のサイズの実測値から、光スキャナ100の共振周波数が決定される。   In step S12, the resonance frequency of the created optical scanner 100 is acquired. The resonance frequency may be acquired by a method of actually measuring the optical scanner 100 by actually driving the optical scanner 100, or determining the resonance frequency by using a predetermined correspondence relationship based on the shape of the optical scanner 100. The actual measurement of the resonance frequency is performed by, for example, making light incident on the mirror unit 130 and detecting the reflected scanning light. As a specific example, an optical sensor is provided in a scanning region in which the scanning light moves, and the resonance frequency is determined based on timing at which an output corresponding to reception of the scanning light is obtained from the optical sensor. On the other hand, when based on the shape of the optical scanner 100, for example, for the design values of the oscillating portion 130 and the pair of torsion beam portions 112, the corresponding resonance frequency value is obtained by simulation or actual measurement. Then, the value of the change amount of the resonance frequency with respect to the change amount of the size of the swinging portion 130 or the pair of torsion beam portions 112 is obtained by simulation or actual measurement. The resonance frequency of the optical scanner 100 is determined from the actual measurement value of the size of the structure 110 using the correspondence between the change amount of the size and the change amount of the resonance frequency.

工程S13において、所望の共振周波数の範囲と、工程S12において取得された光スキャナ100の共振周波数の値とが比較される。ここで、所望の共振周波数の範囲は、例えば光スキャナ100が組み込まれるプリンタやレーザディスプレイなどの製品の仕様に基づいて、予め決定されている。   In step S13, the range of the desired resonance frequency is compared with the value of the resonance frequency of the optical scanner 100 acquired in step S12. Here, the range of the desired resonance frequency is determined in advance based on the specifications of a product such as a printer or a laser display in which the optical scanner 100 is incorporated.

工程S14において、工程S13にて比較された結果に基づき、取得された光スキャナ100の共振周波数が、所望の共振周波数の範囲に含まれるか否かが判断される。光スキャナ100の共振周波数が所望の共振周波数の範囲に含まれる場合(S14:Yes)、その光スキャナ100は仕様を満たすため、工程S15においてOK判定がなされる。OK判定のなされた光スキャナ100は、製品として利用される。   In step S14, based on the result of the comparison in step S13, it is determined whether or not the acquired resonance frequency of the optical scanner 100 is included in a desired resonance frequency range. When the resonance frequency of the optical scanner 100 is included in the range of the desired resonance frequency (S14: Yes), the optical scanner 100 satisfies the specification, so an OK determination is made in step S15. The optical scanner 100 that has been determined to be OK is used as a product.

光スキャナ100の共振周波数が所望の共振周波数の範囲に含まない場合(S14:No)、工程S16において、光スキャナ100の共振周波数が所望の共振周波数の範囲よりも高いか否かが判断される。光スキャナ100の共振周波数が所望の共振周波数の範囲よりも高い場合(S16:Y)、工程S16にて、構造体110及び/又はミラー部130に対して質量片140が付加される。質量片140の付加位置及び付加量は、図10を用いて後に説明される。その後、質量片140を付加された光スキャナ100を用いて、工程S12以降が再度実行される。   If the resonance frequency of the optical scanner 100 is not included in the desired resonance frequency range (S14: No), it is determined in step S16 whether the resonance frequency of the optical scanner 100 is higher than the desired resonance frequency range. . When the resonance frequency of the optical scanner 100 is higher than the desired resonance frequency range (S16: Y), the mass piece 140 is added to the structure 110 and / or the mirror unit 130 in step S16. The additional position and additional amount of the mass piece 140 will be described later with reference to FIG. Thereafter, using the optical scanner 100 to which the mass piece 140 is added, step S12 and subsequent steps are executed again.

質量片140を付加することで、揺動部分111の慣性モーメントが上昇する。慣性モーメントの上昇は、光スキャナ100の共振周波数を低下させる。従って、質量片140の付加によっては、共振周波数を下げる調整のみが可能となる。そのため、光スキャナ100の共振周波数が所望の共振周波数の範囲よりも低い場合(S16:N)、調整が不可能であるため、NG判定がなされる(S18)。NG判定のなされた光スキャナ100は、不良品として、製品として利用されない。   By adding the mass piece 140, the moment of inertia of the swinging portion 111 increases. The increase in the moment of inertia decreases the resonance frequency of the optical scanner 100. Therefore, depending on the addition of the mass piece 140, only adjustment to lower the resonance frequency is possible. Therefore, when the resonance frequency of the optical scanner 100 is lower than the desired resonance frequency range (S16: N), an NG determination is made because adjustment is impossible (S18). The optical scanner 100 for which NG determination is made is not used as a product as a defective product.

[光スキャナ100の作成]
図9を用いて、光スキャナ100の作成工程を説明する。ここでは、構造体110が金属で構成される場合を例に取り、説明を行う。先ず、工程S110において、構造体110が形成される。構造体110を構成する金属板(例えば、ステンレスやチタンなど)が、構造体110の外形と等しい大きさに分割される。そして、分割された金属板において、揺動部分111、一対の捩れ梁部分112、本体部分113が、所定の除去加工によって形成される。所定の除去加工には、例えば、エッチング、プレス加工、放電加工、レーザ加工などが含まれる。一例として、ウェットエッチングが行われる場合、分割された金属板の、揺動部分111、一対の捩れ梁部分112、本体部分113に対応する位置に、マスキングのためのレジスト膜が形成される。その後、ウェットエッチングによって構造体の外形が形成された後に、レジスト膜が除去される。なお、構造体の外形に比して十分大きな金属板に複数の構造体の外形が形成された後に、個々の構造体に分割される多数個取りが実行されても差し支えない。
[Create Optical Scanner 100]
The production process of the optical scanner 100 will be described with reference to FIG. Here, the case where the structure 110 is made of metal will be described as an example. First, in step S110, the structure 110 is formed. A metal plate (for example, stainless steel or titanium) constituting the structure 110 is divided into a size equal to the outer shape of the structure 110. In the divided metal plate, the swinging portion 111, the pair of torsion beam portions 112, and the main body portion 113 are formed by a predetermined removal process. The predetermined removal processing includes, for example, etching, press processing, electric discharge processing, laser processing, and the like. As an example, when wet etching is performed, a resist film for masking is formed at positions corresponding to the swinging portion 111, the pair of torsion beam portions 112, and the main body portion 113 of the divided metal plate. Thereafter, after the outer shape of the structure is formed by wet etching, the resist film is removed. It should be noted that, after the outer shapes of a plurality of structures are formed on a metal plate that is sufficiently larger than the outer shape of the structures, a large number of pieces can be divided into individual structures.

次に、工程S111において、予め圧電材料の両面に電極層を備えたバルクの圧電素子114が、構造体110に実装される。この実装は、例えば、エポキシ系、アクリル系、シリコン系等の合成樹脂材料に金属フィラーなどの導電材を含有する導電性接着剤を用いて行われる。具体的には、構造体110の本体部分113に塗布された導電性接着剤の上に、圧電素子114が設置される。圧電素子114の設置後、100〜200℃の雰囲気に保たれた加熱炉内に構造体110が30〜60分間装入されることによって、導電性接着剤が硬化する。以上で、圧電素子114の実装が完了する。   Next, in step S <b> 111, a bulk piezoelectric element 114 having electrode layers on both sides of the piezoelectric material in advance is mounted on the structure 110. This mounting is performed using, for example, a conductive adhesive containing a conductive material such as a metal filler in a synthetic resin material such as epoxy, acrylic or silicon. Specifically, the piezoelectric element 114 is installed on the conductive adhesive applied to the main body portion 113 of the structure 110. After the piezoelectric element 114 is installed, the conductive adhesive is cured by placing the structure 110 in a heating furnace maintained in an atmosphere of 100 to 200 ° C. for 30 to 60 minutes. Thus, the mounting of the piezoelectric element 114 is completed.

次に、工程S112において、台座120が作成される。台座120の外形は、構造体110の場合と同様に、台座120の構成材料に対して、エッチングやプレスなどの除去加工を施すことで得られる。   Next, in step S112, the pedestal 120 is created. The outer shape of the pedestal 120 is obtained by performing removal processing such as etching or pressing on the constituent material of the pedestal 120, as in the case of the structure 110.

次に、工程S113において、台座120と構造体110とが固定される。この固定は、例えば、レーザ溶接などによって、構造体の被固定部と台座とが溶着されることで行われる。ただし、熱硬化接着剤を利用した接着や、所定の締め具を利用したクランピングなど、他の固定方法によって、構造体110と台座120とが固定されても差し支えない。   Next, in step S113, the base 120 and the structure 110 are fixed. This fixing is performed, for example, by welding the fixed portion of the structure and the pedestal by laser welding or the like. However, the structure 110 and the pedestal 120 may be fixed by other fixing methods such as bonding using a thermosetting adhesive or clamping using a predetermined fastener.

そして、工程S114において、圧電素子114と構造体110とに対して、ワイヤボンディングによって信号線が接続される。この信号線は、非図示の交流電源に接続される。構造体110と圧電素子114とは導電性接着剤によって接着されているので、光スキャナ100の駆動時には、この信号線を介して圧電素子114と構造体110との間に交流電圧(駆動信号)が印加される。以上で、光スキャナ100の作成工程が終了する。   In step S114, signal lines are connected to the piezoelectric element 114 and the structure 110 by wire bonding. This signal line is connected to an AC power source (not shown). Since the structure 110 and the piezoelectric element 114 are bonded by a conductive adhesive, when the optical scanner 100 is driven, an alternating voltage (drive signal) is generated between the piezoelectric element 114 and the structure 110 via the signal line. Is applied. Thus, the creation process of the optical scanner 100 is completed.

[質量片140の付加]
質量片140の付加は、目標とする共振周波数(例えば、所望の共振周波数範囲の中心値)と、工程S12で取得された光スキャナ100の共振周波数との差分(離間周波数df)に対し、質量片140の付加量及び付加位置とを対応付けたテーブル(図10(A))に基づいて行われる。離間周波数dfが30Hz未満の場合、位置「C」に対して、df×65μgの質量片が、第1軸線sに対して線対称となるように付加される。位置「C」は、図10(B)に示されるように、応力緩和構造111aの上下両面に対応する。位置「C」は、第1軸線sから比較的近い距離である。遠い距離に質量を塗布した場合に比べて周波数感度が低いため、位置「C」に質量を塗布することで、周波数の微調が可能となる。離間周波数dfが30Hz以上100Hz未満の場合、位置「B」に対して、df×43μgの質量片が、第1軸線sに対して線対称となるように付加される。位置「B」は、図10(B)に示されるように、揺動部分111の前後方向における中心位置であって、第1軸線sから左右方向離間した揺動部分111の下面に対応する。離間周波数dfが100Hz以上の場合、位置「A」に対して、df×28μgの質量片が、第1軸線sに対して線対称となるように付加される。位置「A」は、図10(B)に示されるように、応力緩和構造111aの第1軸線sから最も離間した上下両面、換言すれば、応力緩和構造111aの4隅に対応する。位置「A」は、第1軸線sから比較的遠い距離である。遠い距離に質量塗布した場合は周波数感度が高いため、位置「A」に質量を塗布することで、周波数を大きく調節することが可能となる。このように、離間周波数dfの値が大きいほど、第1軸線sからの離間距離が大きい位置に質量付加することで、質量片140の付加による慣性モーメントの上昇量が大きく設定されている。
[Addition of mass piece 140]
The mass piece 140 is added to the difference between the target resonance frequency (for example, the center value of the desired resonance frequency range) and the resonance frequency of the optical scanner 100 acquired in step S12 (separation frequency df). This is performed based on a table (FIG. 10A) in which the addition amount and the addition position of the piece 140 are associated with each other. When the separation frequency df is less than 30 Hz, a mass piece of df × 65 μg is added so as to be symmetric with respect to the first axis s with respect to the position “C”. The position “C” corresponds to both the upper and lower surfaces of the stress relaxation structure 111a as shown in FIG. The position “C” is a relatively close distance from the first axis s. Since the frequency sensitivity is lower than when mass is applied to a distant distance, fine adjustment of the frequency is possible by applying mass to the position “C”. When the separation frequency df is 30 Hz or more and less than 100 Hz, a mass piece of df × 43 μg is added to the position “B” so as to be symmetric with respect to the first axis s. As shown in FIG. 10B, the position “B” is the center position in the front-rear direction of the swinging portion 111 and corresponds to the lower surface of the swinging portion 111 that is separated from the first axis s in the left-right direction. When the separation frequency df is 100 Hz or more, a mass piece of df × 28 μg is added to the position “A” so as to be symmetric with respect to the first axis s. As shown in FIG. 10B, the position “A” corresponds to the upper and lower surfaces farthest from the first axis s of the stress relaxation structure 111a, in other words, the four corners of the stress relaxation structure 111a. The position “A” is a distance relatively far from the first axis s. Since the frequency sensitivity is high when the mass is applied to a distant distance, the frequency can be largely adjusted by applying the mass to the position “A”. Thus, as the value of the separation frequency df increases, the amount of increase in the moment of inertia due to the addition of the mass piece 140 is set larger by adding mass to a position where the separation distance from the first axis s is greater.

<第2実施形態>
[光スキャナ200の構成]
本発明の他の側面を反映した第2実施形態を示す。第2実施形態に係る光スキャナ200は、第1実施形態に係る光スキャナ100と比較して、揺動部分、具体的には応力緩和構造の形状において相違する。そのため、光スキャナ200において、光スキャナ100と同一の構造に対しては、同一の番号を付与することで説明が省略される。
Second Embodiment
[Configuration of Optical Scanner 200]
3 shows a second embodiment reflecting another aspect of the present invention. The optical scanner 200 according to the second embodiment is different from the optical scanner 100 according to the first embodiment in the shape of the swinging portion, specifically the stress relaxation structure. Therefore, in the optical scanner 200, the same structure as that of the optical scanner 100 is given the same number, and the description is omitted.

図11に示されるように、光スキャナ200は、構造体210と、台座120とを有する。構造体210は、揺動部分211、一対の捩れ梁部分112、本体部分113を有する。構造体210において、一対の捩れ梁部分112、本体部分113の形状は、図1に示される構造体110の場合と同一である。   As shown in FIG. 11, the optical scanner 200 includes a structure 210 and a pedestal 120. The structure 210 includes a swinging portion 211, a pair of torsion beam portions 112, and a main body portion 113. In the structure 210, the shapes of the pair of torsion beam portions 112 and the main body portion 113 are the same as those of the structure 110 shown in FIG.

揺動部分211は、ミラー部130と揺動部分211との固定位置における応力を緩和する応力緩和構造211aを含む。応力緩和構造211aは、揺動部分211と一対の捩れ梁部分112との接続位置に設けられる。具体的には、応力緩和構造211aは、揺動部分211の左右方向の端部から延出する。応力緩和構造211aは、前後方向において、揺動部分211から離間するに従い左右方向の幅が小さくなるように、換言すれば、テーパー状に形成される。例えば、揺動部分211に対して左後の部分に形成される応力緩和構造211aは、揺動部分211の左端から右後方向に延出し、一対の捩れ梁部分112に対して接続される。別の表現をすれば、応力緩和構造211aは、揺動部分211の左右方向の端部と一対の捩れ梁部分112の所定の位置とから延出し、両延出位置を概して直線的に接続する構造とも表される。   The swing part 211 includes a stress relaxation structure 211 a that relaxes stress at a fixed position between the mirror part 130 and the swing part 211. The stress relaxation structure 211 a is provided at a connection position between the swinging portion 211 and the pair of torsion beam portions 112. Specifically, the stress relaxation structure 211 a extends from the left and right ends of the swinging portion 211. In other words, the stress relaxation structure 211a is formed in a tapered shape so that the width in the left-right direction decreases as the distance from the swinging portion 211 increases. For example, the stress relaxation structure 211 a formed at the left rear portion with respect to the swing portion 211 extends from the left end of the swing portion 211 in the right rear direction and is connected to the pair of torsion beam portions 112. In other words, the stress relaxation structure 211a extends from the left and right ends of the oscillating portion 211 and a predetermined position of the pair of torsion beam portions 112, and the two extended positions are connected generally linearly. It is also expressed as a structure.

[応力緩和構造211aの検討]
前記した第1実施形態における応力緩和構造111aでは、第1辺と第2辺との長さを調整することで、ミラー部130と揺動部分111との固定位置に働く応力及び共振周波数の変動が調べられた。第1実施形態では、第1辺と第2辺との長さという2つの変数が調整可能なため、設計の自由度が増し、固定位置に働く応力及び共振周波数をより精度よく設定できるという利点がある。一方で、応力緩和構造111aでは、変数が2つあるため、より最適な形状を得るために多くの試行錯誤を必要とする。第2実施形態における応力緩和構造211aは、揺動部分211の左右方向の端部から延出するテーパー状の形状を示す。そのため、応力緩和構造211aにおける調整可能な変数としては、前後方向における長さだけである。変数が1つだけになるので、設計上導入が容易となり、少ない試行錯誤の回数で、適切な応力緩和構造の形状を決定することが可能となる。
[Examination of stress relaxation structure 211a]
In the stress relaxation structure 111a according to the first embodiment, the stress acting on the fixed position between the mirror part 130 and the swinging part 111 and the fluctuation of the resonance frequency are adjusted by adjusting the lengths of the first side and the second side. Was investigated. In the first embodiment, since the two variables of the lengths of the first side and the second side can be adjusted, the design freedom increases, and the stress and the resonance frequency acting on the fixed position can be set more accurately. There is. On the other hand, since there are two variables in the stress relaxation structure 111a, many trials and errors are required to obtain a more optimal shape. The stress relaxation structure 211a in the second embodiment has a tapered shape extending from the left and right ends of the swinging portion 211. Therefore, the only variable that can be adjusted in the stress relaxation structure 211a is the length in the front-rear direction. Since there is only one variable, it is easy to introduce in design, and an appropriate shape of the stress relaxation structure can be determined with a small number of trials and errors.

図12を用いて、応力緩和構造211aの形状をより詳細に説明する。揺動部分211の前後方向における長さ及び応力緩和構造211aの前後方向における長さは、それぞれMy及びYと標記される。なお、揺動部分111の前後方向における長さMyは、ミラー部130の前後方向の長さに一致する。応力緩和構造211aの前後方向における長さとは、揺動部分211と一対の捩れ梁部分112との接続位置から、応力緩和構造211aが一対の捩れ梁部分112に合流する位置までの長さのことである。以下、光スキャナ200と同様の構造体210の条件(外形及び材質)において、Yの値をシミュレーションによって変化させることで、応力緩和構造211aの望ましい形態を検討する。   The shape of the stress relaxation structure 211a will be described in more detail with reference to FIG. The length in the front-rear direction of the oscillating portion 211 and the length in the front-rear direction of the stress relaxation structure 211a are labeled My and Y, respectively. Note that the length My in the front-rear direction of the swinging portion 111 is equal to the length of the mirror unit 130 in the front-rear direction. The length in the front-rear direction of the stress relaxation structure 211a is the length from the connection position of the swinging portion 211 and the pair of torsion beam portions 112 to the position where the stress relaxation structure 211a joins the pair of torsion beam portions 112. It is. Hereinafter, a desirable form of the stress relaxation structure 211a is examined by changing the value of Y by simulation under the conditions (outer shape and material) of the structure 210 similar to those of the optical scanner 200.

先ず、図13を用いて、ミラー部130と揺動部分211との固定位置に働く応力に焦点を当てる。図13の縦軸は、ミラー部130と揺動部分211との固定位置に働く応力の大きさを示す。具体的には、図13の縦軸は、ある形状を有する応力緩和構造211aを備えた光スキャナ200におけるミラー部130と揺動部分211との固定位置に働く応力の値を、光スキャナ500におけるミラー部130と揺動部分511との固定位置に働く応力の値で除した割合を示す。図13の横軸は、Yの値をYxで除した割合を示す。   First, the stress acting on the fixed position between the mirror part 130 and the swinging part 211 will be focused on using FIG. The vertical axis in FIG. 13 indicates the magnitude of the stress acting on the fixed position between the mirror part 130 and the swing part 211. Specifically, the vertical axis in FIG. 13 represents the value of the stress acting on the fixed position between the mirror part 130 and the swinging part 211 in the optical scanner 200 having the stress relaxation structure 211a having a certain shape. The ratio divided by the value of the stress acting on the fixed position between the mirror part 130 and the swinging part 511 is shown. The horizontal axis of FIG. 13 shows the ratio obtained by dividing the value of Y by Yx.

図13から明らかに、Y/Myの値が「0」から大きくなるに従い、ミラー部130と揺動部分211との固定位置に働く応力が減少する。そして、Y/Myの値がある値以上の場合、応力の減少傾向が緩やかになる。具体的には、Y/Myの値が「0.2」未満の領域では、Y/Myの値の増加に伴い応力の値は減少する。そして、Y/Myの値が「0.2」以上「0.4」未満の領域では、応力の減少傾向が緩やかになる。そして、Y/Myの値が「0.4」以上の領域では、応力の値は、Y/Myの値に関らずほぼ一定となる。従って、Y/Myの値が「0.2」以上となるように応力緩和構造211aを形成することで、ミラー部130と揺動部分211との固定位置に働く応力の低減が十分に可能となる。   As apparent from FIG. 13, as the value of Y / My increases from “0”, the stress acting on the fixed position between the mirror portion 130 and the swinging portion 211 decreases. And when the value of Y / My is a certain value or more, the decreasing tendency of the stress becomes moderate. Specifically, in a region where the Y / My value is less than “0.2”, the stress value decreases as the Y / My value increases. And in the area | region where the value of Y / My is "0.2" or more and less than "0.4", the decreasing tendency of stress becomes loose. In the region where the value of Y / My is “0.4” or more, the value of stress is substantially constant regardless of the value of Y / My. Therefore, by forming the stress relaxation structure 211a so that the value of Y / My becomes “0.2” or more, it is possible to sufficiently reduce the stress acting on the fixed position between the mirror portion 130 and the swinging portion 211. Become.

次に、図14を用いて、光スキャナ200の共振周波数に焦点を当てる。図14の縦軸は、光スキャナ200の共振周波数の大きさを示す。具体的には、図14の縦軸は、ある形状を有する応力緩和構造211aを備えた光スキャナ200における共振周波数の値を、光スキャナ500における共振周波数の値で除した割合を示す。図14の横軸は、図13の場合と同様に、Yの値をMyで除した割合を示す。   Next, the resonance frequency of the optical scanner 200 will be focused on using FIG. The vertical axis in FIG. 14 indicates the magnitude of the resonance frequency of the optical scanner 200. Specifically, the vertical axis of FIG. 14 indicates a ratio obtained by dividing the resonance frequency value in the optical scanner 200 including the stress relaxation structure 211 a having a certain shape by the resonance frequency value in the optical scanner 500. The horizontal axis of FIG. 14 shows the ratio obtained by dividing the value of Y by My, as in the case of FIG.

図14から明らかに、Y/Myの値が「0」から大きくなるに従い、光スキャナ200の共振周波数が減少する。そして、その減少傾向はほぼ単調減少である。従って、共振周波数の低下を防止するという観点からは、応力緩和構造211aにおけるY/Myの値は小さいほど望ましい。先に説明したように、図13における応力の低減という観点からは、Y/Myの値が「0.2」以上が望ましい。また、図13において、Y/Myの値が「0.4」以上の場合は、Y/Myの値が増加しても応力は殆ど変わらない。そのため、応力の低減と共振周波数の低下防止という両観点を両立するためには、Y/Myの値が「0.2」以上「0.4」未満となることが望ましい。   As apparent from FIG. 14, the resonance frequency of the optical scanner 200 decreases as the value of Y / My increases from “0”. And the decreasing trend is almost monotonously decreasing. Therefore, from the viewpoint of preventing a decrease in the resonance frequency, it is preferable that the Y / My value in the stress relaxation structure 211a is as small as possible. As described above, the value of Y / My is preferably “0.2” or more from the viewpoint of reducing the stress in FIG. In FIG. 13, when the value of Y / My is “0.4” or more, the stress hardly changes even if the value of Y / My increases. Therefore, in order to achieve both the viewpoints of reducing the stress and preventing the decrease in the resonance frequency, it is desirable that the value of Y / My is “0.2” or more and less than “0.4”.

本発明は、今までに述べた実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形・変更が可能である。以下にその一例を述べる。   The present invention is not limited to the embodiments described so far, and various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the present invention. An example is described below.

前記した実施形態において、構造体110は金属で構成される。しかし、本発明は、応力緩和構造111aが設けられることで、ミラー部130を有する光スキャナ100において、駆動時間に依存して共振周波数が低下することを防止可能な点に特徴がある。そのため、構造体110が例えばシリコンなどの非金属で構成されても、本発明の範囲に含まれる。同様に、構造体110や台座120の形状も、前記した実施形態には限定されない。応力緩和構造111aを含む揺動部分111と、一対の捩れ梁部分112と、本体部分113と、揺動部分111に固定されるミラー部130を有する平板状の構造体110が、台座に対して固定されるタイプの光スキャナ100は、全て本発明の範囲に含まれる。また、前記した実施形態では、駆動部として圧電素子114が利用される。しかし、磁石とコイルパターンとの組み合わせによる電磁駆動方式や、極板間に働く静電気力による静電駆動方式など、他の駆動方式を採用した光スキャナであっても、本発明の範囲に含まれる。   In the above-described embodiment, the structure 110 is made of metal. However, the present invention is characterized in that the resonance frequency can be prevented from decreasing depending on the driving time in the optical scanner 100 having the mirror unit 130 by providing the stress relaxation structure 111a. Therefore, even if the structure 110 is made of a nonmetal such as silicon, the structure is included in the scope of the present invention. Similarly, the shapes of the structure 110 and the pedestal 120 are not limited to the above-described embodiments. A flat plate-like structure 110 having a swinging part 111 including a stress relaxation structure 111a, a pair of torsion beam parts 112, a main body part 113, and a mirror part 130 fixed to the swinging part 111 is provided with respect to the base. All fixed types of optical scanners 100 are within the scope of the present invention. In the above-described embodiment, the piezoelectric element 114 is used as the drive unit. However, even an optical scanner that employs another driving method such as an electromagnetic driving method using a combination of a magnet and a coil pattern or an electrostatic driving method using an electrostatic force acting between electrode plates is included in the scope of the present invention. .

100,200,500 光スキャナ
110,210 構造体
111,211,511 揺動部分
111a,211a 応力緩和構造
112 捩れ梁分
113 本体部分
113a 被固定部分
114 圧電素子
120 台座
130 ミラー部
140 質量片
100, 200, 500 Optical scanner 110, 210 Structure 111, 211, 511 Oscillating part 111a, 211a Stress relaxation structure 112 Torsion beam part 113 Body part 113a Fixed part 114 Piezoelectric element 120 Base 130 Mirror part 140 Mass piece

Claims (12)

第1軸線を中心として揺動可能に構成され、前記第1軸線に対して線対称に形成される揺動部分と、
その一端が前記揺動部分の両側に連結され、前記第1軸線に平行な第1方向に前記揺動部分から延出する一対の捩れ梁部分と、
前記一対の捩れ梁部分の他端に連結され、前記揺動部分から離間し且つ前記第1軸線に交差する方向に延出する本体部分と、を有する平板状の構造体と、
駆動電圧が印加されることで前記構造体に対して周期的に力を与え、前記揺動部分を前記第1軸線回りに揺動可能に構成される駆動部と、
前記構造体と別体に形成され、入射した光を反射する反射面を有し、前記揺動部分の一方の面に固定されるミラー部と、を備え、
前記揺動部分は、前記揺動部分と前記一対の捩れ梁部分との接続位置に設けられ、前記揺動部分から前記第1方向に延出し、前記構造体を含む面に平行且つ前記第1方向に直交する第2方向の長さである第1長さが前記一対の捩れ梁部分よりも大きく構成され、前記ミラー部と前記揺動部分との固定位置における応力を緩和する応力緩和構造を含む、
ことを特徴とする光スキャナ。
A swing portion configured to be swingable about a first axis, and formed symmetrically with respect to the first axis;
A pair of torsion beam portions, one end of which is connected to both sides of the swing portion, and extends from the swing portion in a first direction parallel to the first axis;
A plate-like structure having a body portion connected to the other end of the pair of torsion beam portions and extending in a direction that is separated from the swinging portion and intersects the first axis;
A driving unit configured to periodically apply a force to the structure by applying a driving voltage, and to swing the swinging portion around the first axis;
A mirror part that is formed separately from the structure and has a reflecting surface that reflects incident light, and is fixed to one surface of the rocking part,
The swing portion is provided at a connection position between the swing portion and the pair of torsion beam portions, extends from the swing portion in the first direction, is parallel to a plane including the structure, and the first A stress relaxation structure in which a first length, which is a length in a second direction orthogonal to the direction, is configured to be larger than the pair of torsion beam portions, and relieves stress at a fixed position between the mirror portion and the swing portion. Including,
An optical scanner characterized by that.
前記応力緩和構造は、
前記揺動部分の前記第2方向における端部から延出し、
前記揺動部分から離間するに従い前記第1長さが小さくなるテーパー状に形成される、
請求項1に記載の光スキャナ。
The stress relaxation structure is
Extending from the end of the swinging portion in the second direction,
The first length decreases as the distance from the swinging portion decreases.
The optical scanner according to claim 1.
前記応力緩和構造は、前記応力緩和構造の前記第1方向における長さである第2長さの変動に対して、前記固定位置における応力の値の変動量が飽和する値に設定された前記第2長さを有する、
請求項2に記載の光スキャナ。
The stress relaxation structure is set to a value at which a variation amount of a stress value at the fixed position is saturated with respect to a variation in a second length that is a length in the first direction of the stress relaxation structure. Has two lengths,
The optical scanner according to claim 2.
前記応力緩和構造は、
前記揺動部分の前記第1方向における長さに対する、前記第2長さの比が、0.2以上0.4以下となるように形成される、
請求項3に記載の光スキャナ。
The stress relaxation structure is
The ratio of the second length to the length in the first direction of the rocking portion is formed to be 0.2 or more and 0.4 or less.
The optical scanner according to claim 3.
前記応力緩和構造は、
前記揺動部分から前記第1方向に沿って延出する第1辺と、
前記第1辺の前記揺動部分と反対側の端部に接続され、前記第2方向に沿って前記一対の捩れ梁に向かって伸長する第2辺とを含む、
請求項1に記載の光スキャナ。
The stress relaxation structure is
A first side extending along the first direction from the swinging portion;
A second side connected to an end of the first side opposite to the swinging portion and extending toward the pair of torsion beams along the second direction;
The optical scanner according to claim 1.
前記応力緩和構造は、前記第1長さの変動に対して、前記固定位置における応力の値の変動量が飽和する値に設定された前記第1長さを有する、
請求項5に記載の光スキャナ。
The stress relaxation structure has the first length set to a value at which a variation amount of the stress value at the fixed position is saturated with respect to the variation of the first length.
The optical scanner according to claim 5.
前記応力緩和構造は、前記揺動部分の前記第2方向における長さに対する前記第1長さの比が0.4以上1以下となるように形成される、
請求項6に記載の光スキャナ。
The stress relaxation structure is formed such that a ratio of the first length to a length in the second direction of the swinging portion is 0.4 or more and 1 or less.
The optical scanner according to claim 6.
前記応力緩和構造は、前記第1長さの変動に対して、前記光スキャナの共振周波数の値が飽和する値に設定された前記第1長さを有する、
請求項5〜7の何れか1項に記載の光スキャナ。
The stress relaxation structure has the first length set to a value at which a value of a resonance frequency of the optical scanner is saturated with respect to a variation in the first length.
The optical scanner according to claim 5.
前記応力緩和構造は、前記揺動部分の前記第2方向における長さに対する前記第1長さの比が0.6以下となるように形成される、
請求項8に記載の光スキャナ。
The stress relaxation structure is formed such that a ratio of the first length to a length in the second direction of the swinging portion is 0.6 or less.
The optical scanner according to claim 8.
前記ミラー部は、
前記構造体の材質と線膨張率の異なる材質によって構成され、
デュロメータ硬度がD65以下となる熱硬化性接着剤を用いて、前記揺動部分の一方の面に固定される、
請求項1〜9の何れか1項に記載の光スキャナ。
The mirror part is
It is composed of a material having a different coefficient of linear expansion from that of the structure,
Using a thermosetting adhesive having a durometer hardness of D65 or less, it is fixed to one surface of the rocking part.
The optical scanner according to claim 1.
前記揺動部分の他方の面と、前記揺動部分の一方の面であって前記ミラー部から離間した位置との少なくとも一方に設けられ、前記構造体の共振周波数を調整する質量片をさらに備える、
請求項1〜10の何れか1項に記載の光スキャナ。
A mass piece is provided on at least one of the other surface of the oscillating portion and one surface of the oscillating portion and spaced from the mirror portion, and adjusts the resonance frequency of the structure. ,
The optical scanner according to claim 1.
請求項11に記載の光スキャナの製造方法であって、
請求項5〜10の何れか1項に記載の光スキャナを準備する準備工程と、
前記光スキャナの共振周波数の値を決定する振動数決定工程と、
前記決定工程において決定された前記共振周波数の値と、目標とする共振周波数の値とに基づいて、前記質量片が設けられる前記揺動部分上の位置を決定する位置決定工程と、
前記位置決定工程において決定された前記揺動部分上の位置に対して、前記質量片を付加する付加工程と、
を備えることを特徴とする光スキャナの製造方法。
It is a manufacturing method of the optical scanner according to claim 11, Comprising:
A preparation step of preparing the optical scanner according to any one of claims 5 to 10,
A frequency determining step for determining a value of a resonance frequency of the optical scanner;
A position determining step for determining a position on the rocking portion where the mass piece is provided, based on the value of the resonance frequency determined in the determining step and the value of the target resonance frequency;
An adding step of adding the mass piece to the position on the swinging portion determined in the position determining step;
An optical scanner manufacturing method comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015225205A (en) * 2014-05-28 2015-12-14 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 Optical deflector and image forming apparatus including the optical deflector
JP2021173832A (en) * 2020-04-23 2021-11-01 船井電機株式会社 Oscillation mirror element and light scanner

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015225205A (en) * 2014-05-28 2015-12-14 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 Optical deflector and image forming apparatus including the optical deflector
JP2021173832A (en) * 2020-04-23 2021-11-01 船井電機株式会社 Oscillation mirror element and light scanner
JP7447660B2 (en) 2020-04-23 2024-03-12 船井電機株式会社 Oscillating mirror element and optical scanning device

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