JP2013076984A - Optical scanner - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a change in scanning characteristics due to temperature change in an optical scanner using torsional vibration.SOLUTION: The optical scanner includes a mirror 31 having a reflection surface for reflecting the rays of light and an elastic connection parts 16a and 16b as a rotational axis k for making the mirror 31 generate torsional vibration, and scans the rays of light by oscillating the mirror 31 with the rotational axis k as a center. Then, a mirror support frame 32 and a heat actuator 33 connect the mirror 31 with the elastic connection parts 16a and 16b, and displace the mirror 31 such that according as temperature rises, an inertia moment around the rotational axis k of the mirror 31 falls. Also, the reflection surface of the mirror 31 has any shape(elliptical shape in figure) other than a circular shape in order to change the inertia moment of the mirror 31, and the heat actuator 33 rotates the mirror 31 with the rotational axis which is vertical to the reflection surface as a center.

Description

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

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

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

特開2008−129068号公報JP 2008-129068 A

しかし、特許文献1に記載の光走査装置では、環境温度が変化すると3自由度捻り振動子の共振周波数が変化し、これにより、図27に示すように、走査振幅が低下するという問題があった。これは、回転軸を中心に捻り振動可能に構成するために、弾性変形可能な部材(以下、弾性変形部材という)を上記回転軸として利用しており、環境温度の変化に応じて弾性変形部材のバネ定数が変化することに起因している。   However, the optical scanning device described in Patent Document 1 has a problem that when the environmental temperature changes, the resonance frequency of the three-degree-of-freedom torsional vibrator changes, and as a result, the scanning amplitude decreases as shown in FIG. It was. This uses a member that can be elastically deformed (hereinafter referred to as an elastic deformation member) as the rotation shaft in order to be able to twist and vibrate around the rotation shaft, and the elastic deformation member according to changes in the environmental temperature. This is due to the change in the spring constant.

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、捻り振動を用いた光走査装置において温度変化による走査特性の変化を抑制することを目的とする。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it suppresses a change in scanning characteristics due to a temperature change in an optical scanning device using torsional vibration.

上記目的を達成するためになされた請求項1に記載の光走査装置は、光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、反射部を捻り振動させるための第1回転軸となる第1弾性変形部材とを備え、第1回転軸を中心にして反射部を揺動させることにより、反射面により反射された光ビームを走査する光走査装置である。   The optical scanning device according to claim 1, which has been made to achieve the above object, has a reflecting portion having a reflecting surface for reflecting a light beam, and a first elasticity serving as a first rotating shaft for twisting and vibrating the reflecting portion. The optical scanning device includes a deformable member and scans the light beam reflected by the reflecting surface by swinging the reflecting portion about the first rotation axis.

ところで、第1弾性変形部材を回転軸として反射部を捻り振動させる場合の共振周波数fは、下式(1)で表される。   By the way, the resonance frequency f in the case where the reflecting portion is torsionally vibrated with the first elastic deformation member as the rotation axis is expressed by the following expression (1).

なお式(1)において、kは第1弾性変形部材のバネ定数、Jは反射部の慣性モーメントである。
そして、第1弾性変形部材のバネ定数kは、下式(2)で表される。
In Equation (1), k is the spring constant of the first elastic deformation member, and J is the moment of inertia of the reflecting portion.
And the spring constant k of a 1st elastic deformation member is represented by the following Formula (2).

なお式(2)において、βは、第1弾性変形部材の断面の形状から決まる係数である。また、aは、第1弾性変形部材の断面の長辺の長さである。また、bは、第1弾性変形部材の断面の短辺の長さである。また、Eはヤング率(横弾性係数)である。また、νはポアソン比である。また、lは第1弾性変形部材の長さである。すなわち、ヤング率Eが低下するとバネ定数kが低下する。   In Equation (2), β is a coefficient determined from the shape of the cross section of the first elastic deformation member. Further, a is the length of the long side of the cross section of the first elastic deformation member. Moreover, b is the length of the short side of the cross section of the first elastic deformation member. E is Young's modulus (lateral elastic modulus). Further, ν is a Poisson's ratio. L is the length of the first elastic deformation member. That is, when the Young's modulus E decreases, the spring constant k decreases.

さらに、ヤング率Eは、温度をTとして、下式(3)で表される。   Further, the Young's modulus E is expressed by the following equation (3), where T is the temperature.

なお式(3)において、E0は、0℃でのヤング率である。また、Δhtは温度係数である。すなわち、温度が高くなるほどヤング率Eは低下する。
したがって、温度の上昇に伴いヤング率Eが低下し、第1弾性変形部材のバネ定数kが低下すると、共振周波数fが低下する。
In Equation (3), E 0 is the Young's modulus at 0 ° C. In addition, Δh t is the temperature coefficient. That is, the Young's modulus E decreases as the temperature increases.
Therefore, when the Young's modulus E decreases with increasing temperature and the spring constant k of the first elastically deforming member decreases, the resonance frequency f decreases.

これに対し、請求項1に記載の光走査装置では、連結変位部が、反射部と第1弾性変形部材とを連結するとともに、温度が高くなるほど反射部の第1回転軸周りの慣性モーメントが低くなるように反射部を変位させる。   On the other hand, in the optical scanning device according to claim 1, the connecting displacement portion connects the reflecting portion and the first elastic deformation member, and as the temperature increases, the moment of inertia around the first rotation axis of the reflecting portion increases. The reflecting part is displaced so as to be lowered.

したがって、温度上昇に伴うヤング率の低下に対応して、反射部の第1回転軸周りの慣性モーメントを低下させることにより、温度上昇に伴う共振周波数の変化を抑制することができる。これにより、温度変化による走査特性の変化を抑制することができる。   Therefore, by changing the moment of inertia around the first rotation axis of the reflecting portion in response to a decrease in Young's modulus associated with a temperature increase, it is possible to suppress a change in resonance frequency due to a temperature increase. Thereby, the change of the scanning characteristic by the temperature change can be suppressed.

例えば図7に示すように、温度変化に伴いヤング率が変化すると共振周波数が変化する(図7の曲線L1を参照)。このときの仕様共振周波数からのずれ量をΔfaとする。一方、ヤング率が一定という条件の下で、温度変化に伴い反射部の第1回転軸周りの慣性モーメントが変化すると、共振周波数が変化する(図7の曲線L2を参照)。このときの仕様共振周波数からのずれ量をΔfbとする。   For example, as shown in FIG. 7, when the Young's modulus changes with temperature change, the resonance frequency changes (see curve L1 in FIG. 7). The amount of deviation from the specified resonance frequency at this time is represented by Δfa. On the other hand, under the condition that the Young's modulus is constant, the resonance frequency changes when the moment of inertia around the first rotation axis of the reflecting portion changes with temperature change (see curve L2 in FIG. 7). The amount of deviation from the specified resonance frequency at this time is Δfb.

したがって、温度変化によりヤング率と慣性モーメントが同時に変化した場合の仕様共振周波数からのずれ量は|Δfa―Δfb|となる。このため、|Δfa―Δfb|が、許容誤差Δεより小さくなるように設計することによって(図7の曲線L3を参照)、温度上昇に伴う共振周波数fの変化を抑制することができる。   Accordingly, when the Young's modulus and the moment of inertia change simultaneously due to a temperature change, the deviation from the specified resonance frequency is | Δfa−Δfb |. For this reason, by designing | Δfa−Δfb | to be smaller than the allowable error Δε (refer to the curve L3 in FIG. 7), it is possible to suppress the change in the resonance frequency f accompanying the temperature rise.

また、請求項1に記載の光走査装置において、反射部の第1回転軸周りの慣性モーメントを変化させるために、具体的には、請求項2に記載のように、反射部の反射面は、円以外の形状を有し、連結変位部は、反射部の変位として、反射面に垂直な回転軸である変位回転軸を中心に反射部を回転させるようにしてもよい。   Further, in the optical scanning device according to claim 1, in order to change the moment of inertia around the first rotation axis of the reflecting portion, specifically, as described in claim 2, the reflecting surface of the reflecting portion is The connecting displacement portion may have a shape other than a circle and rotate the reflection portion around a displacement rotation axis that is a rotation axis perpendicular to the reflection surface as the displacement of the reflection portion.

このように構成された光走査装置では、反射部の反射面は円以外の形状を有しているため、反射面に垂直な回転軸(変位回転軸)を中心とした反射部の回転に伴い、反射部において第1回転軸から最も遠い地点と第1回転軸との距離が変化する。例えば、反射面が楕円形状である場合には、長軸方向と短軸方向とで径が異なるため、反射部の回転に伴い上記距離が変化する。そして、この距離の変化により、慣性モーメントを変化させることができる。   In the optical scanning device configured as described above, the reflection surface of the reflection portion has a shape other than a circle, and therefore, with the rotation of the reflection portion around the rotation axis (displacement rotation axis) perpendicular to the reflection surface. The distance between the point farthest from the first rotation axis and the first rotation axis in the reflecting portion changes. For example, in the case where the reflecting surface is elliptical, since the diameter is different between the major axis direction and the minor axis direction, the distance changes as the reflecting portion rotates. The moment of inertia can be changed by changing the distance.

また、請求項1に記載の光走査装置において、反射部の第1回転軸周りの慣性モーメントを変化させるために、具体的には、請求項3に記載のように、連結変位部は、反射部の変位として、第1回転軸に直交する方向に沿って反射部を移動させるようにしてもよい。   Further, in the optical scanning device according to claim 1, in order to change the moment of inertia around the first rotation axis of the reflecting portion, specifically, as described in claim 3, the connecting displacement portion has a reflecting As the displacement of the part, the reflecting part may be moved along a direction orthogonal to the first rotation axis.

このように構成された光走査装置では、第1回転軸に直交する方向に沿った反射部の移動により、反射部と第1回転軸との距離が変化する。そして、この距離の変化により、慣性モーメントを変化させることができる。   In the optical scanning device configured as described above, the distance between the reflection unit and the first rotation axis changes due to the movement of the reflection unit along the direction orthogonal to the first rotation axis. The moment of inertia can be changed by changing the distance.

また、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の光走査装置において、請求項4に記載のように、連結変位部は、熱膨張率が互いに異なる材料からなる少なくとも2つの部材を積層して構成されるようにするとよい。   Further, in the optical scanning device according to any one of claims 1 to 3, as described in claim 4, the connection displacement portion includes at least two members made of materials having different coefficients of thermal expansion. It is good to be constructed by stacking.

このように構成された光走査装置では、温度が低くなると、熱膨張率が大きい部材が大きく収縮することにより、連結変位部が、熱膨張率が異なる2つの部材との接合面を挟んで、熱膨張率が大きい部材側に撓む。一方、温度が高くなると、熱膨張率が大きい部材が大きく膨張することにより、熱膨張率が小さい部材側に撓む。これにより、温度に応じた位置に自動的に反射部を変位させることができる。   In the optical scanning device configured as described above, when the temperature is low, a member having a large coefficient of thermal expansion contracts greatly, so that the connecting displacement portion sandwiches the joint surface between two members having different coefficients of thermal expansion, It bends to the member side with a large coefficient of thermal expansion. On the other hand, when the temperature rises, the member having a large coefficient of thermal expansion expands greatly, and thus bends toward the member having a small coefficient of thermal expansion. Thereby, a reflection part can be automatically displaced to the position according to temperature.

このように構成された光走査装置によれば、温度を検出する温度センサ、および温度検出結果に基づいて温度補正を行う制御回路などを用いることなく反射部を変位させることができるため、光走査装置の構成を簡略化することができる。   According to the optical scanning device configured as described above, the reflection unit can be displaced without using a temperature sensor that detects temperature and a control circuit that performs temperature correction based on the temperature detection result. The configuration of the apparatus can be simplified.

また、請求項4に記載の光走査装置の光走査装置において、請求項5に記載のように、2つの部材は、シリコンを材料とする部材と、シリコンを熱酸化することにより形成される酸化シリコンを材料とする部材であるようにしてもよい。   Further, in the optical scanning device of the optical scanning device according to claim 4, as described in claim 5, the two members are a member made of silicon and an oxidation formed by thermally oxidizing silicon. A member made of silicon may be used.

シリコンおよび酸化シリコンの熱膨張率はそれぞれ、(2.6×10-6)および(0.5×10-6)であり、熱膨張率が大きく異なる。そして、シリコンの一部を熱酸化することによって、シリコンと酸化シリコンとが積層された構造を形成することができるため、別々に形成された2つの部材を張り合わせるという工程が不要となり、製造工程を簡略化することができる。 The thermal expansion coefficients of silicon and silicon oxide are (2.6 × 10 −6 ) and (0.5 × 10 −6 ), respectively, and the thermal expansion coefficients are greatly different. Since a structure in which silicon and silicon oxide are laminated can be formed by thermally oxidizing a part of silicon, a process of bonding two separately formed members becomes unnecessary, and the manufacturing process Can be simplified.

また、請求項4または請求項5に記載の光走査装置において、請求項6に記載のように、連結変位部は、熱膨張率が互いに異なる材料からなる2つの部材を積層して構成され、熱膨張率が互いに異なる材料からなる2つの部材のうち、一方の部材は、折り返し部がコ字状になるようにして棒状部材を複数回折り返した形状に形成され、他方の部材は、一方の部材と他方の部材とが交互に配置されるように、折り返した形状に形成された一方の部材に積層されるようにしてもよい。   Further, in the optical scanning device according to claim 4 or 5, as described in claim 6, the connection displacement portion is configured by stacking two members made of materials having different coefficients of thermal expansion, Of the two members made of materials having different coefficients of thermal expansion, one member is formed in a shape in which a plurality of rod-shaped members are folded back so that the folded portion is U-shaped, and the other member is You may make it laminate | stack on one member formed in the folded shape so that a member and the other member may be arrange | positioned alternately.

このように構成された光走査装置では、連結変位部における一方の部材(以下、変位第1部材という)は、折り返し部がコ字状になるようにして棒状部材を複数回折り返した形状に形成されている。このため、この連結変位部の一端を反射部に接続するとともに他端を第1弾性変形部材に接続した場合に、変位第1部材が直線状の部材である場合と比較して、変位第1部材の長さを長くすることができる。   In the optical scanning apparatus configured as described above, one member (hereinafter referred to as a displacement first member) in the connection displacement portion is formed in a shape in which a plurality of rod-shaped members are folded back so that the folded portion is U-shaped. Has been. For this reason, when one end of the connecting displacement portion is connected to the reflection portion and the other end is connected to the first elastic deformation member, the displacement first member is compared with the case where the displacement first member is a linear member. The length of the member can be increased.

そして、他方の部材(以下、変位第2部材という)は、変位第1部材と変位第2部材とが交互に配置されるように、折り返した形状に形成された一方の部材に積層されるため、変位第1部材と変位第2部材とが積層された複数の部分は、温度変化に伴い同方向に変位する。そして、上述のように、変位第1部材が直線状の部材である場合と比較して、変位第1部材の長さを長くすることができるため、変位第1部材と変位第2部材とが積層された部分を長くすることができる。つまり、変位第1部材が直線状の部材である場合と比較して、温度変化に伴い変位させる部分を長くすることができる。   The other member (hereinafter referred to as the displacement second member) is stacked on one member formed in a folded shape so that the displacement first member and the displacement second member are alternately arranged. The plurality of portions in which the displacement first member and the displacement second member are stacked are displaced in the same direction as the temperature changes. And as mentioned above, since the length of the displacement 1st member can be lengthened compared with the case where the displacement 1st member is a linear member, the displacement 1st member and the displacement 2nd member are The laminated part can be lengthened. That is, compared with the case where the displacement first member is a linear member, the portion to be displaced with the temperature change can be lengthened.

したがって、このように構成された光走査装置によれば、変位第1部材が直線状の部材である場合と比較して、反射部の変位を大きくすることが可能となる。
また、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の光走査装置において、請求項7に記載のように、連結変位部は、第1弾性変形部材と同じ材料からなる基板部材と、圧電体を第1電極と第2電極との間で挟んで形成された圧電部材とを積層して構成され、第1電極と第2電極との間に、予め設定された一定値の電圧が常時印加されるようにしてもよい。
Therefore, according to the optical scanning device configured as described above, it is possible to increase the displacement of the reflecting portion as compared with the case where the displacement first member is a linear member.
Further, in the optical scanning device according to any one of claims 1 to 3, as described in claim 7, the connection displacement portion includes a substrate member made of the same material as the first elastic deformation member, A piezoelectric member formed by sandwiching a piezoelectric body between the first electrode and the second electrode is laminated, and a predetermined constant voltage is applied between the first electrode and the second electrode. You may make it apply always.

このように構成された光走査装置において、圧電部材は、第1電極と第2電極との間に一定値の電圧が印加されることにより、第1電極から第2電極へ向かう方向に対して垂直な面(以下、電極対向面という)に沿って伸び又は縮みが発生する。   In the optical scanning device configured as described above, the piezoelectric member is applied to the direction from the first electrode toward the second electrode by applying a constant voltage between the first electrode and the second electrode. Elongation or shrinkage occurs along a vertical surface (hereinafter referred to as an electrode facing surface).

なお、圧電体の物性値の一つである圧電定数d31は、圧電体に電圧が印加されたときの電極対向面に沿った伸縮のし易さを示す値であり、温度が高くなるほど、圧電定数d31の値が大きくなることが知られている。つまり、温度が変化すると、圧電定数d31の値が変化し、圧電体における電極対向面に沿った伸縮量が変化する。   The piezoelectric constant d31, which is one of the physical property values of the piezoelectric body, is a value indicating the ease of expansion and contraction along the electrode facing surface when a voltage is applied to the piezoelectric body. It is known that the value of the constant d31 increases. That is, when the temperature changes, the value of the piezoelectric constant d31 changes, and the amount of expansion and contraction along the electrode facing surface of the piezoelectric body changes.

このため、温度が高くなると、圧電部材が電極対向面に沿って基板部材よりも縮むため、圧電部材と基板部材とが積層されて構成されている連結変位部は第1電極から第2電極へ向かう方向へ撓む。すなわち連結変位部は、温度が高くなるほど、電極対向面に沿った長さが短くなる。これにより、温度に応じた位置に自動的に反射部を変位させることができる。   For this reason, when the temperature rises, the piezoelectric member contracts along the electrode facing surface more than the substrate member, so that the connecting displacement portion formed by stacking the piezoelectric member and the substrate member is from the first electrode to the second electrode. Deflection in the direction of heading. That is, the length of the connecting displacement portion along the electrode facing surface becomes shorter as the temperature becomes higher. Thereby, a reflection part can be automatically displaced to the position according to temperature.

このように構成された光走査装置によれば、請求項4と同様に、光走査装置の構成を簡略化することができる。
また圧電体は、印加される電圧値が大きくなるほど、電極対向面に沿った伸縮量が大きくなることが知られている。
According to the optical scanning device thus configured, the configuration of the optical scanning device can be simplified as in the fourth aspect.
In addition, it is known that the amount of expansion and contraction along the electrode facing surface increases as the applied voltage value of the piezoelectric body increases.

このため、経年変化に伴い第1弾性変形部材の剛性が変化して光走査装置の共振周波数が変化することや、圧電部材の剛性が変化して電極対向面に沿った伸縮量が変化することに対し、第1電極と第2電極との間に印加される電圧値を調整することにより反射部の第1回転軸周りの慣性モーメントを変化させ、経年変化に伴う共振周波数の変化を抑制することが可能となる。   For this reason, the rigidity of the first elastic deformation member changes with the passage of time and the resonance frequency of the optical scanning device changes, or the rigidity of the piezoelectric member changes and the amount of expansion and contraction along the electrode facing surface changes. On the other hand, by adjusting the voltage value applied between the first electrode and the second electrode, the moment of inertia around the first rotation axis of the reflecting portion is changed to suppress the change in the resonance frequency accompanying the secular change. It becomes possible.

また、請求項1〜請求項9の何れか1項に記載の光走査装置において、請求項10に記載のように、第1弾性変形部材を支持する第1支持部と、第1支持部に連結された弾性変形可能な第2弾性変形部材を有し、第2弾性変形部材を第2回転軸として第1支持部を揺動可能に支持する第2支持部とを備え、第2回転軸は、第1回転軸と交差するように配置してもよい。   Further, in the optical scanning device according to any one of claims 1 to 9, as described in claim 10, a first support portion that supports the first elastic deformation member, and a first support portion. A second elastic shaft having a second elastic deformation member connected to be elastically deformable, and having a second elastic deformation member as a second rotation shaft and swingably supporting the first support portion; May be arranged so as to intersect the first rotation axis.

このように構成された光走査装置によれば、第1回転軸を中心とした揺動と、第2回転軸を中心とした揺動によって、反射部で反射する光ビームを2次元的に走査することができる。したがって、光ビームを2次元走査することができる光走査装置において、請求項1に記載の光走査装置と同様の効果を得ることができる。   According to the optical scanning device configured as described above, the light beam reflected by the reflecting portion is scanned two-dimensionally by swinging about the first rotation axis and swinging about the second rotation axis. can do. Therefore, in the optical scanning device capable of two-dimensionally scanning the light beam, the same effect as that of the optical scanning device according to claim 1 can be obtained.

また、請求項1〜請求項9の何れか1項に記載の光走査装置において、請求項11に記載のように、第1弾性変形部材を支持する第1支持部と、第1支持部に連結された弾性変形可能な第2弾性変形部材を有し、第2弾性変形部材を第2回転軸として第1支持部を揺動可能に支持する第2支持部と、第2支持部に連結された弾性変形可能な第3弾性変形部材を有し、第3弾性変形部材を第3回転軸として第2支持部を揺動可能に支持する第3支持部とを備え、第2回転軸は、第1回転軸と交差するように配置され、第3回転軸は、第1回転軸および第2回転軸と交差するように配置され、反射部、第1支持部、第2支持部、第3支持部、第1弾性変形部材、弾性変形部材、および第3弾性変形部材が、固有の周期的外力が作用した場合に大きい回転角で捻り振動する3自由度連成振動系を構成し、3自由度連成振動系に固有の周期的外力を作用させることにより、反射面により反射された光ビームを走査するようにしてもよい。   Further, in the optical scanning device according to any one of claims 1 to 9, as described in claim 11, a first support portion that supports the first elastic deformation member, and a first support portion. A second support member having a second elastically deformable member connected thereto, the second support member supporting the first support member in a swingable manner with the second elastically deformable member as a second rotation shaft, and connected to the second support member; And a third support member that swingably supports the second support member with the third elastic member as a third rotating shaft, the second rotating shaft being The third rotation axis is arranged to intersect the first rotation axis and the second rotation axis, and the reflection unit, the first support unit, the second support unit, the second rotation unit, The three support portions, the first elastic deformation member, the elastic deformation member, and the third elastic deformation member are large when an inherent periodic external force is applied. A three-degree-of-freedom coupled vibration system that twists and vibrates at a rotation angle is configured, and a periodic external force acting on the three-degree-of-freedom coupled vibration system is applied to scan the light beam reflected by the reflecting surface. Also good.

すなわち、請求項11に記載の光走査装置は、第3支持部を固定端として、第1弾性変形部材、第2弾性変形部材、第3弾性変形部材に対しての捻り自由度を持つ3自由度捻り振動子になっている。   That is, the optical scanning device according to claim 11 has three degrees of freedom with respect to the first elastic deformation member, the second elastic deformation member, and the third elastic deformation member with the third support portion as a fixed end. It is a twisted vibrator.

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

そして、3自由度連成振動系に固有の周期的外力を作用させることにより、3自由度捻り振動子を共振状態にできる。
また、3つの振動モードの各々に対応した周波数の周期的加振力を与えれば、それぞれの振動モードを励振できる。また、複数の周波数の周期的加振力を重畳して与えれば、複数の振動モードを同時に励振できる。
Then, by applying a periodic external force inherent to the three-degree-of-freedom coupled vibration system, the three-degree-of-freedom torsional vibrator can be brought into a resonance state.
Further, if a periodic excitation force having a frequency corresponding to each of the three vibration modes is given, each vibration mode can be excited. In addition, if a plurality of periodic excitation forces with a plurality of frequencies are superimposed and applied, a plurality of vibration modes can be excited simultaneously.

このため、反射部の角度振幅が大きい振動モードに対応する周期的加振力と、第1支持部の角度振幅が大きい振動モードに対応する周期的加振力とを重畳して与えることにより、反射部で反射する光ビームを2次元的に走査することができる。   For this reason, by superimposing the periodic excitation force corresponding to the vibration mode with a large angular amplitude of the reflecting portion and the periodic excitation force corresponding to the vibration mode with a large angular amplitude of the first support portion, The light beam reflected by the reflecting portion can be scanned two-dimensionally.

したがって、このように構成された光走査装置によれば、光ビームを2次元走査することができる光走査装置において、請求項1に記載の光走査装置と同様の効果を得ることができる。   Therefore, according to the optical scanning device configured as described above, the same effect as the optical scanning device according to claim 1 can be obtained in the optical scanning device capable of two-dimensionally scanning the light beam.

光走査装置1の構成を示す平面図である。1 is a plan view showing a configuration of an optical scanning device 1. FIG. 光走査装置1の電気的構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing an electrical configuration of the optical scanning device 1. FIG. 熱アクチュエータ33における温度に応じた動作の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the operation | movement according to the temperature in the thermal actuator. 光反射部13における温度に応じた動作の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the operation | movement according to the temperature in the light reflection part. 光走査装置1の製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the optical scanning device 1. FIG. 熱アクチュエータ33の製造工程を示す平面図である。6 is a plan view showing a manufacturing process of the thermal actuator 33. FIG. ヤング率および慣性モーメントと共振周波数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a Young's modulus and a moment of inertia, and a resonance frequency. 第2,3実施形態における光反射部13の構成と動作を示す図である。It is a figure which shows the structure and operation | movement of the light reflection part 13 in 2nd, 3rd embodiment. 第4,5実施形態における光反射部13の構成と動作を示す図である。It is a figure which shows the structure and operation | movement of the light reflection part 13 in 4th, 5th embodiment. 第6,7実施形態における光反射部13の構成と動作を示す図である。It is a figure which shows the structure and operation | movement of the light reflection part 13 in 6th, 7th embodiment. 光走査装置401の構成を示す平面図である。2 is a plan view showing a configuration of an optical scanning device 401. FIG. 第8実施形態における光反射部413の構成と動作を示す図である。It is a figure which shows the structure and operation | movement of the light reflection part 413 in 8th Embodiment. 棒状部材511,512の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the rod-shaped members 511,512. 棒状部材511,512における温度に応じた動作の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the operation | movement according to the temperature in the rod-shaped members 511,512. 熱アクチュエータ510における温度に応じた動作の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the operation | movement according to the temperature in the thermal actuator. 第8実施形態における光走査装置401の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the optical scanning device 401 in 8th Embodiment. 第9実施形態における光反射部413の構成と動作を示す図である。It is a figure which shows the structure and operation | movement of the light reflection part 413 in 9th Embodiment. 熱アクチュエータ520における温度に応じた動作の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the operation | movement according to the temperature in the thermal actuator. 第9実施形態における光走査装置401の製造工程の前半部分を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the first half part of the manufacturing process of the optical scanning device 401 in 9th Embodiment. 第9実施形態における光走査装置401の製造工程の後半部分を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the second half part of the manufacturing process of the optical scanning device 401 in 9th Embodiment. 第10実施形態の光反射部413の構成と動作を示す図である。It is a figure which shows the structure and operation | movement of the light reflection part 413 of 10th Embodiment. 第11実施形態の光反射部413の構成と動作を示す図である。It is a figure which shows the structure and operation | movement of the light reflection part 413 of 11th Embodiment. 第12実施形態の光反射部413の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light reflection part 413 of 12th Embodiment. 第11実施形態の光反射部413の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the light reflection part 413 of 11th Embodiment. 光走査装置201の構成を示す平面図である。2 is a plan view showing a configuration of an optical scanning device 201. FIG. 光走査装置901の構成を示す平面図である。2 is a plan view showing a configuration of an optical scanning device 901. FIG. 光走査装置における周波数と振幅との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the frequency and amplitude in an optical scanning device.

(第1実施形態)
以下に本発明の第1実施形態を図面とともに説明する。
図1は、本発明が適用された実施形態の光走査装置1の構成を示す平面図である。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of an optical scanning device 1 according to an embodiment to which the present invention is applied.

光走査装置1は、図1に示すように、光ビームを走査する光ビーム走査部2と、光ビーム走査部2を支持する支持部3と、光ビーム走査部2に回転駆動力を印加する駆動部4と、光ビーム走査部2の回転角度を検出する角度検出部5とを備える。   As shown in FIG. 1, the optical scanning device 1 applies a rotational driving force to a light beam scanning unit 2 that scans a light beam, a support unit 3 that supports the light beam scanning unit 2, and the light beam scanning unit 2. A drive unit 4 and an angle detection unit 5 that detects the rotation angle of the light beam scanning unit 2 are provided.

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

これらのうち光反射部13は、ミラー31とミラー支持枠32と熱アクチュエータ33とから構成される。ミラー31は、楕円形状であり、アルミ薄膜の鏡面部が表面に形成される。またミラー支持枠32は、円形枠状であり、枠内にミラー31が配置される。また熱アクチュエータ33は、熱膨張率の異なる2つの材料を張り合わせて構成されており(詳細は後述する)、ミラー支持枠32の枠内に複数配置され、ミラー31とミラー支持枠32とを連結する。   Among these, the light reflecting portion 13 includes a mirror 31, a mirror support frame 32, and a thermal actuator 33. The mirror 31 has an elliptical shape, and a mirror surface portion of an aluminum thin film is formed on the surface. The mirror support frame 32 has a circular frame shape, and the mirror 31 is disposed in the frame. The thermal actuator 33 is formed by bonding two materials having different thermal expansion coefficients (details will be described later), and a plurality of thermal actuators 33 are arranged in the frame of the mirror support frame 32 to connect the mirror 31 and the mirror support frame 32. To do.

また内ジンバル12は、矩形枠状であり、枠内に光反射部13が配置される。また外ジンバル11は、矩形枠状であり、枠内に内ジンバル12が配置される。
また弾性連結部16aは、弾性変形可能な材料で構成されており、内ジンバル12の枠内に配置され、光反射部13と内ジンバル12とを連結する。また弾性連結部16bは、弾性変形可能な材料で構成されており、内ジンバル12の枠内に配置され、光反射部13を挟んで弾性連結部16aと反対側において、光反射部13と内ジンバル12とを連結する。なお、弾性連結部16aおよび弾性連結部16bは、光反射部13の重心JSを通る同一直線上に配置されており、光反射部13の回転軸kとなる。これにより光反射部13は、回転軸kを中心に捻り振動可能に構成される。
The inner gimbal 12 has a rectangular frame shape, and the light reflecting portion 13 is disposed in the frame. The outer gimbal 11 has a rectangular frame shape, and the inner gimbal 12 is arranged in the frame.
The elastic connecting portion 16 a is made of an elastically deformable material, and is disposed within the frame of the inner gimbal 12 to connect the light reflecting portion 13 and the inner gimbal 12. The elastic connecting portion 16b is made of an elastically deformable material, and is disposed within the frame of the inner gimbal 12, and on the side opposite to the elastic connecting portion 16a with the light reflecting portion 13 in between, The gimbal 12 is connected. The elastic connecting portion 16 a and the elastic connecting portion 16 b are arranged on the same straight line passing through the center of gravity JS of the light reflecting portion 13 and serve as the rotation axis k of the light reflecting portion 13. Thereby, the light reflection part 13 is comprised so that a torsional vibration is possible centering | focusing on the rotating shaft k.

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

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

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

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

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

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

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

次に、光走査装置1の電気的構成について説明する。図2は、光走査装置1の電気的構成を示すブロック図である。
光走査装置1は、図2に示すように、光ビーム走査部2を回転駆動するための駆動信号としてのパルス電圧を出力する駆動信号発生回路41と、駆動信号発生回路41により出力された駆動信号を増幅して櫛歯電極部4a,4bに印加する増幅回路42と、櫛歯電極部5a,5bと櫛歯電極部18,20との間の静電容量を電圧値に変換するC−V変換回路43a,43b(以下、C−V変換回路43a,43bをまとめてC−V変換回路43ともいう)と、光ビームの発光源となる半導体レーザ44と、C−V変換回路43から出力される電圧をモニタし、この電圧値に基づいて半導体レーザ44を制御するとともに駆動信号発生回路41を制御する制御回路45とを備える。
Next, the electrical configuration of the optical scanning device 1 will be described. FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the optical scanning device 1.
As shown in FIG. 2, the optical scanning device 1 includes a drive signal generation circuit 41 that outputs a pulse voltage as a drive signal for rotationally driving the light beam scanning unit 2, and the drive output by the drive signal generation circuit 41. An amplifier circuit 42 that amplifies the signal and applies it to the comb electrode portions 4a and 4b, and C− that converts the capacitance between the comb electrode portions 5a and 5b and the comb electrode portions 18 and 20 into a voltage value. From the V conversion circuits 43a and 43b (hereinafter, the CV conversion circuits 43a and 43b are collectively referred to as the CV conversion circuit 43), the semiconductor laser 44 serving as a light beam emission source, and the CV conversion circuit 43. A control circuit 45 that monitors the output voltage, controls the semiconductor laser 44 based on the voltage value, and controls the drive signal generation circuit 41 is provided.

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

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

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

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

ここで、例えば、
振動モード1の共振周波数f1を1000Hz、
振動モード2の共振周波数f2を5000Hz、
振動モード3の共振周波数f3を40000Hz、
振動モード1における外ジンバル11、内ジンバル12、光反射部13の振幅比r1を「1:−20:0.5」、
振動モード2における外ジンバル11、内ジンバル12、光反射部13の振幅比r2を「1:0.5:−0.1」、
振動モード3における外ジンバル11、内ジンバル12、光反射部13の振幅比r3を「1:0.01:−30」、
として設計した場合の、3自由度捻り振動子の動作を説明する。
Here, for example,
The resonance frequency f1 of vibration mode 1 is 1000 Hz,
The resonance frequency f2 of vibration mode 2 is 5000 Hz,
The resonance frequency f3 of vibration mode 3 is 40000 Hz,
The amplitude ratio r1 of the outer gimbal 11, the inner gimbal 12, and the light reflecting portion 13 in the vibration mode 1 is “1: −20: 0.5”,
The amplitude ratio r2 of the outer gimbal 11, the inner gimbal 12, and the light reflecting portion 13 in the vibration mode 2 is set to “1: 0.5: −0.1”,
The amplitude ratio r3 of the outer gimbal 11, the inner gimbal 12, and the light reflecting portion 13 in the vibration mode 3 is “1: 0.01: −30”,
The operation of the three-degree-of-freedom torsional vibrator will be described.

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

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

そして、各振動モードの共振周波数と振幅比を上記のように設計すると、振動モード1では、主に内ジンバル12と、内ジンバル12に繋がった光反射部13とが1000Hzで大きく捻り振動する。また、振動モード3では、主に光反射部13が40000Hzで大きく捻り振動する。   When the resonance frequency and amplitude ratio of each vibration mode are designed as described above, in the vibration mode 1, the inner gimbal 12 and the light reflecting portion 13 connected to the inner gimbal 12 are largely torsionally vibrated at 1000 Hz. Moreover, in the vibration mode 3, the light reflection part 13 mainly torsionally vibrates at 40000 Hz.

このため、光反射部13の鏡面部分でレーザ光を反射させるとともに、振動モード1と振動モード3とを同時に励振させることにより、振動モード3を主走査方向(40000Hz)、振動モード1を副走査方向(1000Hz)として、2次元的にレーザ光を走査することができる。   For this reason, the laser beam is reflected by the mirror surface portion of the light reflecting portion 13 and the vibration mode 1 and the vibration mode 3 are simultaneously excited, so that the vibration mode 3 is in the main scanning direction (40000 Hz) and the vibration mode 1 is sub-scanned. Laser light can be scanned two-dimensionally in the direction (1000 Hz).

次に、光走査装置1の動作について説明する。
制御回路45による制御に基づいて駆動信号発生回路41が駆動信号を出力すると、増幅回路42によりこの駆動信号の電圧値が増幅されて櫛歯電極部4a,4bに印加される。これにより、櫛歯電極部4a,4bと、櫛歯電極部17,19との間にパルス電圧が印加されて周期的に変化する静電引力が生じ、弾性連結部14a,14bが弾性変形してねじれることにより、光ビーム走査部2が弾性連結部14a,14bを回転軸iとして往復振動する。
Next, the operation of the optical scanning device 1 will be described.
When the drive signal generation circuit 41 outputs a drive signal based on the control by the control circuit 45, the voltage value of the drive signal is amplified by the amplifier circuit 42 and applied to the comb electrode portions 4a and 4b. Thereby, a pulse voltage is applied between the comb-tooth electrode portions 4a and 4b and the comb-tooth electrode portions 17 and 19 to generate an electrostatic attractive force that periodically changes, and the elastic coupling portions 14a and 14b are elastically deformed. By twisting, the light beam scanning unit 2 reciprocally vibrates about the elastic coupling portions 14a and 14b as the rotation axis i.

ここで、駆動信号発生回路41は、光反射部13の角度振幅が、外ジンバル11および内ジンバル12よりも大きい振動モードの共振周波数の2倍の周波数の駆動信号を出力するようになっており、これにより、光ビーム走査部2と弾性連結部14a,14bとからなる振動系が共振し、光ビーム走査部2が共振周波数で往復振動する。   Here, the drive signal generation circuit 41 outputs a drive signal having a frequency twice the resonance frequency of the vibration mode in which the angular amplitude of the light reflecting portion 13 is larger than that of the outer gimbal 11 and the inner gimbal 12. As a result, the vibration system including the light beam scanning unit 2 and the elastic coupling portions 14a and 14b resonates, and the light beam scanning unit 2 reciprocally vibrates at the resonance frequency.

そして、この状態で光反射部13に半導体レーザ44から光ビームが照射されると、その光ビームが光反射部13の鏡面で反射されることにより出射されるとともに、光反射部13の往復振動に伴い、光反射部13の回転角度に応じた方向に走査される。   In this state, when the light reflecting portion 13 is irradiated with a light beam from the semiconductor laser 44, the light beam is emitted by being reflected by the mirror surface of the light reflecting portion 13, and the light reflecting portion 13 is reciprocated. Accordingly, scanning is performed in a direction corresponding to the rotation angle of the light reflecting portion 13.

一方、外ジンバル11の往復振動に伴い、櫛歯電極部5a,5bと櫛歯電極部18,20との距離も周期的に変化する。これにより、櫛歯電極部5a,5bと櫛歯電極部18,20との間の静電容量が、外ジンバル11の回転角度に応じて変化する。そして制御回路45は、これらの静電容量に基づき、外ジンバル11の回転角度を検出する。なお上述したように、3自由度捻り振動子の共振状態においては、理論上、振幅比が保たれるため、外ジンバル11の回転角度を検出することにより、光反射部13の回転角度を検出することができる。   On the other hand, with the reciprocal vibration of the outer gimbal 11, the distance between the comb electrode portions 5a and 5b and the comb electrode portions 18 and 20 also periodically changes. As a result, the capacitance between the comb electrode portions 5 a and 5 b and the comb electrode portions 18 and 20 changes according to the rotation angle of the outer gimbal 11. The control circuit 45 detects the rotation angle of the outer gimbal 11 based on these capacitances. As described above, since the amplitude ratio is theoretically maintained in the resonance state of the three-degree-of-freedom torsional vibrator, the rotation angle of the light reflecting portion 13 is detected by detecting the rotation angle of the outer gimbal 11. can do.

次に、熱アクチュエータ33および光反射部13の構成と動作について説明する。図3は、熱アクチュエータ33における温度に応じた動作の変化を示す図である。図4は、光反射部13における温度に応じた動作の変化を示す図である。   Next, the configuration and operation of the thermal actuator 33 and the light reflecting portion 13 will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating a change in operation of the thermal actuator 33 according to the temperature. FIG. 4 is a diagram illustrating a change in operation according to the temperature in the light reflecting section 13.

熱アクチュエータ33は、図3(a)に示すように、シリコンを材料として棒状に形成された棒状部材51と、酸化シリコンを材料として棒状に形成された棒状部材52とが、その長手方向に直交する方向(以下、積層方向D1という)に沿って積層されて構成されている。また熱アクチュエータ33は、温度が室温である状況下で、棒状部材51および棒状部材52が直線状に延びるように形成されている。   As shown in FIG. 3A, the thermal actuator 33 includes a rod-shaped member 51 formed in a rod shape using silicon as a material and a rod-shaped member 52 formed in a rod shape using silicon oxide as a material, which are orthogonal to the longitudinal direction. Are stacked along the direction (hereinafter referred to as the stacking direction D1). Further, the thermal actuator 33 is formed such that the rod-shaped member 51 and the rod-shaped member 52 extend linearly under the condition that the temperature is room temperature.

なお、シリコンおよび酸化シリコンの熱膨張率はそれぞれ、(2.6×10-6)および(0.5×10-6)である。このため、温度が室温より低い状況下では、図3(b)に示すように、シリコンは、酸化シリコンよりも大きく収縮する(矢印D2を参照)。これにより、熱アクチュエータ33は、温度が室温より低くなると、棒状部材51と棒状部材52との接合面を挟んで棒状部材51(シリコン)側に撓む。 The thermal expansion coefficients of silicon and silicon oxide are (2.6 × 10 −6 ) and (0.5 × 10 −6 ), respectively. For this reason, under the condition where the temperature is lower than room temperature, as shown in FIG. 3B, silicon contracts more than silicon oxide (see arrow D2). Thereby, when the temperature becomes lower than room temperature, the thermal actuator 33 bends toward the rod-shaped member 51 (silicon) side with the joint surface between the rod-shaped member 51 and the rod-shaped member 52 interposed therebetween.

一方、温度が室温より高い状況下では、図3(c)に示すように、シリコンは、酸化シリコンよりも大きく膨張する(矢印D3を参照)。これにより、熱アクチュエータ33は、温度が室温より高くなると、棒状部材51と第2棒状部材52との接合面を挟んで棒状部材52(酸化シリコン)側に撓む。   On the other hand, under a situation where the temperature is higher than room temperature, as shown in FIG. 3C, silicon expands more than silicon oxide (see arrow D3). Thereby, when the temperature becomes higher than room temperature, the thermal actuator 33 bends toward the rod-shaped member 52 (silicon oxide) side with the joint surface between the rod-shaped member 51 and the second rod-shaped member 52 interposed therebetween.

そして図4(a)に示すように、複数の熱アクチュエータ33はそれぞれ、ミラー31とミラー支持枠32との間に配置され、その一端がミラー支持枠32の内周部に接続されるとともに他端がミラー31の外周部に接続される。これによって、ミラー31とミラー支持枠32とが一体的に移動可能に連結される。   As shown in FIG. 4A, each of the plurality of thermal actuators 33 is disposed between the mirror 31 and the mirror support frame 32, one end of which is connected to the inner peripheral portion of the mirror support frame 32 and the other. The end is connected to the outer periphery of the mirror 31. Thereby, the mirror 31 and the mirror support frame 32 are connected so as to be movable integrally.

さらに複数の熱アクチュエータ33は、ミラー31の円周方向に沿って、棒状部材51と棒状部材52とが交互に配置されるように設置される。そして上述のように、熱アクチュエータ33は、温度が室温より低いと棒状部材51(シリコン)側に撓む一方、温度が室温より高いと棒状部材52(酸化シリコン)側に撓む。   Further, the plurality of thermal actuators 33 are installed so that the bar-shaped members 51 and the bar-shaped members 52 are alternately arranged along the circumferential direction of the mirror 31. As described above, the thermal actuator 33 bends toward the rod-shaped member 51 (silicon) when the temperature is lower than room temperature, and bends toward the rod-shaped member 52 (silicon oxide) when the temperature is higher than room temperature.

したがって、複数の熱アクチュエータ33は、温度変化に応じて、ミラー31との接続端が、ミラー31の円周方向に沿って同方向に変位する。
例えば図4(a)に示すように、各熱アクチュエータ33において、棒状部材51と棒状部材52との接合面を挟んで反時計回り方向側に棒状部材52が配置されている場合には、温度が室温より高くなると、図4(b)に示すように、ミラー31との接続端が、ミラー31の円周方向に沿って反時計回りに変位する(矢印D4を参照)。温度が室温より高くなると棒状部材52側に撓むからである。これにより、ミラー31は、ミラー31の鏡面に直交する回転軸mを中心にして反時計周りに回転する(矢印D5を参照)。一方、温度が室温より低くなると、ミラー31は、回転軸mを中心にして時計回りに回転する。
Therefore, the connection ends of the plurality of thermal actuators 33 with the mirror 31 are displaced in the same direction along the circumferential direction of the mirror 31 according to a temperature change.
For example, as shown in FIG. 4A, in each thermal actuator 33, when the rod-like member 52 is arranged on the counterclockwise direction side with the joint surface between the rod-like member 51 and the rod-like member 52 interposed therebetween, the temperature 4 becomes higher than room temperature, the connection end with the mirror 31 is displaced counterclockwise along the circumferential direction of the mirror 31 as shown in FIG. 4B (see arrow D4). This is because when the temperature is higher than room temperature, the rod-shaped member 52 is bent. Thereby, the mirror 31 rotates counterclockwise around the rotation axis m orthogonal to the mirror surface of the mirror 31 (see arrow D5). On the other hand, when the temperature becomes lower than room temperature, the mirror 31 rotates clockwise around the rotation axis m.

さらにミラー31は楕円形状である。このため、ミラー31の長軸Lと回転軸kとで成す角度θが小さくなるほど、回転軸k周りの慣性モーメントが小さくなる。したがって、温度が高くなるほど上記の角度θが小さくなるようにミラー31の位置を設定することにより、温度が高くなるほど回転軸k周りの慣性モーメントが小さくなるように構成することができる。   Furthermore, the mirror 31 is elliptical. For this reason, the smaller the angle θ formed between the major axis L of the mirror 31 and the rotation axis k, the smaller the moment of inertia around the rotation axis k. Therefore, by setting the position of the mirror 31 so that the angle θ becomes smaller as the temperature becomes higher, the moment of inertia around the rotation axis k becomes smaller as the temperature becomes higher.

次に、光走査装置1の製造方法を図5および図6を用いて説明する。図5は、光走査装置1の製造工程を示す断面図である。図6は、熱アクチュエータ33の製造工程を示す平面図である。   Next, a method for manufacturing the optical scanning device 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the optical scanning device 1. FIG. 6 is a plan view showing a manufacturing process of the thermal actuator 33.

光走査装置1は、図5(a)に示すように、例えばSOI(Silicon On Insulator)基板300を半導体プロセスで加工して製造されたものである。SOI基板300は、シリコン基板310上に埋込酸化膜層320と単結晶シリコン層330が順次積層された構造を有する。なお以下、シリコン基板310をハンドル層310、単結晶シリコン層330をデバイス層330という。   As shown in FIG. 5A, the optical scanning device 1 is manufactured, for example, by processing an SOI (Silicon On Insulator) substrate 300 by a semiconductor process. The SOI substrate 300 has a structure in which a buried oxide film layer 320 and a single crystal silicon layer 330 are sequentially stacked on a silicon substrate 310. Hereinafter, the silicon substrate 310 is referred to as a handle layer 310, and the single crystal silicon layer 330 is referred to as a device layer 330.

まず、熱アクチュエータ33を作製するために、図5(b)に示すように、デバイス層330において熱アクチュエータ33が配置される領域331(以下、熱アクチュエータ配置領域331という)にDRIE(Deep Reactive Ion Etching)によりトレンチ332を形成した後に、デバイス層330の表面全体に亘って熱酸化処理を行う。これにより、デバイス層330の表面に熱酸化膜340が形成されるとともに、トレンチ332の側壁にも熱酸化膜340が形成される。また、ハンドル層310の裏面にも熱酸化膜350が形成される。   First, in order to manufacture the thermal actuator 33, as shown in FIG. 5B, a DRIE (Deep Reactive Ion) is formed in a region 331 (hereinafter referred to as a thermal actuator arrangement region 331) in the device layer 330 where the thermal actuator 33 is arranged. After the trench 332 is formed by etching, thermal oxidation treatment is performed over the entire surface of the device layer 330. As a result, the thermal oxide film 340 is formed on the surface of the device layer 330 and the thermal oxide film 340 is also formed on the sidewalls of the trench 332. A thermal oxide film 350 is also formed on the back surface of the handle layer 310.

具体的には、まず図6(a)に示すように、デバイス層330の熱アクチュエータ配置領域331において、酸化シリコンを材料とする棒状部材52が形成される部分に、櫛歯形状にパターニングし、紙面奥行き方向にDRIEによりトレンチ332を形成する。   Specifically, as shown in FIG. 6A, first, in the thermal actuator arrangement region 331 of the device layer 330, the portion where the rod-shaped member 52 made of silicon oxide is formed is patterned in a comb shape, A trench 332 is formed by DRIE in the depth direction of the drawing.

そして、熱酸化処理を行うことにより、図6(b)に示すように、トレンチ332の側壁に熱酸化膜340を形成する。シリコンの酸化反応により、トレンチ側壁部の体積が増えトレンチ332の幅が狭くなるとともに、櫛歯状突起333の幅も狭くなる。なお、図6(b)以降、実際には図5(b)で示すようにデバイス層330上に形成される熱酸化膜340の図示を、省略する。   Then, by performing a thermal oxidation process, a thermal oxide film 340 is formed on the sidewall of the trench 332 as shown in FIG. Due to the oxidation reaction of silicon, the volume of the trench side wall portion is increased, the width of the trench 332 is narrowed, and the width of the comb-like projection 333 is also narrowed. After FIG. 6B, the illustration of the thermal oxide film 340 formed on the device layer 330 is actually omitted as shown in FIG. 5B.

その後、さらに熱酸化処理を行うと、トレンチ332の幅がさらに狭くなり、トレンチの両側面から成長してきた熱酸化膜同士が密着すると共に、櫛歯状突起333も全て熱酸化され、図5(c)および図6(c)に示すように、一体化する。   Thereafter, when the thermal oxidation treatment is further performed, the width of the trench 332 is further reduced, the thermal oxide films grown from both side surfaces of the trench are brought into close contact with each other, and all the comb-like projections 333 are also thermally oxidized. c) and as shown in FIG. 6 (c).

なお、後述するように、デバイス層エッチング領域342のデバイス層330をDRIEによりエッチングをし(図6(d)を参照)、その後、ハンドル層310に凹部370を形成し、埋込酸化膜320を除去することにより、熱アクチュエータ33が形成される(図6(e)を参照)。   As will be described later, the device layer 330 in the device layer etching region 342 is etched by DRIE (see FIG. 6D), and then a recess 370 is formed in the handle layer 310, and the buried oxide film 320 is formed. By removing, the thermal actuator 33 is formed (see FIG. 6E).

その後、熱酸化膜340上にアルミ薄膜を堆積しパターニングすることにより、図5(d)に示すように、ミラー31の鏡面部345を形成する。
また図5(e)に示すように、電極形成領域341とデバイス層エッチング領域342の熱酸化膜340をエッチングする。その後、図5(f)に示すように、電極形成領域341内のデバイス層330上にアルミ薄膜を堆積しパターニングすることにより、アルミ電極360を形成し、さらに図5(g)に示すように、デバイス層エッチング領域342のデバイス層330をDRIEによりエッチングする。
Thereafter, an aluminum thin film is deposited on the thermal oxide film 340 and patterned to form a mirror surface portion 345 of the mirror 31 as shown in FIG.
Further, as shown in FIG. 5E, the thermal oxide film 340 in the electrode formation region 341 and the device layer etching region 342 is etched. Thereafter, as shown in FIG. 5 (f), an aluminum thin film is deposited on the device layer 330 in the electrode formation region 341 and patterned to form an aluminum electrode 360, and as shown in FIG. 5 (g). Then, the device layer 330 in the device layer etching region 342 is etched by DRIE.

その後、図5(h)に示すように、ハンドル層310の裏面の熱酸化膜350のうち光ビーム走査部2に対応する領域をエッチングにより除去し、さらに、図5(i)に示すように、除去されなかった熱酸化膜350をマスクとしてハンドル層310をエッチングすることにより、ハンドル層310に凹部370が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 5 (h), the region corresponding to the light beam scanning portion 2 in the thermal oxide film 350 on the back surface of the handle layer 310 is removed by etching, and further, as shown in FIG. 5 (i). By etching the handle layer 310 using the thermal oxide film 350 that has not been removed as a mask, the recess 370 is formed in the handle layer 310.

また図5(j)に示すように、埋込酸化膜層320のうち凹部370の領域をエッチングにより除去し、さらに図5(k)に示すように、シリコン基板310の裏面の熱酸化膜350をエッチングにより除去する。これにより、光走査装置1は、光ビーム走査部2が回転可能となるように構成される。   Further, as shown in FIG. 5J, the region of the recess 370 in the buried oxide film layer 320 is removed by etching, and further, as shown in FIG. 5K, the thermal oxide film 350 on the back surface of the silicon substrate 310 is removed. Are removed by etching. Accordingly, the optical scanning device 1 is configured such that the light beam scanning unit 2 can rotate.

このように構成された光走査装置1は、光ビームを反射させる反射面を有するミラー31と、ミラー31を捻り振動させるための回転軸kとなる弾性連結部16a,16bとを備え、回転軸kを中心にしてミラー31を揺動させることにより、反射面により反射された光ビームを走査する。   The optical scanning device 1 configured as described above includes a mirror 31 having a reflecting surface that reflects a light beam, and elastic coupling portions 16a and 16b serving as a rotation axis k for torsionally vibrating the mirror 31, and the rotation axis. The light beam reflected by the reflecting surface is scanned by swinging the mirror 31 around k.

ところで、弾性連結部16a,16bを回転軸としてミラー31を捻り振動させる場合の共振周波数fは、下式(1)で表される。   By the way, the resonance frequency f when the mirror 31 is torsionally oscillated with the elastic coupling portions 16a and 16b as the rotation axes is expressed by the following expression (1).

なお式(1)において、kは弾性連結部16a,16bのバネ定数、Jはミラー31の慣性モーメントである。
そして、弾性連結部16a,16bのバネ定数kは、下式(2)で表される。
In equation (1), k is the spring constant of the elastic coupling portions 16 a and 16 b, and J is the moment of inertia of the mirror 31.
And the spring constant k of the elastic connection parts 16a and 16b is represented by the following formula (2).

なお式(2)において、βは、弾性連結部16a,16bの断面の形状から決まる係数である。また、aは、弾性連結部16a,16bの断面の長辺の長さである。また、bは、弾性連結部16a,16bの断面の短辺の長さである。また、Eはヤング率(横弾性係数)である。また、νはポアソン比である。また、lは弾性連結部16a,16bの長さである。すなわち、ヤング率Eが低下するとバネ定数kが低下する。   In equation (2), β is a coefficient determined from the cross-sectional shape of the elastic coupling portions 16a and 16b. Moreover, a is the length of the long side of the cross section of the elastic connection parts 16a and 16b. Moreover, b is the length of the short side of the cross section of the elastic connection parts 16a and 16b. E is Young's modulus (lateral elastic modulus). Further, ν is a Poisson's ratio. In addition, l is the length of the elastic connecting portions 16a and 16b. That is, when the Young's modulus E decreases, the spring constant k decreases.

さらに、ヤング率Eは、温度をTとして、下式(3)で表される。   Further, the Young's modulus E is expressed by the following equation (3), where T is the temperature.

なお式(3)において、E0は、0℃でのヤング率である。また、Δhtは温度係数である。すなわち、温度が高くなるほどヤング率Eは低下する。
したがって、温度の上昇に伴いヤング率Eが低下し、弾性連結部16a,16bのバネ定数kが低下すると、共振周波数fが低下する。
In Equation (3), E 0 is the Young's modulus at 0 ° C. In addition, Δh t is the temperature coefficient. That is, the Young's modulus E decreases as the temperature increases.
Therefore, when the Young's modulus E decreases as the temperature increases and the spring constant k of the elastic coupling portions 16a and 16b decreases, the resonance frequency f decreases.

これに対し、光走査装置1では、ミラー支持枠32と熱アクチュエータ33が、ミラー31と弾性連結部16a,16bとを連結するとともに、温度が高くなるほどミラー31の回転軸k周りの慣性モーメントが低くなるようにミラー31を変位させる。   On the other hand, in the optical scanning device 1, the mirror support frame 32 and the thermal actuator 33 connect the mirror 31 and the elastic connecting portions 16a and 16b, and as the temperature increases, the moment of inertia around the rotation axis k of the mirror 31 increases. The mirror 31 is displaced so as to be lowered.

したがって、温度上昇に伴うヤング率Eの低下に対応して、ミラー31の回転軸k周りの慣性モーメントを低下させることにより、温度上昇に伴う共振周波数fの変化を抑制することができる。これにより、温度変化による走査特性の変化を抑制することができる。   Accordingly, by reducing the moment of inertia around the rotation axis k of the mirror 31 in response to a decrease in Young's modulus E accompanying a temperature rise, it is possible to suppress a change in the resonance frequency f accompanying a temperature rise. Thereby, the change of the scanning characteristic by the temperature change can be suppressed.

例えば図7に示すように、温度変化に伴いヤング率が変化すると共振周波数が変化する(図7の曲線L1を参照)。このときの仕様共振周波数からのずれ量をΔfaとする。一方、ヤング率が一定という条件の下で、温度変化に伴いミラー31の回転軸k周りの慣性モーメントが変化すると、共振周波数が変化する(図7の曲線L2を参照)。このときの仕様共振周波数からのずれ量をΔfbとする。   For example, as shown in FIG. 7, when the Young's modulus changes with temperature change, the resonance frequency changes (see curve L1 in FIG. 7). The amount of deviation from the specified resonance frequency at this time is represented by Δfa. On the other hand, when the moment of inertia around the rotation axis k of the mirror 31 changes with temperature change under the condition that the Young's modulus is constant, the resonance frequency changes (see curve L2 in FIG. 7). The amount of deviation from the specified resonance frequency at this time is Δfb.

したがって、温度変化によりヤング率と慣性モーメントが同時に変化した場合の仕様共振周波数からのずれ量は|Δfa―Δfb|となる。このため、|Δfa―Δfb|が、許容誤差Δεより小さくなるように設計することによって(図7の曲線L3を参照)、温度上昇に伴う共振周波数fの変化を抑制することができる。   Accordingly, when the Young's modulus and the moment of inertia change simultaneously due to a temperature change, the deviation from the specified resonance frequency is | Δfa−Δfb |. For this reason, by designing | Δfa−Δfb | to be smaller than the allowable error Δε (refer to the curve L3 in FIG. 7), it is possible to suppress the change in the resonance frequency f accompanying the temperature rise.

なお、ミラー31の回転軸k周りの慣性モーメントを変化させるために、ミラー31の反射面は、円以外の形状(本実施形態では楕円形状)を有し、熱アクチュエータ33は、反射面に垂直な回転軸mを中心にミラー31を回転させる。   In order to change the moment of inertia around the rotation axis k of the mirror 31, the reflecting surface of the mirror 31 has a shape other than a circle (in this embodiment, an elliptical shape), and the thermal actuator 33 is perpendicular to the reflecting surface. The mirror 31 is rotated around the rotation axis m.

すなわち、ミラー31の反射面は円以外の形状を有しているため、反射面に垂直な回転軸mを中心としたミラー31の回転に伴い、ミラー31において回転軸kから最も遠い地点と回転軸kとの距離が変化する。本実施形態では、ミラー31の反射面が楕円形状であるため、長軸方向と短軸方向とで径が異なり、ミラー31の回転に伴い上記距離が変化する。そして、この距離の変化により、慣性モーメントを変化させることができる。   That is, since the reflecting surface of the mirror 31 has a shape other than a circle, the mirror 31 rotates at a point farthest from the rotation axis k with the rotation of the mirror 31 about the rotation axis m perpendicular to the reflecting surface. The distance from the axis k changes. In this embodiment, since the reflecting surface of the mirror 31 is elliptical, the major axis direction and the minor axis direction have different diameters, and the distance changes as the mirror 31 rotates. The moment of inertia can be changed by changing the distance.

また熱アクチュエータ33は、熱膨張率が互いに異なる材料からなる棒状部材51(シリコン)と棒状部材52(酸化シリコン)を積層して構成されている。したがって、温度が低くなると、熱膨張率が大きい棒状部材51が大きく収縮することにより、熱アクチュエータ33が、棒状部材51と棒状部材52との接合面を挟んで、熱膨張率が大きい棒状部材51側に撓む。一方、温度が高くなると、熱膨張率が大きい棒状部材51が大きく膨張することにより、熱膨張率が小さい棒状部材52側に撓む。これにより、温度に応じた位置に自動的に反射部を変位させることができる。   The thermal actuator 33 is formed by laminating a rod-shaped member 51 (silicon) and a rod-shaped member 52 (silicon oxide) made of materials having different thermal expansion coefficients. Therefore, when the temperature is lowered, the rod-shaped member 51 having a large coefficient of thermal expansion contracts greatly, so that the thermal actuator 33 sandwiches the joint surface between the rod-shaped member 51 and the rod-shaped member 52 and the rod-shaped member 51 having a large coefficient of thermal expansion. Bend to the side. On the other hand, when the temperature is increased, the rod-shaped member 51 having a large coefficient of thermal expansion is greatly expanded, and is bent toward the rod-shaped member 52 having a small coefficient of thermal expansion. Thereby, a reflection part can be automatically displaced to the position according to temperature.

これにより、温度を検出する温度センサ、および温度検出結果に基づいて温度補正を行う制御回路などを用いることなく反射部を変位させることができるため、光走査装置1の構成を簡略化することができる。   Accordingly, the reflection unit can be displaced without using a temperature sensor for detecting temperature and a control circuit for performing temperature correction based on the temperature detection result, so that the configuration of the optical scanning device 1 can be simplified. it can.

また、熱膨張率が互いに異なる材料からなる棒状部材51,52は、シリコンを材料とする部材と、シリコンを熱酸化することにより形成される酸化シリコンを材料とする部材である。シリコンおよび酸化シリコンの熱膨張率はそれぞれ、(2.6×10-6)および(0.5×10-6)であり、熱膨張率が大きく異なる。そして、シリコンの一部を熱酸化することによって、シリコンと酸化シリコンとが積層された構造を形成することができるため、別々に形成された2つの部材を張り合わせるという工程が不要となり、製造工程を簡略化することができる。 The rod-shaped members 51 and 52 made of materials having different coefficients of thermal expansion are a member made of silicon and a member made of silicon oxide formed by thermally oxidizing silicon. The thermal expansion coefficients of silicon and silicon oxide are (2.6 × 10 −6 ) and (0.5 × 10 −6 ), respectively, and the thermal expansion coefficients are greatly different. Since a structure in which silicon and silicon oxide are laminated can be formed by thermally oxidizing a part of silicon, a process of bonding two separately formed members becomes unnecessary, and the manufacturing process Can be simplified.

以上説明した実施形態において、ミラー31は本発明における反射部、回転軸kは本発明における第1回転軸、弾性連結部16a,16bは本発明における第1弾性変形部材、ミラー支持枠32と熱アクチュエータ33は本発明における連結変位部、回転軸mは本発明における変位回転軸、棒状部材51,52は本発明における熱膨張率が互いに異なる材料からなる2つの部材である。   In the embodiment described above, the mirror 31 is the reflection portion in the present invention, the rotation axis k is the first rotation shaft in the present invention, and the elastic coupling portions 16a and 16b are the first elastic deformation member, the mirror support frame 32 in the present invention and the heat. The actuator 33 is a connecting displacement portion in the present invention, the rotation axis m is a displacement rotation shaft in the present invention, and the rod-shaped members 51 and 52 are two members made of materials having different coefficients of thermal expansion in the present invention.

また、内ジンバル12は本発明における第1支持部、弾性連結部15a,15bは本発明における第2弾性変形部材、回転軸jは本発明における第2回転軸、外ジンバル11は本発明における第2支持部、弾性連結部14a,14bは本発明における第3弾性変形部材、回転軸iは本発明における第3回転軸、支持部3は本発明における第3支持部である。   Further, the inner gimbal 12 is the first support portion in the present invention, the elastic connecting portions 15a and 15b are the second elastic deformation members in the present invention, the rotation axis j is the second rotation shaft in the present invention, and the outer gimbal 11 is the first in the present invention. 2 is a third elastic deformation member in the present invention, the rotation shaft i is a third rotation shaft in the present invention, and the support portion 3 is a third support portion in the present invention.

(第2実施形態)
以下に本発明の第2実施形態について図面とともに説明する。なお、第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみを説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the second embodiment, only parts different from the first embodiment will be described.

第2実施形態における光走査装置1は、光反射部13の構成が変更された点以外は第1実施形態と同じである。図8(a)は、第2実施形態における光反射部13の構成と動作を示す図である。   The optical scanning device 1 in the second embodiment is the same as that in the first embodiment except that the configuration of the light reflecting unit 13 is changed. FIG. 8A is a diagram showing the configuration and operation of the light reflecting section 13 in the second embodiment.

第2実施形態の光反射部13は、図8(a)に示すように、熱アクチュエータ33の代わりに熱アクチュエータ60が設けられた点以外は第1実施形態と同じである。
熱アクチュエータ60は、シリコンを材料として棒状部材を偶数回折り返した形状に形成された折返部材61と、酸化シリコンを材料として棒状に形成された棒状部材62とから構成されている。
The light reflecting portion 13 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that a thermal actuator 60 is provided instead of the thermal actuator 33 as shown in FIG.
The thermal actuator 60 includes a folded member 61 formed in a shape in which a rod-shaped member is folded back evenly using silicon as a material, and a rod-shaped member 62 formed in a rod shape using silicon oxide as a material.

折返部材61は、ミラー31からミラー支持枠32へ向かう方向またはミラー支持枠32からミラー31へ向かう方向(すなわち、円形状のミラー支持枠32の径方向)に延びる径方向部材66と、ミラー31の円周方向に沿って延びる周方向部材67とが交互に連結されて形成されている。また折返部材61は、その一端61aがミラー支持枠32の内周部に接続されるとともに他端61bがミラー31の外周部に接続される。   The folding member 61 includes a radial member 66 extending in the direction from the mirror 31 to the mirror support frame 32 or the direction from the mirror support frame 32 to the mirror 31 (that is, the radial direction of the circular mirror support frame 32), and the mirror 31. And circumferential members 67 extending along the circumferential direction are alternately connected to each other. The folding member 61 has one end 61 a connected to the inner peripheral portion of the mirror support frame 32 and the other end 61 b connected to the outer peripheral portion of the mirror 31.

そして、折返部材61を構成する複数の径方向部材66のそれぞれに対して、円形状のミラー支持枠32の径方向に沿って径方向部材66と棒状部材62とが交互に配置されるように棒状部材62が積層される。したがって、折返部材61を構成する複数の径方向部材66は、温度変化に応じて、ミラー31の円周方向に沿って同方向に変位する(矢印D11を参照)。   The radial members 66 and the rod-shaped members 62 are alternately arranged along the radial direction of the circular mirror support frame 32 with respect to each of the plurality of radial members 66 constituting the folding member 61. The rod-shaped member 62 is laminated. Accordingly, the plurality of radial members 66 constituting the folding member 61 are displaced in the same direction along the circumferential direction of the mirror 31 according to the temperature change (see arrow D11).

さらに、複数の熱アクチュエータ60は、隣接する熱アクチュエータ60に対しても、径方向部材66と棒状部材62とが交互に配置されるように設置される。したがって、複数の熱アクチュエータ60は、温度変化に応じて、ミラー31との接続端が、ミラー31の円周に沿って同方向に変位する(矢印D12を参照)。   Further, the plurality of thermal actuators 60 are installed such that the radial members 66 and the rod-shaped members 62 are alternately arranged with respect to the adjacent thermal actuators 60. Therefore, in the plurality of thermal actuators 60, the connection end with the mirror 31 is displaced in the same direction along the circumference of the mirror 31 according to the temperature change (see arrow D12).

このように構成された光走査装置1では、熱アクチュエータ60は、熱膨張率が互いに異なる材料からなる折返部材61と棒状部材62を積層して構成され、折返部材61は、折り返し部がコ字状になるようにして棒状部材を複数回折り返した形状に形成され、棒状部材62は、折返部材61と棒状部材62とが交互に配置されるように、折り返した形状に形成された折返部材61に積層される。このため、熱アクチュエータ60の一端をミラー31に接続するとともに他端をミラー支持枠32に接続した場合に、直線状の部材である場合と比較して、折返部材61の長さを長くすることができる。   In the optical scanning device 1 configured as described above, the thermal actuator 60 is configured by stacking the folding member 61 and the rod-shaped member 62 made of materials having different coefficients of thermal expansion, and the folding member 61 has a U-shaped folded portion. The bar-shaped member 62 is formed in a shape that is folded back in a plurality of shapes, and the bar-shaped member 62 is a folded member 61 that is formed in a folded shape so that the folded members 61 and the bar-shaped members 62 are alternately arranged. Is laminated. For this reason, when one end of the thermal actuator 60 is connected to the mirror 31 and the other end is connected to the mirror support frame 32, the length of the folding member 61 is increased compared to the case of a linear member. Can do.

そして、棒状部材62は、折返部材61と棒状部材62とが交互に配置されるように、折り返した形状に形成された折返部材61に積層されるため、折返部材61と棒状部材62とが積層された複数の部分は、温度変化に伴い同方向に変位する。そして、上述のように、折返部材61は、直線状の部材である場合と比較して、折返部材61の長さを長くすることができるため、折返部材61と棒状部材62とが積層された部分を長くすることができる。つまり、直線状の部材である場合と比較して、温度変化に伴い変位させる部分を長くすることができる。したがって、折返部材61が直線状の部材である場合と比較して、ミラー31の変位を大きくすることが可能となる。   And since the rod-shaped member 62 is laminated | stacked on the folding member 61 formed in the folded shape so that the folding member 61 and the rod-shaped member 62 may be arrange | positioned alternately, the folding member 61 and the rod-shaped member 62 are laminated | stacked. The plurality of portions displaced in the same direction as the temperature changes. And as above-mentioned, since the folding member 61 can lengthen the length of the folding member 61 compared with the case where it is a linear member, the folding member 61 and the rod-shaped member 62 were laminated | stacked. The part can be lengthened. That is, compared with the case where it is a linear member, the part displaced with a temperature change can be lengthened. Therefore, it is possible to increase the displacement of the mirror 31 as compared with the case where the folding member 61 is a linear member.

このため、折返部材61と棒状部材62とで熱膨張率の差が小さい場合であっても、ミラー31の回転量を大きくすることができる。
さらに、回転量を大きくすることができるため、楕円形状のミラー31の長軸の長さが小さい場合であっても、ミラー31の回転軸k周りの慣性モーメントを大きく変化させることができる。これにより、ミラー31を小さくすることができる。
For this reason, even when the difference in coefficient of thermal expansion between the folding member 61 and the rod-shaped member 62 is small, the amount of rotation of the mirror 31 can be increased.
Furthermore, since the amount of rotation can be increased, the moment of inertia around the rotation axis k of the mirror 31 can be greatly changed even when the major axis of the elliptical mirror 31 is small. Thereby, the mirror 31 can be made small.

以上説明した実施形態において、折返部材61は本発明における一方の部材、棒状部材62は本発明における他方の部材である。
(第3実施形態)
以下に本発明の第3実施形態について図面とともに説明する。なお、第3実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみを説明する。
In the embodiment described above, the folding member 61 is one member in the present invention, and the rod-shaped member 62 is the other member in the present invention.
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the third embodiment, only parts different from the first embodiment will be described.

第3実施形態における光走査装置1は、光反射部13の構成が変更された点以外は第1実施形態と同じである。図8(b)は、第3実施形態における光反射部13の構成と動作を示す図である。   The optical scanning device 1 in the third embodiment is the same as that in the first embodiment except that the configuration of the light reflecting section 13 is changed. FIG. 8B is a diagram illustrating the configuration and operation of the light reflecting section 13 in the third embodiment.

第3実施形態の光反射部13は、図8(b)に示すように、ミラー支持枠32と熱アクチュエータ33の代わりに熱アクチュエータ70が設けられた点以外は第1実施形態と同じである。   The light reflecting portion 13 of the third embodiment is the same as that of the first embodiment except that a thermal actuator 70 is provided instead of the mirror support frame 32 and the thermal actuator 33 as shown in FIG. .

熱アクチュエータ70は、シリコンを材料として棒状部材を折り返した形状に形成された複数(本実施形態では2つ)の折返部材71と、酸化シリコンを材料として棒状に形成された棒状部材72とから構成されている。   The thermal actuator 70 includes a plurality of (two in this embodiment) folded members 71 formed in a shape in which a rod-shaped member is folded using silicon as a material, and a rod-shaped member 72 formed in a rod shape using silicon oxide as a material. Has been.

折返部材71は、ミラー31の円周に沿って延びる周方向部材76と、ミラー31から周方向部材76へ向かう方向または周方向部材76からミラー31へ向かう方向(すなわち、楕円形状のミラー31の径方向)に延びる径方向部材77とが交互に連結されて形成されている。   The folding member 71 includes a circumferential member 76 extending along the circumference of the mirror 31 and a direction from the mirror 31 toward the circumferential member 76 or a direction from the circumferential member 76 toward the mirror 31 (that is, the elliptical mirror 31). The radial members 77 extending in the radial direction are alternately connected to each other.

また複数の折返部材71のうち、少なくとも1つは、その一端71aが弾性連結部16aに接続されるとともに他端71bがミラー31の外周部に接続される一方、少なくとも1つは、その一端71aが弾性連結部16bに接続されるとともに他端71bがミラー31の外周部に接続される。   At least one of the plurality of folding members 71 has one end 71a connected to the elastic coupling portion 16a and the other end 71b connected to the outer peripheral portion of the mirror 31, while at least one of the one end 71a. Is connected to the elastic connecting portion 16 b and the other end 71 b is connected to the outer peripheral portion of the mirror 31.

そして、折返部材71を構成する周方向部材76に対して、ミラー31の径方向に沿って周方向部材76と棒状部材72とが交互に配置されるように棒状部材72が積層される。したがって、折返部材71は、温度変化に応じて、ミラー31の径方向に沿って変位する(矢印D21を参照)。さらに、熱アクチュエータ70を構成する2つの折返部材71は、ミラー31の回転軸mを中心にして点対称となるように配置される。これにより、2つの熱アクチュエータ70は、温度変化に応じて、ミラー31との接続端が、ミラー31の円周に沿って同方向に変位する(矢印D22を参照)。   Then, the rod-shaped members 72 are laminated so that the circumferential members 76 and the rod-shaped members 72 are alternately arranged along the radial direction of the mirror 31 with respect to the circumferential member 76 constituting the folding member 71. Therefore, the folding member 71 is displaced along the radial direction of the mirror 31 according to the temperature change (see the arrow D21). Further, the two folding members 71 constituting the thermal actuator 70 are arranged so as to be point-symmetric about the rotation axis m of the mirror 31. Thereby, the connection end with the mirror 31 of the two thermal actuators 70 is displaced in the same direction along the circumference of the mirror 31 according to the temperature change (see arrow D22).

このように構成された光走査装置1では、ミラー支持枠32を用いることなく、熱アクチュエータ70により、ミラー31と弾性連結部16a,16bとを連結するとともに、温度が高くなるほどミラー31の回転軸k周りの慣性モーメントが低くなるようにミラー31を変位させることができる。   In the optical scanning device 1 configured as described above, the mirror 31 and the elastic coupling portions 16a and 16b are coupled by the thermal actuator 70 without using the mirror support frame 32, and the rotation axis of the mirror 31 increases as the temperature increases. The mirror 31 can be displaced so that the moment of inertia around k is low.

以上説明した実施形態において、熱アクチュエータ70は本発明における連結変位部、折返部材71は本発明における一方の部材、棒状部材72は本発明における他方の部材である。   In the embodiment described above, the thermal actuator 70 is the connecting displacement portion in the present invention, the folding member 71 is one member in the present invention, and the rod-shaped member 72 is the other member in the present invention.

(第4実施形態)
以下に本発明の第4実施形態について図面とともに説明する。なお、第4実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみを説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the fourth embodiment, only parts different from the first embodiment will be described.

第4実施形態における光走査装置1は、光反射部13の構成が変更された点以外は第1実施形態と同じである。図9(a)は、第4実施形態における光反射部13の構成と動作を示す図である。   The optical scanning device 1 in the fourth embodiment is the same as that in the first embodiment except that the configuration of the light reflecting unit 13 is changed. FIG. 9A is a diagram illustrating the configuration and operation of the light reflecting section 13 in the fourth embodiment.

第4実施形態の光反射部13は、図9(a)に示すように、ミラー支持枠32と熱アクチュエータ33の代わりに熱アクチュエータ80が設けられた点以外は第1実施形態と同じである。   The light reflecting portion 13 of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment except that a thermal actuator 80 is provided instead of the mirror support frame 32 and the thermal actuator 33 as shown in FIG. .

熱アクチュエータ80は、シリコンを材料として棒状部材を折り返した形状に形成された複数(本実施形態では2つ)の折返部材81と、酸化シリコンを材料として棒状に形成された棒状部材82とから構成されている。   The thermal actuator 80 includes a plurality of (two in this embodiment) folded members 81 formed in a shape in which a rod-shaped member is folded using silicon as a material, and a rod-shaped member 82 formed in a rod shape using silicon oxide as a material. Has been.

折返部材81は、楕円形状のミラー31の短軸方向に沿って延びる短軸方向部材86と、ミラー31の長軸方向に沿って延びる長軸方向部材87とが交互に連結されて形成されている。なおミラー31は、その長軸が回転軸kと直交するように配置されている。   The folding member 81 is formed by alternately connecting a short-axis direction member 86 extending along the short-axis direction of the elliptical mirror 31 and a long-axis direction member 87 extending along the long-axis direction of the mirror 31. Yes. The mirror 31 is arranged so that its long axis is orthogonal to the rotation axis k.

また複数の折返部材81のうち、少なくとも1つは、その一端81aが弾性連結部16aに接続されるとともに他端81bがミラー31の外周部に接続される一方、少なくとも1つは、その一端81aが弾性連結部16bに接続されるとともに他端81bがミラー31の外周部に接続される。   In addition, at least one of the plurality of folding members 81 has one end 81a connected to the elastic coupling portion 16a and the other end 81b connected to the outer peripheral portion of the mirror 31, while at least one has one end 81a. Is connected to the elastic coupling portion 16 b and the other end 81 b is connected to the outer peripheral portion of the mirror 31.

そして、折返部材81を構成する短軸方向部材86に対して、ミラー31の長軸方向に沿って短軸方向部材86と棒状部材82とが交互に配置されるように棒状部材82が積層される。したがって、折返部材81は、温度変化に応じて、ミラー31の長軸方向に沿って変位する(矢印D31を参照)。さらに、熱アクチュエータ80を構成する2つの折返部材81は、ミラー31の長軸を中心にして線対称となるように配置される。これにより、2つの熱アクチュエータ80は、温度変化に応じて、ミラー31との接続端が、ミラー31の長軸方向に沿って同方向に変位する(矢印D32を参照)。   Then, the rod-shaped members 82 are laminated so that the short-axis direction members 86 and the rod-shaped members 82 are alternately arranged along the long-axis direction of the mirror 31 with respect to the short-axis direction members 86 constituting the folding member 81. The Accordingly, the folding member 81 is displaced along the major axis direction of the mirror 31 according to the temperature change (see arrow D31). Further, the two folding members 81 constituting the thermal actuator 80 are arranged so as to be line symmetrical about the major axis of the mirror 31. Thereby, the connection end with the mirror 31 of the two thermal actuators 80 is displaced in the same direction along the major axis direction of the mirror 31 according to the temperature change (see arrow D32).

そして、楕円形状のミラー31の周縁部のうち回転軸kから最も離れている地点(点P31を参照)と回転軸kとの距離(距離I31を参照)が短くなるほど、回転軸k周りの慣性モーメントが小さくなる。したがって、温度が高くなるほど上記の距離が小さくなるように、熱アクチュエータ80とミラー31とを連結することにより、温度が高くなるほど回転軸k周りの慣性モーメントが小さくなるように構成することができる。   The inertia around the rotation axis k becomes shorter as the distance (see the distance I31) between the point (see the point P31) farthest from the rotation axis k and the rotation axis k in the peripheral portion of the elliptical mirror 31 becomes shorter. The moment becomes smaller. Therefore, by connecting the thermal actuator 80 and the mirror 31 so that the distance becomes smaller as the temperature becomes higher, the moment of inertia around the rotation axis k becomes smaller as the temperature becomes higher.

このように構成された光走査装置1では、熱アクチュエータ80は、回転軸kに直交する方向に沿ってミラー31を移動させることにより、ミラー31と回転軸kとの距離を変化させる。そして、この距離の変化により、慣性モーメントを変化させることができる。   In the optical scanning device 1 configured as described above, the thermal actuator 80 moves the mirror 31 along the direction orthogonal to the rotation axis k, thereby changing the distance between the mirror 31 and the rotation axis k. The moment of inertia can be changed by changing the distance.

以上説明した実施形態において、熱アクチュエータ80は本発明における連結変位部、折返部材81は本発明における一方の部材、棒状部材82は本発明における他方の部材である。   In the embodiment described above, the thermal actuator 80 is the connecting displacement portion in the present invention, the folding member 81 is one member in the present invention, and the rod-shaped member 82 is the other member in the present invention.

(第5実施形態)
以下に本発明の第5実施形態について図面とともに説明する。なお、第5実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみを説明する。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the fifth embodiment, only parts different from the first embodiment will be described.

第5実施形態における光走査装置1は、光反射部13の構成が変更された点以外は第1実施形態と同じである。図9(b)は、第5実施形態における光反射部13の構成と動作を示す図である。   The optical scanning device 1 in the fifth embodiment is the same as that in the first embodiment except that the configuration of the light reflecting unit 13 is changed. FIG. 9B is a diagram illustrating the configuration and operation of the light reflecting section 13 in the fifth embodiment.

第5実施形態の光反射部13は、図9(b)に示すように、熱アクチュエータ33の代わりに熱アクチュエータ90が設けられた点以外は第1実施形態と同じである。
熱アクチュエータ90は、シリコンを材料として棒状に形成された棒状部材91と、酸化シリコンを材料として棒状に形成された棒状部材92とが、その長手方向に直交する方向に沿って積層されて構成されている。
The light reflecting portion 13 of the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment except that a thermal actuator 90 is provided instead of the thermal actuator 33 as shown in FIG.
The thermal actuator 90 is configured by laminating a rod-shaped member 91 formed in a rod shape using silicon as a material and a rod-shaped member 92 formed in a rod shape using silicon oxide as a material along a direction orthogonal to the longitudinal direction. ing.

そして、複数の熱アクチュエータ90はそれぞれ、ミラー31とミラー支持枠32との間に配置され、その一端がミラー支持枠32の内周部に接続されるとともに他端がミラー31の外周部に接続される。   Each of the plurality of thermal actuators 90 is disposed between the mirror 31 and the mirror support frame 32, and one end thereof is connected to the inner peripheral part of the mirror support frame 32 and the other end is connected to the outer peripheral part of the mirror 31. Is done.

さらに複数の熱アクチュエータ90は、ミラー31の長軸方向に沿って、棒状部材91と棒状部材92とが交互に配置されるように設置される。そして上述のように、熱アクチュエータ33は、温度が室温より低いと棒状部材91(シリコン)側に撓む一方、温度が室温より高いと棒状部材92(酸化シリコン)側に撓む。したがって、複数の熱アクチュエータ90は、温度変化に応じて、ミラー31との接続端が、ミラー31の長軸方向に沿って同方向に変位する(矢印D41を参照)。さらに、熱アクチュエータ90を構成する2つの棒状部材91は、ミラー31の長軸を中心にして線対称となるように配置される。これにより、複数の熱アクチュエータ90は、温度変化に応じて、ミラー31との接続端が、ミラー31の長軸方向に沿って同方向に変位する(矢印D42を参照)。   Further, the plurality of thermal actuators 90 are installed so that the bar-shaped members 91 and the bar-shaped members 92 are alternately arranged along the major axis direction of the mirror 31. As described above, the thermal actuator 33 bends toward the rod-shaped member 91 (silicon) when the temperature is lower than room temperature, and bends toward the rod-shaped member 92 (silicon oxide) when the temperature is higher than room temperature. Therefore, in the plurality of thermal actuators 90, the connection end with the mirror 31 is displaced in the same direction along the major axis direction of the mirror 31 according to the temperature change (see arrow D41). Further, the two rod-shaped members 91 constituting the thermal actuator 90 are arranged so as to be line symmetric with respect to the major axis of the mirror 31. Accordingly, the plurality of thermal actuators 90 are displaced in the same direction along the major axis direction of the mirror 31 in accordance with the temperature change (see arrow D42).

そして、楕円形状のミラー31の周縁部のうち回転軸kから最も離れている地点(点P41を参照)と回転軸kとの距離(距離I41を参照)が短くなるほど、回転軸k周りの慣性モーメントが小さくなる。したがって、温度が高くなるほど上記の距離が小さくなるように、熱アクチュエータ90とミラー31とを連結することにより、温度が高くなるほど回転軸k周りの慣性モーメントが小さくなるように構成することができる。   The inertia around the rotation axis k becomes shorter as the distance (see the distance I41) between the point (see the point P41) farthest from the rotation axis k and the rotation axis k in the peripheral edge of the elliptical mirror 31 becomes shorter. The moment becomes smaller. Therefore, by connecting the thermal actuator 90 and the mirror 31 so that the above distance becomes smaller as the temperature becomes higher, the moment of inertia around the rotation axis k becomes smaller as the temperature becomes higher.

このように構成された光走査装置1では、熱アクチュエータ90は、回転軸kに直交する方向に沿ってミラー31を移動させることにより、ミラー31と回転軸kとの距離を変化させる。そして、この距離の変化により、慣性モーメントを変化させることができる。   In the optical scanning device 1 configured as described above, the thermal actuator 90 moves the mirror 31 along the direction orthogonal to the rotation axis k, thereby changing the distance between the mirror 31 and the rotation axis k. The moment of inertia can be changed by changing the distance.

以上説明した実施形態において、ミラー支持枠32と熱アクチュエータ90は本発明における連結変位部、棒状部材91,92は本発明における熱膨張率が互いに異なる材料からなる2つの部材である。   In the embodiment described above, the mirror support frame 32 and the thermal actuator 90 are the connecting displacement portions in the present invention, and the rod-shaped members 91 and 92 are two members made of materials having different coefficients of thermal expansion in the present invention.

(第6実施形態)
以下に本発明の第6実施形態について図面とともに説明する。なお、第6実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみを説明する。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the sixth embodiment, only parts different from the first embodiment will be described.

第6実施形態における光走査装置1は、光反射部13の構成が変更された点以外は第1実施形態と同じである。図10(a)は、第6実施形態における光反射部13の構成と動作を示す図である。   The optical scanning device 1 in the sixth embodiment is the same as that in the first embodiment except that the configuration of the light reflecting unit 13 is changed. FIG. 10A is a diagram illustrating the configuration and operation of the light reflecting section 13 in the sixth embodiment.

第6実施形態の光反射部13は、図10(a)に示すように、ミラー31が楕円形状ではなく円形状である点と、ミラー支持枠32と熱アクチュエータ33の代わりに熱アクチュエータ100が設けられた点以外は第1実施形態と同じである。   As shown in FIG. 10A, the light reflecting portion 13 of the sixth embodiment has a point that the mirror 31 is circular instead of elliptical, and the thermal actuator 100 is replaced by the mirror support frame 32 and the thermal actuator 33. Except for the points provided, the second embodiment is the same as the first embodiment.

熱アクチュエータ100は、シリコンを材料として棒状部材を折り返した形状に形成された複数(本実施形態では2つ)の折返部材101と、酸化シリコンを材料として棒状に形成された棒状部材102とから構成されている。   The thermal actuator 100 includes a plurality of (two in this embodiment) folded members 101 formed in a shape in which a rod-shaped member is folded using silicon as a material, and a rod-shaped member 102 formed in a rod shape using silicon oxide as a material. Has been.

折返部材101は、ミラー31の鏡面に対して平行な方向(以下、鏡面方向という)に沿って延びる鏡面方向部材106と、ミラー31の鏡面に対して直交する方向(以下、鏡面直交方向という)に沿って延びる鏡面直交方向部材107とが交互に連結されて形成されている。   The folding member 101 includes a mirror direction member 106 extending along a direction parallel to the mirror surface of the mirror 31 (hereinafter referred to as a mirror surface direction) and a direction orthogonal to the mirror surface of the mirror 31 (hereinafter referred to as a mirror surface orthogonal direction). Mirror surface orthogonal direction members 107 extending along the line are alternately connected to each other.

また複数の折返部材101のうち、少なくとも1つは、その一端101aが弾性連結部16aに接続されるとともに他端101bがミラー31の外周部に接続される一方、少なくとも1つは、その一端101aが弾性連結部16bに接続されるとともに他端101bがミラー31の外周部に接続される。   At least one of the plurality of folding members 101 has one end 101a connected to the elastic coupling portion 16a and the other end 101b connected to the outer peripheral portion of the mirror 31, while at least one of the one end 101a. Is connected to the elastic coupling portion 16 b and the other end 101 b is connected to the outer peripheral portion of the mirror 31.

そして、折返部材101を構成する鏡面方向部材106に対して、鏡面直交方向に沿って鏡面方向部材106と棒状部材102とが交互に配置されるように棒状部材102が積層される。したがって、折返部材101は、温度変化に応じて、鏡面直交方向に沿って変位する(矢印D51を参照)。さらに、熱アクチュエータ100を構成する2つの折返部材101は、ミラー31を挟んで図中で上下対称となるように配置される。これにより、2つの熱アクチュエータ100は、温度変化に応じて、ミラー31との接続端が、鏡面直交方向に沿って同方向に変位する(矢印D52を参照)。   Then, the rod-like member 102 is laminated so that the mirror-side member 106 and the rod-like member 102 are alternately arranged along the mirror surface orthogonal direction with respect to the mirror-like member 106 constituting the folding member 101. Therefore, the folding member 101 is displaced along the mirror surface orthogonal direction in accordance with the temperature change (see arrow D51). Further, the two folding members 101 constituting the thermal actuator 100 are arranged so as to be vertically symmetrical in the drawing with the mirror 31 interposed therebetween. As a result, the two thermal actuators 100 are displaced in the same direction along the mirror orthogonal direction in the connection end with the mirror 31 according to the temperature change (see arrow D52).

このように構成された光走査装置1では、熱アクチュエータ100は、回転軸kに直交する方向に沿ってミラー31を移動させることにより、ミラー31と回転軸kとの距離を変化させる。そして、この距離の変化により、慣性モーメントを変化させることができる。   In the optical scanning device 1 configured as described above, the thermal actuator 100 moves the mirror 31 along the direction orthogonal to the rotation axis k, thereby changing the distance between the mirror 31 and the rotation axis k. The moment of inertia can be changed by changing the distance.

以上説明した実施形態において、熱アクチュエータ100は本発明における連結変位部、折返部材101は本発明における一方の部材、棒状部材102は本発明における他方の部材である。   In the embodiment described above, the thermal actuator 100 is the connecting displacement portion in the present invention, the folding member 101 is one member in the present invention, and the rod-shaped member 102 is the other member in the present invention.

(第7実施形態)
以下に本発明の第7実施形態について図面とともに説明する。なお、第7実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみを説明する。
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the seventh embodiment, only parts different from the first embodiment will be described.

第7実施形態における光走査装置1は、光反射部13の構成が変更された点以外は第1実施形態と同じである。図10(b)は、第7実施形態における光反射部13の構成と動作を示す図である。   The optical scanning device 1 in the seventh embodiment is the same as that in the first embodiment except that the configuration of the light reflecting unit 13 is changed. FIG. 10B is a diagram showing the configuration and operation of the light reflecting section 13 in the seventh embodiment.

第7実施形態の光反射部13は、図10(b)に示すように、ミラー31が楕円形状ではなく、円形状である点と、熱アクチュエータ33の代わりに熱アクチュエータ110が設けられた点以外は第1実施形態と同じである。   As shown in FIG. 10 (b), the light reflecting portion 13 of the seventh embodiment has a point that the mirror 31 is not elliptical but circular, and a thermal actuator 110 is provided instead of the thermal actuator 33. Except for this, the second embodiment is the same as the first embodiment.

ミラー31は、ミラー支持枠32の枠により内部に形成される開口部32aと、ミラー31における鏡面31aとは反対側の面31bとが対向するように配置される。
熱アクチュエータ110は、シリコンを材料として棒状に形成された棒状部材111と、酸化シリコンを材料として棒状に形成された棒状部材112とが、その長手方向に直交する方向に沿って積層されて構成されている。
The mirror 31 is arranged so that the opening 32a formed inside by the frame of the mirror support frame 32 and the surface 31b of the mirror 31 opposite to the mirror surface 31a face each other.
The thermal actuator 110 is configured by laminating a rod-shaped member 111 formed in a rod shape using silicon as a material and a rod-shaped member 112 formed in a rod shape using silicon oxide as a material along a direction orthogonal to the longitudinal direction. ing.

そして、複数の熱アクチュエータ110はそれぞれ、ミラー31とミラー支持枠32との間に配置され、その一端がミラー支持枠32の枠部に接続されるとともに他端がミラー31の外周部に接続される。これにより、ミラー31は、ミラー支持枠32の開口部32a上に配置されるように、複数の熱アクチュエータ110によって支持される。   Each of the plurality of thermal actuators 110 is disposed between the mirror 31 and the mirror support frame 32, and one end thereof is connected to the frame portion of the mirror support frame 32 and the other end is connected to the outer peripheral portion of the mirror 31. The Thereby, the mirror 31 is supported by the plurality of thermal actuators 110 so as to be disposed on the opening 32 a of the mirror support frame 32.

なお、熱アクチュエータ110は、棒状部材112が、ミラー支持枠32の開口部32aと対向するように配置されるとともに、棒状部材111が、棒状部材112を挟んで開口部32aとは反対側に配置される。そして熱アクチュエータ110は、温度が室温より低いと棒状部材111(シリコン)側に撓む一方、温度が室温より高いと棒状部材112(酸化シリコン)側に撓む(矢印D61を参照)。   In the thermal actuator 110, the rod-shaped member 112 is disposed so as to face the opening 32a of the mirror support frame 32, and the rod-shaped member 111 is disposed on the opposite side of the opening 32a across the rod-shaped member 112. Is done. The thermal actuator 110 bends toward the rod-shaped member 111 (silicon) when the temperature is lower than room temperature, and bends toward the rod-shaped member 112 (silicon oxide) when the temperature is higher than room temperature (see arrow D61).

したがって、複数の熱アクチュエータ110は、温度変化に応じて、ミラー31との接続端が、ミラー31の鏡面に対して直交する方向に沿って同方向に変位する(矢印D62を参照)。   Therefore, the plurality of thermal actuators 110 are displaced in the same direction along the direction orthogonal to the mirror surface of the mirror 31 in accordance with the temperature change (see arrow D62).

このように構成された光走査装置1では、熱アクチュエータ110は、回転軸kに直交する方向に沿ってミラー31を移動させることにより、ミラー31と回転軸kとの距離を変化させる。そして、この距離の変化により、慣性モーメントを変化させることができる。   In the optical scanning device 1 configured as described above, the thermal actuator 110 moves the mirror 31 along the direction orthogonal to the rotation axis k, thereby changing the distance between the mirror 31 and the rotation axis k. The moment of inertia can be changed by changing the distance.

以上説明した実施形態において、ミラー支持枠32と熱アクチュエータ110は本発明における連結変位部、棒状部材111,112は本発明における熱膨張率が互いに異なる材料からなる2つの部材である。   In the embodiment described above, the mirror support frame 32 and the thermal actuator 110 are the connecting displacement portions in the present invention, and the rod-shaped members 111 and 112 are two members made of materials having different coefficients of thermal expansion in the present invention.

(第8実施形態)
以下に本発明の第8実施形態について図面とともに説明する。
光走査装置401は、図11に示すように、光ビームを走査する光ビーム走査部402と、光ビーム走査部402を支持する支持部403と、光ビーム走査部402に回転駆動力を印加する駆動部404とを備える。
(Eighth embodiment)
The eighth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 11, the optical scanning device 401 applies a rotational driving force to the light beam scanning unit 402 that scans the light beam, the support unit 403 that supports the light beam scanning unit 402, and the light beam scanning unit 402. And a drive unit 404.

光ビーム走査部402は、外ジンバル411と内ジンバル412と光反射部413と弾性連結部414a,414bと弾性連結部415a,415bと弾性連結部416a,416bとから構成される。   The light beam scanning unit 402 includes an outer gimbal 411, an inner gimbal 412, a light reflecting unit 413, elastic coupling units 414a and 414b, elastic coupling units 415a and 415b, and elastic coupling units 416a and 416b.

これらのうち光反射部413は、ミラー431とミラー支持枠432とミラー支持弾性体500と熱アクチュエータ510とから構成される。ミラー431は、楕円形状であり、アルミ薄膜の鏡面部が表面に形成される。またミラー支持枠432は、円形枠状であり、枠内にミラー431が配置される。なお、ミラー支持弾性体500と熱アクチュエータ510の構成についての詳細は後述する。   Among these, the light reflecting portion 413 includes a mirror 431, a mirror support frame 432, a mirror support elastic body 500, and a thermal actuator 510. The mirror 431 has an elliptical shape, and a mirror surface portion of an aluminum thin film is formed on the surface. The mirror support frame 432 has a circular frame shape, and the mirror 431 is disposed in the frame. The details of the configuration of the mirror support elastic body 500 and the thermal actuator 510 will be described later.

また内ジンバル412は、矩形枠状であり、枠内に光反射部413が配置される。また外ジンバル411は、矩形枠状であり、枠内に内ジンバル412が配置される。
また弾性連結部416aは、弾性変形可能な材料で構成されており、内ジンバル412の枠内に配置され、光反射部413と内ジンバル412とを連結する。また弾性連結部416bは、弾性変形可能な材料で構成されており、内ジンバル412の枠内に配置され、光反射部413を挟んで弾性連結部416aと反対側において、光反射部413と内ジンバル412とを連結する。なお、弾性連結部416aおよび弾性連結部416bは、光反射部413の重心JSを通る同一直線上に配置されており、光反射部413の回転軸kとなる。これにより光反射部413は、回転軸kを中心に捻り振動可能に構成される。
The inner gimbal 412 has a rectangular frame shape, and the light reflecting portion 413 is disposed in the frame. The outer gimbal 411 has a rectangular frame shape, and the inner gimbal 412 is disposed in the frame.
The elastic connecting portion 416 a is made of an elastically deformable material, and is disposed within the frame of the inner gimbal 412 to connect the light reflecting portion 413 and the inner gimbal 412. The elastic connecting portion 416b is made of an elastically deformable material, and is disposed within the frame of the inner gimbal 412. The elastic connecting portion 416b is disposed on the opposite side of the elastic connecting portion 416a with the light reflecting portion 413 interposed therebetween. The gimbal 412 is connected. The elastic coupling portion 416a and the elastic coupling portion 416b are arranged on the same straight line passing through the center of gravity JS of the light reflecting portion 413 and serve as the rotation axis k of the light reflecting portion 413. Thereby, the light reflection part 413 is comprised so that a torsional vibration is possible centering | focusing on the rotating shaft k.

また弾性連結部415aは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル411の枠内に配置され、内ジンバル412と外ジンバル411とを連結する。また弾性連結部415bは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル411の枠内に配置され、内ジンバル412を挟んで弾性連結部415aと反対側において、内ジンバル412と外ジンバル411とを連結する。なお、弾性連結部415aおよび弾性連結部415bは、光反射部413と内ジンバル412との重心JSを通る同一直線上に配置されており、光反射部413の回転軸jとなる。これにより内ジンバル412は、回転軸jを中心に捻り振動可能に構成される。   The elastic connecting portion 415a is made of an elastically deformable material, and is disposed within the frame of the outer gimbal 411, and connects the inner gimbal 412 and the outer gimbal 411. The elastic connecting portion 415b is made of an elastically deformable material, and is disposed in the frame of the outer gimbal 411. On the opposite side of the elastic connecting portion 415a with the inner gimbal 412 interposed therebetween, the inner gimbal 412 and the outer gimbal 411 are arranged. And The elastic connecting portion 415a and the elastic connecting portion 415b are arranged on the same straight line passing through the center of gravity JS of the light reflecting portion 413 and the inner gimbal 412 and serve as the rotation axis j of the light reflecting portion 413. Thus, the inner gimbal 412 is configured to be able to twist and vibrate about the rotation axis j.

また弾性連結部414aは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル411の上辺411aと支持部403とを連結する。また弾性連結部414bは、弾性変形可能な材料で構成されており、外ジンバル411を挟んで弾性連結部414aと反対側において、外ジンバル411の下辺411bと支持部403とを連結する。なお、弾性連結部414aおよび弾性連結部414bは、光反射部413と内ジンバル412と外ジンバル411との重心JSを通る同一直線上に配置されており、外ジンバル411の回転軸iとなる。これにより外ジンバル411は、回転軸iを中心に捻り振動可能に構成される。   The elastic connecting portion 414a is made of an elastically deformable material, and connects the upper side 411a of the outer gimbal 411 and the support portion 403. The elastic connection portion 414b is made of an elastically deformable material, and connects the lower side 411b of the outer gimbal 411 and the support portion 403 on the opposite side of the elastic connection portion 414a with the outer gimbal 411 interposed therebetween. The elastic connecting portion 414 a and the elastic connecting portion 414 b are arranged on the same straight line passing through the center of gravity JS of the light reflecting portion 413, the inner gimbal 412, and the outer gimbal 411, and serve as the rotation axis i of the outer gimbal 411. Accordingly, the outer gimbal 411 is configured to be capable of torsional vibration about the rotation axis i.

次に支持部403は、上辺411aと連結されていない側の弾性連結部414aの端部と連結される上側支持部403aと、下辺411bと連結されていない側の弾性連結部414bの端部と連結される下側支持部403bと、駆動部404を支持する左側支持部403cおよび右側支持部403dとから構成される。   Next, the support portion 403 includes an upper support portion 403a connected to an end portion of the elastic connection portion 414a on the side not connected to the upper side 411a, and an end portion of the elastic connection portion 414b on the side not connected to the lower side 411b. The lower support part 403b to be connected, the left support part 403c and the right support part 403d that support the drive part 404 are configured.

さらに駆動部404は、圧電ユニモルフ404a,404b,404c,404dから構成される。圧電ユニモルフ404a,404b,404c,404dは、矩形板状に形成されており、その長手方向が回転軸iに直交するように配置される。   Furthermore, the drive part 404 is comprised from piezoelectric unimorph 404a, 404b, 404c, 404d. The piezoelectric unimorphs 404a, 404b, 404c, 404d are formed in a rectangular plate shape, and are arranged so that the longitudinal direction thereof is orthogonal to the rotation axis i.

そして圧電ユニモルフ404aは、その長手方向の一端が左側支持部403cに固定され、他端が外ジンバル411の上辺411aに連結される。圧電ユニモルフ404bは、その長手方向の一端が左側支持部403cに固定され、他端が外ジンバル411の下辺411bに連結される。圧電ユニモルフ404cは、その長手方向の一端が右側支持部403dに固定され、他端が外ジンバル411の上辺411aに連結される。圧電ユニモルフ404dは、その長手方向の一端が右側支持部403dに固定され、他端が外ジンバル411の下辺411bに連結される。   The piezoelectric unimorph 404a has one end in the longitudinal direction fixed to the left support 403c and the other end connected to the upper side 411a of the outer gimbal 411. One end of the piezoelectric unimorph 404b in the longitudinal direction is fixed to the left support 403c, and the other end is connected to the lower side 411b of the outer gimbal 411. One end of the piezoelectric unimorph 404c in the longitudinal direction is fixed to the right support portion 403d, and the other end is connected to the upper side 411a of the outer gimbal 411. The piezoelectric unimorph 404d has one end in the longitudinal direction fixed to the right support 403d and the other end connected to the lower side 411b of the outer gimbal 411.

これにより、圧電ユニモルフ404a,404b,404c,404dは、電圧が印加されると、外ジンバル411に連結されている側の端部が曲げ変位し、回転軸iを中心にして回転する方向に沿って外ジンバル411を移動させることができる。なお、圧電ユニモルフ404a,404b,404c,404dにはそれぞれ給電線FL1,FL2,FL3,FL4を介して電圧が印加される。   Accordingly, when a voltage is applied to the piezoelectric unimorphs 404a, 404b, 404c, and 404d, the end portion on the side connected to the outer gimbal 411 is bent and displaced, and the piezoelectric unimorphs 404a, 404b, 404c, and 404d are rotated along the rotation axis i. The outer gimbal 411 can be moved. A voltage is applied to the piezoelectric unimorphs 404a, 404b, 404c, and 404d through power supply lines FL1, FL2, FL3, and FL4, respectively.

そして、圧電ユニモルフ404aと圧電ユニモルフ4bとが同位相で曲げ振動するとともに圧電ユニモルフ404cと圧電ユニモルフ404dとが同位相で曲げ振動するように且つ圧電ユニモルフ404a,404bと圧電ユニモルフ404c,404dとが逆位相で曲げ振動するように、圧電ユニモルフ404a,404b,404c,404dへの電圧印加が制御される。これにより、外ジンバル411が回転軸iを中心にして回転振動する。そして、外ジンバル411を所定の共振周波数で振動させることにより、第1実施形態と同様にして、ミラー431で反射する光ビームを2次元的に走査することができる。   Then, the piezoelectric unimorph 404a and the piezoelectric unimorph 4b bend and vibrate in the same phase, the piezoelectric unimorph 404c and the piezoelectric unimorph 404d bend and vibrate in the same phase, and the piezoelectric unimorphs 404a and 404b and the piezoelectric unimorphs 404c and 404d are reversed. Voltage application to the piezoelectric unimorphs 404a, 404b, 404c, and 404d is controlled so as to bend and vibrate in phase. As a result, the outer gimbal 411 rotates and vibrates around the rotation axis i. Then, by vibrating the outer gimbal 411 at a predetermined resonance frequency, the light beam reflected by the mirror 431 can be two-dimensionally scanned as in the first embodiment.

次に、ミラー支持弾性体500および熱アクチュエータ510を説明する。
図12(a)に示すように、ミラー支持弾性体500および熱アクチュエータ510はそれぞれ、ミラー支持枠432の枠内に配置され、ミラー431とミラー支持枠432とを連結する。
Next, the mirror support elastic body 500 and the thermal actuator 510 will be described.
As shown in FIG. 12A, the mirror support elastic body 500 and the thermal actuator 510 are each disposed within the frame of the mirror support frame 432 and connect the mirror 431 and the mirror support frame 432.

ミラー支持弾性体500は、シリコンを材料として棒状部材を偶数回折り返した形状に形成されている。そしてミラー支持弾性体500は、ミラー431からミラー支持枠432へ向かう方向またはミラー支持枠432からミラー431へ向かう方向(すなわち、円形状のミラー支持枠432の径方向)に延びる径方向部材501と、ミラー431の円周方向に沿って延びる周方向部材502とが、交互に連結されて形成されている。またミラー支持弾性体500は、その一端がミラー支持枠432の内周部に接続されるとともに他端がミラー431の外周部に接続される。さらにミラー支持弾性体500は、隣接する径方向部材501同士がミラー431の円周方向に沿って互いに対向するようにして、ミラー431とミラー支持枠432との間に配置される。   The mirror support elastic body 500 is formed in a shape in which a rod-like member is folded back evenly using silicon as a material. The mirror support elastic body 500 includes a radial member 501 extending in the direction from the mirror 431 to the mirror support frame 432 or in the direction from the mirror support frame 432 to the mirror 431 (that is, the radial direction of the circular mirror support frame 432). The circumferential members 502 extending along the circumferential direction of the mirror 431 are alternately connected to each other. The mirror support elastic body 500 has one end connected to the inner peripheral portion of the mirror support frame 432 and the other end connected to the outer peripheral portion of the mirror 431. Further, the mirror support elastic body 500 is disposed between the mirror 431 and the mirror support frame 432 so that the adjacent radial members 501 face each other along the circumferential direction of the mirror 431.

熱アクチュエータ510は、2本の棒状部材511,512を備える。棒状部材511,512は、その一端がミラー支持枠432の内周部に接続されるとともに他端がミラー431の外周部に接続されている。さらに棒状部材511,512は、ミラー431の鏡面に対して平行な面に沿って互いに平行となるように配置されている。   The thermal actuator 510 includes two rod-like members 511 and 512. One end of each of the rod-like members 511 and 512 is connected to the inner peripheral portion of the mirror support frame 432 and the other end is connected to the outer peripheral portion of the mirror 431. Furthermore, the rod-like members 511 and 512 are arranged so as to be parallel to each other along a plane parallel to the mirror surface of the mirror 431.

さらに棒状部材511,512は、図13に示すように、シリコンを材料として棒状に形成された棒状部材513と、酸化膜(本実施形態では酸化シリコン)514と、圧電膜516(本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT))を上部電極517と下部電極518とで挟んで棒状に形成された圧電棒状部材515とが、その長手方向に直交する方向に沿って積層されて構成されている。   Further, as shown in FIG. 13, the rod-shaped members 511 and 512 include a rod-shaped member 513 formed in a rod shape using silicon as a material, an oxide film (silicon oxide in this embodiment) 514, and a piezoelectric film 516 (in this embodiment). A piezoelectric rod-like member 515 formed in a rod shape by sandwiching lead zirconate titanate (PZT) between the upper electrode 517 and the lower electrode 518 is laminated in a direction perpendicular to the longitudinal direction. Yes.

そして図14(a)に示すように、圧電棒状部材515に一定電圧が常時印加される。なお、熱アクチュエータ510には給電線FL5を介して電圧が印加される(図11を参照)。   And as shown to Fig.14 (a), a fixed voltage is always applied to the piezoelectric rod-shaped member 515. FIG. Note that a voltage is applied to the thermal actuator 510 via the feeder line FL5 (see FIG. 11).

温度が変化しない場合には、印加される電圧値に応じて、圧電棒状部材515の長手方向(以下、X方向という)に沿って圧電棒状部材515が伸縮する。なお、圧電体の物性値である圧電定数d31の値は、温度が高くなるにつれて大きくなることが知られている。つまり、環境温度が変化すると圧電定数d31の値が変化し、これにより、圧電体の伸縮量が変化する。   When the temperature does not change, the piezoelectric rod-shaped member 515 expands and contracts along the longitudinal direction of the piezoelectric rod-shaped member 515 (hereinafter referred to as the X direction) according to the applied voltage value. It is known that the value of the piezoelectric constant d31, which is a physical property value of the piezoelectric body, increases as the temperature increases. That is, when the environmental temperature changes, the value of the piezoelectric constant d31 changes, thereby changing the expansion / contraction amount of the piezoelectric body.

このため、温度が室温である状況下では、図14(a)に示すように、圧電棒状部材515に電圧を印加すると、圧電棒状部材515がX方向に縮む。これにより棒状部材511,512は、その積層方向(以下、Z方向という)に撓む。したがって棒状部材511,512は、Z方向に沿ってへこむ凹形状となり、X方向への縮みが発生する。   For this reason, when the temperature is room temperature, as shown in FIG. 14A, when a voltage is applied to the piezoelectric rod-shaped member 515, the piezoelectric rod-shaped member 515 contracts in the X direction. Thereby, the rod-shaped members 511 and 512 bend in the stacking direction (hereinafter referred to as Z direction). Therefore, the rod-shaped members 511 and 512 have a concave shape that is recessed along the Z direction, and shrinkage in the X direction occurs.

そして、温度が室温より高い状況下では、圧電定数d31が大きくなるため、図14(b)に示すように、圧電棒状部材515のX方向への縮み量が大きくなる。これにより、棒状部材511,512のZ方向への撓みが大きくなる。したがって、X方向への縮み量は、室温時よりも大きくなる(図中の縮み量差ΔL1を参照)。   Under the condition where the temperature is higher than the room temperature, the piezoelectric constant d31 increases, so that the amount of contraction in the X direction of the piezoelectric rod-shaped member 515 increases as shown in FIG. Thereby, the bending to the Z direction of the rod-shaped members 511 and 512 becomes large. Therefore, the amount of shrinkage in the X direction is larger than that at room temperature (see the shrinkage amount difference ΔL1 in the figure).

一方、温度が室温より低い状況下では、圧電定数d31が小さくなるため、図14(c)に示すように、圧電棒状部材515のX方向への縮み量が小さくなる。これにより、棒状部材511,512のZ方向への撓みが小さくなる。したがって、X方向への縮み量は、室温時よりも小さくなる(図中の縮み量差ΔL2を参照)。   On the other hand, since the piezoelectric constant d31 is small under the condition where the temperature is lower than room temperature, the amount of contraction in the X direction of the piezoelectric rod-shaped member 515 is small as shown in FIG. Thereby, the bending to the Z direction of the rod-shaped members 511 and 512 becomes small. Therefore, the amount of shrinkage in the X direction is smaller than that at room temperature (refer to the amount of shrinkage ΔL2 in the figure).

このため、熱アクチュエータ510では、図15(a),(b)に示すように、低温時における長手方向長さL1(図15(a)を参照)よりも、高温時における長手方向長さL2(図15(b)を参照)のほうが短くなる。   Therefore, in the thermal actuator 510, as shown in FIGS. 15 (a) and 15 (b), the longitudinal length L2 at the high temperature is higher than the longitudinal length L1 at the low temperature (see FIG. 15 (a)). (See FIG. 15B) is shorter.

したがって、例えば図12(a)に示すように、2個の熱アクチュエータ510が、ミラー431の鏡面に直交する回転軸mに対して互いに対称になるように配置されている場合には、温度が室温より高くなると、図12(b)に示すように、熱アクチュエータ510が縮み、ミラー431は、回転軸mを中心にして反時計周りに回転する(矢印D71を参照)。一方、温度が室温より低くなると、ミラー431は、回転軸mを中心にして時計回りに回転する。   Therefore, for example, as shown in FIG. 12A, when the two thermal actuators 510 are arranged so as to be symmetric with respect to the rotation axis m orthogonal to the mirror surface of the mirror 431, the temperature is When the temperature is higher than the room temperature, the thermal actuator 510 contracts as shown in FIG. 12B, and the mirror 431 rotates counterclockwise about the rotation axis m (see arrow D71). On the other hand, when the temperature is lower than room temperature, the mirror 431 rotates clockwise around the rotation axis m.

さらにミラー431は楕円形状である。このため、第1実施形態と同様に、ミラー431の長軸と回転軸kとで成す角度が小さくなるほど、回転軸k周りの慣性モーメントが小さくなる。したがって、温度が高くなるほど上記の角度が小さくなるようにミラー431の位置を設定することにより、温度が高くなるほど回転軸k周りの慣性モーメントが小さくなるように構成することができる。   Furthermore, the mirror 431 has an elliptical shape. For this reason, as in the first embodiment, the smaller the angle formed between the major axis of the mirror 431 and the rotation axis k, the smaller the moment of inertia around the rotation axis k. Therefore, by setting the position of the mirror 431 so that the angle becomes smaller as the temperature becomes higher, the moment of inertia around the rotation axis k becomes smaller as the temperature becomes higher.

次に、光走査装置401の製造方法を図16を用いて説明する。
光走査装置401を製造するために、まず図16(a)に示すように、SOI基板600に対して熱酸化処理を行う。SOI基板600は、シリコン基板610上に埋込酸化膜層620と単結晶シリコン層630が順次積層された構造を有する。このため、上記の熱酸化処理により、単結晶シリコン層630の表面に熱酸化膜640が形成されるとともに、シリコン基板610の裏面にも熱酸化膜650が形成される。
Next, a manufacturing method of the optical scanning device 401 will be described with reference to FIG.
In order to manufacture the optical scanning device 401, first, as shown in FIG. 16A, a thermal oxidation process is performed on the SOI substrate 600. The SOI substrate 600 has a structure in which a buried oxide film layer 620 and a single crystal silicon layer 630 are sequentially stacked on a silicon substrate 610. Therefore, a thermal oxide film 640 is formed on the surface of the single crystal silicon layer 630 and a thermal oxide film 650 is also formed on the back surface of the silicon substrate 610 by the above thermal oxidation treatment.

そして、熱酸化膜640上にTi/Pt層660を堆積し、さらにTi/Pt層660上にPZT層670を堆積し、その後にパターニングする。これにより、図16(b)に示すように、熱アクチュエータ510の圧電膜516と下部電極518が形成される。   Then, a Ti / Pt layer 660 is deposited on the thermal oxide film 640, a PZT layer 670 is further deposited on the Ti / Pt layer 660, and then patterned. Thereby, as shown in FIG. 16B, the piezoelectric film 516 and the lower electrode 518 of the thermal actuator 510 are formed.

さらに、Ti/Au層680を堆積しパターニングする。これにより、熱アクチュエータ510の上部電極517と、ミラー431の鏡面部685が形成される。
そして図16(c)に示すように、光ビーム走査部402の隙間に対応する領域(図16(c)では、ミラー431と熱アクチュエータ510との間の隙間)の単結晶シリコン層630をDRIEによりエッチングする。
Further, a Ti / Au layer 680 is deposited and patterned. Thereby, the upper electrode 517 of the thermal actuator 510 and the mirror surface portion 685 of the mirror 431 are formed.
Then, as shown in FIG. 16C, the single crystal silicon layer 630 in the region corresponding to the gap of the light beam scanning unit 402 (in FIG. 16C, the gap between the mirror 431 and the thermal actuator 510) is DRIE. Etch with

その後、図16(d)に示すように、シリコン基板610の裏面の熱酸化膜650のうち光ビーム走査部402に対応する領域をエッチングにより除去し、その後、除去されなかった熱酸化膜650をマスクとしてシリコン基板610をエッチングすることにより、シリコン基板610に凹部690が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 16D, the region corresponding to the light beam scanning unit 402 in the thermal oxide film 650 on the back surface of the silicon substrate 610 is removed by etching, and then the thermal oxide film 650 that has not been removed is removed. By etching the silicon substrate 610 as a mask, a recess 690 is formed in the silicon substrate 610.

また図16(e)に示すように、埋込酸化膜層620のうち凹部690の領域と、シリコン基板610の裏面の熱酸化膜650をエッチングにより除去する。これにより光走査装置401は、光ビーム走査部402が回転可能となるように構成される。   Also, as shown in FIG. 16E, the region of the recess 690 in the buried oxide film layer 620 and the thermal oxide film 650 on the back surface of the silicon substrate 610 are removed by etching. Thereby, the optical scanning device 401 is configured such that the light beam scanning unit 402 can rotate.

このように構成された光走査装置401では、熱アクチュエータ510は、弾性連結部416a,416bと同じ材料からなる棒状部材513と、圧電膜516を上部電極517と下部電極518との間で挟んで形成された圧電棒状部材515とを積層して構成され、上部電極517と下部電極518との間に、予め設定された一定値の電圧が常時印加される。   In the optical scanning device 401 configured as described above, the thermal actuator 510 includes the rod-shaped member 513 made of the same material as the elastic coupling portions 416a and 416b and the piezoelectric film 516 between the upper electrode 517 and the lower electrode 518. The formed piezoelectric rod-shaped member 515 is laminated, and a predetermined voltage is always applied between the upper electrode 517 and the lower electrode 518.

そして圧電棒状部材515は、上部電極517と下部電極518との間に一定値の電圧が印加されることにより、上部電極517から下部電極518へ向かう方向に対して垂直な面(以下、電極対向面という)に沿って伸び又は縮みが発生する。   The piezoelectric rod-like member 515 is applied with a constant voltage between the upper electrode 517 and the lower electrode 518, so that a surface perpendicular to the direction from the upper electrode 517 to the lower electrode 518 (hereinafter referred to as electrode facing). Stretch or shrink along the surface).

なお、圧電体の物性値の一つである圧電定数d31は、圧電体に電圧が印加されたときの電極対向面に沿った伸縮のし易さを示す値であり、温度が高くなるほど、圧電定数d31の値が大きくなることが知られている。つまり、温度が変化すると、圧電定数d31の値が変化し、圧電体における電極対向面に沿った伸縮量が変化する。   The piezoelectric constant d31, which is one of the physical property values of the piezoelectric body, is a value indicating the ease of expansion and contraction along the electrode facing surface when a voltage is applied to the piezoelectric body. It is known that the value of the constant d31 increases. That is, when the temperature changes, the value of the piezoelectric constant d31 changes, and the amount of expansion and contraction along the electrode facing surface of the piezoelectric body changes.

このため、温度が高くなると、圧電棒状部材515が電極対向面に沿って棒状部材513よりも縮むため、圧電棒状部材515と棒状部材513とが積層されて構成されている熱アクチュエータ510は上部電極517から下部電極518へ向かう方向へ撓む。すなわち熱アクチュエータ510は、温度が高くなるほど、電極対向面に沿った長さが短くなり、温度に応じた位置に自動的にミラー431を変位させることができる。   For this reason, when the temperature rises, the piezoelectric rod-shaped member 515 contracts more than the rod-shaped member 513 along the electrode facing surface, so that the thermal actuator 510 formed by stacking the piezoelectric rod-shaped member 515 and the rod-shaped member 513 is an upper electrode. It bends in a direction from 517 toward the lower electrode 518. That is, as the temperature increases, the thermal actuator 510 has a shorter length along the electrode facing surface, and can automatically displace the mirror 431 to a position corresponding to the temperature.

これにより、温度を検出する温度センサ、および温度検出結果に基づいて温度補正を行う制御回路などを用いることなくミラー431を変位させることができるため、光走査装置401の構成を簡略化することができる。   Accordingly, since the mirror 431 can be displaced without using a temperature sensor for detecting temperature and a control circuit for performing temperature correction based on the temperature detection result, the configuration of the optical scanning device 401 can be simplified. it can.

また圧電棒状部材515は、上部電極517と下部電極518との間に印加される電圧値が大きくなるほど、電極対向面に沿った伸縮量が大きくなる。
このため、経年変化に伴い弾性連結部416a,416bの剛性が変化して光走査装置401の共振周波数fが変化することや、圧電棒状部材515の剛性が変化して電極対向面に沿った伸縮量が変化することに対し、上部電極517と下部電極518との間に印加される電圧値を調整することによりミラー431の回転軸k周りの慣性モーメントを変化させ、経年変化に伴う共振周波数fの変化を抑制することが可能となる。
In addition, the piezoelectric rod-shaped member 515 has a larger amount of expansion and contraction along the electrode facing surface as the voltage value applied between the upper electrode 517 and the lower electrode 518 increases.
For this reason, the rigidity of the elastic coupling portions 416a and 416b changes with the passage of time to change the resonance frequency f of the optical scanning device 401, and the rigidity of the piezoelectric rod-like member 515 changes to expand and contract along the electrode facing surface. As the amount changes, the moment of inertia around the rotation axis k of the mirror 431 is changed by adjusting the voltage value applied between the upper electrode 517 and the lower electrode 518, and the resonance frequency f associated with secular change is changed. It becomes possible to suppress the change of.

なお、ミラー431の回転軸k周りの慣性モーメントを変化させるために、ミラー431の反射面は、円以外の形状(本実施形態では楕円形状)を有し、熱アクチュエータ510は、反射面に垂直な回転軸mを中心にミラー431を回転させる。   In order to change the moment of inertia around the rotation axis k of the mirror 431, the reflective surface of the mirror 431 has a shape other than a circle (in this embodiment, an elliptical shape), and the thermal actuator 510 is perpendicular to the reflective surface. The mirror 431 is rotated around the rotation axis m.

すなわち、ミラー431の反射面は円以外の形状を有しているため、反射面に垂直な回転軸mを中心としたミラー431の回転に伴い、ミラー431において回転軸kから最も遠い地点と回転軸kとの距離が変化する。本実施形態では、ミラー431の反射面が楕円形状であるため、長軸方向と短軸方向とで径が異なり、ミラー431の回転に伴い上記距離が変化する。そして、この距離の変化により、慣性モーメントを変化させることができる。   That is, since the reflection surface of the mirror 431 has a shape other than a circle, the mirror 431 rotates with a point farthest from the rotation axis k along with the rotation of the mirror 431 around the rotation axis m perpendicular to the reflection surface. The distance from the axis k changes. In this embodiment, since the reflecting surface of the mirror 431 is elliptical, the major axis direction and the minor axis direction have different diameters, and the distance changes as the mirror 431 rotates. The moment of inertia can be changed by changing the distance.

またミラー支持弾性体500は、シリコンを材料として棒状部材をミラー431の反射面に沿って偶数回折り返した形状に形成されている。このため、ミラー支持弾性体500は、熱アクチュエータ510がミラー431を変位させることによりミラー431の反射面に沿った面方向が変化するのを抑制するようにミラー431とミラー支持枠432とを連結してミラー431を支持する。   Further, the mirror support elastic body 500 is formed in a shape in which a rod-like member is folded back along the reflection surface of the mirror 431 using silicon as a material. For this reason, the mirror support elastic body 500 connects the mirror 431 and the mirror support frame 432 so that the thermal actuator 510 displaces the mirror 431 so as to prevent the surface direction along the reflection surface of the mirror 431 from changing. Then, the mirror 431 is supported.

これにより、熱アクチュエータ510がミラー431を変位させることに起因して、光走査装置401が光ビームを走査するときの走査方向が変動してしまうことを抑制することができる。   Thereby, it is possible to suppress the change in the scanning direction when the optical scanning device 401 scans the light beam due to the thermal actuator 510 displacing the mirror 431.

また圧電膜516は、一般に利用されている圧電体のなかで圧電定数d31が最も大きいチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなるため、熱アクチュエータ510によるミラー431の変位量を大きくすることができる。   Further, since the piezoelectric film 516 is made of lead zirconate titanate (PZT) having the largest piezoelectric constant d31 among the piezoelectric materials that are generally used, the displacement amount of the mirror 431 by the thermal actuator 510 can be increased.

以上説明した実施形態において、ミラー431は本発明における反射部、弾性連結部416a,416bは本発明における第1弾性変形部材、内ジンバル412は本発明における第1支持部、弾性連結部415a,415bは本発明における第2弾性変形部材、外ジンバル411は本発明における第2支持部、弾性連結部414a,414bは本発明における第3弾性変形部材、支持部403は本発明における第3支持部である。   In the embodiment described above, the mirror 431 is the reflection portion in the present invention, the elastic coupling portions 416a and 416b are the first elastic deformation members in the present invention, and the inner gimbal 412 is the first support portion and the elastic coupling portions 415a and 415b in the present invention. Is the second elastic deformation member in the present invention, the outer gimbal 411 is the second support portion in the present invention, the elastic connection portions 414a and 414b are the third elastic deformation member in the present invention, and the support portion 403 is the third support portion in the present invention. is there.

また、ミラー支持枠432と熱アクチュエータ510は本発明における連結変位部、棒状部材513は本発明における基板部材、圧電膜516は本発明における圧電体、上部電極517および下部電極518は本発明における第1電極および第2電極、圧電棒状部材515は本発明における圧電部材、ミラー支持弾性体500は本発明における連結支持部である。   Further, the mirror support frame 432 and the thermal actuator 510 are the connecting displacement portion in the present invention, the rod-shaped member 513 is the substrate member in the present invention, the piezoelectric film 516 is the piezoelectric body in the present invention, and the upper electrode 517 and the lower electrode 518 are the first in the present invention. The first electrode, the second electrode, and the piezoelectric rod-shaped member 515 are piezoelectric members in the present invention, and the mirror support elastic body 500 is a connection support portion in the present invention.

(第9実施形態)
以下に本発明の第9実施形態について図面とともに説明する。なお第9実施形態では、第8実施形態と異なる部分のみを説明する。
(Ninth embodiment)
The ninth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the ninth embodiment, only parts different from the eighth embodiment will be described.

第9実施形態における光走査装置401は、光反射部413の構成が変更された点以外は第8実施形態と同じである。
第9実施形態の光反射部413は、図17(a)に示すように、ミラー支持弾性体500が省略された点と、熱アクチュエータ510の代わりに熱アクチュエータ520が設けられた点以外は第8実施形態と同じである。
The optical scanning device 401 in the ninth embodiment is the same as that in the eighth embodiment except that the configuration of the light reflecting unit 413 is changed.
As shown in FIG. 17A, the light reflecting portion 413 according to the ninth embodiment is the same as the first embodiment except that the mirror support elastic body 500 is omitted and a thermal actuator 520 is provided instead of the thermal actuator 510. This is the same as the eighth embodiment.

熱アクチュエータ520は、2本の棒状部材521,522を備える。棒状部材521,522は、その一端がミラー支持枠432の内周部に接続されるとともに他端がミラー431の外周部に接続されている。さらに棒状部材521,522は、ミラー431の鏡面に対して平行な面に沿って互いに平行となるように配置されている。   The thermal actuator 520 includes two rod-like members 521 and 522. One end of each of the rod-like members 521 and 522 is connected to the inner peripheral portion of the mirror support frame 432 and the other end is connected to the outer peripheral portion of the mirror 431. Further, the rod-like members 521 and 522 are arranged so as to be parallel to each other along a plane parallel to the mirror surface of the mirror 431.

また棒状部材521,522は、図18(a)に示すように、シリコンを材料として棒状に形成された棒状部材523と、酸化膜(不図示)と、圧電膜(本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT))を上部電極と下部電極とで挟んで棒状に形成された圧電棒状部材524とが、その長手方向に直交する方向に沿って積層されて構成されている。   Further, as shown in FIG. 18A, the rod-shaped members 521 and 522 are composed of a rod-shaped member 523 formed in a rod shape using silicon as a material, an oxide film (not shown), and a piezoelectric film (in this embodiment, titanic acid). A piezoelectric rod-like member 524 formed in a rod shape with lead zirconate (PZT) sandwiched between an upper electrode and a lower electrode is laminated along a direction perpendicular to the longitudinal direction.

但し、棒状部材521では、棒状部材523を挟んでミラー431の鏡面と同じ側に圧電棒状部材524が配置され、棒状部材522では、棒状部材523を挟んでミラー431の鏡面とは反対側に圧電棒状部材524が配置される。   However, in the rod-shaped member 521, the piezoelectric rod-shaped member 524 is disposed on the same side as the mirror surface of the mirror 431 with the rod-shaped member 523 interposed therebetween. In the rod-shaped member 522, the piezoelectric member is disposed on the opposite side of the mirror surface of the mirror 431 with the rod-shaped member 523 interposed therebetween. A rod-shaped member 524 is disposed.

このため、X方向へ縮むことによりZ方向に沿って突出する向きは、棒状部材521と棒状部材522とで逆となる。
また、第8実施形態と同様に、熱アクチュエータ520では、図18(a),(b)に示すように、低温時における長手方向長さL1(図18(a)を参照)よりも、高温時における長手方向長さL2(図18(b)を参照)のほうが短くなる。
For this reason, the direction projecting along the Z direction by contracting in the X direction is reversed between the rod-shaped member 521 and the rod-shaped member 522.
Similarly to the eighth embodiment, as shown in FIGS. 18A and 18B, the thermal actuator 520 has a higher temperature than the longitudinal length L1 at low temperatures (see FIG. 18A). The longitudinal length L2 at the time (see FIG. 18B) is shorter.

したがって、例えば図17(a)に示すように、2個の熱アクチュエータ520が、ミラー431の鏡面に直交する回転軸mに対して互いに対称になるように配置されている場合には、温度が室温より高くなると、図17(b)に示すように、熱アクチュエータ520が縮み、ミラー431は、回転軸mを中心にして反時計周りに回転する(矢印D81を参照)。一方、温度が室温より低くなると、ミラー431は、回転軸mを中心にして時計回りに回転する。   Therefore, for example, as shown in FIG. 17A, when the two thermal actuators 520 are arranged so as to be symmetrical with respect to the rotation axis m orthogonal to the mirror surface of the mirror 431, the temperature is When the temperature becomes higher than room temperature, the thermal actuator 520 contracts as shown in FIG. 17B, and the mirror 431 rotates counterclockwise about the rotation axis m (see arrow D81). On the other hand, when the temperature is lower than room temperature, the mirror 431 rotates clockwise around the rotation axis m.

したがって、第8実施形態と同様に、温度が高くなるほど上記の角度が小さくなるようにミラー431の位置を設定することにより、温度が高くなるほど回転軸k周りの慣性モーメントが小さくなるように構成することができる。   Therefore, similarly to the eighth embodiment, the position of the mirror 431 is set so that the angle becomes smaller as the temperature becomes higher, so that the moment of inertia around the rotation axis k becomes smaller as the temperature becomes higher. be able to.

次に、光走査装置401の製造方法を図19および図20を用いて説明する。
光走査装置401を製造するために、まず図19(a)に示すように、シリコン基板700に対して熱酸化処理を行う。これにより、シリコン基板700の表面に熱酸化膜710が形成されるとともに、シリコン基板700の裏面にも熱酸化膜720が形成される。
Next, a method for manufacturing the optical scanning device 401 will be described with reference to FIGS.
In order to manufacture the optical scanning device 401, first, as shown in FIG. 19A, the silicon substrate 700 is subjected to thermal oxidation treatment. As a result, a thermal oxide film 710 is formed on the surface of the silicon substrate 700, and a thermal oxide film 720 is also formed on the back surface of the silicon substrate 700.

そして図19(b)に示すように、シリコン基板700の裏面側において棒状部材522が形成される部分に、棒状部材522の下部電極と上部電極に電圧を印加するためのトレンチ721,722を形成する。なおトレンチ721,722は、熱酸化膜720を貫通し、シリコン基板700内に底面を有する。   Then, as shown in FIG. 19B, trenches 721 and 722 for applying a voltage to the lower electrode and the upper electrode of the rod-shaped member 522 are formed in the portion where the rod-shaped member 522 is formed on the back surface side of the silicon substrate 700. To do. The trenches 721 and 722 penetrate the thermal oxide film 720 and have a bottom surface in the silicon substrate 700.

そして、熱酸化処理を行うことにより、図19(c)に示すように、トレンチ721,722の側壁に熱酸化膜730を形成する。
その後、Ti/Pt層740を堆積しパターニングする。さらに、Ti/Au層750を堆積しパターニングする。これにより、図19(d)に示すように、トレンチ721内にTi/Pt層740が埋め込まれるとともに、トレンチ722内にTi/Au層750が埋め込まれる。
Then, by performing a thermal oxidation process, a thermal oxide film 730 is formed on the sidewalls of the trenches 721 and 722 as shown in FIG.
Thereafter, a Ti / Pt layer 740 is deposited and patterned. Further, a Ti / Au layer 750 is deposited and patterned. As a result, as shown in FIG. 19D, the Ti / Pt layer 740 is embedded in the trench 721 and the Ti / Au layer 750 is embedded in the trench 722.

さらに、Ti/Pt層760を堆積しパターニングし、その後にPZT層770を堆積しパターニングする。さらに、Ti/Au層780を堆積しパターニングする。これにより、図19(e)に示すように、トレンチ721の開口部上に棒状部材522の圧電棒状部材524が形成されるとともに、トレンチ722内のTi/Au層750と圧電棒状部材524の上部電極とが電気的に接続される。   Further, a Ti / Pt layer 760 is deposited and patterned, and then a PZT layer 770 is deposited and patterned. Further, a Ti / Au layer 780 is deposited and patterned. Thereby, as shown in FIG. 19E, the piezoelectric rod-like member 524 of the rod-like member 522 is formed on the opening of the trench 721, and the Ti / Au layer 750 in the trench 722 and the upper portion of the piezoelectric rod-like member 524 are formed. The electrode is electrically connected.

そして図19(f)に示すように、シリコン基板700の裏面側となる熱酸化膜720上に有機樹脂790を塗布する。その後、有機樹脂790を接着剤として、図19(g)に示すように、裏面に熱酸化膜800が形成されたシリコン基板810をシリコン基板700に張り合わせる。   Then, as shown in FIG. 19F, an organic resin 790 is applied on the thermal oxide film 720 on the back surface side of the silicon substrate 700. Thereafter, using the organic resin 790 as an adhesive, a silicon substrate 810 having a thermal oxide film 800 formed on the back surface is bonded to the silicon substrate 700 as shown in FIG.

さらに図19(h)に示すように、トレンチ721内のTi/Pt層740とトレンチ722内のTi/Au層750が露出するまで、シリコン基板700の表面を研削研磨する。   Further, as shown in FIG. 19H, the surface of the silicon substrate 700 is ground and polished until the Ti / Pt layer 740 in the trench 721 and the Ti / Au layer 750 in the trench 722 are exposed.

その後、熱酸化処理を行うことにより、図20(a)に示すように、シリコン基板700の表面においてTi/Pt層740およびTi/Au層750が露出している領域以外に熱酸化膜820を形成する。   Thereafter, by performing thermal oxidation treatment, as shown in FIG. 20A, a thermal oxide film 820 is formed on the surface of the silicon substrate 700 other than the region where the Ti / Pt layer 740 and the Ti / Au layer 750 are exposed. Form.

そして、シリコン基板700の表面側にTi/Pt層830を堆積しパターニングする。その後、シリコン基板700の表面側にPZT層840を堆積しパターニングする。さらに、シリコン基板700の表面側にTi/Au層850を堆積しパターニングする。   Then, a Ti / Pt layer 830 is deposited on the surface side of the silicon substrate 700 and patterned. Thereafter, a PZT layer 840 is deposited on the surface side of the silicon substrate 700 and patterned. Further, a Ti / Au layer 850 is deposited on the surface side of the silicon substrate 700 and patterned.

これにより、図20(b)に示すように、シリコン基板700の裏面側のTi/Pt層740と電気的に接続されるTi/Pt層830のパターンがシリコン基板700の表面側に形成される。また、シリコン基板700の裏面側のTi/Au層750と電気的に接続されるTi/Au層850のパターンがシリコン基板700の表面側に形成される。さらに、シリコン基板700の表面側に、棒状部材521の圧電棒状部材524と、ミラー431の鏡面部855が形成される。   Thus, as shown in FIG. 20B, a pattern of the Ti / Pt layer 830 that is electrically connected to the Ti / Pt layer 740 on the back surface side of the silicon substrate 700 is formed on the surface side of the silicon substrate 700. . Further, a pattern of the Ti / Au layer 850 that is electrically connected to the Ti / Au layer 750 on the back surface side of the silicon substrate 700 is formed on the front surface side of the silicon substrate 700. Further, the piezoelectric rod-shaped member 524 of the rod-shaped member 521 and the mirror surface portion 855 of the mirror 431 are formed on the surface side of the silicon substrate 700.

そして図20(c)に示すように、光ビーム走査部2の隙間に対応する領域(図20(c)では、ミラー431と熱アクチュエータ520との間の隙間)のシリコン基板700をDRIEによりエッチングする。   Then, as shown in FIG. 20C, the silicon substrate 700 in the region corresponding to the gap of the light beam scanning unit 2 (the gap between the mirror 431 and the thermal actuator 520 in FIG. 20C) is etched by DRIE. To do.

その後、図20(d)に示すように、シリコン基板810の裏面の熱酸化膜800のうち光ビーム走査部2に対応する領域をエッチングにより除去し、その後、除去されなかった熱酸化膜800をマスクとしてシリコン基板810をエッチングすることにより、シリコン基板810に凹部860が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 20D, a region corresponding to the light beam scanning unit 2 in the thermal oxide film 800 on the back surface of the silicon substrate 810 is removed by etching, and then the thermal oxide film 800 that has not been removed is removed. By etching the silicon substrate 810 as a mask, a recess 860 is formed in the silicon substrate 810.

また図20(e)に示すように、有機樹脂790のうち凹部860の領域をエッチングにより除去する。そして図20(f)に示すように、熱酸化膜720のうち凹部860の領域と、シリコン基板810の裏面の熱酸化膜800をエッチングにより除去する。これにより、光走査装置401は、光ビーム走査部402が回転可能となるように構成される。   Further, as shown in FIG. 20E, the region of the recess 860 in the organic resin 790 is removed by etching. Then, as shown in FIG. 20F, the region of the recess 860 in the thermal oxide film 720 and the thermal oxide film 800 on the back surface of the silicon substrate 810 are removed by etching. Accordingly, the optical scanning device 401 is configured such that the light beam scanning unit 402 can rotate.

このように構成された光走査装置401では、熱アクチュエータ520を構成する棒状部材521,522において、X方向へ縮むことによりZ方向に沿って突出する向きは、棒状部材521と棒状部材522とで逆となる。このため、熱アクチュエータ520は、熱アクチュエータ520がミラー431を変位させることによりミラー431の反射面に沿った面方向が変化するのを抑制するようにミラー431とミラー支持枠432とを連結してミラー431を支持する。   In the optical scanning device 401 configured as described above, the bar-shaped members 521 and 522 constituting the thermal actuator 520 are arranged in the X-direction so as to protrude along the Z-direction in the bar-shaped member 521 and the bar-shaped member 522. The reverse is true. For this reason, the thermal actuator 520 connects the mirror 431 and the mirror support frame 432 so as to prevent the thermal actuator 520 from displacing the mirror 431 so that the surface direction along the reflection surface of the mirror 431 is changed. The mirror 431 is supported.

これにより、熱アクチュエータ520がミラー431を変位させることに起因して、光走査装置401が光ビームを走査するときの走査方向が変動してしまうことを抑制することができる。   Thereby, it is possible to suppress a change in the scanning direction when the optical scanning device 401 scans the light beam due to the thermal actuator 520 displacing the mirror 431.

以上説明した実施形態において、ミラー支持枠432と熱アクチュエータ520は本発明における連結変位部、棒状部材523は本発明における基板部材、圧電棒状部材524は本発明における圧電部材である。   In the embodiment described above, the mirror support frame 432 and the thermal actuator 520 are the connecting displacement portion in the present invention, the rod-shaped member 523 is the substrate member in the present invention, and the piezoelectric rod-shaped member 524 is the piezoelectric member in the present invention.

(第10実施形態)
以下に本発明の第10実施形態について図面とともに説明する。なお第10実施形態では、第8実施形態と異なる部分のみを説明する。
(10th Embodiment)
The tenth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in the tenth embodiment, only parts different from the eighth embodiment will be described.

第10実施形態における光走査装置401は、光反射部413の構成が変更された点以外は第8実施形態と同じである。
第10実施形態の光反射部413は、図21(a)に示すように、楕円形状のミラー431がその長軸LAと回転軸kとを直交させるようにして配置されている点と、ミラー支持弾性体500の代わりにミラー支持弾性体530が設けられた点と、熱アクチュエータ510の代わりに熱アクチュエータ540が設けられた点以外は第8実施形態と同じである。
The optical scanning device 401 in the tenth embodiment is the same as that in the eighth embodiment except that the configuration of the light reflecting unit 413 is changed.
As shown in FIG. 21A, the light reflecting portion 413 of the tenth embodiment includes an elliptical mirror 431 disposed so that its long axis LA and the rotation axis k are orthogonal to each other, and the mirror The eighth embodiment is the same as the eighth embodiment except that a mirror support elastic body 530 is provided instead of the support elastic body 500 and a thermal actuator 540 is provided instead of the thermal actuator 510.

ミラー支持弾性体530は、シリコンを材料とした曲線状の棒状部材である。そしてミラー支持弾性体530は、その一端がミラー支持枠432の内周部に接続されるとともに他端がミラー431の外周部に接続されている。   The mirror support elastic body 530 is a curved rod-shaped member made of silicon. The mirror support elastic body 530 has one end connected to the inner periphery of the mirror support frame 432 and the other end connected to the outer periphery of the mirror 431.

熱アクチュエータ540は、シリコンを材料として棒状に形成された棒状部材と、酸化膜と、圧電膜(本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT))を上部電極と下部電極とで挟んで棒状に形成された圧電棒状部材とが、その長手方向に直交する方向に沿って積層されて構成されている。   The thermal actuator 540 is a rod-shaped member formed by sandwiching a rod-shaped member made of silicon as a material, an oxide film, and a piezoelectric film (in this embodiment, lead zirconate titanate (PZT)) between an upper electrode and a lower electrode. The piezoelectric rod-shaped members formed in the above are stacked along a direction orthogonal to the longitudinal direction.

そして熱アクチュエータ540は、その長手方向がミラー431の長軸LAと平行になるようにして、ミラー431とミラー支持枠432との間に配置されている。
したがって、熱アクチュエータ540は、温度変化に応じて、ミラー431の長軸方向に沿って伸縮する。
The thermal actuator 540 is disposed between the mirror 431 and the mirror support frame 432 so that the longitudinal direction thereof is parallel to the major axis LA of the mirror 431.
Therefore, the thermal actuator 540 expands and contracts along the major axis direction of the mirror 431 according to the temperature change.

そして、例えば図21(a)に示すように、低温時において、ミラー431の短軸SAが回転軸kを挟んで熱アクチュエータ540と反対側に配置されるように、熱アクチュエータ540とミラー431とを連結することにより、温度が高くなると、図21(b)に示すように、楕円形状のミラー431の周縁部のうち回転軸kから最も離れている地点(点P91を参照)と回転軸kとの距離(距離I91を参照)が短くなるように移動し(矢印D91を参照)、回転軸k周りの慣性モーメントが小さくなる。   For example, as shown in FIG. 21A, the thermal actuator 540 and the mirror 431 are arranged so that the short axis SA of the mirror 431 is arranged on the opposite side of the thermal actuator 540 across the rotation axis k at low temperatures. When the temperature rises by connecting the two, the point farthest from the rotation axis k (see point P91) and the rotation axis k of the peripheral part of the elliptical mirror 431, as shown in FIG. (See the distance I91) (see the arrow D91), and the moment of inertia around the rotation axis k is reduced.

したがって、温度が高くなるほど上記の距離が小さくなるように、熱アクチュエータ540とミラー431とを連結することにより、温度が高くなるほど回転軸k周りの慣性モーメントが小さくなるように構成することができる。   Therefore, by connecting the thermal actuator 540 and the mirror 431 so that the above distance becomes smaller as the temperature becomes higher, the moment of inertia around the rotation axis k becomes smaller as the temperature becomes higher.

このように構成された光走査装置401では、熱アクチュエータ540は、回転軸kに直交する方向に沿ってミラー431を移動させることにより、ミラー431と回転軸kとの距離を変化させる。そして、この距離の変化により、慣性モーメントを変化させることができる。   In the optical scanning device 401 configured as described above, the thermal actuator 540 moves the mirror 431 along a direction orthogonal to the rotation axis k, thereby changing the distance between the mirror 431 and the rotation axis k. The moment of inertia can be changed by changing the distance.

またミラー支持弾性体530は、シリコンを材料として棒状部材をミラー431の反射面に沿って曲線状にした形状に形成されている。このため、ミラー支持弾性体530は、熱アクチュエータ540がミラー431を変位させることによりミラー431の反射面に沿った面方向が変化するのを抑制するようにミラー431とミラー支持枠432とを連結してミラー431を支持する。   The mirror support elastic body 530 is formed in a shape in which a rod-like member is curved along the reflection surface of the mirror 431 using silicon as a material. For this reason, the mirror support elastic body 530 connects the mirror 431 and the mirror support frame 432 so that the thermal actuator 540 displaces the mirror 431 so as to prevent the surface direction along the reflection surface of the mirror 431 from changing. Then, the mirror 431 is supported.

これにより、熱アクチュエータ540がミラー431を変位させることに起因して、光走査装置401が光ビームを走査するときの走査方向が変動してしまうことを抑制することができる。   Thereby, it is possible to suppress a change in the scanning direction when the optical scanning device 401 scans the light beam due to the thermal actuator 540 displacing the mirror 431.

以上説明した実施形態において、ミラー支持枠432と熱アクチュエータ540は本発明における連結変位部、ミラー支持弾性体530は本発明における連結支持部である。
(第11実施形態)
以下に本発明の第11実施形態について図面とともに説明する。なお第11実施形態では、第8実施形態と異なる部分のみを説明する。
In the embodiment described above, the mirror support frame 432 and the thermal actuator 540 are connection displacement portions in the present invention, and the mirror support elastic body 530 is a connection support portion in the present invention.
(Eleventh embodiment)
The eleventh embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the eleventh embodiment, only parts different from the eighth embodiment will be described.

第11実施形態における光走査装置401は、光反射部413の構成が変更された点以外は第8実施形態と同じである。
第11実施形態の光反射部413は、図22(a)に示すように、楕円形状のミラー431がその長軸LAと回転軸kとを直交させるようにして配置されている点と、ミラー支持弾性体500の代わりにミラー支持弾性体550が設けられた点と、てこ部560が追加された点と、熱アクチュエータ510の代わりに熱アクチュエータ570が設けられた点以外は第8実施形態と同じである。
The optical scanning device 401 in the eleventh embodiment is the same as that in the eighth embodiment except that the configuration of the light reflecting unit 413 is changed.
As shown in FIG. 22A, the light reflecting portion 413 of the eleventh embodiment includes an elliptical mirror 431 disposed so that its long axis LA and the rotation axis k are orthogonal to each other, and the mirror The eighth embodiment is the same as the eighth embodiment except that a mirror support elastic body 550 is provided instead of the support elastic body 500, a lever portion 560 is added, and a thermal actuator 570 is provided instead of the thermal actuator 510. The same.

ミラー支持弾性体550は、シリコンを材料として棒状部材を複数回折り返した形状に形成されている。そしてミラー支持弾性体550は、ミラー431からミラー支持枠432へ向かう方向またはミラー支持枠432からミラー431へ向かう方向(すなわち、円形状のミラー支持枠432の径方向)に延びる径方向部材551と、ミラー431の円周方向に沿って延びる周方向部材552とが、交互に連結されて形成されている。またミラー支持弾性体550は、その一端がミラー支持枠432の内周部に接続されるとともに他端がミラー431の外周部に接続される。さらにミラー支持弾性体550は、隣接する周方向部材552同士がミラー支持枠432の径方向に沿って互いに対向するようにして、ミラー431とミラー支持枠432との間に配置される。   The mirror support elastic body 550 is formed in a shape in which a plurality of bar-shaped members are folded back using silicon as a material. The mirror support elastic body 550 includes a radial member 551 that extends in the direction from the mirror 431 toward the mirror support frame 432 or the direction from the mirror support frame 432 toward the mirror 431 (that is, the radial direction of the circular mirror support frame 432). The circumferential members 552 extending along the circumferential direction of the mirror 431 are alternately connected to each other. The mirror support elastic body 550 has one end connected to the inner peripheral portion of the mirror support frame 432 and the other end connected to the outer peripheral portion of the mirror 431. Further, the mirror support elastic body 550 is disposed between the mirror 431 and the mirror support frame 432 such that adjacent circumferential members 552 face each other along the radial direction of the mirror support frame 432.

てこ部560は、ミラー431の長軸LAを挟んだ両側において、ミラー431とミラー支持枠432との間に配置される。そして、てこ部560は、シリコンを材料として、接続ブロック561と、弾性リンク562と、接続ブロック支持弾性体563と、弾性リンク支持体564とを備えた形状に形成されている。   The lever portion 560 is disposed between the mirror 431 and the mirror support frame 432 on both sides of the major axis LA of the mirror 431. And the lever part 560 is formed in the shape provided with the connection block 561, the elastic link 562, the connection block support elastic body 563, and the elastic link support body 564 by using silicon as a material.

接続ブロック561は、ミラー431とミラー支持枠432との間に配置され、熱アクチュエータ570と連結される。
弾性リンク562は、接続ブロック561とミラー431との間に配置され、その一端が接続ブロック561に接続されるとともに他端がミラー431の外周部に接続される。
The connection block 561 is disposed between the mirror 431 and the mirror support frame 432 and is connected to the thermal actuator 570.
The elastic link 562 is disposed between the connection block 561 and the mirror 431, and one end thereof is connected to the connection block 561 and the other end is connected to the outer peripheral portion of the mirror 431.

接続ブロック支持弾性体563は、接続ブロック561とミラー支持枠432との間に配置され、その一端が接続ブロック561に接続されるとともに他端がミラー支持枠432の内周部に接続される。   The connection block support elastic body 563 is disposed between the connection block 561 and the mirror support frame 432, and one end thereof is connected to the connection block 561 and the other end is connected to the inner periphery of the mirror support frame 432.

弾性リンク支持体564は、弾性リンク562とミラー支持枠432との間に配置され、その一端が弾性リンク562に接続されるとともに他端がミラー支持枠432の内周部に接続される。   The elastic link support 564 is disposed between the elastic link 562 and the mirror support frame 432, and one end thereof is connected to the elastic link 562 and the other end is connected to the inner peripheral portion of the mirror support frame 432.

熱アクチュエータ570は、シリコンを材料として棒状に形成された棒状部材と、酸化膜と、圧電膜(本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT))を上部電極と下部電極とで挟んで棒状に形成された圧電棒状部材とが、その長手方向に直交する方向に沿って積層されて構成されている。   The thermal actuator 570 has a rod-like member formed of a rod-like member made of silicon, an oxide film, and a piezoelectric film (in this embodiment, lead zirconate titanate (PZT)) between the upper electrode and the lower electrode. The piezoelectric rod-shaped members formed in the above are stacked along a direction orthogonal to the longitudinal direction.

そして熱アクチュエータ570は、その長手方向がミラー431の長軸LAと平行になるようにして、接続ブロック561とミラー支持枠432との間に配置され、その一端が接続ブロック561に接続されるとともに他端がミラー支持枠432の内周部に接続される。したがって、熱アクチュエータ540は、温度変化に応じて、ミラー431の長軸方向に沿って伸縮する。   The thermal actuator 570 is disposed between the connection block 561 and the mirror support frame 432 so that the longitudinal direction thereof is parallel to the major axis LA of the mirror 431, and one end thereof is connected to the connection block 561. The other end is connected to the inner periphery of the mirror support frame 432. Therefore, the thermal actuator 540 expands and contracts along the major axis direction of the mirror 431 according to the temperature change.

そして、例えば図22(a)に示すように、低温時において、ミラー431の短軸SAが回転軸kを挟んで熱アクチュエータ570と同じ側に配置されるように、てこ部560を介して熱アクチュエータ570とミラー431とを連結することにより、温度が高くなると、図22(b)に示すように、楕円形状のミラー431の周縁部のうち回転軸kから最も離れている地点(点P101を参照)と回転軸kとの距離(距離I101を参照)が短くなるように移動し(矢印D101を参照)、回転軸k周りの慣性モーメントが小さくなる。   Then, for example, as shown in FIG. 22 (a), at low temperatures, heat is transmitted through the lever portion 560 so that the short axis SA of the mirror 431 is disposed on the same side as the thermal actuator 570 with the rotation axis k interposed therebetween. When the temperature rises by connecting the actuator 570 and the mirror 431, as shown in FIG. 22B, the point (the point P101 that is farthest from the rotation axis k in the peripheral part of the elliptical mirror 431). The distance between the rotation axis k and the rotation axis k (see the distance I101) is shortened (see the arrow D101), and the moment of inertia around the rotation axis k is reduced.

したがって、温度が高くなるほど上記の距離が小さくなるように、熱アクチュエータ570とミラー431とを連結することにより、温度が高くなるほど回転軸k周りの慣性モーメントが小さくなるように構成することができる。   Therefore, by connecting the thermal actuator 570 and the mirror 431 so that the distance becomes smaller as the temperature becomes higher, the moment of inertia around the rotation axis k becomes smaller as the temperature becomes higher.

このように構成された光走査装置401では、熱アクチュエータ570は、回転軸kに直交する方向に沿ってミラー431を移動させることにより、ミラー431と回転軸kとの距離を変化させる。そして、この距離の変化により、慣性モーメントを変化させることができる。   In the optical scanning device 401 configured as described above, the thermal actuator 570 moves the mirror 431 along the direction orthogonal to the rotation axis k, thereby changing the distance between the mirror 431 and the rotation axis k. The moment of inertia can be changed by changing the distance.

なお、弾性リンク562と弾性リンク支持体564とは、てこ機構を形成している。すなわち、弾性リンク562の一端に位置する接続ブロック561を熱アクチュエータ570で変位させると、弾性リンク支持体564と弾性リンク562との接続点565(図22(a)を参照)を支点としてミラー431が変位する。   The elastic link 562 and the elastic link support 564 form a lever mechanism. That is, when the connection block 561 located at one end of the elastic link 562 is displaced by the thermal actuator 570, the mirror 431 with the connection point 565 (see FIG. 22A) between the elastic link support 564 and the elastic link 562 as a fulcrum. Is displaced.

そして、熱アクチュエータ570から接続点565(支点)までの距離を、接続点565(支点)からミラー431までの距離より短くすることで、熱アクチュエータ570の変位が小さくても、ミラー431の変位を大きくすることができる。   Then, by making the distance from the thermal actuator 570 to the connection point 565 (fulcrum) shorter than the distance from the connection point 565 (fulcrum) to the mirror 431, even if the displacement of the thermal actuator 570 is small, the displacement of the mirror 431 is reduced. Can be bigger.

またミラー支持弾性体550は、シリコンを材料として棒状部材をミラー431の反射面に沿って複数回折り返した形状に形成されている。このため、ミラー支持弾性体550は、熱アクチュエータ570がミラー431を変位させることによりミラー431の反射面に沿った面方向が変化するのを抑制するようにミラー431とミラー支持枠432とを連結してミラー431を支持する。   Further, the mirror support elastic body 550 is formed in a shape in which a rod-like member is folded back a plurality of times along the reflection surface of the mirror 431 using silicon as a material. For this reason, the mirror support elastic body 550 connects the mirror 431 and the mirror support frame 432 so as to prevent the thermal actuator 570 from displacing the mirror 431 so that the surface direction along the reflection surface of the mirror 431 is changed. Then, the mirror 431 is supported.

これにより、熱アクチュエータ570がミラー431を変位させることに起因して、光走査装置401が光ビームを走査するときの走査方向が変動してしまうことを抑制することができる。   Thereby, it is possible to suppress the change in the scanning direction when the optical scanning device 401 scans the light beam due to the thermal actuator 570 displacing the mirror 431.

以上説明した実施形態において、ミラー支持枠432と熱アクチュエータ570は本発明における連結変位部、ミラー支持弾性体550は本発明における連結支持部である。
(第12実施形態)
以下に本発明の第12実施形態について図面とともに説明する。なお第12実施形態では、第8実施形態と異なる部分のみを説明する。
In the embodiment described above, the mirror support frame 432 and the thermal actuator 570 are connection displacement portions in the present invention, and the mirror support elastic body 550 is a connection support portion in the present invention.
(Twelfth embodiment)
The twelfth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the twelfth embodiment, only parts different from the eighth embodiment will be described.

第12実施形態における光走査装置401は、光反射部413の構成が変更された点以外は第8実施形態と同じである。
第12実施形態の光反射部413は、図23に示すように、ミラー431が楕円形状ではなく円形状である点と、ミラー支持弾性体500と熱アクチュエータ510の代わりに熱アクチュエータ580が設けられた点以外は第1実施形態と同じである。
The optical scanning device 401 in the twelfth embodiment is the same as that in the eighth embodiment except that the configuration of the light reflecting unit 413 is changed.
As shown in FIG. 23, the light reflecting portion 413 of the twelfth embodiment is provided with a point that the mirror 431 is circular instead of elliptical, and a thermal actuator 580 is provided instead of the mirror support elastic body 500 and the thermal actuator 510. Except for these points, the second embodiment is the same as the first embodiment.

ミラー431は、図24(a)に示すように、ミラー支持枠432の枠により内部に形成される開口部432aと、ミラー431における鏡面431aとは反対側の面431bとが対向するように配置される。   As shown in FIG. 24A, the mirror 431 is arranged so that the opening 432a formed inside by the frame of the mirror support frame 432 and the surface 431b of the mirror 431 opposite to the mirror surface 431a face each other. Is done.

熱アクチュエータ580は、鏡面直交方向部材581と、鏡面方向部材582と、圧電棒状部材583とを備える。
鏡面直交方向部材581は、ミラー支持枠432の枠から、ミラー支持枠432を挟んでミラー431が配置されている側に向かって、ミラー431の鏡面に対して直交する方向(矢印D111を参照。以下、鏡面直交方向という)に沿って延びる。
The thermal actuator 580 includes a specular direction member 581, a specular direction member 582, and a piezoelectric rod-shaped member 583.
The mirror surface orthogonal direction member 581 is a direction orthogonal to the mirror surface of the mirror 431 from the frame of the mirror support frame 432 toward the side where the mirror 431 is disposed with the mirror support frame 432 interposed therebetween (see arrow D111). Hereinafter, it extends along a mirror surface orthogonal direction).

鏡面方向部材582は、ミラー431の鏡面に対して平行な方向(以下、鏡面方向という)に沿って延びる。そして鏡面方向部材582は、その一端が、鏡面直交方向部材581におけるミラー支持枠432と連結されていない側の端部に接続されるとともに、他端がミラー431の外周部に接続される。これにより、ミラー431は、ミラー支持枠32の開口部432a上に配置されるように、複数の熱アクチュエータ580によって支持される。   The mirror surface direction member 582 extends along a direction parallel to the mirror surface of the mirror 431 (hereinafter referred to as a mirror surface direction). One end of the mirror surface direction member 582 is connected to the end portion of the mirror surface orthogonal direction member 581 on the side not connected to the mirror support frame 432, and the other end is connected to the outer peripheral portion of the mirror 431. Accordingly, the mirror 431 is supported by the plurality of thermal actuators 580 so as to be disposed on the opening 432a of the mirror support frame 32.

圧電棒状部材583は、圧電膜(本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT))を上部電極と下部電極とで挟んで棒状に形成される。そして圧電棒状部材583は、酸化膜(不図示)を介して鏡面方向部材582上に積層される。   The piezoelectric rod-shaped member 583 is formed in a rod shape by sandwiching a piezoelectric film (in this embodiment, lead zirconate titanate (PZT)) between the upper electrode and the lower electrode. The piezoelectric rod-like member 583 is stacked on the mirror surface direction member 582 via an oxide film (not shown).

なお熱アクチュエータ580は、鏡面方向部材582が、ミラー支持枠432の開口部432aと対向するように配置されるとともに、圧電棒状部材583が、鏡面方向部材582上の開口部432aと同じ側に配置される。   In the thermal actuator 580, the mirror direction member 582 is disposed so as to face the opening 432a of the mirror support frame 432, and the piezoelectric rod-shaped member 583 is disposed on the same side as the opening 432a on the mirror surface member 582. Is done.

これにより熱アクチュエータ580は、温度が高くなると、図24(b)に示すように、積層されている鏡面方向部材582と圧電棒状部材583のZ方向への撓みが大きくなり、ミラー431と回転軸kとの距離が小さくなるようにミラー431が鏡面直交方向に沿って移動し、回転軸k周りの慣性モーメントが小さくなる。   As a result, when the temperature of the thermal actuator 580 increases, the mirror surface direction member 582 and the piezoelectric rod-shaped member 583 are flexed in the Z direction as shown in FIG. The mirror 431 moves along the direction perpendicular to the mirror surface so that the distance to k becomes smaller, and the moment of inertia around the rotation axis k becomes smaller.

このように構成された光走査装置401では、熱アクチュエータ580は、回転軸kに直交する方向に沿ってミラー31を移動させることにより、ミラー431と回転軸kとの距離を変化させる。そして、この距離の変化により、慣性モーメントを変化させることができる。   In the optical scanning device 401 configured as described above, the thermal actuator 580 moves the mirror 31 along the direction orthogonal to the rotation axis k, thereby changing the distance between the mirror 431 and the rotation axis k. The moment of inertia can be changed by changing the distance.

以上説明した実施形態において、ミラー支持枠432と熱アクチュエータ580は本発明における連結変位部、鏡面方向部材582は本発明における基板部材、圧電棒状部材583は本発明における圧電部材である。   In the embodiment described above, the mirror support frame 432 and the thermal actuator 580 are the connecting displacement portion in the present invention, the mirror surface direction member 582 is the substrate member in the present invention, and the piezoelectric rod-shaped member 583 is the piezoelectric member in the present invention.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば上記実施形態においては、熱アクチュエータとしてシリコンと酸化シリコンとを組み合わせたものを示した。しかし、シリコンに対して熱膨張率の異なる材料であれば、酸化シリコン以外の材料も選択可能であり、例えば、アルミ等の金属材料、ポリイミド、SU8等の樹脂材料を用いてもよい。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, As long as it belongs to the technical scope of this invention, a various form can be taken.
For example, in the above embodiment, the combination of silicon and silicon oxide is shown as the thermal actuator. However, any material other than silicon oxide can be selected as long as it has a different coefficient of thermal expansion from that of silicon. For example, a metal material such as aluminum or a resin material such as polyimide or SU8 may be used.

また上記実施形態においては、図5(e)に示す熱アクチュエータ配置領域331において、熱アクチュエータ配置領域331の左側のデバイス層エッチング領域342は、DRIEにより熱アクチュエータ配置領域331の左側にデバイス層が残るように形成されている一方、熱アクチュエータ配置領域331の右側のデバイス層エッチング領域342は、DRIEにより熱アクチュエータ配置領域331の右側にデバイス層が残らないように形成されているものを示した(図5(g)を参照)。しかし、マスクのアライメントずれを考慮して、熱アクチュエータ配置領域331の右側のデバイス層エッチング領域342を、DRIEにより熱アクチュエータ配置領域331の右側にデバイス層が残るように数μmずらして形成してもよい。   In the above embodiment, in the thermal actuator placement region 331 shown in FIG. 5E, the device layer etching region 342 on the left side of the thermal actuator placement region 331 has a device layer left on the left side of the thermal actuator placement region 331 by DRIE. On the other hand, the device layer etching region 342 on the right side of the thermal actuator placement region 331 shows that the device layer is formed on the right side of the thermal actuator placement region 331 by DRIE (see FIG. 5 (g)). However, in consideration of mask misalignment, the device layer etching region 342 on the right side of the thermal actuator placement region 331 may be formed by shifting by several μm so that the device layer remains on the right side of the thermal actuator placement region 331 by DRIE. Good.

また上記実施形態においては、3自由度連成振動系を構成する光走査装置1を適用したものを示したが、以下に示す光走査装置に本発明の連結変位部を適用してもよい。
図25は、本発明が適用された実施形態の光走査装置201の構成を示す平面図である。
In the above embodiment, the optical scanning device 1 constituting the three-degree-of-freedom coupled vibration system is applied. However, the connecting displacement portion of the present invention may be applied to the optical scanning device described below.
FIG. 25 is a plan view showing a configuration of an optical scanning device 201 according to an embodiment to which the present invention is applied.

光走査装置201は、図25に示すように、光ビームを走査する光ビーム走査部202と、光ビーム走査部202を支持する支持部203と、光ビーム走査部202に回転駆動力を印加する駆動部204とを備える。   As shown in FIG. 25, the optical scanning device 201 applies a rotational driving force to the light beam scanning unit 202 that scans the light beam, the support unit 203 that supports the light beam scanning unit 202, and the light beam scanning unit 202. And a drive unit 204.

光ビーム走査部202は、ジンバル211と光反射部212と弾性連結部213a,213bと弾性連結部214a,214bと櫛歯電極部215,216,217,218とから構成される。   The light beam scanning unit 202 includes a gimbal 211, a light reflecting unit 212, elastic coupling units 213a and 213b, elastic coupling units 214a and 214b, and comb electrode units 215, 216, 217, and 218.

これらのうち光反射部212は、第1実施形態の光反射部13と同様に、ミラー31とミラー支持枠32と熱アクチュエータ33とから構成される。
またジンバル211は、矩形枠状であり、枠内に光反射部212が配置される。
Among these, the light reflection part 212 is comprised from the mirror 31, the mirror support frame 32, and the thermal actuator 33 similarly to the light reflection part 13 of 1st Embodiment.
The gimbal 211 has a rectangular frame shape, and the light reflecting portion 212 is disposed in the frame.

また弾性連結部214aは、弾性変形可能な材料で構成されており、ジンバル211の枠内に配置され、光反射部212とジンバル211とを連結する。また弾性連結部214bは、弾性変形可能な材料で構成されており、ジンバル211の枠内に配置され、光反射部212を挟んで弾性連結部214aと反対側において、光反射部212とジンバル211とを連結する。なお、弾性連結部214aおよび弾性連結部214bは、光反射部212の回転軸kとなる。これにより光反射部212は、回転軸kを中心に捻り振動可能に構成される。   The elastic connecting portion 214 a is made of an elastically deformable material, and is disposed within the frame of the gimbal 211 to connect the light reflecting portion 212 and the gimbal 211. The elastic connecting portion 214b is made of an elastically deformable material, and is disposed within the frame of the gimbal 211. The light reflecting portion 212 and the gimbal 211 are opposite to the elastic connecting portion 214a across the light reflecting portion 212. And The elastic coupling part 214a and the elastic coupling part 214b serve as the rotation axis k of the light reflecting part 212. Thereby, the light reflection part 212 is comprised so that a torsional vibration is possible centering | focusing on the rotating shaft k.

また弾性連結部213aは、弾性変形可能な材料で構成されており、ジンバル211の上辺211aと支持部203とを連結する。また弾性連結部213bは、弾性変形可能な材料で構成されており、ジンバル211を挟んで弾性連結部213aと反対側において、ジンバル211の下辺211bと支持部203とを連結する。なお、弾性連結部213aおよび弾性連結部213bは、ジンバル211の回転軸iとなる。これによりジンバル211は、回転軸iを中心に捻り振動可能に構成される。   The elastic connection portion 213a is made of an elastically deformable material, and connects the upper side 211a of the gimbal 211 and the support portion 203. The elastic connecting portion 213b is made of an elastically deformable material, and connects the lower side 211b of the gimbal 211 and the support portion 203 on the opposite side of the elastic connecting portion 213a across the gimbal 211. The elastic connecting portion 213a and the elastic connecting portion 213b serve as the rotation axis i of the gimbal 211. As a result, the gimbal 211 is configured to be capable of torsional vibration about the rotation axis i.

また櫛歯電極部215は、ミラー支持枠32の下半円部に沿って櫛歯状に形成されている。さらに櫛歯電極部216は、ミラー支持枠32の上半円部に沿って櫛歯状に形成されている。   The comb electrode portion 215 is formed in a comb shape along the lower semicircular portion of the mirror support frame 32. Further, the comb electrode portion 216 is formed in a comb shape along the upper semicircular portion of the mirror support frame 32.

また櫛歯電極部217は、ジンバル211の左辺211cに沿って櫛歯状に形成されている。さらに櫛歯電極部218は、ジンバル211の右辺211dに沿って櫛歯状に形成されている。   The comb electrode portion 217 is formed in a comb shape along the left side 211 c of the gimbal 211. Further, the comb electrode portion 218 is formed in a comb shape along the right side 211 d of the gimbal 211.

次に駆動部204は、櫛歯電極部215,216,217,218それぞれと一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯電極部204a,204b,204c,204dから構成される。   Next, the drive unit 204 includes comb-shaped electrode portions 204a, 204b, 204c, and 204d formed in a comb-tooth shape that meshes with the comb-shaped electrode portions 215, 216, 217, and 218 at a predetermined interval.

次に支持部203は、上辺211aと連結されていない側の弾性連結部213aの端部と連結される上側支持部203aと、下辺211bと連結されていない側の弾性連結部213bの端部と連結される下側支持部203bと、櫛歯電極部217と対向していない側の櫛歯電極部204cの端部と連結される左側支持部203cと、櫛歯電極部218と対向していない側の櫛歯電極部204dの端部と連結される右側支持部203dとから構成される。   Next, the support portion 203 includes an upper support portion 203a that is connected to an end portion of the elastic connection portion 213a that is not connected to the upper side 211a, and an end portion of the elastic connection portion 213b that is not connected to the lower side 211b. The lower support portion 203b to be connected, the left support portion 203c connected to the end portion of the comb electrode portion 204c on the side not facing the comb electrode portion 217, and the comb electrode portion 218 are not opposed. It is comprised from the right side support part 203d connected with the edge part of the side comb-tooth electrode part 204d.

また、櫛歯電極部204a,204bは、櫛歯電極部215,216と噛み合うように配置された状態でジンバル211と連結される。
このように構成された光走査装置201において、櫛歯電極部215,216と、櫛歯電極部204a,204bとの間にパルス電圧を印加することにより、周期的に変化する静電引力が生じ、弾性連結部214a,214bが弾性変形してねじれることにより、光反射部212が弾性連結部214a,214bを回転軸kとして往復振動する。さらに、櫛歯電極部217,218と、櫛歯電極部204c,204dとの間にパルス電圧を印加することにより、周期的に変化する静電引力が生じ、弾性連結部213a,213bが弾性変形してねじれることにより、ジンバル211が弾性連結部213a,213bを回転軸iとして往復振動する。
The comb electrode portions 204a and 204b are connected to the gimbal 211 in a state of being arranged so as to mesh with the comb electrode portions 215 and 216.
In the optical scanning device 201 configured as described above, by applying a pulse voltage between the comb electrode portions 215 and 216 and the comb electrode portions 204a and 204b, an electrostatic attractive force that periodically changes is generated. When the elastic connecting portions 214a and 214b are elastically deformed and twisted, the light reflecting portion 212 reciprocally vibrates about the elastic connecting portions 214a and 214b as the rotation axis k. Further, by applying a pulse voltage between the comb electrode portions 217 and 218 and the comb electrode portions 204c and 204d, an electrostatic attractive force that periodically changes is generated, and the elastic coupling portions 213a and 213b are elastically deformed. By being twisted, the gimbal 211 reciprocally vibrates about the elastic coupling portions 213a and 213b as the rotation axis i.

このように構成された光走査装置201によれば、回転軸kを中心とした揺動と、回転軸iを中心とした揺動によって、ミラー31で反射する光ビームを2次元的に走査することができる。さらに、光走査装置201では、ミラー支持枠32と熱アクチュエータ33が、ミラー31と弾性連結部214a,214bとを連結するとともに、温度が高くなるほどミラー31の回転軸k周りの慣性モーメントが低くなるようにミラー31を変位させることができる。したがって、温度上昇に伴うヤング率の低下に対応して、ミラー31の回転軸k周りの慣性モーメントを低下させることにより、温度上昇に伴う共振周波数の変化を抑制することができる。これにより、温度変化による走査特性の変化を抑制することができる。   According to the optical scanning device 201 configured as described above, the light beam reflected by the mirror 31 is two-dimensionally scanned by swinging about the rotation axis k and swinging about the rotation axis i. be able to. Further, in the optical scanning device 201, the mirror support frame 32 and the thermal actuator 33 connect the mirror 31 and the elastic connecting portions 214a and 214b, and the moment of inertia around the rotation axis k of the mirror 31 decreases as the temperature increases. Thus, the mirror 31 can be displaced. Accordingly, by reducing the moment of inertia around the rotation axis k of the mirror 31 in response to a decrease in Young's modulus accompanying a temperature increase, it is possible to suppress a change in the resonance frequency accompanying a temperature increase. Thereby, the change of the scanning characteristic by the temperature change can be suppressed.

なお、弾性連結部214a,214bは本発明における第1弾性変形部材、ジンバル211は本発明における第1支持部、弾性連結部213a,213bは本発明における第2弾性変形部材、回転軸iは本発明における第2回転軸、支持部203は本発明における第2支持部である。   The elastic connection portions 214a and 214b are the first elastic deformation member in the present invention, the gimbal 211 is the first support portion in the present invention, the elastic connection portions 213a and 213b are the second elastic deformation member in the present invention, and the rotation shaft i is the main shaft. The 2nd rotating shaft in this invention and the support part 203 are the 2nd support parts in this invention.

また上記実施形態においては、3自由度連成振動系を構成する光走査装置401を適用したものを示したが、以下に示す光走査装置に本発明の連結変位部を適用してもよい。
光走査装置901は、図26に示すように、光反射部212の代わりに第8実施形態の光反射部413を設けた点と、櫛歯電極部204a,204bの代わりに圧電ユニモルフ904a,904bを設けて回転軸kを中心に光反射部413を振動させる点と、櫛歯電極部204c,204dの代わりに圧電ユニモルフ904c,904dを設けて回転軸iを中心に光反射部413を振動させる点以外は光走査装置201と同じである。
In the above-described embodiment, the optical scanning device 401 constituting the three-degree-of-freedom coupled vibration system is applied. However, the connecting displacement portion of the present invention may be applied to the optical scanning device described below.
As shown in FIG. 26, the optical scanning device 901 includes a light reflecting portion 413 according to the eighth embodiment instead of the light reflecting portion 212, and piezoelectric unimorphs 904a and 904b instead of the comb electrode portions 204a and 204b. Is provided to vibrate the light reflecting portion 413 about the rotation axis k, and piezoelectric unimorphs 904c and 904d are provided instead of the comb electrode portions 204c and 204d to vibrate the light reflecting portion 413 about the rotation axis i. The other points are the same as those of the optical scanning device 201.

なお、圧電ユニモルフ904a,904b,904c,904dにはそれぞれ給電線FL11,FL12,FL13,FL14を介して電圧が印加され、光反射部413の熱アクチュエータ510には給電線FL15を介して電圧が印加される。   In addition, voltages are applied to the piezoelectric unimorphs 904a, 904b, 904c, and 904d through power supply lines FL11, FL12, FL13, and FL14, respectively, and voltages are applied to the thermal actuator 510 of the light reflecting portion 413 through the power supply line FL15. Is done.

1,401,901…光走査装置、2…光ビーム走査部、3…支持部、4…駆動部、5…角度検出部、11…外ジンバル、12…内ジンバル、13,413…光反射部、14a,14b,15a,15b,16a,16b,416a,416b…弾性連結部、17,18,19,20…櫛歯電極部、31…ミラー、32,432…ミラー支持枠、33,60,70,80,90,100,110,510,520,540,570,580…熱アクチュエータ、41…駆動信号発生回路、42…増幅回路、43…C−V変換回路、44…半導体レーザ、45…制御回路、51,52,62,72,82,91,92,102,111,112…棒状部材、61,71,81,91,101…折返部材、201…光走査装置、202…光ビーム走査部、203…支持部、204…駆動部、211…ジンバル、212…光反射部、213a,213b,214a,214b…弾性連結部、215,216,217,218…櫛歯電極部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,401,901 ... Optical scanning device, 2 ... Light beam scanning part, 3 ... Support part, 4 ... Drive part, 5 ... Angle detection part, 11 ... Outer gimbal, 12 ... Inner gimbal, 13,413 ... Light reflection part 14a, 14b, 15a, 15b, 16a, 16b, 416a, 416b ... elastic connecting part, 17, 18, 19, 20 ... comb electrode part, 31 ... mirror, 32, 432 ... mirror support frame, 33, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 510, 520, 540, 570, 580 ... thermal actuator, 41 ... drive signal generation circuit, 42 ... amplification circuit, 43 ... CV conversion circuit, 44 ... semiconductor laser, 45 ... Control circuit, 51, 52, 62, 72, 82, 91, 92, 102, 111, 112 ... Bar-shaped member, 61, 71, 81, 91, 101 ... Folding member, 201 ... Optical scanning device, 202 ... Light beam scanning Part 203 ... support part 204 ... drive part 211 ... Nbaru, 212 ... light reflection portion, 213a, 213b, 214a, 214b ... elastic connecting portions, 215,216,217,218 ... interdigital transducers

Claims (11)

光ビームを反射させる反射面を有する反射部(31,431)と、
前記反射部を捻り振動させるための第1回転軸となる第1弾性変形部材(16a,16b,214a,214b,416a,416b)とを備え、
前記第1回転軸を中心にして前記反射部を揺動させることにより、前記反射面により反射された光ビームを走査する光走査装置(1,201,401,901)であって、
前記反射部と前記第1弾性変形部材とを連結するとともに、温度が高くなるほど前記反射部の前記第1回転軸周りの慣性モーメントが低くなるように前記反射部を変位させる連結変位部(32,432,33,60,70,80,90,100,110,510,520,540,570,580)を備える
ことを特徴とする光走査装置。
A reflecting portion (31, 431) having a reflecting surface for reflecting the light beam;
A first elastic deformation member (16a, 16b, 214a, 214b, 416a, 416b) serving as a first rotation shaft for torsionally vibrating the reflecting portion;
An optical scanning device (1, 201, 401, 901) that scans the light beam reflected by the reflecting surface by swinging the reflecting portion about the first rotation axis,
A connecting displacement portion (32, 32) that connects the reflecting portion and the first elastically deformable member and displaces the reflecting portion so that the moment of inertia of the reflecting portion around the first rotation axis decreases as the temperature increases. 432, 33, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 510, 520, 540, 570, 580).
前記反射部の前記反射面は、円以外の形状を有し、
前記連結変位部(32,432,33,60,70,510,520)は、前記反射部の変位として、前記反射面に垂直な回転軸である変位回転軸を中心に前記反射部を回転させる
ことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
The reflective surface of the reflective portion has a shape other than a circle,
The connection displacement portion (32, 432, 33, 60, 70, 510, 520) rotates the reflection portion as a displacement of the reflection portion around a displacement rotation axis that is a rotation axis perpendicular to the reflection surface. The optical scanning device according to claim 1.
前記連結変位部(32,432,80,90,100,110,540,570,580)は、前記反射部の変位として、前記第1回転軸に直交する方向に沿って前記反射部を移動させる
ことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
The connection displacement portion (32, 432, 80, 90, 100, 110, 540, 570, 580) moves the reflection portion along the direction orthogonal to the first rotation axis as the displacement of the reflection portion. The optical scanning device according to claim 1.
前記連結変位部(32,33,60,70,80,90,100,110)は、
熱膨張率が互いに異なる材料からなる少なくとも2つの部材を積層して構成される
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の光走査装置。
The connecting displacement portion (32, 33, 60, 70, 80, 90, 100, 110)
The optical scanning device according to claim 1, wherein at least two members made of materials having different coefficients of thermal expansion are stacked.
前記2つの部材は、
シリコンを材料とする部材と、シリコンを熱酸化することにより形成される酸化シリコンを材料とする部材である
ことを特徴とする請求項4に記載の光走査装置。
The two members are:
The optical scanning device according to claim 4, wherein the optical scanning device is a member made of silicon and a member made of silicon oxide formed by thermally oxidizing silicon.
前記連結変位部(32,60,70)は、
熱膨張率が互いに異なる材料からなる2つの部材を積層して構成され、
熱膨張率が互いに異なる材料からなる2つの部材のうち、
一方の部材(61,71,81,101)は、折り返し部がコ字状になるようにして棒状部材を複数回折り返した形状に形成され、
他方の部材(62,72,82,102)は、前記一方の部材と前記他方の部材とが交互に配置されるように、前記折り返した形状に形成された前記一方の部材に積層される
ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の光走査装置。
The connecting displacement portion (32, 60, 70)
Constructed by laminating two members made of materials with different coefficients of thermal expansion,
Of the two members made of materials with different coefficients of thermal expansion,
One member (61, 71, 81, 101) is formed in a shape in which a bar-shaped member is folded back a plurality of times so that the folded portion is U-shaped,
The other member (62, 72, 82, 102) is laminated on the one member formed in the folded shape so that the one member and the other member are alternately arranged. The optical scanning device according to claim 4, wherein:
前記連結変位部(432,510,520,540,570,580)は、
前記第1弾性変形部材(416a,416b)と同じ材料からなる基板部材(513,523,582)と、圧電体(516)を第1電極(517)と第2電極(518)との間で挟んで形成された圧電部材(515,524,583)とを積層して構成され、
前記第1電極と前記第2電極との間に、予め設定された一定値の電圧が常時印加される
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の光走査装置。
The connecting displacement portion (432, 510, 520, 540, 570, 580)
A substrate member (513, 523, 582) made of the same material as the first elastic deformation member (416a, 416b) and a piezoelectric body (516) between the first electrode (517) and the second electrode (518). It is configured by laminating piezoelectric members (515, 524, 583) formed by being sandwiched,
4. The optical scanning device according to claim 1, wherein a constant voltage set in advance is always applied between the first electrode and the second electrode. 5. .
前記連結変位部が前記反射部(431)を変位させることにより前記反射面に沿った面方向が変化するのを抑制するように前記反射部と前記連結変位部とを連結して前記反射部を支持する連結支持部(500,530,550)を備える
ことを特徴とする請求項7に記載の光走査装置。
The reflection part and the connection displacement part are connected to suppress the change of the surface direction along the reflection surface by the connection displacement part displacing the reflection part (431). The optical scanning device according to claim 7, further comprising a connection support portion (500, 530, 550) for supporting.
前記圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる
ことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の光走査装置。
The optical scanning device according to claim 7, wherein the piezoelectric body is made of lead zirconate titanate (PZT).
前記第1弾性変形部材(214a,214b)を支持する第1支持部(211)と、
前記第1支持部に連結された弾性変形可能な第2弾性変形部材(213a,213b)を有し、該第2弾性変形部材を第2回転軸として前記第1支持部を揺動可能に支持する第2支持部(203)とを備え、
前記第2回転軸は、前記第1回転軸と交差するように配置され、
前記第2回転軸を中心にして前記第1支持部を揺動させると共に、前記第1回転軸を中心にして前記反射部を揺動させることにより、前記反射面により反射された光ビームを2次元に走査する
ことを特徴とする請求項1〜請求項9の何れか1項に記載の光走査装置(201,901)。
A first support part (211) for supporting the first elastic deformation member (214a, 214b);
A second elastically deformable member (213a, 213b) that is elastically deformable connected to the first support part, and the first support part is swingably supported by using the second elastically deformable member as a second rotating shaft. A second support part (203)
The second rotation axis is arranged to intersect the first rotation axis,
The first support portion is swung about the second rotation axis, and the reflection portion is swung about the first rotation axis, so that the light beam reflected by the reflection surface is 2 The optical scanning device (201, 901) according to any one of claims 1 to 9, wherein scanning is performed in a dimension.
前記第1弾性変形部材(16a,16b,416a,416b)を支持する第1支持部(12,412)と、
前記第1支持部に連結された弾性変形可能な第2弾性変形部材(15a,15b,415a,415b)を有し、該第2弾性変形部材を第2回転軸として前記第1支持部を揺動可能に支持する第2支持部(11,411)と、
前記第2支持部に連結された弾性変形可能な第3弾性変形部材(14a,14b,414a,414b)を有し、該第3弾性変形部材を第3回転軸として前記第2支持部を揺動可能に支持する第3支持部(3,403)とを備え、
前記第2回転軸は、前記第1回転軸と交差するように配置され、
前記第3回転軸は、前記第1回転軸および前記第2回転軸と交差するように配置され、
前記反射部(31,431)、前記第1支持部、前記第2支持部、前記第3支持部、前記第1弾性変形部材、前記弾性変形部材、および前記第3弾性変形部材が、固有の周期的外力が作用した場合に大きい回転角で捻り振動する3自由度連成振動系を構成し、
前記3自由度連成振動系に前記固有の周期的外力を作用させることにより、前記第3回転軸を中心にして前記第2支持部を揺動させるとともに、前記第2回転軸を中心にして前記第1支持部を揺動させ、さらに前記第1回転軸を中心にして前記反射部を揺動させることにより、前記反射面により反射された光ビームを2次元に走査する
ことを特徴とする請求項1〜請求項9の何れか1項に記載の光走査装置(1,401)。
A first support part (12, 412) for supporting the first elastic deformation member (16a, 16b, 416a, 416b);
There is a second elastically deformable member (15a, 15b, 415a, 415b) that is elastically deformable connected to the first support part, and the first support part is rocked using the second elastic deformable member as a second rotating shaft. A second support portion (11, 411) for movably supporting;
There is a third elastically deformable member (14a, 14b, 414a, 414b) that is elastically deformable connected to the second support part, and the second support part is rocked using the third elastic deformable member as a third rotating shaft. A third support portion (3,403) that is movably supported;
The second rotation axis is arranged to intersect the first rotation axis,
The third rotation axis is arranged to intersect the first rotation axis and the second rotation axis,
The reflective portion (31, 431), the first support portion, the second support portion, the third support portion, the first elastic deformation member, the elastic deformation member, and the third elastic deformation member are unique. A three-degree-of-freedom coupled vibration system that torsionally vibrates at a large rotation angle when a periodic external force is applied,
By causing the inherent periodic external force to act on the three-degree-of-freedom coupled vibration system, the second support portion is swung about the third rotation axis, and the second rotation axis is the center. The light beam reflected by the reflecting surface is scanned two-dimensionally by swinging the first support portion and further swinging the reflection portion about the first rotation axis. The optical scanning device (1, 401) according to any one of claims 1 to 9.
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