JP3129219B2 - Optical scanner - Google Patents

Optical scanner

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JP3129219B2
JP3129219B2 JP09004421A JP442197A JP3129219B2 JP 3129219 B2 JP3129219 B2 JP 3129219B2 JP 09004421 A JP09004421 A JP 09004421A JP 442197 A JP442197 A JP 442197A JP 3129219 B2 JP3129219 B2 JP 3129219B2
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axis rotation
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恵三 山田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光を偏向して光走査
する光スキャナに関し、特に、シリコンマイクロマシン
ニング技術を利用して作られた大振幅動作が可能な小型
可動ミラーを持つ光スキャナに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical scanner that scans light by deflecting light, and more particularly, to an optical scanner having a small movable mirror that can be operated with a large amplitude and that is manufactured using silicon micromachining technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、小型化できる光スキャナとして、
ミラーを回転して光を偏向する装置が幾種類か開発され
ている。例えば、特開平6−43368号公報及び特開
平6−180428号公報に示される様に、直交する2
つの軸回りの回転振動系を持つミラーが知られている。
このミラーによれば、1つの光スキャナで2軸方向に光
を偏向できるという利点がある。また、上記各公報に記
載の装置は静電力を利用して駆動するところに特徴があ
る。この様な装置では、駆動されるミラーの直ぐ下にわ
ずかなギャップを空けて駆動電極が配置され、導電体か
らなるミラーと、駆動電極とで一つのコンデンサが構成
される。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an optical scanner that can be miniaturized,
Several types of devices have been developed to rotate the mirror to deflect light. For example, as shown in JP-A-6-43368 and JP-A-6-180428, two orthogonal
A mirror having a rotational vibration system around two axes is known.
According to this mirror, there is an advantage that light can be deflected in two axial directions by one optical scanner. Further, the devices described in the above publications are characterized in that they are driven using electrostatic force. In such an apparatus, the driving electrodes are arranged with a slight gap immediately below the driven mirror, and one capacitor is formed by the mirror made of a conductor and the driving electrodes.

【0003】ミラーと、このミラーに対向する駆動電極
との間に電圧を加えると、ミラーと駆動電極の間に静電
力が生じるため、ミラーは駆動電極に引き寄せられる。
そのため、ミラーは回転軸を中心とした回転運動を起こ
す。駆動電極は2つの軸ごとに設けられており、それぞ
れの軸周りの回転運動は、それぞれの軸に対応した駆動
電極とミラーの間に制御電圧を加えることによって行わ
れる。
When a voltage is applied between the mirror and a drive electrode facing the mirror, an electrostatic force is generated between the mirror and the drive electrode, and the mirror is attracted to the drive electrode.
Therefore, the mirror causes a rotational movement about the rotation axis. The drive electrodes are provided for each of the two axes, and the rotational movement around each axis is performed by applying a control voltage between the drive electrode and the mirror corresponding to each axis.

【0004】以下、従来の光スキャナの構成例を図19
を参照して説明する。図19は、特開平6−18042
8号公報に示された従来の光スキャナを示し、同図
(a)は平面図、同図(b)は断面図である。
A configuration example of a conventional optical scanner is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG.
8 shows a conventional optical scanner disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-108, in which (a) is a plan view and (b) is a sectional view.

【0005】図19において、従来の光スキャナは、光
を反射し、X軸方向に変位可能なミラー201と、ミラ
ー201を両側から支持するX軸走査用の梁部202
と、X軸走査用の梁部202と一体でその外側に形成さ
れ、前記X軸方向と直交するY軸方向に変位可能な静電
吸引部203と、静電吸引部203を両側から支持する
Y軸走査用の梁部204と、ミラー201と静電吸引部
203の裏面に対向する位置に配置されたX軸,Y軸方
向駆動電極205,206と、これらの駆動電極が形成
された電極基板207と、前記駆動電極205,206
とミラー201の間に存在して前記駆動電極205,2
06を絶縁するための絶縁膜208と、ミラーの変位に
対しミラーの撓みが生じないように支持し、ミラーと前
記駆動電極間のギャップを決める支持スペーサ部209
とから構成されている。前記ミラー201、X,Y軸走
査用の梁部202,204、および静電吸引部203は
シリコン基板210を形成してなる。さらに、前記駆動
電極205,206の配線部211は、静電力がミラー
201に作用しない平面上に形成されている。
In FIG. 19, a conventional optical scanner includes a mirror 201 that reflects light and is displaceable in the X-axis direction, and an X-axis scanning beam 202 that supports the mirror 201 from both sides.
And an electrostatic attraction unit 203 integrally formed outside the X-axis scanning beam unit 202 and displaceable in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction, and supporting the electrostatic attraction unit 203 from both sides. Beam part 204 for Y-axis scanning, X-axis and Y-axis direction drive electrodes 205 and 206 arranged at positions facing mirror 201 and the back surface of electrostatic attraction unit 203, and electrodes on which these drive electrodes are formed A substrate 207 and the driving electrodes 205 and 206
And the driving electrodes 205 and 2 existing between the
And a support spacer 209 for supporting the mirror so as not to bend with respect to the displacement of the mirror, and determining the gap between the mirror and the drive electrode.
It is composed of The mirror 201, the X- and Y-axis scanning beams 202 and 204, and the electrostatic attraction unit 203 are formed by forming a silicon substrate 210. Further, the wiring portions 211 of the driving electrodes 205 and 206 are formed on a plane where no electrostatic force acts on the mirror 201.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の静電気を利
用した光スキャナは、静電力がミラーと駆動電極間距離
の2乗に反比例するため、ミラーを駆動するのに十分な
静電力を与えるためには、ミラーに対向して狭いギャッ
プを介して駆動電極を配置することが必要であった。そ
のため、ミラーの運動は駆動電極との接触により制限さ
れ、ミラーの回転角を大きく設定できないという課題が
あった。
In the conventional optical scanner utilizing static electricity, the electrostatic force is inversely proportional to the square of the distance between the mirror and the drive electrode, and therefore, a sufficient electrostatic force to drive the mirror is provided. Requires that a drive electrode be disposed through a narrow gap facing the mirror. For this reason, the movement of the mirror is limited by the contact with the drive electrode, and there is a problem that the rotation angle of the mirror cannot be set large.

【0007】また、2軸の回転を制御する場合、従来は
それぞれの回転を制御するために独立した駆動電極を複
数配置し、かつ、それぞれに独立した電圧を給電する必
要があり、さらに電極の配線部による静電力がミラーに
作用することを防ぐためには、特開平6−180428
に示されたように配線部は駆動電極とは別の平面上に形
成することが必要であるなど構造が複雑になるという課
題があった。
In the case of controlling the rotation of the two axes, conventionally, it is necessary to arrange a plurality of independent drive electrodes for controlling the respective rotations and supply an independent voltage to each electrode. To prevent the electrostatic force of the wiring portion from acting on the mirror, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-180428.
As shown in (1), the wiring section needs to be formed on a different plane from the drive electrodes, and the structure is complicated.

【0008】また、低い周波数で駆動される部分の中に
高い周波数で駆動される部分を有した2次元の光スキャ
ナでは、低い周波数で駆動される部分を支える回転支持
体は、細長い棒状のトーションバー(torsion bar)で
形成されていて、回転方向(ねじれ方向)のスティッフ
ネス(stiffness)が小さいだけでなく、曲がり方向
(たわみ方向)のスティッフネスも小さい。このような
構成において、2軸周りの回転運動の駆動周波数が大き
く異なる場合、高い共振周波数をもつ回転振動系の回転
運動を起こすために静電力を生じさせると、目的とする
高い共振周波数で回転する力が生じる前に、低い周波数
で駆動される回転振動系の支持体が容易に曲がる。その
結果、ミラー全体として並進運動が起こり、ミラーの回
転運動を効率良く起こすことが不可能であった。これを
防ぐ方法として特開平6−180428号公報に記載の
発明では、ミラーの中央部に支持スペーサ部を設けてい
るが、支持スペーサをミラーの回転軸位置に正確にあわ
せることが必要で、構造が複雑で製造も困難になるとい
う課題があった。
In a two-dimensional optical scanner having a portion driven at a high frequency among portions driven at a low frequency, a rotary support supporting the portion driven at a low frequency has an elongated rod-shaped torsion. It is formed of a bar (torsion bar) and has not only a small stiffness in the rotation direction (twist direction) but also a small stiffness in the bending direction (flexion direction). In such a configuration, when the driving frequencies of the rotational motion around the two axes are significantly different, if an electrostatic force is generated to cause the rotational motion of the rotary vibration system having a high resonance frequency, the rotation at the target high resonance frequency is performed. The support of the rotating vibration system driven at a low frequency easily bends before the force occurs. As a result, a translational motion occurs as a whole mirror, and it is impossible to efficiently cause a rotational motion of the mirror. As a method for preventing this, in the invention described in JP-A-6-180428, a support spacer is provided at the center of the mirror. However, it is necessary to accurately adjust the support spacer to the position of the rotation axis of the mirror. However, there was a problem that the production was complicated and the production became difficult.

【0009】本発明は、上記従来技術の課題を解消する
ため、構造が簡単で容易にミラーの回転運動を駆動する
ことができ、かつ、光を偏向するミラーの回転角を大き
くすることを可能にする光スキャナを提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, the present invention has a simple structure, can easily drive the rotation of the mirror, and can increase the rotation angle of the mirror for deflecting light. To provide an optical scanner.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る第1の光スキャナは、光を反射するた
の板状のミラーと、一直線上に位置して前記ミラーの
両側を支持する一対の回転支持体と、前記一対の回転支
持体が接続され、前記ミラーの周辺を囲う枠部と、前記
枠部に並進運動を加える装置とを備え、前記ミラーは、
前記一対の回転支持体を含む前記ミラーと平行な面に対
して表裏非対称な質量分布を有し、前記装置の並進振動
は、前記ミラーと平行で前記一対の回転支持体を結ぶ直
線と直交するY軸方向に沿って発生されることを特徴と
する。
In order to achieve the above object, a first optical scanner according to the present invention comprises a plate- like mirror for reflecting light, and a mirror positioned on a straight line on both sides of the mirror. A pair of rotary supports, the pair of rotary supports are connected, a frame surrounding the periphery of the mirror, and a device for applying a translational motion to the frame, the mirror,
A pair parallel to the mirror including the pair of rotating supports is
Have an asymmetric mass distribution on the front and back, and the translational vibration of the device
Is a straight line connecting the pair of rotating supports in parallel with the mirror.
It is characterized by being generated along the Y-axis direction orthogonal to the line .

【0011】また第1の光スキャナは、光を反射するた
めの板状のミラーと、一直線上に位置して前記ミラーの
両側を支持する一対の回転支持体と、前記一対の回転支
持体が接続され、前記ミラーの周辺を囲う枠部と、前記
枠部に並進運動を加える装置とを備え、前記ミラーは、
前記一対の回転支持体を結ぶ直線に対して左右非対称な
質量分布を有し、かつ、前記一対の回転支持体を含む前
記ミラーと平行な面に対して表裏非対称な質量分布を有
し、前記装置の並進振動は、前記ミラーと平行な面に直
交するZ軸方向および、前記ミラーと平行で前記一対の
回転支持体を結ぶ直線と直交するY軸方向に沿って発生
されることを特徴とするものであってもよい。
Further, the first optical scanner has a function of reflecting light.
And a plate-shaped mirror for
A pair of rotating supports for supporting both sides, and the pair of rotating supports;
A frame part to which a holding body is connected, surrounding a periphery of the mirror,
A device for applying a translational motion to the frame portion, wherein the mirror comprises:
Left and right asymmetrical with respect to the straight line connecting the pair of rotating supports
Before having a mass distribution and including the pair of rotating supports
Has an asymmetric mass distribution with respect to the plane parallel to the mirror.
However, the translational vibration of the device is directed to a plane parallel to the mirror.
In the Z-axis direction intersecting and in parallel with the mirror,
Occurs along the Y-axis direction orthogonal to the straight line connecting the rotating supports
May be performed.

【0012】これらの発明において、前記枠部に並進振
動を加える装置は前記ミラーと前記一対の回転支持体と
で構成された振動系の共振周波数と同一ないし近傍の周
波数を持つ並進振動を発生するものであることが好まし
い。さらに前記装置は、圧電アクチュエータあるいは電
磁アクチュエータであることが考えられる。
In these inventions, the apparatus for applying translational vibration to the frame generates translational vibration having a frequency equal to or close to a resonance frequency of a vibration system constituted by the mirror and the pair of rotary supports. Preferably, it is Further, the device may be a piezoelectric actuator or an electric actuator.
It may be a magnetic actuator.

【0013】また本発明に係る第2の光スキャナは、
を反射するための板状のミラーと、一直線上に位置して
前記ミラーの両側を支持する一対のY軸回転支持体と、
前記一対のY軸回転支持体が接続され、前記ミラーと平
行な面内で前記ミラーの周辺を囲う板状の中間支持部
と、前記ミラーと平行で前記一対のY軸回転支持体を結
ぶ直線と直交する一直線上に位置して、前記中間支持部
の両側を支持する一対のX軸回転支持体と、前記一対の
X軸回転支持体が接続され、前記中間支持部の周辺を囲
う枠部と、前記枠部に並進運動を加える装置とを備え、
前記ミラーは、前記一対のY軸回転支持体を含む前記ミ
ラーと平行な面に対して表裏非対称な質量分布を有し、
前記中間支持部は、前記一対のX軸回転支持体を結ぶ直
線に対して左右非対称な質量分布を有し、前記装置は、
前記ミラーと前記一対のY軸回転支持体とで構成された
第1の振動系の共振周波数と同一ないし近傍の周波数
で、前記一対のX軸回転支持体を結ぶ直線と平行なX軸
方向に沿って並進振動を発生する手段と、前記第1の振
動系と前記中間支持部と前記一対のX軸回転支持体とで
構成された第2の振動系の共振周波数と同一ないし近傍
の周波数で、前記ミラーと平行な面に直交するZ軸方向
に沿って並進振動を発生する手段とを有することを特徴
とする。
Further, a second optical scanner according to the present invention comprises a plate- shaped mirror for reflecting light, a pair of Y-axis rotating supports positioned on a straight line and supporting both sides of the mirror,
A pair of Y-axis rotating supports connected to each other, a plate-shaped intermediate supporting portion surrounding the periphery of the mirror in a plane parallel to the mirror, and a straight line connecting the pair of Y-axis rotating supports parallel to the mirror; A pair of X-axis rotation supports, which are positioned on a straight line perpendicular to and support both sides of the intermediate support portion, and a frame portion to which the pair of X-axis rotation supports are connected and surrounds the periphery of the intermediate support portion And a device for applying a translational motion to the frame portion,
The mirror includes the pair of Y-axis rotation supports.
Has an asymmetric mass distribution on the front and back with respect to the plane parallel to the
The intermediate support portion is configured to directly connect the pair of X-axis rotation supports.
Having a mass distribution that is asymmetrical with respect to the line,
The mirror and the pair of Y-axis rotating supports
A frequency that is the same as or near the resonance frequency of the first vibration system
An X-axis parallel to a straight line connecting the pair of X-axis rotation supports
Means for generating translational vibration along a direction;
A dynamic system, the intermediate support portion, and the pair of X-axis rotation support members.
Same or close to the resonance frequency of the configured second vibration system
At a frequency of Z axis perpendicular to a plane parallel to the mirror
Means for generating translational vibration along the axis .

【0014】また第2の光スキャナは、光を反射するた
めの板状のミラーと、一直線上に位置して前記ミラーの
両側を支持する一対のY軸回転支持体と、前記一対のY
軸回転支持体が接続され、前記ミラーと平行な面内で前
記ミラーの周辺を囲う板状の中間支持部と、前記ミラー
と平行で前記一対のY軸回転支持体を結ぶ直線と直交す
る一直線上に位置して、前記中間支持部の両側を支持す
る一対のX軸回転支持体と、前記一対のX軸回転支持体
が接続され、前記中間支持部の周辺を囲う枠部と、前記
枠部に並進運動を加える装置とを備え、前記ミラーは、
前記一対のY軸回転支持体を含む前記ミラーと平行な面
に対して表裏非対称な質量分布を有し、前記中間支持部
は、前記一対のX軸回転支持体を含む前記中間支持部と
平行な面に対して表裏非対称な質量分布を有し、前記装
置は、前記ミラーと前記一対のY軸回転支持体とで構成
された第1の振動系の共振周波数と同一ないし近傍の周
波数で、前記一対のX軸回転支持体を結ぶ直線と平行な
X軸方向に沿って並進振動を発生する手段と、前記第1
の振動系と前記中間支持部と前記一対のX軸回転支持体
とで構成された第2の振動系の共振周波数と同一ないし
近傍の周波数で、前記一対のY軸回転支持体を結ぶ直線
と平行なY軸方向に沿って並進振動を発生する手段とを
有することを特徴とするものであってもよい。
Further, the second optical scanner has a function of reflecting light.
And a plate-shaped mirror for
A pair of Y-axis rotating supports for supporting both sides,
A pivoting support is connected and forward in a plane parallel to the mirror.
A plate-shaped intermediate support surrounding the periphery of the mirror, and the mirror
And is perpendicular to a straight line connecting the pair of Y-axis rotation supports.
To support both sides of the intermediate support section.
A pair of X-axis rotation supports, and the pair of X-axis rotation supports
Are connected, a frame portion surrounding the periphery of the intermediate support portion,
A device for applying a translational motion to the frame portion, wherein the mirror comprises:
A plane parallel to the mirror including the pair of Y-axis rotating supports
The intermediate support portion has an asymmetric mass distribution with respect to the front and back
And the intermediate support portion including the pair of X-axis rotation supports.
It has a mass distribution that is asymmetrical with respect to the parallel surface,
Is composed of the mirror and the pair of Y-axis rotating supports.
Of the same or close to the resonance frequency of the first vibration system
The wave number is parallel to a straight line connecting the pair of X-axis rotation supports.
Means for generating translational vibration along the X-axis direction;
Vibration system, the intermediate support portion, and the pair of X-axis rotation support members
Or the same as the resonance frequency of the second vibration system
A straight line connecting the pair of Y-axis rotating supports at a frequency near
Means for generating translational vibration along the Y-axis direction parallel to
It may be characterized by having.

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】また本発明に係る第3の光スキャナは、光
を反射するための板状のミラーと、一直線上に位置して
前記ミラーの両側を支持する一対のY軸回転支持体と、
前記一対のY軸回転支持体が接続され、前記ミラーと平
行な面内で前記ミラーの周辺を囲う板状の中間支持部
と、前記一対のY軸回転支持体を結ぶ直線と平行に位置
して前記中間支持部の片側を支持する片持ち梁である一
対のX軸回転支持体と、前記一対のX軸回転支持体が接
続され、前記中間支持部の周辺を囲う枠部と、前記枠部
に並進運動を加える装置とを備え、前記ミラーは、前記
一対のY軸回転支持体を含む前記ミラーと平行な面に対
して表裏非対称な質量分布を有し、前記装置は、前記ミ
ラーと前記一対のY軸回転支持体とで構成された第1の
振動系の共振周波数と同一ないし近傍の周波数で、前記
ミラーと平行で前記一対のY軸回転支持体を結ぶ直線と
直交するX軸方向に沿って並進振動を発生する手段と、
前記第1の振動系と前記中間支持部と前記一対のX軸回
転支持体とで構成された第2の振動系の共振周波数と同
一ないし近傍の周波数で、前記ミラーと平行な面に直交
するZ軸方向に沿って並進振動を発生する手段とを有す
ることを特徴とする。
Further, a third optical scanner according to the present invention includes a plate- like mirror for reflecting light, a pair of Y-axis rotating supports positioned on a straight line and supporting both sides of the mirror,
The pair of Y-axis rotation supports are connected, and a plate-shaped intermediate support portion surrounding the periphery of the mirror in a plane parallel to the mirror, and positioned parallel to a straight line connecting the pair of Y-axis rotation supports. A pair of X-axis rotation supports, each of which is a cantilever that supports one side of the intermediate support, and a frame that connects the pair of X-axis rotation supports and surrounds the periphery of the intermediate support; A device for applying a translational movement to the part, wherein the mirror comprises:
A pair of Y-axis rotating supports and a plane parallel to the mirror are paired.
The device has an asymmetrical mass distribution,
And a pair of Y-axis rotation supports
At a frequency that is the same as or near the resonance frequency of the vibration system,
A straight line parallel to the mirror and connecting the pair of Y-axis rotating supports;
Means for generating translational vibration along the orthogonal X-axis direction;
The first vibration system, the intermediate support, and the pair of X-axis
The same as the resonance frequency of the second vibrating system
Orthogonal to the plane parallel to the mirror at one or more frequencies
Means for generating translational vibration along the Z-axis direction
It is characterized by that.

【0018】また第3の光スキャナは、光を反射するた
めの板状のミラーと、一直線上に位置して前記ミラーの
両側を支持する一対のY軸回転支持体と、前記一対のY
軸回転支持体が接続され、前記ミラーと平行な面内で前
記ミラーの周辺を囲う板状の中間支持部と、前記一対の
Y軸回転支持体を結ぶ直線と平行に位置して前記中間支
持部の片側を支持する片持ち梁である一対のX軸回転支
持体と、前記一対のX軸回転支持体が接続され、前記中
間支持部の周辺を囲う枠部と、前記枠部に並進運動を加
える装置とを備え、前記ミラーは、前記一対のY軸回転
支持体を含む前記ミラーと平行な面に対して表裏非対称
な質量分布を有し、前記中間支持部は、前記一対のX軸
回転支持体を含む前記中間支持部と平行な面に対して表
裏非対称な質量分布を有し、前記装置は、前記ミラーと
前記一対のY軸回転支持体とで構成された第1の振動系
の共振周波数と同一ないし近傍の周波数で、前記ミラー
と平行で前記一対のY軸回転支持体を結ぶ直線と直交す
るX軸方向に沿って並進振動を発生する手段と、前記第
1の振動系と前記中間支持部と前記一対のX軸回転支持
体とで構成された第2の振動系の共振周波数と同一ない
し近傍の周波数で、前記一対のY軸回転支持体を結ぶ直
線と平行なY軸方向に沿って並進振動を発生する手段と
を有することを特徴とするものであってもよい。
Further, the third optical scanner has a function of reflecting light.
And a plate-shaped mirror for
A pair of Y-axis rotating supports for supporting both sides,
A pivoting support is connected and forward in a plane parallel to the mirror.
A plate-shaped intermediate supporting portion surrounding the periphery of the mirror;
The intermediate support is positioned parallel to a straight line connecting the Y-axis rotation supports.
A pair of X-axis rotating supports, each of which is a cantilever supporting one side of the holding portion
The holding body and the pair of X-axis rotation supports are connected, and the
A frame that surrounds the periphery of the support, and a translational motion applied to the frame.
And a mirror for rotating the pair of Y-axes.
Front and back asymmetric with respect to the plane parallel to the mirror including the support
Mass distribution, the intermediate support portion, the pair of X-axis
Table with respect to a plane parallel to the intermediate support section including the rotary support
A back-asymmetric mass distribution, wherein the device is
A first vibration system including the pair of Y-axis rotation supports
At a frequency equal to or near the resonance frequency of the mirror,
And is perpendicular to a straight line connecting the pair of Y-axis rotation supports.
Means for generating translational vibration along the X-axis direction,
1. The vibration system, the intermediate support portion, and the pair of X-axis rotation supports
Not the same as the resonance frequency of the second vibration system composed of the body
At a frequency close to the distance between the pair of Y-axis rotating supports.
Means for generating translational vibration along the Y-axis direction parallel to the line;
May be provided.

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【0021】上述の第2および第3のスキャナにおい
て、前記X軸方向に沿って並進振動を発生する手段と前
記Y軸方向に沿って並進振動を発生する手段はそれぞ
れ、圧電アクチュエータあるいは電磁アクチュエータか
らなり、該圧電アクチュエータあるいは電磁アクチュエ
ータの駆動信号は、周期的電気信号を発生させて、その
周期的電気信号の振幅及び位相を調整したものである。
In the above-mentioned second and third scanners
Means for generating translational vibration along the X-axis direction;
Means for generating translational vibration along the Y-axis direction are
Piezo or electromagnetic actuator
The piezoelectric actuator or the electromagnetic actuator
The drive signal of the motor generates a periodic electrical signal,
The amplitude and phase of the periodic electric signal are adjusted.

【0022】[0022]

【0023】[0023]

【0024】[0024]

【0025】(作用)本発明は、一対の回転支持体で両
持ち支持されたミラーの質量分布に非対称性を待たせる
ことにより、外部から加えられた並進運動に対して2つ
の回転支持体を結ぶ線を軸とした回転モーメントを発生
させ、ミラーの回転運動を行わせる原理を用いている。
(Operation) The present invention provides two mirrors supported by an externally applied translational motion by making the mass distribution of a mirror supported at both ends by a pair of mirrors wait for asymmetry. It uses the principle of generating a rotational moment about a connecting line as an axis and rotating the mirror.

【0026】特に、回転振動系の共振周波数と等しい周
波数の並進振動を加えると、わずかな駆動力で非常に大
きな回転角度を持つ規則正しいサイン波に近い回転運動
を得ることができる。
In particular, when a translational vibration having a frequency equal to the resonance frequency of the rotary vibration system is applied, a rotational motion close to a regular sine wave having a very large rotational angle can be obtained with a small driving force.

【0027】また、2軸方向に光を偏向する場合、2つ
の振動系の回転運動の振幅と位相を独立に制御する必要
があるが、2つの振動系の共振周波数を互いに異なった
値にとることによって機械的な振動モード分離を行うこ
とにより、1個の並進振動を発生する装置を用いて2つ
の回転運動の振幅と位相を独立に制御できる。例えば、
X軸回りの回転の共振周波数を60Hz、Y軸回りの回
転の共振周波数を15kHzにとると、枠部に加える並
進振動の周波数成分の内、60Hzの振動振幅および位
相を制御することでX軸回りの回転の振幅と位相が制御
可能であり、15kHzの振幅と位相を制御することで
Y軸回りの回転の振幅と位相が独立に制御できる。
When light is deflected in two axial directions, it is necessary to control the amplitude and phase of the rotational motion of the two vibration systems independently. However, the resonance frequencies of the two vibration systems are different from each other. Thus, by performing mechanical vibration mode separation, it is possible to independently control the amplitude and phase of the two rotational motions using a single translational vibration generating device. For example,
Assuming that the resonance frequency of rotation around the X axis is 60 Hz and the resonance frequency of rotation around the Y axis is 15 kHz, among the frequency components of the translational vibration applied to the frame portion, the vibration amplitude and phase of 60 Hz are controlled to control the X axis. The amplitude and phase of the rotation around can be controlled, and the amplitude and phase of the rotation around the Y axis can be controlled independently by controlling the amplitude and phase of 15 kHz.

【0028】さらに、一般的には、lつの構造体が、低
い周波数で駆動される部分の中に高い周波数で駆動され
る部分を有して構成される場合、外部から力を加える
と、低い周波数で駆動される部分がローパスフィルター
となって高い周波数成分を吸収してしまい、高い周波数
の駆動力が、高い周波数で駆動されるべき部分に伝達さ
れなくなるので、2軸の駆動を行うことは困難である。
しかし本発明では、低い共振周波数を持つ回転支持体の
長手方向のスティッフネスが回転方向のスティッフネス
に比べ非常に大きいことを利用して、この回転支持体の
長手方向に沿って並進振動を加えられるように構成する
ことにより、高い周波数の駆動力が吸収されることなく
内部に伝達でき、高い共振周波数を持つ部分の回転運動
も容易に駆動できる。
Further, in general, when one structure is constituted by a part driven at a high frequency within a part driven at a low frequency, when one structure is applied with an external force, the structure becomes low. Since the part driven by the frequency becomes a low-pass filter and absorbs the high frequency component, the driving force of the high frequency is not transmitted to the part to be driven at the high frequency. Have difficulty.
However, in the present invention, utilizing the fact that the stiffness in the longitudinal direction of a rotating support having a low resonance frequency is much greater than the stiffness in the rotating direction, translational vibration is applied along the longitudinal direction of the rotating support. With such a configuration, a high-frequency driving force can be transmitted to the inside without being absorbed, and the rotational motion of a portion having a high resonance frequency can be easily driven.

【0029】以下、本発明の実施の形態と、本発明に関
連する参考形態について図面を参照して説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention and the present invention will be described.
A series of reference embodiments will be described with reference to the drawings.

【0030】(参考形態1) 図1は本発明に関連する参考形態1の光スキャナの構成
を模式的に表した斜視図である。この図に示される形態
の光スキャナは、シリコンチップから形成された、全体
で5mm角程度の大きさで数ミリグラムの重さの小型可
動ミラーを備えている。小型可動ミラーは、約2mm角
の大きさのマイクロミラー1と、マイクロミラー1を非
対称の質量分布を持つように配分する、X軸もしくはY
軸と平行な軸線上に位置してマイクロミラー1の両側を
支持する幅10ミクロン厚み5ミクロン長さ300ミク
ロンの大きさの一対のX軸回転支持体2と、X軸回転支
持体2が接続された、マイクロミラー1の周辺を囲う幅
500ミクロン程度の枠部3とをシリコンチップより一
体に形成して成る。ここで「幅」とは図中XY平面と平
行な面における短手方向の寸法を、「長さ」とは図中X
Y平面と平行な面における長手方向の寸法を、「厚み」
とは図1中Z軸方向と平行な方向の寸法をいう。
( Embodiment 1 ) FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of an optical scanner according to Embodiment 1 of the present invention. The optical scanner of the form shown in this figure has a small movable mirror formed of a silicon chip and having a size of about 5 mm square and weighing several milligrams in total. The small movable mirror is a micromirror 1 having a size of about 2 mm square, and the micromirror 1 is distributed so as to have an asymmetric mass distribution.
A pair of X-axis rotation supports 2 having a width of 10 μm, a thickness of 5 μm, and a length of 300 μm, which are located on an axis parallel to the axis and support both sides of the micromirror 1, are connected. And a frame portion 3 having a width of about 500 microns surrounding the periphery of the micromirror 1 formed integrally from a silicon chip. Here, “width” refers to the dimension in the lateral direction on a plane parallel to the XY plane in the figure, and “length” refers to X in the figure.
The dimension in the longitudinal direction on a plane parallel to the Y plane is referred to as “thickness”.
"" Means a dimension in a direction parallel to the Z-axis direction in FIG.

【0031】枠部3の裏側には、平面の面積が前記小型
可動ミラーと同じ程度の大きさで厚みが1mm程度の圧
電素子4が接合されている。小型可動ミラーと圧電素子
4との総合重量は1g程度である。圧電素子4に求めら
れる駆動力は振動の振幅としてZ軸に沿った数ミクロン
から数10ミクロンであり、この圧電素子4に好ましい
ものとして、積層型、バイモルフ型、あるいはムーニー
型などが利用される。
On the back side of the frame portion 3, a piezoelectric element 4 having a plane area about the same as that of the small movable mirror and a thickness of about 1 mm is joined. The total weight of the small movable mirror and the piezoelectric element 4 is about 1 g. The driving force required for the piezoelectric element 4 is from several microns to several tens of microns along the Z-axis as the amplitude of the vibration. As the preferable piezoelectric element 4, a laminated type, a bimorph type, a Mooney type, or the like is used. .

【0032】このような形態において、圧電素子4に電
圧を加えると、圧電素子4は伸縮を行い、Z軸方向に振
動する。この振動は枠部3に伝達される。マイクロミラ
ー1は、駆動された枠部3に対して相対運動を起こし、
Z軸方向の振動成分がマイクロミラー1に伝えられる
と、マイクロミラー1はX軸回転支持体2で成す軸線に
対して左右非対称の質量分布を持つので、X軸回転支持
体2を中心にマイクロミラー1に回転モーメントが生じ
る。このようにして、圧電素子4によって枠部3に加え
られた並進振動は、マイクロミラー1のX軸回転支持体
2を中心とした回転運動に変換される。
In such a form, when a voltage is applied to the piezoelectric element 4, the piezoelectric element 4 expands and contracts and vibrates in the Z-axis direction. This vibration is transmitted to the frame 3. The micro mirror 1 makes a relative movement with respect to the driven frame 3,
When the vibration component in the Z-axis direction is transmitted to the micromirror 1, the micromirror 1 has a mass distribution that is asymmetrical with respect to the axis formed by the X-axis rotation support 2. A rotational moment is generated in the mirror 1. In this way, the translational vibration applied to the frame 3 by the piezoelectric element 4 is converted into a rotational movement of the micromirror 1 about the X-axis rotary support 2.

【0033】このマイクロミラー1を利用して光走査を
行って通常のテレビ信号を再生する場合には、上記構成
の光スキャナーを2個用い、それぞれのX軸回転の駆動
周波数を垂直走査に対し60Hz近傍に、水平走査に対
し15kHz近傍に設定する。
When a normal television signal is reproduced by performing optical scanning using the micromirror 1, two optical scanners having the above configuration are used, and the driving frequency of each X-axis rotation is set to be different from the vertical scanning. It is set near 60 Hz and near 15 kHz for horizontal scanning.

【0034】20V程度の電圧を持つ、共振周波数に対
応する電気信号を圧電素子4に加えると、数ミリアンペ
アの電流が流れて並進振動が起こり、それに準じて10
度近いマイクロミラー1の回転振動が生じ、光の偏向角
として20度以上が得られる。
When an electric signal having a voltage of about 20 V and corresponding to the resonance frequency is applied to the piezoelectric element 4, a current of several milliamps flows to cause a translational vibration.
Rotational vibration of the micromirror 1 which is close in degree occurs, and a light deflection angle of 20 degrees or more is obtained.

【0035】(第1の実施形態) 図2は本発明の光スキャナの第1の実施形態の構成を模
式的に表した斜視図である。この図に示される形態の光
スキャナは、参考形態1と同様、シリコンチップから形
成された小型可動ミラーを備えている。小型可動ミラー
は、マイクロミラー21と、マイクロミラー21を対称
の質量分布を持つように配分する、X軸と平行な軸線上
に位置してマイクロミラー21の両側を支持する一対の
X軸回転支持体22と、X軸回転支持体22が接続され
た、マイクロミラー21の周辺を囲う枠部23と、マイ
クロミラー21のミラー面と反対側に配設された回転用
おもり25とをシリコンチップより一体に形成して成
る。枠部23の裏側には、Y軸方向に振動可能な圧電素
子24が接合されている。
( First Embodiment) FIG. 2 is a perspective view schematically showing the structure of an optical scanner according to a first embodiment of the present invention. The optical scanner of the embodiment shown in this figure has a small movable mirror formed of a silicon chip, as in the first embodiment . The small movable mirror distributes the micromirror 21 and the micromirror 21 so as to have a symmetric mass distribution, and a pair of X-axis rotational supports that support both sides of the micromirror 21 and are located on an axis parallel to the X-axis. A body 22, a frame 23 surrounding the periphery of the micromirror 21 to which the X-axis rotation support 22 is connected, and a rotating weight 25 provided on the opposite side of the mirror surface of the micromirror 21 from a silicon chip It is formed integrally. A piezoelectric element 24 that can vibrate in the Y-axis direction is joined to the back side of the frame portion 23.

【0036】すなわち本形態では、一対のX軸回転支持
体22を結ぶ直線に対して左右対称の質量分布を持つマ
イクロミラー21の裏面に回転用おもり25を形成する
ことによって、マイクロミラー21が、X軸回転支持体
22を含む、ミラー21と平行な面に対して表裏非対称
の質量分布を持つようにしたことに特徴がある。
That is, in the present embodiment, by forming the rotating weight 25 on the back surface of the micro mirror 21 having a mass distribution symmetrical with respect to a straight line connecting the pair of X-axis rotation supports 22, the micro mirror 21 It is characterized in that it has an asymmetric mass distribution on the front and back sides with respect to a plane parallel to the mirror 21 including the X-axis rotation support 22.

【0037】図2に示した形態では、圧電素子24によ
りY軸に沿った並進振動を枠部23に加えることで、マ
イクロミラー21にX軸回転支持体22を中心とした回
転運動を生じさせることができる。回転用おもり35は
ミラー領域を作る際にシリコンを厚く残すことによって
形成してもよいし、ポリシリコンあるいは他の金属を堆
積して作ってもよい。
In the embodiment shown in FIG. 2, translational vibration along the Y-axis is applied to the frame 23 by the piezoelectric element 24, thereby causing the micromirror 21 to rotate around the X-axis rotation support 22. be able to. The rotating weight 35 may be formed by leaving a large amount of silicon when the mirror region is formed, or may be formed by depositing polysilicon or another metal.

【0038】(第2の実施形態) 図3は本発明の光スキャナの第2の実施形態の構成を模
式的に表した斜視図である。この図に示される形態の光
スキャナは、参考形態1と同様、シリコンチップから形
成された小型可動ミラーを備えている。小型可動ミラー
は、マイクロミラー31と、マイクロミラー31を非対
称の質量分布を持つように配分する、X軸と平行な軸線
上に位置してマイクロミラー31の両側を支持する一対
のX軸回転支持体32と、X軸回転支持体32が接続さ
れた、マイクロミラー31の周辺を囲う枠部33と、マ
イクロミラー31のミラー面と反対側に配設された回転
用おもり35とをシリコンチップより一体に形成して成
る。枠部33の裏側には、Y軸およびZ軸方向に振動可
能な圧電素子34が接合されている。
( Second Embodiment) FIG. 3 is a perspective view schematically showing the configuration of an optical scanner according to a second embodiment of the present invention. The optical scanner of the embodiment shown in this figure has a small movable mirror formed of a silicon chip, as in the first embodiment . The small movable mirror is a micro-mirror 31 and a pair of X-axis rotation supports that distribute the micro-mirror 31 so as to have an asymmetric mass distribution and are located on an axis parallel to the X-axis and support both sides of the micro-mirror 31. The body 32, a frame 33 surrounding the periphery of the micromirror 31 to which the X-axis rotation support 32 is connected, and a rotating weight 35 provided on the opposite side of the mirror surface of the micromirror 31 from a silicon chip It is formed integrally. A piezoelectric element 34 that can vibrate in the Y-axis and Z-axis directions is joined to the back side of the frame 33.

【0039】すなわち本形態では、X軸回転支持体32
を中心とした回転振動系の重心が、X軸回転支持体32
の軸線上以外で、かつ、X軸回転支持体32を含む、ミ
ラー31と平行な面以外にある事に特徴がある。言い換
えれば、回転用おもり35を備えたマイクロミラー31
の質量分布が、X軸回転支持体32を通る軸線に対して
左右非対称になっていると同時に、回転用おもり35に
より、X軸回転支持体32を含む、ミラー31と平行な
面に対して非対称になっている事に特徴がある。したが
って、マイクロミラー31は、圧電素子34により枠部
33がY軸に沿った振動およびZ軸に沿った振動のどち
らの振動を受けても、X軸回転支持体32を中心に回転
運動を生じる。
That is, in this embodiment, the X-axis rotation support 32
The center of gravity of the rotary vibration system centered on
And on a plane other than the plane parallel to the mirror 31 including the X-axis rotation support 32. In other words, the micro mirror 31 provided with the rotating weight 35
Is asymmetrical with respect to the axis passing through the X-axis rotation support 32, and at the same time, the rotating weight 35 is used for the surface parallel to the mirror 31 including the X-axis rotation support 32. The feature is that it is asymmetric. Therefore, the micromirror 31 generates a rotational movement about the X-axis rotation support 32 irrespective of the vibration along the Y-axis or the vibration along the Z-axis by the piezoelectric element 34. .

【0040】(参考形態2) 図4は本発明に関連する参考形態2の光スキャナの構成
を模式的に表した斜視図である。この図に示される形態
の光スキャナは、参考形態1と同様、シリコンチップか
ら形成された小型可動ミラーを備えている。小型可動ミ
ラーは、マイクロミラー41と、マイクロミラー41を
非対称の質量分布を持つように配分する、Y軸と平行な
軸線上に位置してマイクロミラー41の両側を支持する
一対のY軸回転支持体42と、Y軸回転支持体42が接
続された、マイクロミラー41の周辺を囲う中間支持部
43と、中間支持部43を非対称の質量分布を持つよう
に配分する、X軸と平行な軸線上に位置して中間支持部
43の両側を支持する一対のX軸回転支持体44と、X
軸回転支持体44が接続された、中間支持部43の周辺
を囲う枠部45とを、シリコンチップより一体に形成し
て成る。枠部45の裏側には、Z軸方向に振動可能な圧
電素子46が接合されている。
( Embodiment 2 ) FIG. 4 is a perspective view schematically showing a configuration of an optical scanner of Embodiment 2 related to the present invention. The optical scanner of the embodiment shown in this figure has a small movable mirror formed of a silicon chip, as in the first embodiment . The small movable mirror is a micro-mirror 41 and a pair of Y-axis rotation supports that distribute the micro-mirror 41 so as to have an asymmetric mass distribution and are positioned on an axis parallel to the Y-axis and support both sides of the micro-mirror 41. An intermediate support 43 surrounding the micromirror 41 to which the body 42 and the Y-axis rotation support 42 are connected, and an axis parallel to the X axis, which distributes the intermediate support 43 so as to have an asymmetric mass distribution. A pair of X-axis rotating supports 44 positioned on the line to support both sides of the intermediate support 43,
The frame 45 surrounding the periphery of the intermediate support 43 to which the shaft rotation support 44 is connected is formed integrally from a silicon chip. A piezoelectric element 46 that can vibrate in the Z-axis direction is joined to the back side of the frame 45.

【0041】すなわち本形態では小型可動ミラーの回転
軸を2つにし、1つの光スキャナで2次元の光スキャン
を行えるところに特徴がある。2つの独立した回転振動
系を与えるために、小型可動ミラーは同一平面内で互い
に90度の角度をなすX軸回転支持体42およびY軸回
転支持体43を備えている。マイクロミラー41は、Y
軸回転支持体43で成す軸線に対して左右非対称な質量
分布をしている。また、中間支持部43はX軸回転支持
体44で成す軸線に対して左右非対称な質量分布を有し
ている。
That is, this embodiment is characterized in that a small movable mirror has two rotation axes, and one optical scanner can perform two-dimensional optical scanning. In order to provide two independent rotational vibration systems, the small movable mirror is provided with an X-axis rotation support 42 and a Y-axis rotation support 43 which are at an angle of 90 degrees to each other in the same plane. The micro mirror 41 is Y
The mass distribution is asymmetrical with respect to the axis formed by the shaft rotation support 43. Further, the intermediate support portion 43 has a mass distribution that is asymmetrical with respect to the axis formed by the X-axis rotation support member 44.

【0042】このマイクロミラー41で光走査を行って
通常のビデオ信号を再生する場合には、垂直走査に対応
するX軸回転の駆動周波数を60Hz、水平走査に対応
するY軸回転の駆動周波数を15kHz近傍に設定す
る。
When reproducing a normal video signal by performing optical scanning with the micromirror 41, the driving frequency of the X-axis rotation corresponding to vertical scanning is set to 60 Hz, and the driving frequency of the Y-axis rotation corresponding to horizontal scanning is set to 60 Hz. Set near 15 kHz.

【0043】圧電素子46によりZ軸方向に並進振動さ
せると、マイクロミラー41は回転支持体で成す軸線に
対して左右非対称な質量分布をしているので、回転支持
体周りに回転モーメントが生じ、マイクロミラー41は
回転支持体を中心に回転運動を行う。
When the piezoelectric element 46 causes translational vibration in the Z-axis direction, the micromirror 41 has a mass distribution asymmetrical with respect to the axis formed by the rotating support, so that a rotational moment is generated around the rotating support. The micromirror 41 performs a rotary motion about a rotary support.

【0044】また、2軸の各々の回転を行う共振周波数
が合成された信号で圧電素子46のZ軸方向の並進運動
を駆動することにより、一つの圧電素子46でミラーの
2軸方向の回転振動を効率よく励振することができる。
この場合にも光走査角度10度以上の性能が容易に得ら
れる。
Further, by driving the translational movement of the piezoelectric element 46 in the Z-axis direction by a signal obtained by synthesizing the resonance frequencies for rotating each of the two axes, the rotation of the mirror in the two axial directions can be performed by one piezoelectric element 46. Vibration can be efficiently excited.
Also in this case, a performance with an optical scanning angle of 10 degrees or more can be easily obtained.

【0045】(第3の実施形態) 図5は本発明の光スキャナの第3の実施形態の構成を模
式的に表した斜視図である。この図に示される形態の光
スキャナは、参考形態1と同様、シリコンチップから形
成された小型可動ミラーを備えている。小型可動ミラー
は、マイクロミラー51と、マイクロミラー51を非対
称の質量分布を持つように配分する、Y軸と平行な軸線
上に位置してマイクロミラー51の両側を支持する一対
のY軸回転支持体52と、Y軸回転支持体52が接続さ
れた、マイクロミラー51の周辺を囲う中間支持部53
と、中間支持部53を非対称の質量分布を持つように配
分する、X軸と平行な軸線上に位置して中間支持部53
の両側を支持する一対のX軸回転支持体54と、X軸回
転支持体54が接続された、中間支持部53の周辺を囲
う枠部55とを、シリコンチップより一体に形成して成
る。
( Third Embodiment) FIG. 5 is a perspective view schematically showing a configuration of an optical scanner according to a third embodiment of the present invention. The optical scanner of the embodiment shown in this figure has a small movable mirror formed of a silicon chip, as in the first embodiment . The small movable mirror is a micromirror 51 and a pair of Y-axis rotation supports that distribute the micromirror 51 so as to have an asymmetric mass distribution and are located on an axis parallel to the Y-axis and support both sides of the micromirror 51. The intermediate support 53 surrounding the periphery of the micromirror 51 to which the body 52 and the Y-axis rotation support 52 are connected.
And distributing the intermediate support portion 53 to have an asymmetric mass distribution. The intermediate support portion 53 is located on an axis parallel to the X axis.
A pair of X-axis rotation support members 54 supporting both sides of the frame and a frame portion 55 surrounding the intermediate support portion 53 to which the X-axis rotation support members 54 are connected are formed integrally from a silicon chip.

【0046】枠部55のX軸方向の一側部には、X軸方
向に振動可能な圧電素子56が接合され、枠部55の裏
側には、Z軸方向に振動可能な圧電素子57が接合され
ている。
A piezoelectric element 56 that can vibrate in the X-axis direction is joined to one side of the frame section 55 in the X-axis direction, and a piezoelectric element 57 that can vibrate in the Z-axis direction is mounted on the back side of the frame section 55. Are joined.

【0047】すなわち本実施の形態では、参考形態2
代わり、圧電素子が各軸ごとに分離配置した事に特徴が
ある。
That is, this embodiment is characterized in that the piezoelectric elements are separately arranged for each axis instead of the second embodiment .

【0048】この場合、圧電素子56はマイクロミラー
51のY軸回りの回転を生じさせるために使われ、圧電
素子57はX軸回りの回転を生じさせるために利用され
る。この様に軸ごとに圧電素子を配置すると、各回転振
動系の共振周波数に適した特性を待つ圧電素子を個別に
使用することが可能になる。そのため、例えば、それぞ
れの圧電素子の駆動周波数を、駆動しようとする回転振
動系の共振周波数に一致あるいは近傍にする事によっ
て、著しく駆動効率を向上できる。
In this case, the piezoelectric element 56 is used to cause the micromirror 51 to rotate around the Y axis, and the piezoelectric element 57 is used to cause the micromirror 51 to rotate around the X axis. By arranging the piezoelectric elements for each axis in this way, it is possible to use individually the piezoelectric elements that wait for characteristics suitable for the resonance frequency of each rotary vibration system. Therefore, for example, by setting the drive frequency of each piezoelectric element to coincide with or be close to the resonance frequency of the rotary vibration system to be driven, the drive efficiency can be significantly improved.

【0049】なお、第1の実施形態のようにマイクロミ
ラー51のミラー面と反対側に回転用おもりを付加し
て、マイクロミラー51が、Y軸回転支持体52を含
む、ミラー51と平行な面に対して非対称の質量分布を
持つようにすると、Y軸回りの回転を効率良く生じさせ
ることができる。
As in the first embodiment, a rotation weight is added to the opposite side of the mirror surface of the micro mirror 51 so that the micro mirror 51 is parallel to the mirror 51 including the Y-axis rotation support member 52. When the surface has an asymmetric mass distribution with respect to the plane, rotation around the Y axis can be efficiently generated.

【0050】(第4の実施形態) 図6は本発明の光スキャナの第4の実施形態の構成を模
式的に表した斜視図である。この図に示される形態の光
スキャナは、参考形態1と同様、シリコンチップから形
成された小型可動ミラーを備えている。小型可動ミラー
は、マイクロミラー61と、マイクロミラー61を非対
称の質量分布を持つように配分する、Y軸と平行な軸線
上に位置してマイクロミラー61の両側を支持する一対
のY軸回転支持体62と、Y軸回転支持体62が接続さ
れた、マイクロミラー61の周辺を囲う中間支持部63
と、中間支持部63を非対称の質量分布を持つように配
分する、X軸と平行な軸線上に位置して中間支持部63
の両側を支持する一対のX軸回転支持体64と、X軸回
転支持体64が接続された、中間支持部63の周辺を囲
う枠部65とを、シリコンチップより一体に形成して成
る。
( Fourth Embodiment) FIG. 6 is a perspective view schematically showing a configuration of an optical scanner according to a fourth embodiment of the present invention. The optical scanner of the embodiment shown in this figure has a small movable mirror formed of a silicon chip, as in the first embodiment . The small movable mirror is a micro-mirror 61 and a pair of Y-axis rotation supports that distribute the micro-mirror 61 so as to have an asymmetric mass distribution and are located on an axis parallel to the Y-axis and support both sides of the micro-mirror 61. The intermediate support 63 surrounding the micromirror 61 to which the body 62 and the Y-axis rotation support 62 are connected
And distributing the intermediate support 63 so as to have an asymmetric mass distribution. The intermediate support 63 is positioned on an axis parallel to the X axis.
A pair of X-axis rotation supports 64 supporting both sides of the intermediate support portion 63 and a frame portion 65 surrounding the intermediate support portion 63 to which the X-axis rotation support 64 is connected are formed integrally from a silicon chip.

【0051】この実施形態では、第3の実施形態に代わ
り、圧電素子がX軸とY軸に沿った方向に分離配置され
ている事に特徴がある。すなわち、枠部65のX軸方向
の一側部に、X軸方向に振動可能な圧電素子66が接合
され、枠部55のY軸方向の一側部に、Y軸方向に振動
可能な圧電素子67が接合されている。
This embodiment is characterized in that, instead of the third embodiment, the piezoelectric elements are separately arranged in the directions along the X axis and the Y axis. That is, a piezoelectric element 66 that can vibrate in the X-axis direction is joined to one side of the frame portion 65 in the X-axis direction, and a piezoelectric element that can vibrate in the Y-axis direction is connected to one side of the frame portion 55 in the Y-axis direction. The element 67 is joined.

【0052】この場合、圧電素子65はマイクロミラー
61のY軸回りの回転を生じさせるために利用され、圧
電素子66は中間支持部63のX軸回りの回転を生じさ
せるために利用される。
In this case, the piezoelectric element 65 is used to cause the micromirror 61 to rotate around the Y axis, and the piezoelectric element 66 is used to cause the intermediate support 63 to rotate around the X axis.

【0053】なお、第1の実施形態のようにマイクロミ
ラー61のミラー面と反対側に回転用おもりを付加し
て、マイクロミラー61が、Y軸回転支持体62を含
む、ミラー61と平行な面に対して表裏非対称の質量分
布を持つようにすると、Y軸回りの回転を効率良く生じ
させることができ、また同様に、中間支持部63に回転
用おもりを付加して、中間支持部63が、X軸回転支持
体64を含む、中間支持部63と平行な面に対して表裏
非対称の質量分布を持つようにしても、Y軸回りの回転
を効率良く生じさせることができる。このようにXY平
面と平行な面に対して表裏非対称の質量分布を持つ場合
に、本形態の圧電素子の配置方式が有効である。
As in the first embodiment, a rotating weight is added to the opposite side of the mirror surface of the micromirror 61 so that the micromirror 61 is parallel to the mirror 61 including the Y-axis rotating support 62. When the surface has an asymmetrical mass distribution with respect to the surface, rotation around the Y axis can be efficiently generated. Similarly, a rotation weight is added to the intermediate support portion 63 so that the intermediate support portion 63 However, even if it has a mass distribution that is asymmetrical with respect to a plane parallel to the intermediate support portion 63 including the X-axis rotation support 64, rotation around the Y-axis can be efficiently generated. In this way, when the mass distribution is asymmetrical with respect to a plane parallel to the XY plane, the arrangement of the piezoelectric elements according to the present embodiment is effective.

【0054】(参考形態3) ビデオ信号の再生のように低い垂直周波数と高い水平光
走査周波数が同時に必要な場合には、トーションバ−に
よる支持方法では低い周波数を実現困難な場合がある。
その場合には低い周波数を受け持つ回転振動系の回転支
持体を片持ち梁で構成すると良い。本参考形態を含めて
以下の第6の実施形態までは、上記の片持ち梁を備えた
構造を説明する。
( Embodiment 3 ) When a low vertical frequency and a high horizontal light scanning frequency are required at the same time as in the reproduction of a video signal, it may be difficult to achieve a low frequency by a supporting method using a torsion bar.
In such a case, it is preferable that the rotary support of the rotary vibration system that handles a low frequency is formed of a cantilever. Including this reference form
The structure including the above-mentioned cantilever will be described up to the sixth embodiment below.

【0055】図7は、本発明に関連する参考形態3の光
スキャナとして上記の片持ち梁を備えた構造を模式的に
表した斜視図である。この図に示される形態の光スキャ
ナは、参考形態1と同様、シリコンチップから形成され
た小型可動ミラーを備えている。小型可動ミラーは、マ
イクロミラー71と、マイクロミラー71を非対称の質
量分布を持つように配分する、Y軸と平行な軸線上に位
置してマイクロミラー71の両側を支持する一対のY軸
回転支持体72と、Y軸回転支持体72が接続された、
マイクロミラー71の周辺を囲う中間支持部73と、X
軸と平行な軸線上に位置して中間支持部43の片側を支
持する一対のX軸回転支持体74と、X軸回転支持体7
4が接続された、中間支持部73の周辺を囲う枠部75
とを、シリコンチップより一体に形成して成る。枠部7
5の裏側には、Z軸方向に振動可能な圧電素子76が接
合されている。
FIG. 7 shows the light of Reference Embodiment 3 related to the present invention.
It is the perspective view which represented typically the structure provided with the above-mentioned cantilever as a scanner . The optical scanner of the embodiment shown in this figure has a small movable mirror formed of a silicon chip, as in the first embodiment . The small movable mirror is a micromirror 71 and a pair of Y-axis rotation supports that distribute the micromirror 71 so as to have an asymmetric mass distribution and are located on an axis parallel to the Y-axis and support both sides of the micromirror 71. The body 72 and the Y-axis rotation support 72 are connected,
An intermediate support 73 surrounding the periphery of the micromirror 71;
A pair of X-axis rotation supports 74, which are positioned on an axis parallel to the axis and support one side of the intermediate support 43,
A frame 75 surrounding the periphery of the intermediate support 73 to which 4 is connected
Are integrally formed from a silicon chip. Frame part 7
A piezoelectric element 76 capable of oscillating in the Z-axis direction is joined to the back side of 5.

【0056】このような実施形態では、低い駆動周波数
を持つ回転振動系が、枠部75に対して片持ち梁である
X軸回転支持体74で支持された中間支持部73で実現
され、その中間支持部73の中に、Y軸回転支持体72
で成す軸線によって左右非対称の質量分布を持つように
両持ち支持されたマイクロミラー71が配置されている
ところに特徴がある。
In such an embodiment, a rotary vibration system having a low drive frequency is realized by the intermediate support 73 supported by the X-axis rotary support 74 which is a cantilever with respect to the frame 75. The Y-axis rotating support 72 is provided in the intermediate support 73.
The present embodiment is characterized in that the micromirrors 71 supported at both ends are disposed so as to have a mass distribution that is asymmetrical in the left and right directions with respect to the axis defined by.

【0057】X軸回転支持体74となる片持ち梁の梁厚
みは1ミクロンから数十10ミクロンであり、梁幅は1
0ミクロン程度である。梁の長さは、駆動周波数による
が、数十ミクロンから1ミリメートル程度である。
The beam thickness of the cantilever beam serving as the X-axis rotation support 74 is 1 μm to several tens of microns, and the beam width is 1 μm.
It is about 0 microns. The length of the beam, depending on the drive frequency, is on the order of tens of microns to one millimeter.

【0058】片持ち梁であるX軸回転支持体74はZ軸
方向に移動するのが容易なので、圧電素子76をZ軸方
向に変位させてマイクロミラー71のX軸回りの運動を
駆動するために利用する。マイクロミラー71はY軸回
転支持体72で成す軸線に対して左右非対称の質量分布
を持っているので、Z軸に沿った振動を加えることによ
ってY軸回りに回転を生じる。従って、Z軸方向の振動
を加えることによって、X軸回りとY軸回りの回転を同
時に起こさせることができる。
Since the X-axis rotating support 74, which is a cantilever, can be easily moved in the Z-axis direction, the piezoelectric element 76 is displaced in the Z-axis direction to drive the micromirror 71 about the X-axis. Use for Since the micromirror 71 has an asymmetric mass distribution with respect to the axis formed by the Y-axis rotation support member 72, the micromirror 71 is rotated around the Y-axis by applying vibration along the Z-axis. Therefore, by applying vibration in the Z-axis direction, rotation about the X-axis and rotation about the Y-axis can be caused simultaneously.

【0059】(第5の実施形態) 図8は本発明の光スキャナの第5の実施形態の構成を模
式的に表した斜視図である。この図に示される形態の光
スキャナは、参考形態1と同様、シリコンチップから形
成された小型可動ミラーを備えている。小型可動ミラー
は、マイクロミラー81と、マイクロミラー81を非対
称の質量分布を持つように配分する、Y軸と平行な軸線
上に位置してマイクロミラー81の両側を支持する一対
のY軸回転支持体82と、Y軸回転支持体82が接続さ
れた、マイクロミラー81の周辺を囲う中間支持部83
と、X軸と平行な軸線上に位置して中間支持部83の片
側を支持する一対のX軸回転支持体84と、X軸回転支
持体84が接続された、中間支持部83の周辺を囲う枠
部55とを、シリコンチップより一体に形成して成る。
( Fifth Embodiment) FIG. 8 is a perspective view schematically showing a configuration of an optical scanner according to a fifth embodiment of the present invention. The optical scanner of the embodiment shown in this figure has a small movable mirror formed of a silicon chip, as in the first embodiment . The small movable mirror is a micro-mirror 81 and a pair of Y-axis rotation supports that distribute the micro-mirror 81 so as to have an asymmetric mass distribution and that are positioned on an axis parallel to the Y-axis and support both sides of the micro-mirror 81. Support 82 surrounding the periphery of micromirror 81 to which body 82 and Y-axis rotation support 82 are connected
And a pair of X-axis rotation supports 84 that are positioned on an axis parallel to the X-axis and support one side of the intermediate support 83, and the periphery of the intermediate support 83 to which the X-axis rotation support 84 is connected. The surrounding frame 55 is formed integrally from a silicon chip.

【0060】枠部85のX軸方向の一側部には、X軸方
向に振動可能な圧電素子86が接合され、枠部85の裏
側には、Z軸方向に振動可能な圧電素子87が接合され
ている。
A piezoelectric element 86 that can vibrate in the X-axis direction is joined to one side of the frame section 85 in the X-axis direction, and a piezoelectric element 87 that can vibrate in the Z-axis direction is provided on the back side of the frame section 85. Are joined.

【0061】すなわち本実施の形態では、低い周波数を
受け持つ回転振動系の回転支持体が片持ち梁で構成され
るとともに、参考形態3に代わり、圧電素子が各軸ごと
に分離配置した事に特徴がある。
That is, the present embodiment is characterized in that the rotary support of the rotary vibration system that handles the low frequency is formed of a cantilever, and the piezoelectric elements are separately arranged for each axis instead of the third embodiment. There is.

【0062】この様に軸ごとに圧電素子を配置すると、
それぞれの圧電素子の駆動周波数を異ならせることがで
きるので、例えば、X軸回りの振動を起こさせる圧電素
子87の駆動周波数を60Hz、Y軸回りの振動を起こ
させる圧電素子86の駆動周波数を15kHzに設定で
きる。当然、圧電素子の駆動周波数を回転振動系の共振
周波数に合わせると、大きな振幅が得られる。
When the piezoelectric elements are arranged for each axis as described above,
Since the driving frequency of each piezoelectric element can be made different, for example, the driving frequency of the piezoelectric element 87 that causes vibration about the X axis is 60 Hz, and the driving frequency of the piezoelectric element 86 that causes vibration about the Y axis is 15 kHz. Can be set to Naturally, when the driving frequency of the piezoelectric element is adjusted to the resonance frequency of the rotary vibration system, a large amplitude can be obtained.

【0063】なお、第1の実施形態のようにマイクロミ
ラー81のミラー面と反対側に回転用おもりを付加し
て、マイクロミラー81が、Y軸回転支持体82を含
む、ミラー81と平行な面に対して表裏非対称の質量分
布を持つようにすると、Y軸回りの回転を効率良く生じ
させることができる。
As in the first embodiment, a rotating weight is added to the opposite side of the mirror surface of the micro mirror 81 so that the micro mirror 81 is parallel to the mirror 81 including the Y-axis rotating support 82. When the surface has a mass distribution that is asymmetrical with respect to the surface, rotation around the Y axis can be efficiently generated.

【0064】(第6の実施形態) 図9は本発明の光スキャナの第6の実施形態の構成を模
式的に表した斜視図である。この図に示される形態の光
スキャナは、参考形態1と同様、シリコンチップから形
成された小型可動ミラーを備えている。小型可動ミラー
は、マイクロミラー91と、マイクロミラー91を非対
称の質量分布を持つように配分する、Y軸と平行な軸線
上に位置してマイクロミラー91の両側を支持する一対
のY軸回転支持体92と、Y軸回転支持体92が接続さ
れた、マイクロミラー91の周辺を囲う中間支持部93
と、X軸と平行な軸線上に位置して中間支持部93の片
側を支持する一対のX軸回転支持体94と、X軸回転支
持体94が接続された、中間支持部93の周辺を囲う枠
部95とを、シリコンチップより一体に形成して成る。
( Sixth Embodiment) FIG. 9 is a perspective view schematically showing the configuration of an optical scanner according to a sixth embodiment of the present invention. The optical scanner of the embodiment shown in this figure has a small movable mirror formed of a silicon chip, as in the first embodiment . The small movable mirror is a micro-mirror 91 and a pair of Y-axis rotation supports that distribute the micro-mirror 91 so as to have an asymmetric mass distribution and are located on an axis parallel to the Y-axis and support both sides of the micro-mirror 91. Intermediate support 93 surrounding the periphery of micromirror 91 to which body 92 and Y-axis rotation support 92 are connected
And a pair of X-axis rotation supports 94 that are positioned on an axis parallel to the X-axis and support one side of the intermediate support 93, and the periphery of the intermediate support 93 to which the X-axis rotation support 94 is connected. The surrounding frame 95 is formed integrally from a silicon chip.

【0065】枠部95のX軸方向の一側部には、X軸方
向に振動可能な圧電素子96が接合され、枠部95のY
軸方向の一側部には、Y軸方向に振動可能な圧電素子9
7が接合されている。
A piezoelectric element 96 that can vibrate in the X axis direction is joined to one side of the frame section 95 in the X axis direction.
A piezoelectric element 9 that can vibrate in the Y-axis direction is provided on one side in the axial direction.
7 are joined.

【0066】すなわち本実施の形態では、低い周波数を
受け持つ回転振動系の回転支持体が片持ち梁で構成され
るとともに、圧電素子がX軸とY軸に沿った方向に分離
配置されている事に特徴がある。
That is, in the present embodiment, the rotary support of the rotary vibration system that handles the low frequency is constituted by a cantilever, and the piezoelectric elements are separately arranged in the directions along the X axis and the Y axis. There is a feature.

【0067】一般に、上記のように中間支持部93の片
側を支持する一対の片持ち梁はZ軸方向のスティッフネ
ス(stiffness)が他の軸方向に比較して著しく小さい
ので、片持ち梁の共振周波数よりも高いZ軸並進周波数
成分は内部に導入されない性質がある。そのため本形態
では、圧電素子96あるいは圧電素子97の振動方向
が、X軸回転支持体94の振動容易な方向であるZ軸方
向とは異なった方向に起こるように配置されている。こ
のように配置すると、X軸回転支持体94のX軸周りの
曲げスティッフネスが非常に小さい場合でもX軸回転支
持体94の長手方向であるY軸に沿ったスティッフネ
ス、あるいはX軸方向に沿ったスティッフネスは非常に
大きいので、枠部95の外側に配置された圧電素子の振
動を枠部95の内側にあるマイクロミラー91に対して
効果的に加えることができる。内部にあるマイクロミラ
ー91は、ミラーの非対称性より回転力を得るが、マイ
クロミラー91の一面の一部または全部に回転用のおも
りが備えられていると、Y軸回りに効率良く回転を生じ
させることができる。また同様に、中間支持部93の一
面の一部または全部に回転用のおもりが備えられている
と、X軸回りに効率良く回転を生じさせることができ
る。
In general, a pair of cantilevers supporting one side of the intermediate support 93 as described above have a significantly smaller stiffness in the Z-axis direction than other axial directions. There is a property that a Z-axis translation frequency component higher than the resonance frequency is not introduced inside. For this reason, in this embodiment, the piezoelectric element 96 or the piezoelectric element 97 is arranged so that the vibration direction of the piezoelectric element 96 or the piezoelectric element 97 occurs in a direction different from the Z-axis direction in which the X-axis rotation support 94 easily vibrates. With this arrangement, even when the bending stiffness of the X-axis rotation support 94 around the X-axis is extremely small, the stiffness along the Y-axis, which is the longitudinal direction of the X-axis rotation support 94, or the X-axis direction Since the stiffness is very large, the vibration of the piezoelectric element disposed outside the frame 95 can be effectively applied to the micromirror 91 inside the frame 95. The micromirror 91 inside obtains a rotational force due to the asymmetry of the mirror, but if a part or all of one surface of the micromirror 91 is provided with a rotating weight, the micromirror 91 efficiently rotates around the Y axis. Can be done. Similarly, if a part or all of one surface of the intermediate support part 93 is provided with a weight for rotation, the rotation can be efficiently generated around the X axis.

【0068】(参考形態4) 本参考形態から第11の実施形態までは非対称な質量分
布を持った振動系を作成するための構造例を挙げる。
[0068] (Reference Embodiment 4) Structure Examples for from this reference embodiment to the eleventh embodiment of creating a vibration system having an asymmetric mass distribution.

【0069】図10は本発明に関連する参考形態4の光
スキャナを構成する小型可動ミラーを模式的に表した斜
視図である。この図に示される形態の小型可動ミラー
は、マイクロミラー101と、X軸と平行な軸線上に位
置してマイクロミラー101の中央の両側を支持する一
対のX軸回転支持体102と、X軸回転支持体102が
接続された、マイクロミラー101の周辺を囲う枠部1
03とを、シリコンチップより一体に形成して成る。そ
して、マイクロミラー101が、X軸回転支持体102
で成す軸線に対して左右非対称な質量分布を持つよう
に、マイクロミラー101の表面に穴104あるいは溝
が設けられている。
FIG. 10 is a perspective view schematically showing a small movable mirror constituting an optical scanner according to a fourth embodiment relating to the present invention. The small movable mirror in the form shown in this figure includes a micromirror 101, a pair of X-axis rotation supports 102 located on an axis parallel to the X-axis and supporting both sides at the center of the micromirror 101, Frame 1 surrounding the periphery of micromirror 101 to which rotating support 102 is connected
03 is formed integrally from a silicon chip. Then, the micro mirror 101 is moved to the X-axis rotation support 102.
A hole 104 or a groove is provided on the surface of the micromirror 101 so as to have a mass distribution that is asymmetrical with respect to the axis defined by.

【0070】穴104の大きさはマイクロミラー101
の大きさにも依るが、数ミクロンから数百ミクロンの範
囲が望ましい。貫通穴を開けてしまうとミラーの面積が
減少するので、穴はミラー面とは逆側から形成し、途中
で止められていることが望ましい。もちろん、穴を掘っ
たあと穴の空間を質量密度の違うもので埋めても構わな
い。この工程には超LSIで利用される埋め込み配線に
使われる研磨プロセスを用いてもよい。穴はマイクロミ
ラー周辺部に設けるほど振動効果が大きくなる。
The size of the hole 104 is the size of the micro mirror 101.
Depending on the size, a range of several microns to several hundred microns is desirable. If a through hole is formed, the area of the mirror is reduced. Therefore, it is desirable that the hole be formed from the side opposite to the mirror surface and be stopped halfway. Of course, after digging a hole, the space of the hole may be filled with a material having a different mass density. In this step, a polishing process used for the embedded wiring used in the VLSI may be used. The vibration effect increases as the holes are provided in the periphery of the micromirror.

【0071】(参考形態5) 図11は本発明に関連する参考形態5の光スキャナを構
成する小型可動ミラーを模式的に表した斜視図である。
この図に示される形態の小型可動ミラーは、マイクロミ
ラー111と、Y軸と平行な軸線上に位置してマイクロ
ミラー111の中央の両側を支持する一対のY軸回転支
持体112と、Y軸回転支持体112が接続された、マ
イクロミラー111の周辺を囲う中間支持部113と、
X軸と平行な軸線上に位置して中間支持部113の中央
の両側を支持する一対のX軸回転支持体114と、X軸
回転支持体114が接続された、中間支持部113の周
辺を囲う枠部115とを、シリコンチップより一体に形
成して成る。そして、マイクロミラー111が、Y軸回
転支持体112で成す軸線に対して左右非対称な質量分
布を持つように、マイクロミラー111の表面に穴11
6あるいは溝が設けられ、同様に、中間支持部113
が、X軸回転支持体114で成す軸線に対して左右非対
称な質量分布を持つように、中間支持部113の表面に
穴117あるいは溝が設けられている。言い換えれば、
穴116あるいは溝は、Y軸回転支持体112で成す軸
線からマイクロミラー111の重心がずれるように位置
し、穴117あるいは溝は、X軸回転支持体112で成
す軸線から中間支持部113の重心がずれるように位置
している。
( Embodiment 5 ) FIG. 11 is a perspective view schematically showing a small movable mirror constituting an optical scanner of Embodiment 5 related to the present invention.
The small movable mirror in the form shown in this figure includes a micromirror 111, a pair of Y-axis rotating supports 112 located on an axis parallel to the Y-axis and supporting both sides at the center of the micromirror 111, An intermediate support 113 surrounding the micromirror 111 to which the rotary support 112 is connected;
A pair of X-axis rotation supports 114, which are located on an axis parallel to the X-axis and support both sides at the center of the intermediate support 113, and the periphery of the intermediate support 113 to which the X-axis rotation support 114 is connected. The surrounding frame 115 is formed integrally from a silicon chip. Then, the holes 11 are formed on the surface of the micromirror 111 so that the micromirror 111 has an asymmetric mass distribution with respect to the axis formed by the Y-axis rotation support 112.
6 or grooves are provided, and
However, a hole 117 or a groove is provided on the surface of the intermediate support portion 113 so as to have an asymmetric mass distribution with respect to the axis formed by the X-axis rotation support 114. In other words,
The hole 116 or the groove is positioned so that the center of gravity of the micromirror 111 is shifted from the axis formed by the Y-axis rotation support 112, and the hole 117 or the groove is formed by the center of gravity of the intermediate support 113 from the axis formed by the X-axis rotation support 112. Are positioned so as to shift.

【0072】(第7の実施形態) 図12は本発明の光スキャナの第7の実施形態を構成す
る小型可動ミラーを模式的に表した斜視図である。この
図に示される形態の小型可動ミラーは、マイクロミラー
121と、Y軸と平行な軸線上に位置してマイクロミラ
ー121の中央の両側を支持する一対のY軸回転支持体
122と、Y軸回転支持体122が接続された、マイク
ロミラー121の周辺を囲う中間支持部123と、X軸
と平行な軸線上に位置して中間支持部123の中央の両
側を支持する一対のX軸回転支持体124と、X軸回転
支持体124が接続された、中間支持部123の周辺を
囲う枠部125とを、シリコンチップより一体に形成し
て成る。そして、マイクロミラー111が、Y軸回転支
持体112で成す軸線に対して左右非対称な質量分布を
持つと同時に、マイクロミラー121が接続された中間
支持部113が、X軸回転支持体124で成す軸線に対
して左右非対称な質量分布を持つように、2軸支持され
たマイクロミラー121の角隅の領域に穴126あるい
は溝が設けられている。この様に穴126あるいは溝を
配置すると、Z軸方向に振動を加えた場合にマイクロミ
ラー121はX軸あるいはY軸回りに回転する。
( Seventh Embodiment) FIG. 12 is a perspective view schematically showing a small movable mirror constituting an optical scanner according to a seventh embodiment of the present invention. The small movable mirror in the form shown in this figure includes a micromirror 121, a pair of Y-axis rotating supports 122 located on an axis parallel to the Y-axis and supporting both sides at the center of the micromirror 121, and a Y-axis. An intermediate support portion 123 surrounding the periphery of the micro mirror 121 to which the rotary support member 122 is connected, and a pair of X-axis rotary supports located on an axis parallel to the X axis and supporting both sides at the center of the intermediate support portion 123. The body 124 and a frame 125 surrounding the intermediate support 123 to which the X-axis rotation support 124 is connected are formed integrally from a silicon chip. The micromirror 111 has an asymmetric mass distribution with respect to the axis formed by the Y-axis rotation support 112, and the intermediate support 113 to which the micromirror 121 is connected is formed by the X-axis rotation support 124. A hole 126 or a groove is provided in a corner area of the biaxially supported micromirror 121 so as to have an asymmetric mass distribution with respect to the axis. When the holes 126 or the grooves are arranged in this manner, the micro mirror 121 rotates around the X axis or the Y axis when vibration is applied in the Z axis direction.

【0073】(第8の実施形態) 図13は本発明の光スキャナの第8の実施形態を構成す
る小型可動ミラーをミラー面と反対側から見た斜視図で
ある。この図に示される形態の小型可動ミラーは、不図
示のマイクロミラーと、Y軸と平行な軸線上に位置して
マイクロミラーの中央の両側を支持する一対のY軸回転
支持体132と、Y軸回転支持体132が接続された、
マイクロミラーの周辺を囲う中間支持部133と、X軸
と平行な軸線上に位置して中間支持部133の中央の両
側を支持する一対のX軸回転支持体134と、X軸回転
支持体134が接続された、中間支持部133の周辺を
囲う枠部135と、マイクロミラーが、Y軸回転支持体
132を含む、ミラーと平行な面に対して表裏非対称な
質量分布を持つように、マイクロミラーのミラー面と反
対側全体に配された回転用おもり131とを、シリコン
チップより一体に形成して成る。
( Eighth Embodiment) FIG. 13 is a perspective view of a small movable mirror constituting an optical scanner according to an eighth embodiment of the present invention as viewed from the side opposite to the mirror surface. The small movable mirror in the form shown in this figure includes a micromirror (not shown), a pair of Y-axis rotating supports 132 that are located on an axis parallel to the Y-axis and support both sides at the center of the micromirror, The shaft rotating support 132 is connected,
An intermediate support 133 surrounding the periphery of the micromirror, a pair of X-axis rotation supports 134 located on an axis parallel to the X-axis and supporting both sides at the center of the intermediate support 133, and an X-axis rotation support 134 Is connected to the frame 135 surrounding the periphery of the intermediate support 133, and the micromirror is arranged such that the micromirror has a mass distribution that is asymmetrical with respect to a plane parallel to the mirror including the Y-axis rotation support 132. The rotating weight 131 disposed on the entire surface of the mirror opposite to the mirror surface is integrally formed of a silicon chip.

【0074】回転用おもり131は半導体加速度センサ
の製造プロセス等で良く知られている方法である異方性
エッチングによって、枠部135と同時に形成される。
もちろん、薄膜のマイクロミラーを形成した後にめっ
き、フォトレジスト等の樹脂類などを利用して回転用お
もり131を付加してもよい。
The rotating weight 131 is formed at the same time as the frame 135 by anisotropic etching, which is a well-known method in a semiconductor acceleration sensor manufacturing process and the like.
Of course, after forming the thin-film micromirror, the rotating weight 131 may be added using a resin such as plating and photoresist.

【0075】(第9の実施形態) 図14は本発明の光スキャナの第9の実施形態を構成す
る小型可動ミラーをミラー面と反対側から見た斜視図で
ある。この図に示される形態の小型可動ミラーは、マイ
クロミラー141と、Y軸と平行な軸線上に位置してマ
イクロミラー141の中央の両側を支持する一対のY軸
回転支持体142と、Y軸回転支持体142が接続され
た、マイクロミラー141の周辺を囲う中間支持部14
3と、X軸と平行な軸線上に位置して中間支持部143
の中央の両側を支持する一対のX軸回転支持体144
と、X軸回転支持体144が接続された、中間支持部1
43の周辺を囲う枠部145と、マイクロミラー141
が、Y軸回転支持体142を含む、ミラー141と平行
な面に対して表裏非対称な質量分布を持つように、マイ
クロミラーのミラー面と反対側に配された回転用おもり
141とを、シリコンチップより一体に形成して成る。
特に本形態は、第8の実施形態に代えて、小型可動ミラ
ーの質量分布が、Y軸回転支持体142を含む、ミラー
141と平行な面に対してのみならず、X軸回転支持体
144で成す軸線に対しても非対称に成っていることを
特徴とする。このような形態にすると、X軸方向の振動
をY軸回りの回転に、Z軸方向の振動をX軸回りの回転
に変換できる。
( Ninth Embodiment) FIG. 14 is a perspective view of a small movable mirror constituting an optical scanner according to a ninth embodiment of the present invention as viewed from the side opposite to the mirror surface. The small movable mirror in the form shown in this figure includes a micromirror 141, a pair of Y-axis rotating supports 142 located on an axis parallel to the Y-axis and supporting both sides at the center of the micromirror 141, and a Y-axis. Intermediate support part 14 surrounding the periphery of micromirror 141 to which rotary support 142 is connected
3 and an intermediate support portion 143 positioned on an axis parallel to the X axis.
X-axis rotating supports 144 supporting both sides at the center of the body
And the intermediate support 1 to which the X-axis rotation support 144 is connected.
A frame portion 145 surrounding the periphery of the micromirror 43;
The rotation weight 141 disposed on the opposite side of the mirror surface of the micromirror so as to have a mass distribution that is asymmetrical with respect to the surface parallel to the mirror 141, including the Y-axis rotation support 142, It is formed integrally from a chip.
In particular, in this embodiment, instead of the eighth embodiment, the mass distribution of the small movable mirror is not only on the plane parallel to the mirror 141 including the Y-axis rotation support 142, but also on the X-axis rotation support 144. It is also characterized by being asymmetric with respect to the axis defined by. With this configuration, the vibration in the X-axis direction can be converted into rotation about the Y-axis, and the vibration in the Z-axis direction can be converted into rotation about the X-axis.

【0076】(第10の実施形態) 図15は本発明の光スキャナの第10の実施形態を構成
する小型可動ミラーを模式的に表した斜視図である。こ
の図に示される形態の小型可動ミラーは、マイクロミラ
ー151と、Y軸と平行な軸線上に位置してマイクロミ
ラー151の中央の両側を支持する一対のY軸回転支持
体152と、Y軸回転支持体152が接続された、マイ
クロミラー151の周辺を囲う中間支持部153と、X
軸と平行な軸線上に位置して中間支持部153の中央の
両側を支持する一対のX軸回転支持体154と、X軸回
転支持体154が接続された、中間支持部153の周辺
を囲う枠部155とを、シリコンチップより一体に形成
して成る。そして、マイクロミラー151が、Y軸回転
支持体142を含む、ミラー151と平行な面に対して
表裏非対称な質量分布を持つように、マイクロミラー1
21のミラー面と反対側には、マイクロミラー121を
構成するシリコン材料を掘ってなる除去部156あるい
は溝が設けられている。
( Tenth Embodiment) FIG. 15 is a perspective view schematically showing a small movable mirror constituting an optical scanner according to a tenth embodiment of the present invention. The small movable mirror in the form shown in this figure includes a micromirror 151, a pair of Y-axis rotating supports 152 located on an axis parallel to the Y-axis and supporting both sides at the center of the micromirror 151, and a Y-axis. An intermediate support 153 surrounding the periphery of the micromirror 151 to which the rotary support 152 is connected;
A pair of X-axis rotation supports 154 that are positioned on an axis parallel to the axis and support both sides at the center of the intermediate support 153, and surround the periphery of the intermediate support 153 to which the X-axis rotation support 154 is connected. The frame 155 is formed integrally from a silicon chip. The micromirror 1 is arranged such that the micromirror 151 has a mass distribution that is asymmetrical with respect to a plane parallel to the mirror 151 including the Y-axis rotation support 142.
On the side opposite to the mirror surface of 21, there is provided a removed portion 156 or a groove formed by digging a silicon material constituting the micro mirror 121.

【0077】このような形態によれば、一般にマイクロ
ミラー121にエッチングにより精度高く回転用おもり
を残すことは困難であるが、掘ることは精度高くできる
ので、製造が容易である。
According to such an embodiment, it is generally difficult to leave the rotating weight on the micromirror 121 with high precision by etching, but it is easy to manufacture because the digging can be performed with high precision.

【0078】(第11の実施形態) 図16は本発明の光スキャナの第11の実施形態を構成
する小型可動ミラーを模式的に表した斜視図である。こ
の図に示される形態の小型可動ミラーは、マイクロミラ
ー161と、Y軸と平行な軸線上に位置してマイクロミ
ラー161の中央の両側を支持する一対のY軸回転支持
体162と、Y軸回転支持体162が接続された、マイ
クロミラー161の周辺を囲う中間支持部163と、X
軸と平行な軸線上に位置して中間支持部163の中央の
両側を支持する一対のX軸回転支持体164と、X軸回
転支持体164が接続された、中間支持部163の周辺
を囲う枠部165とを、シリコンチップより一体に形成
して成る。特に本形態は、第10の実施形態に代えて、
小型可動ミラーの質量分布が、Y軸回転支持体162を
含む、ミラー161と平行な面に対してのみならず、X
軸回転支持体164で成す軸線に対しても非対称になる
ように、マイクロミラー161のミラーと反対側の一部
に除去部166あるいは溝を形成した事を特徴とする。
( Eleventh Embodiment) FIG. 16 is a perspective view schematically showing a small movable mirror constituting an optical scanner according to an eleventh embodiment of the present invention. The small movable mirror in the form shown in this figure includes a micro mirror 161, a pair of Y axis rotation supports 162 positioned on an axis parallel to the Y axis and supporting both sides at the center of the micro mirror 161, and a Y axis. An intermediate support 163 surrounding the micromirror 161 to which the rotary support 162 is connected;
A pair of X-axis rotation supports 164 that are located on an axis parallel to the axis and support both sides at the center of the intermediate support 163, and surround the periphery of the intermediate support 163 to which the X-axis rotation support 164 is connected. The frame 165 is formed integrally from a silicon chip. In particular, this embodiment replaces the tenth embodiment,
The mass distribution of the small movable mirror is not limited to the plane parallel to the mirror 161 including the Y-axis rotation support 162,
A removal portion 166 or a groove is formed in a part of the micro mirror 161 on the side opposite to the mirror so as to be asymmetric with respect to the axis formed by the shaft rotation support 164.

【0079】このような形態にすると、X軸方向の振動
をY軸回りの回転に、Z軸方向の振動をX軸回りの回転
に変換できる。
With this configuration, the vibration in the X-axis direction can be converted into rotation around the Y-axis, and the vibration in the Z-axis direction can be converted into rotation around the X-axis.

【0080】(参考形態6) 上述の参考形態2および参考形態3で説明したように1
個の圧電素子でX軸周り、Y軸周り等の2つの回転軸周
りに同時に回転を起こすことが可能であるが、それぞれ
の回転の振幅と位相を独立に制御することが実用上必要
である。
( Embodiment 6 ) As described in Embodiment 2 and Embodiment 3 above,
It is possible to simultaneously rotate around two rotation axes, such as around the X axis and around the Y axis, with two piezoelectric elements, but it is practically necessary to control the amplitude and phase of each rotation independently. .

【0081】図17は、本発明に関連する参考形態6の
光スキャナとして、1個の圧電素子で2軸方向に光走査
する場合の駆動方式を表した構成図である。この場合の
駆動方式は、X軸駆動周波数発生回路171、およびY
軸駆動周波数発生回路172の2つの周波数発生回路を
有しており、それぞれ発生された駆動信号は、それぞれ
振幅位相調節回路173、174に導入され、その振幅
と位相が決定される。その後、電気信号合成回路175
に導入されて1つの電気信号に変換され、最後に出力回
路176によって電力増幅された後に圧電素子177に
供給される。
FIG. 17 is a diagram showing a sixth embodiment related to the present invention.
And an optical scanner, illustrates the configuration of a driving method in the case of optical scanning in the two directions by a single piezoelectric element. In this case, the driving method includes an X-axis driving frequency generation circuit 171 and a Y-axis driving frequency generation circuit 171.
It has two frequency generating circuits, that is, a shaft driving frequency generating circuit 172. The generated driving signals are respectively introduced into amplitude / phase adjusting circuits 173 and 174, and the amplitude and phase are determined. After that, the electric signal synthesizing circuit 175
And is converted into one electric signal. Finally, the electric signal is amplified by the output circuit 176 and supplied to the piezoelectric element 177.

【0082】発生される波形は正弦波(サイン波)が基
本的であるが、矩形波や鋸波である場合もある。さらに
は、これらの波形はアナログ的に発生される場合もある
し、デジタル的に発生する場合もある。この駆動方式
は、発生する信号の同期をとるための入力信号を受け付
けることができ、例えば、外部からの映像信号に同期し
て発振を開始する機能を有している。
The generated waveform is basically a sine wave (sine wave), but may be a rectangular wave or a sawtooth wave. Further, these waveforms may be generated in an analog manner or in a digital manner. This driving method can receive an input signal for synchronizing a generated signal, and has, for example, a function of starting oscillation in synchronization with an external video signal.

【0083】(第12の実施形態) ここでは、上述の第3、4、5、6等の実施形態のよう
に圧電素子を軸毎に持った場合に必要とされる駆動方式
を説明する。
[0083] Here (twelfth embodiment) illustrating a driving method required when having a piezoelectric element for each axis as in the embodiment of such third, fourth, fifth and sixth described above.

【0084】図18は、本発明の光スキャナの第12
実施形態として、光走査する軸方向ごとに圧電素子を持
つ場合の駆動方式を表した構成図である。この場合の駆
動方式では、X軸駆動周波数発生回路181および、Y
軸駆動周波数発生回路182で発生された信号はそれぞ
れ振幅位相調節回路183、184に導入され、振幅と
位相が調節される。その後、電力増幅を行うための出力
回路185、186にそれぞれ導入されて、X軸圧電素
子187およびY軸圧電素子188にそれぞれ電気信号
が供給される。供給される電圧は数ボルトから100ボ
ルト程度であり、電流は最大数十ミリアンペアである。
圧電素子は、各軸ごとに複数持つこともできる。例え
ば、基本的な振動振幅を与えるための圧電素子と、外部
からの外乱があった場合に対処するための振幅制御を行
うための圧電素子である。このようにすると、変動分は
基準量よりも小さいので、制御に必要とする電力や回路
規模を小さくすることが可能となる。
FIG. 18 is a configuration diagram showing a drive system in the case where a piezoelectric element is provided for each optical scanning axial direction as a twelfth embodiment of the optical scanner of the present invention. In the driving method in this case, the X-axis driving frequency generation circuit 181 and the Y-axis driving frequency
The signals generated by the shaft drive frequency generation circuit 182 are introduced into amplitude and phase adjustment circuits 183 and 184, respectively, where the amplitude and phase are adjusted. Thereafter, the electric signals are supplied to output circuits 185 and 186 for power amplification, respectively, and electric signals are supplied to the X-axis piezoelectric element 187 and the Y-axis piezoelectric element 188, respectively. The voltage supplied is on the order of a few volts to 100 volts and the current is up to several tens of milliamps.
A plurality of piezoelectric elements can be provided for each axis. For example, a piezoelectric element for giving a basic vibration amplitude and a piezoelectric element for performing amplitude control for coping with external disturbance. In this case, since the fluctuation is smaller than the reference amount, it is possible to reduce the power and circuit size required for the control.

【0085】以上説明した各形態では、小型可動ミラー
に加えられる並進振動を誘起さえるアクチュエータとし
て圧電素子を用いたが、本発明はこれに限らず、電磁
気、熱、光、等を用いた場合にも同様な効果が認められ
るのは、言うまでもない。また、並進振動の方向におい
て、開示した軸以外からの加振やその組み合わせが存在
するが、それも本発明に含まれるのは言うまでもない。
In each of the embodiments described above, the piezoelectric element is used as the actuator for inducing the translational vibration applied to the small movable mirror. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to the case where electromagnetic, heat, light, or the like is used. Needless to say, a similar effect is also observed. In addition, in the direction of the translational vibration, there are vibrations from other than the disclosed axis and combinations thereof, but needless to say, these are also included in the present invention.

【0086】圧電素子の固定は、振動すべきミラーとの
間は、強固に行うが、パッケージとの接続は圧電素子の
一部を強固に固定しても良いし、ミラーを含む圧電体全
体をシリコンゴムのような柔らかい材料でパッケージか
ら浮かして、固定してもよい。
The fixing of the piezoelectric element is performed firmly between the mirror and the mirror to be vibrated, but the connection with the package may be made by fixing a part of the piezoelectric element firmly, or the whole piezoelectric body including the mirror may be fixed. It may be floated from a package with a soft material such as silicone rubber and fixed.

【0087】[0087]

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、以下に記
載する効果を奏する。
According to the present invention described above, the following effects can be obtained.

【0088】ミラーの重心の位置あるいは中間支持部の
重心の位置をそれを支える一対の回転支持体で成す軸線
上からはずすことにより、並進振動を回転運動に変換す
るので、非常に効率高く回転運動を起こさせることがで
きる。並進振動を起こす駆動周波数を回転振動系の共振
周波数に合わせると、著しく大きな振動を得ることが可
能であり、かつ、2軸の回転振動系の共振周波数を別々
に設定することで、それぞれの回転運動を独立に制御可
能である。従来、多自由度を駆動するためには複数のア
クチュエータを必要としたが、1つのアクチュエータで
構成できるのでミラー構造を著しく簡単にできる。その
ため、製造が非常に簡単で、コストを下げられる。
By removing the position of the center of gravity of the mirror or the position of the center of gravity of the intermediate support from the axis formed by a pair of rotary supports that support it, the translational vibration is converted into rotary motion. Can be awakened. If the driving frequency that causes translational vibration is matched to the resonance frequency of the rotary vibration system, it is possible to obtain a significantly large vibration, and by setting the resonance frequency of the two-axis rotary vibration system separately, Exercise can be controlled independently. Conventionally, a plurality of actuators were required to drive a multi-degree-of-freedom. However, since a single actuator can be used, the mirror structure can be significantly simplified. Therefore, the production is very simple and the cost can be reduced.

【0089】共振駆動周波数が著しく離れている場合に
は、同一アクチュエータを使用すると圧電アクチュエー
タの効率が下がるので、複数の周波数領域に分けて振動
を加えると全体としての効率が向上する。従来の静電気
を利用したアクチュエータとは異なり外部から加振する
アクチュエータを利用するので、通常の静電力を用いた
駆動方法に比較して非常に大きな力を利用可能で、走査
速度10KHz、走査角度10度以上の様な高速大振幅
動作を必要とする光スキャナを容易に実現できる。
If the resonance driving frequencies are significantly different, the efficiency of the piezoelectric actuator is reduced when the same actuator is used. Therefore, when vibration is applied in a plurality of frequency regions, the overall efficiency is improved. Unlike a conventional actuator using static electricity, an actuator that vibrates from the outside is used, so that a very large force can be used as compared with a normal driving method using electrostatic force, and a scanning speed of 10 KHz and a scanning angle of 10 KHz. It is possible to easily realize an optical scanner that requires a high-speed and large-amplitude operation of a degree or more.

【0090】外部から加えられた並進振動を回転に変換
するために利用される非対称構造を作るには、ミラー自
身を非対称に支持する方法、質量分布が等価に支持され
たミラーにおもりを加えたり、穴や溝を設ける方法等が
活用できる。中でもミラーに穴あるいは溝を設けて非対
称質量分布を実現すると、工程が簡単である。
To create an asymmetric structure used to convert translational vibration applied from the outside into rotation, a method of supporting the mirror itself asymmetrically, adding a weight to a mirror whose mass distribution is equivalently supported, A method of providing holes or grooves can be used. Above all, if holes or grooves are provided in the mirror to realize an asymmetric mass distribution, the process is simple.

【0091】1個の並進振動を発生する装置を用い二つ
の異なる周波数で駆動することにより、駆動するための
電気回路が1つで済むので、電気回路が簡単となり、コ
ストを低くできる。
Driving at two different frequencies by using one translational vibration generating device requires only one electric circuit for driving, so that the electric circuit is simplified and the cost can be reduced.

【0092】lつの構造体が、低い周波数で駆動される
回転振動系の中に高い周波数で駆動される回転振動系を
持つ場合、低い共振周波数を持つ回転支持体の長手方向
のスティッフネスが回転方向のスティッフネスに比べ非
常に大きいことを利用して、この回転支持体の長手方向
に沿って並進振動を加えられるように構成することによ
り、高い周波数の駆動力が吸収されることなく内部に伝
達でき、高い共振周波数を持つ部分の回転運動も容易に
駆動できる。
When one structure has a rotational vibration system driven at a high frequency in a rotational vibration system driven at a low frequency, the stiffness in the longitudinal direction of the rotational support having a low resonance frequency increases. By making use of the fact that the stiffness is extremely large compared to the stiffness in the direction, translational vibration can be applied along the longitudinal direction of the rotating support, so that high-frequency driving force can be absorbed inside without being absorbed. It can transmit and can easily drive the rotational movement of the part having the high resonance frequency.

【0093】回転支持体の両持ち構造では低い共振周波
数を小さな領域で実現することは困難であるが、片持ち
支持構造と両持ち支持構造を1つの構造体中に同居させ
ることによって、低い周波数の駆動と高い周波数での駆
動を同時に実現することが可能であり、両者の信号を同
時に含むミラーの走査(例えばテレビの水平垂直走査)
が可能となる。
Although it is difficult to realize a low resonance frequency in a small area with the dual support structure of the rotary support, the low frequency can be obtained by coexisting the cantilever support structure and the double support structure in one structure. And high-frequency driving can be realized at the same time, and mirror scanning including both signals simultaneously (for example, horizontal and vertical scanning of a television)
Becomes possible.

【0094】中間支持部や重り部、あるいは梁厚みなど
は同じである必要はなく、利用する共振周波数に対して
適切な値に調節して利用する。
The intermediate support portion, the weight portion, the beam thickness and the like do not need to be the same, and are adjusted to an appropriate value for the resonance frequency to be used.

【0095】静電力を使用しないので、ミラー表面を導
体にする必要がなく、反射膜として、有機材料などが使
用できる。ミラー自身に配線する必要がないので、プロ
セスが著しく簡単になる。
Since no electrostatic force is used, the mirror surface does not need to be a conductor, and an organic material or the like can be used as the reflection film. The process is significantly simplified since there is no need to wire the mirror itself.

【0096】圧電素子自身の共振周波数に並進振動の駆
動周波数を併せることで、同一電力投入によるアクチュ
エータ自身の振幅が大きくなるので、高効率駆動が可能
となる。
When the driving frequency of the translational vibration is combined with the resonance frequency of the piezoelectric element itself, the amplitude of the actuator itself increases when the same power is supplied, so that highly efficient driving is possible.

【0097】回転振動系の共振周波数はどのような周波
数にも設定することが可能であり、高精彩画像のように
水平周波数が75kHzとか垂直走査周波数が200H
zとか言う場合にも対応できるのは言うまでもない。圧
電素子などを駆動に使用した場合、非常に小さな電力で
ミラーを駆動することが可能であるが、電圧を強くすれ
ば、数ミリワットの消費電力にて30度以上の振幅を容
易に得ることができる。当然、これ以上のミラー振幅が
必要である場合にはミラーを複数段重ねて多重反射させ
ることにより反射角度を増大させることができる。
The resonance frequency of the rotary vibration system can be set to any frequency, and the horizontal frequency is set to 75 kHz and the vertical scanning frequency is set to 200H like a high definition image.
It is needless to say that z can be dealt with. When a piezoelectric element or the like is used for driving, it is possible to drive the mirror with very low power.However, if the voltage is increased, an amplitude of 30 degrees or more can be easily obtained with a power consumption of several milliwatts. it can. Naturally, when a larger mirror amplitude is required, the reflection angle can be increased by stacking multiple mirrors and performing multiple reflections.

【0098】本発明に係る光スキャナは発光素子や受光
素子と同時に利用して光を走査して画像を表示する表示
装置や撮像装置として利用できる。
The optical scanner according to the present invention can be used as a display device or an image pickup device for displaying an image by scanning light while simultaneously using a light emitting element and a light receiving element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に関連する参考形態1の光スキャナの
成を模式的に表した斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a configuration of an optical scanner according to a first embodiment related to the invention.

【図2】本発明の光スキャナの第1の実施形態の構成を
模式的に表した斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a configuration of a first embodiment of the optical scanner of the present invention.

【図3】本発明の光スキャナの第2の実施形態の構成を
模式的に表した斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a configuration of a second embodiment of the optical scanner of the present invention.

【図4】本発明に関連する参考形態2の光スキャナの
成を模式的に表した斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view schematically illustrating a configuration of an optical scanner according to a second embodiment related to the invention.

【図5】本発明の光スキャナの第3の実施形態の構成を
模式的に表した斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view schematically showing a configuration of a third embodiment of the optical scanner of the present invention.

【図6】本発明の光スキャナの第4の実施形態の構成を
模式的に表した斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view schematically showing a configuration of a fourth embodiment of the optical scanner of the present invention.

【図7】本発明に関連する参考形態3の光スキャナと
て片持ち梁を備えた構造を模式的に表した斜視図であ
る。
FIG. 7 is a perspective view schematically showing a structure including a cantilever as an optical scanner according to a third embodiment related to the invention.

【図8】本発明の光スキャナの第5の実施形態の構成を
模式的に表した斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view schematically illustrating a configuration of an optical scanner according to a fifth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の光スキャナの第6の実施形態の構成を
模式的に表した斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view schematically showing a configuration of a sixth embodiment of the optical scanner of the present invention.

【図10】本発明に関連する参考形態4の光スキャナ
構成する小型可動ミラーを模式的に表した斜視図であ
る。
FIG. 10 is a perspective view schematically showing a small movable mirror constituting an optical scanner according to a fourth embodiment relating to the present invention.

【図11】本発明に関連する参考形態5の光スキャナ
構成する小型可動ミラーを模式的に表した斜視図であ
る。
FIG. 11 is a perspective view schematically illustrating a small movable mirror constituting an optical scanner according to a fifth embodiment related to the invention.

【図12】本発明の光スキャナの第7の実施形態を構成
する小型可動ミラーを模式的に表した斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view schematically showing a small movable mirror constituting a seventh embodiment of the optical scanner of the present invention.

【図13】本発明の光スキャナの第8の実施形態を構成
する小型可動ミラーをミラー面と反対側から見た斜視図
である。
FIG. 13 is a perspective view of a small movable mirror included in an optical scanner according to an eighth embodiment of the present invention, as viewed from a side opposite to a mirror surface.

【図14】本発明の光スキャナの第9の実施形態を構成
する小型可動ミラーをミラー面と反対側から見た斜視図
である。
FIG. 14 is a perspective view of a small movable mirror constituting an optical scanner according to a ninth embodiment of the present invention as viewed from a side opposite to a mirror surface.

【図15】本発明の光スキャナの第10の実施形態を構
成する小型可動ミラーを模式的に表した斜視図である。
FIG. 15 is a perspective view schematically showing a small movable mirror constituting a tenth embodiment of the optical scanner of the present invention.

【図16】本発明の光スキャナの第11の実施形態を構
成する小型可動ミラーを模式的に表した斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view schematically showing a small movable mirror constituting an eleventh embodiment of the optical scanner of the present invention.

【図17】本発明に関連する参考形態6の光スキャナと
して、1個の圧電素子で2軸方向に光走査する場合の駆
動方式を表した構成図である。
FIG. 17 is a configuration diagram illustrating a driving method in a case where one piezoelectric element performs optical scanning in two axial directions as an optical scanner according to a sixth embodiment related to the invention.

【図18】本発明の光スキャナの第12の実施形態とし
て、光走査する軸方向ごとに圧電素子を持つ場合の駆動
方式を表した構成図である。
FIG. 18 is a configuration diagram showing a driving method when a piezoelectric element is provided for each optical scanning axial direction as a twelfth embodiment of the optical scanner of the present invention.

【図19】特開平6−180428号公報に示された従
来の光スキャナを示し、同図(a)は平面図、同図
(b)は断面図である。
19A and 19B show a conventional optical scanner disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-180428, wherein FIG. 19A is a plan view and FIG. 19B is a sectional view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21,31,41,51,61,71,81,9
1,101,111,121,141,151,161
マイクロミラー 2,22,32,44,54,64,74,84,9
4,102,114,124,134,144,15
4,164 X軸回転支持体 3,23,33,45,55,65,75,85,9
5,103,115,125,135,145,15
5,165 枠部 4,24,34,46,56,57,66,67,7
6,86,87,96,97 圧電素子 25,35,131 回転用おもり 42,52,62,72,82,92,112,12
2,132,142,152,162 Y軸回転支持
体 43,53,63,73,83,93,113,12
3,133,143,153,163 中間支持部 104,116,117,126 穴 156,166 除去部 171,181 X軸駆動周波数発生回路 172,182 Y軸駆動周波数発生回路 173,174,183,184 振幅調節回路 175 合成回路 176,185,186 出力回路 177 圧電素子 187 X軸圧電素子 188 Y軸圧電素子
1,21,31,41,51,61,71,81,9
1,101,111,121,141,151,161
Micro mirror 2,22,32,44,54,64,74,84,9
4,102,114,124,134,144,15
4,164 X-axis rotation support 3,23,33,45,55,65,75,85,9
5,103,115,125,135,145,15
5,165 Frame part 4,24,34,46,56,57,66,67,7
6,86,87,96,97 Piezoelectric element 25,35,131 Rotating weight 42,52,62,72,82,92,112,12
2,132,142,152,162 Y-axis rotating support 43,53,63,73,83,93,113,12
3, 133, 143, 153, 163 Intermediate support portion 104, 116, 117, 126 Hole 156, 166 Removal portion 171, 181 X-axis drive frequency generation circuit 172, 182 Y-axis drive frequency generation circuit 173, 174, 183, 184 Amplitude adjustment circuit 175 Synthesis circuit 176, 185, 186 Output circuit 177 Piezoelectric element 187 X-axis piezoelectric element 188 Y-axis piezoelectric element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 26/10 101 G02B 26/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 26/10 101 G02B 26/08

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光を反射するための板状のミラーと、 一直線上に位置して前記ミラーの両側を支持する一対の
回転支持体と、 前記一対の回転支持体が接続され、前記ミラーの周辺を
囲う枠部と、 前記枠部に並進運動を加える装置とを備え、 前記ミラーは、前記一対の回転支持体を含む、前記ミラ
ーと平行な面に対して表裏非対称な質量分布を有し、 前記装置の並進振動は、前記ミラーと平行で前記一対の
回転支持体を結ぶ直線と直交するY軸方向に沿って発生
されることを特徴とする光スキャナ。
1. A plate-shaped mirror for reflecting light, a pair of rotary supports positioned on a straight line and supporting both sides of the mirror, and the pair of rotary supports connected to each other, A frame portion surrounding the periphery, and a device for applying a translational motion to the frame portion, wherein the mirror has a mass distribution that is asymmetrical with respect to a plane parallel to the mirror, including the pair of rotating supports. An optical scanner, wherein the translational vibration of the device is generated along a Y-axis direction which is parallel to the mirror and orthogonal to a straight line connecting the pair of rotary supports.
【請求項2】 光を反射するための板状のミラーと、 一直線上に位置して前記ミラーの両側を支持する一対の
回転支持体と、 前記一対の回転支持体が接続され、前記ミラーの周辺を
囲う枠部と、 前記枠部に並進運動を加える装置とを備え、 前記ミラーは、前記一対の回転支持体を結ぶ直線に対し
て左右非対称な質量分布を有し、かつ、前記一対の回転
支持体を含む、前記ミラーと平行な面に対して表裏非対
称な質量分布を有し、 前記装置の並進振動は、前記ミラーと平行な面に直交す
るZ軸方向および、前記ミラーと平行で前記一対の回転
支持体を結ぶ直線と直交するY軸方向に沿って発生され
ることを特徴とする光スキャナ。
2. A plate-shaped mirror for reflecting light, a pair of rotary supports positioned on a straight line and supporting both sides of the mirror, and the pair of rotary supports are connected to each other. A frame portion surrounding the periphery, and a device for performing a translational motion to the frame portion, wherein the mirror has a mass distribution asymmetrical with respect to a straight line connecting the pair of rotary supports, and Including a rotating support, having a mass distribution that is asymmetrical with respect to a plane parallel to the mirror, the translational vibration of the device is in a Z-axis direction orthogonal to the plane parallel to the mirror, and in a direction parallel to the mirror. The optical scanner is generated along a Y-axis direction orthogonal to a straight line connecting the pair of rotary supports.
【請求項3】 前記装置は、前記ミラーと前記一対の回
転支持体とで構成された振動系の共振周波数と同一ない
し近傍の周波数を持つ並進振動を発生させるものである
請求項1または2に記載の光スキャナ。
3. The apparatus according to claim 1, wherein the device generates translational vibration having a frequency equal to or close to a resonance frequency of a vibration system configured by the mirror and the pair of rotating supports. An optical scanner as described.
【請求項4】 前記装置は圧電アクチュエータあるいは
電磁アクチュエータである請求項1から3のいずれか1
項に記載の光スキャナ。
4. The device according to claim 1, wherein the device is a piezoelectric actuator or an electromagnetic actuator.
The optical scanner according to the item.
【請求項5】 光を反射するための板状のミラーと、 一直線上に位置して前記ミラーの両側を支持する一対の
Y軸回転支持体と、 前記一対のY軸回転支持体が接続され、前記ミラーと平
行な面内で前記ミラーの周辺を囲う板状の中間支持部
と、 前記ミラーと平行で前記一対のY軸回転支持体を結ぶ直
線と直交する一直線上に位置して、前記中間支持部の両
側を支持する一対のX軸回転支持体と、 前記一対のX軸回転支持体が接続され、前記中間支持部
の周辺を囲う枠部と、 前記枠部に並進運動を加える装置とを備え、 前記ミラーは、前記一対のY軸回転支持体を含む、前記
ミラーと平行な面に対して表裏非対称な質量分布を有
し、 前記中間支持部は、前記一対のX軸回転支持体を結ぶ直
線に対して左右非対称な質量分布を有し、 前記装置は、前記ミラーと前記一対のY軸回転支持体と
で構成された第1の振動系の共振周波数と同一ないし近
傍の周波数で、前記一対のX軸回転支持体を結ぶ直線と
平行なX軸方向に沿って並進振動を発生する手段と、前
記第1の振動系と前記中間支持部と前記一対のX軸回転
支持体とで構成された第2の振動系の共振周波数と同一
ないし近傍の周波数で、前記ミラーと平行な面に直交す
るZ軸方向に沿って並進振動を発生する手段とを有する
ことを特徴とする光スキャナ。
5. A plate-shaped mirror for reflecting light, a pair of Y-axis rotation supports positioned on a straight line and supporting both sides of the mirror, and the pair of Y-axis rotation supports are connected. A plate-like intermediate support portion surrounding the periphery of the mirror in a plane parallel to the mirror, and positioned on a straight line parallel to the mirror and orthogonal to a straight line connecting the pair of Y-axis rotating supports, A pair of X-axis rotation supports that support both sides of the intermediate support, a pair of the X-axis rotation supports that are connected, and a frame that surrounds the periphery of the intermediate support; and a device that applies translational motion to the frame. The mirror has a mass distribution asymmetrical with respect to a plane parallel to the mirror, including the pair of Y-axis rotation supports, and the intermediate support portion includes the pair of X-axis rotation supports. The device has a mass distribution that is asymmetrical with respect to a straight line connecting the body, An X-axis direction parallel to a straight line connecting the pair of X-axis rotation supports at a frequency equal to or close to the resonance frequency of the first vibration system including the mirror and the pair of Y-axis rotation supports. Means for generating translational vibration along the axis, and a frequency equal to or close to a resonance frequency of a second vibration system constituted by the first vibration system, the intermediate support portion, and the pair of X-axis rotation supports. Means for generating translational vibration along a Z-axis direction orthogonal to a plane parallel to the mirror.
【請求項6】 光を反射するための板状のミラーと、 一直線上に位置して前記ミラーの両側を支持する一対の
Y軸回転支持体と、 前記一対のY軸回転支持体が接続され、前記ミラーと平
行な面内で前記ミラーの周辺を囲う板状の中間支持部
と、 前記ミラーと平行で前記一対のY軸回転支持体を結ぶ直
線と直交する一直線上に位置して、前記中間支持部の両
側を支持する一対のX軸回転支持体と、 前記一対のX軸回転支持体が接続され、前記中間支持部
の周辺を囲う枠部と、 前記枠部に並進運動を加える装置とを備え、 前記ミラーは、前記一対のY軸回転支持体を含む、前記
ミラーと平行な面に対して表裏非対称な質量分布を有
し、 前記中間支持部は、前記一対のX軸回転支持体を含む、
前記中間支持部と平行な面に対して表裏非対称な質量分
布を有し、 前記装置は、前記ミラーと前記一対のY軸回転支持体と
で構成された第1の振動系の共振周波数と同一ないし近
傍の周波数で、前記一対のX軸回転支持体を結ぶ直線と
平行なX軸方向に沿って並進振動を発生する手段と、前
記第1の振動系と前記中間支持部と前記一対のX軸回転
支持体とで構成された第2の振動系の共振周波数と同一
ないし近傍の周波数で、前記一対のY軸回転支持体を結
ぶ直線と平行なY軸方向に沿って並進振動を発生する手
段とを有することを特徴とする光スキャナ。
6. A plate-like mirror for reflecting light, a pair of Y-axis rotation supports positioned on a straight line and supporting both sides of the mirror, and the pair of Y-axis rotation supports are connected. A plate-like intermediate support portion surrounding the periphery of the mirror in a plane parallel to the mirror, and positioned on a straight line parallel to the mirror and orthogonal to a straight line connecting the pair of Y-axis rotating supports, A pair of X-axis rotation supports that support both sides of the intermediate support, a pair of the X-axis rotation supports that are connected, and a frame that surrounds the periphery of the intermediate support; and a device that applies translational motion to the frame. The mirror has a mass distribution asymmetrical with respect to a plane parallel to the mirror, including the pair of Y-axis rotation supports, and the intermediate support portion includes the pair of X-axis rotation supports. Including the body,
The apparatus has a mass distribution that is asymmetrical with respect to a plane parallel to the intermediate support, and the apparatus has the same resonance frequency as a first vibration system configured by the mirror and the pair of Y-axis rotating supports. Means for generating translational vibration at a frequency near or along an X-axis direction parallel to a straight line connecting the pair of X-axis rotary supports, the first vibration system, the intermediate support portion, and the pair of X-axes. A translational vibration is generated along a Y-axis direction parallel to a straight line connecting the pair of Y-axis rotation supports at a frequency equal to or close to the resonance frequency of the second vibration system including the shaft rotation support. And an optical scanner.
【請求項7】 光を反射するための板状のミラーと、 一直線上に位置して前記ミラーの両側を支持する一対の
Y軸回転支持体と、 前記一対のY軸回転支持体が接続され、前記ミラーと平
行な面内で前記ミラーの周辺を囲う板状の中間支持部
と、 前記一対のY軸回転支持体を結ぶ直線と平行に位置して
前記中間支持部の片側を支持する片持ち梁である一対の
X軸回転支持体と、 前記一対のX軸回転支持体が接続され、前記中間支持部
の周辺を囲う枠部と、 前記枠部に並進運動を加える装置とを備え、 前記ミラーは、前記一対のY軸回転支持体を含む、前記
ミラーと平行な面に対して表裏非対称な質量分布を有
し、 前記装置は、前記ミラーと前記一対のY軸回転支持体と
で構成された第1の振動系の共振周波数と同一ないし近
傍の周波数で、前記ミラーと平行で前記一対のY軸回転
支持体を結ぶ直線と直交するX軸方向に沿って並進振動
を発生する手段と、前記第1の振動系と前記中間支持部
と前記一対のX軸回転支持体とで構成された第2の振動
系の共振周波数と同一ないし近傍の周波数で、前記ミラ
ーと平行な面に直交するZ軸方向に沿って並進振動を発
生する手段とを有することを特徴とする光スキャナ。
7. A plate-shaped mirror for reflecting light, a pair of Y-axis rotation supports positioned on a straight line and supporting both sides of the mirror, and the pair of Y-axis rotation supports are connected. A plate-shaped intermediate supporting portion surrounding the periphery of the mirror in a plane parallel to the mirror; and a piece supporting one side of the intermediate supporting portion positioned parallel to a straight line connecting the pair of Y-axis rotating supports. A pair of X-axis rotating supports that are held beams, a pair of the X-axis rotating supports connected to each other, and a frame that surrounds the periphery of the intermediate support; and a device that applies translational motion to the frame. The mirror has a mass distribution that is asymmetrical with respect to a plane parallel to the mirror, including the pair of Y-axis rotation supports, and the apparatus includes a mirror and the pair of Y-axis rotation supports. At a frequency equal to or near the resonance frequency of the first vibration system configured, Means for generating translational vibration along an X-axis direction parallel to the mirror and orthogonal to a straight line connecting the pair of Y-axis rotation supports, the first vibration system, the intermediate support, and the pair of X-axes Means for generating translational vibration along the Z-axis direction orthogonal to a plane parallel to the mirror at a frequency equal to or close to the resonance frequency of the second vibration system constituted by the rotating support. An optical scanner characterized by:
【請求項8】 光を反射するための板状のミラーと、 一直線上に位置して前記ミラーの両側を支持する一対の
Y軸回転支持体と、 前記一対のY軸回転支持体が接続され、前記ミラーと平
行な面内で前記ミラーの周辺を囲う板状の中間支持部
と、 前記一対のY軸回転支持体を結ぶ直線と平行に位置して
前記中間支持部の片側を支持する片持ち梁である一対の
X軸回転支持体と、 前記一対のX軸回転支持体が接続され、前記中間支持部
の周辺を囲う枠部と、 前記枠部に並進運動を加える装置とを備え、 前記ミラーは、前記一対のY軸回転支持体を含む、前記
ミラーと平行な面に対して表裏非対称な質量分布を有
し、 前記中間支持部は、前記一対のX軸回転支持体を含む、
前記中間支持部と平行な面に対して表裏非対称な質量分
布を有し、 前記装置は、前記ミラーと前記一対のY軸回転支持体と
で構成された第1の振動系の共振周波数と同一ないし近
傍の周波数で、前記ミラーと平行で前記一対のY軸回転
支持体を結ぶ直線と直交するX軸方向に沿って並進振動
を発生する手段と、前記第1の振動系と前記中間支持部
と前記一対のX軸回転支持体とで構成された第2の振動
系の共振周波数と同一ないし近傍の周波数で、前記一対
のY軸回転支持体を結ぶ直線と平行なY軸方向に沿って
並進振動を発生する手段とを有することを特徴とする光
スキャナ。
8. A plate-shaped mirror for reflecting light, a pair of Y-axis rotation supports positioned on a straight line and supporting both sides of the mirror, and the pair of Y-axis rotation supports are connected. A plate-shaped intermediate supporting portion surrounding the periphery of the mirror in a plane parallel to the mirror; and a piece supporting one side of the intermediate supporting portion positioned parallel to a straight line connecting the pair of Y-axis rotating supports. A pair of X-axis rotating supports that are held beams, a pair of the X-axis rotating supports connected to each other, and a frame that surrounds the periphery of the intermediate support; and a device that applies translational motion to the frame. The mirror has a mass distribution that is asymmetrical with respect to a plane parallel to the mirror, including the pair of Y-axis rotation supports, and the intermediate support includes the pair of X-axis rotation supports.
The apparatus has a mass distribution that is asymmetrical with respect to a plane parallel to the intermediate support, and the apparatus has the same resonance frequency as a first vibration system configured by the mirror and the pair of Y-axis rotating supports. Means for generating translational vibration at an approximate frequency along an X-axis direction parallel to the mirror and orthogonal to a straight line connecting the pair of Y-axis rotating supports, the first vibration system and the intermediate support portion; At a frequency that is the same as or near the resonance frequency of the second vibration system constituted by the pair of X-axis rotation supports and the Y-axis direction parallel to a straight line connecting the pair of Y-axis rotation supports. Means for generating translational vibration.
【請求項9】 前記X軸方向に沿って並進振動を発生す
る手段と前記Z軸方向に沿って並進振動を発生する手段
はそれぞれ、圧電アクチュエータあるいは電磁アクチュ
エータからなり、該圧電アクチュエータあるいは電磁ア
クチュエータの駆動信号は、周期的電気信号を発生させ
て、その周期的電気信号の振幅及び位相を調整したもの
である請求項5または7に記載の光スキャナ。
9. The means for generating translational vibration along the X-axis direction and the means for generating translational vibration along the Z-axis direction each comprise a piezoelectric actuator or an electromagnetic actuator. 8. The optical scanner according to claim 5, wherein the drive signal is a signal generated by generating a periodic electric signal and adjusting the amplitude and phase of the periodic electric signal.
【請求項10】 前記X軸方向に沿って並進振動を発生
する手段と前記Y軸方向に沿って並進振動を発生する手
段はそれぞれ、圧電アクチュエータあるいは電磁アクチ
ュエータからなり、該圧電アクチュエータあるいは電磁
アクチュエータの駆動信号は、周期的電気信号を発生さ
せて、その周期的電気信号の振幅及び位相を調整したも
のである請求項6または8に記載の光スキャナ。
10. The means for generating translational vibration along the X-axis direction and the means for generating translational vibration along the Y-axis direction are each composed of a piezoelectric actuator or an electromagnetic actuator. 9. The optical scanner according to claim 6, wherein the drive signal generates a periodic electric signal and adjusts the amplitude and phase of the periodic electric signal.
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