JP3381196B2 - 光スキャナ - Google Patents
光スキャナInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光スキャナに関する。
具体的には、レーザビームプリンタやバーコードスキャ
ナ等において光ビームを走査させるために用いられる光
スキャナに関する。
具体的には、レーザビームプリンタやバーコードスキャ
ナ等において光ビームを走査させるために用いられる光
スキャナに関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザビームプリンタに用いられている
従来の光スキャナの概略図を図７に示す。これはポリゴ
ンミラー５１を用いた光スキャナ（ポリゴンスキャナ）
であって、正多角形状をしたポリゴンミラー５１の外周
各面にはミラー面５１ａが形成されており、ポリゴンミ
ラー５１はサーボモータ５２によって一定角速度で回転
している。そして、半導体レーザ装置５６から出射され
たレーザビームβは光学系５３を通過した後、ポリゴン
ミラー５１のミラー面５１ａに照射される。ミラー面５
１ａで反射されたレーザビームβは、中間光学系５４を
透過し、例えば感光ドラム５７の表面に照射される。こ
こで、ポリゴンミラー５１が一定角速度で回転している
と、レーザビームβを反射させているミラー面５１ａの
角度が変化するので、ポリゴンミラー５１で反射された
レーザビームβの出射方向が変化し、レーザビームβが
例えば感光ドラム５７の表面を走査される。
従来の光スキャナの概略図を図７に示す。これはポリゴ
ンミラー５１を用いた光スキャナ（ポリゴンスキャナ）
であって、正多角形状をしたポリゴンミラー５１の外周
各面にはミラー面５１ａが形成されており、ポリゴンミ
ラー５１はサーボモータ５２によって一定角速度で回転
している。そして、半導体レーザ装置５６から出射され
たレーザビームβは光学系５３を通過した後、ポリゴン
ミラー５１のミラー面５１ａに照射される。ミラー面５
１ａで反射されたレーザビームβは、中間光学系５４を
透過し、例えば感光ドラム５７の表面に照射される。こ
こで、ポリゴンミラー５１が一定角速度で回転している
と、レーザビームβを反射させているミラー面５１ａの
角度が変化するので、ポリゴンミラー５１で反射された
レーザビームβの出射方向が変化し、レーザビームβが
例えば感光ドラム５７の表面を走査される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなポリゴンスキャナにあっては、ポリゴンミラーやモ
ータ等を用いているために嵩張り、小型化してコンパク
トな光スキャナを製作するのが困難であった。また、コ
ストも高くつくという欠点があった。
うなポリゴンスキャナにあっては、ポリゴンミラーやモ
ータ等を用いているために嵩張り、小型化してコンパク
トな光スキャナを製作するのが困難であった。また、コ
ストも高くつくという欠点があった。
【０００４】さらに、ポリゴンスキャナは走査方向が１
方向に限られ、１台のポリゴンスキャナでは２方向の
（言い換えると、２次元の）光走査は不可能であった。
加えて、レーザビームの走査角はポリゴンミラーのミラ
ー面数で決まり、走査角を変化させることはできなかっ
た。
方向に限られ、１台のポリゴンスキャナでは２方向の
（言い換えると、２次元の）光走査は不可能であった。
加えて、レーザビームの走査角はポリゴンミラーのミラ
ー面数で決まり、走査角を変化させることはできなかっ
た。
【０００５】このため出願人は、本発明に先立ち、プレ
ート状の振動子を圧電素子で駆動して振動子の弾性変形
部を共振させ、これによって被駆動部を回動させ、レー
ザビームを被駆動部のミラー面で反射させてレーザビー
ムを少なくとも１方向に走査させるようにした共振型光
スキャナ（図２参照）を提案し、特許出願している。
ート状の振動子を圧電素子で駆動して振動子の弾性変形
部を共振させ、これによって被駆動部を回動させ、レー
ザビームを被駆動部のミラー面で反射させてレーザビー
ムを少なくとも１方向に走査させるようにした共振型光
スキャナ（図２参照）を提案し、特許出願している。
【０００６】この光スキャナは構造が簡単であるため、
小型で安価に製作でき、さらに、２方向への光走査（２
次元光走査）も可能で、レーザビームの走査角も変化さ
せることができるといった多くの特徴を有している。ま
た、約２０度くらいの走査角（図２におけるθT，θB）
が得られている。
小型で安価に製作でき、さらに、２方向への光走査（２
次元光走査）も可能で、レーザビームの走査角も変化さ
せることができるといった多くの特徴を有している。ま
た、約２０度くらいの走査角（図２におけるθT，θB）
が得られている。
【０００７】しかし、この共振型光スキャナにおいて、
より大きな走査角を得ようとすれば、振動子の回転振動
中の空気の粘性抵抗によって回転振幅が抑制され、その
結果３０度以上の大きな走査角を得ることは困難であっ
た。また、空気の粘性抵抗に打ち勝つだけの強さで振動
子を駆動する必要があるため、圧電素子の加振量を大き
くしなければならず、圧電素子へ大きな駆動電圧を印加
しなければならなかった。
より大きな走査角を得ようとすれば、振動子の回転振動
中の空気の粘性抵抗によって回転振幅が抑制され、その
結果３０度以上の大きな走査角を得ることは困難であっ
た。また、空気の粘性抵抗に打ち勝つだけの強さで振動
子を駆動する必要があるため、圧電素子の加振量を大き
くしなければならず、圧電素子へ大きな駆動電圧を印加
しなければならなかった。
【０００８】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、共振型光ス
キャナによる光ビームの走査角を拡大し、また、駆動電
圧を低電圧化することにある。
れたものであり、その目的とするところは、共振型光ス
キャナによる光ビームの走査角を拡大し、また、駆動電
圧を低電圧化することにある。
【０００９】
【発明を解決するための手段】本発明の光スキャナは、
駆動源から与えられた微小振動が入力される振動入力部
と、軸心の回りに、あるいは軸心に沿って変形する弾性
変形モードを有し、前記振動入力部から入力された振動
によって共振振動する弾性変形部と、前記弾性変形部が
伝える共振振動に連動して前記弾性変形モードのうち少
なくとも一方のモードで回動する被駆動部とを備え、前
記被駆動部に設けられたミラーで反射される光ビームを
走査させるようにした光スキャナにおいて、前記被駆動
部を前記弾性変形モードの少なくとも一方の回転軸に対
してアンバランスな形状に形成して当該回転軸から外れ
た部分に慣性モーメント発生部を形成し、当該慣性モー
メント発生部に開口を設けたことを特徴としている。
駆動源から与えられた微小振動が入力される振動入力部
と、軸心の回りに、あるいは軸心に沿って変形する弾性
変形モードを有し、前記振動入力部から入力された振動
によって共振振動する弾性変形部と、前記弾性変形部が
伝える共振振動に連動して前記弾性変形モードのうち少
なくとも一方のモードで回動する被駆動部とを備え、前
記被駆動部に設けられたミラーで反射される光ビームを
走査させるようにした光スキャナにおいて、前記被駆動
部を前記弾性変形モードの少なくとも一方の回転軸に対
してアンバランスな形状に形成して当該回転軸から外れ
た部分に慣性モーメント発生部を形成し、当該慣性モー
メント発生部に開口を設けたことを特徴としている。
【００１０】また、本発明の別な光スキャナは、駆動源
から与えられた微小振動が入力される振動入力部と、
軸心の回りに、あるいは軸心に沿って変形する弾性変形
モードを有し、前記振動入力部から入力された振動によ
って共振振動する弾性変形部と、前記弾性変形部が伝え
る共振振動に連動して前記弾性変形モードのうち少なく
とも一方のモードで回動する被駆動部とを備え、前記被
駆動部に設けられた発光部から出射される光ビームを走
査させるようにした光スキャナにおいて、前記被駆動部
を前記弾性変形モードの少なくとも一方の回転軸に対し
てアンバランスな形状に形成して当該回転軸から外れた
部分に慣性モーメント発生部を形成し、当該慣性モーメ
ント発生部に開口を設けたことを特徴としている。
から与えられた微小振動が入力される振動入力部と、
軸心の回りに、あるいは軸心に沿って変形する弾性変形
モードを有し、前記振動入力部から入力された振動によ
って共振振動する弾性変形部と、前記弾性変形部が伝え
る共振振動に連動して前記弾性変形モードのうち少なく
とも一方のモードで回動する被駆動部とを備え、前記被
駆動部に設けられた発光部から出射される光ビームを走
査させるようにした光スキャナにおいて、前記被駆動部
を前記弾性変形モードの少なくとも一方の回転軸に対し
てアンバランスな形状に形成して当該回転軸から外れた
部分に慣性モーメント発生部を形成し、当該慣性モーメ
ント発生部に開口を設けたことを特徴としている。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】本発明にあっては、被駆動部を弾性変形モ
ードの少なくとも一方の回転軸に対してアンバランスな
形状に形成して当該回転軸から外れた部分に慣性モーメ
ント発生部を形成し、当該慣性モーメント発生部に開口
を設けているので、振動子が受ける流体粘性抵抗を小さ
くすることができ、振動子の回転振幅が流体の粘性抵抗
によって抑制されにくくなり、光スキャナの回転角が大
きくなる。従って、光スキャナで反射される光ビーム、
あるいは光スキャナから出射される光ビームの走査角を
拡大することができる。
ードの少なくとも一方の回転軸に対してアンバランスな
形状に形成して当該回転軸から外れた部分に慣性モーメ
ント発生部を形成し、当該慣性モーメント発生部に開口
を設けているので、振動子が受ける流体粘性抵抗を小さ
くすることができ、振動子の回転振幅が流体の粘性抵抗
によって抑制されにくくなり、光スキャナの回転角が大
きくなる。従って、光スキャナで反射される光ビーム、
あるいは光スキャナから出射される光ビームの走査角を
拡大することができる。
【００１５】また、同じ走査角を得るために必要な駆動
源の加振量が小さくて済むので、駆動源への印加電圧を
低くすることができ、光スキャナの駆動電源の低電圧
化、低消費電力化を可能にできる。
源の加振量が小さくて済むので、駆動源への印加電圧を
低くすることができ、光スキャナの駆動電源の低電圧
化、低消費電力化を可能にできる。
【００１６】
【実施例】図１（ａ）（ｂ）及び図２は本発明の一実施
例による光スキャナであって、図１（ａ）（ｂ）はケー
スに納められた光スキャナを示す平面図及び正面図、図
２は光スキャナの主要部の詳細を示す斜視図である。
例による光スキャナであって、図１（ａ）（ｂ）はケー
スに納められた光スキャナを示す平面図及び正面図、図
２は光スキャナの主要部の詳細を示す斜視図である。
【００１７】この光スキャナ１の主要部は、プレート状
の振動子６と、振動子６に高周波振動（例えば、数１０
０Hz）を印加するための圧電素子７とから構成されてい
る。振動子６は、図２に示すような形状をしており、長
い細幅の弾性変形部２の下端に、圧電素子７から振動を
印加させるための振動入力部５が一体に設けられ、弾性
変形部２の上端に、光ビームαを反射してスキャンさせ
るためのスキャン部（被駆動部）３が一体に設けられて
いる。ここで、弾性変形部２は、図３（ａ）に示すよう
に、軸心Ｐの回りにねじれ変形するねじれ変形モード
と、図３（ｂ）に示すように軸心Ｐに沿って曲げ変形す
る曲げ変形モードが可能になっており、ねじれ変形モー
ドの弾性振動についてはｆTの共振周波数を有し、曲げ
変形モードの弾性振動についてはｆBの共振周波数を有
している。スキャン部３は、弾性変形部２の軸心Ｐに関
してアンバランスな形状に形成されており、弾性変形部
２の軸心Ｐから離れた部分に慣性モーメント発生部３ｗ
が形成されている。したがって、スキャン部３の重心
は、弾性変形部２の軸心Ｐから外れた位置にあり、さら
に、弾性変形部２の上端よりも上方に位置している。ま
た、スキャン部３には、光ビームαを反射させるための
ミラー面４が形成されている。振動入力部５は、圧電素
子７に接合されて圧電素子７に固定されており、スキャ
ン部３は弾性変形部２によってフリーに支持されてい
る。
の振動子６と、振動子６に高周波振動（例えば、数１０
０Hz）を印加するための圧電素子７とから構成されてい
る。振動子６は、図２に示すような形状をしており、長
い細幅の弾性変形部２の下端に、圧電素子７から振動を
印加させるための振動入力部５が一体に設けられ、弾性
変形部２の上端に、光ビームαを反射してスキャンさせ
るためのスキャン部（被駆動部）３が一体に設けられて
いる。ここで、弾性変形部２は、図３（ａ）に示すよう
に、軸心Ｐの回りにねじれ変形するねじれ変形モード
と、図３（ｂ）に示すように軸心Ｐに沿って曲げ変形す
る曲げ変形モードが可能になっており、ねじれ変形モー
ドの弾性振動についてはｆTの共振周波数を有し、曲げ
変形モードの弾性振動についてはｆBの共振周波数を有
している。スキャン部３は、弾性変形部２の軸心Ｐに関
してアンバランスな形状に形成されており、弾性変形部
２の軸心Ｐから離れた部分に慣性モーメント発生部３ｗ
が形成されている。したがって、スキャン部３の重心
は、弾性変形部２の軸心Ｐから外れた位置にあり、さら
に、弾性変形部２の上端よりも上方に位置している。ま
た、スキャン部３には、光ビームαを反射させるための
ミラー面４が形成されている。振動入力部５は、圧電素
子７に接合されて圧電素子７に固定されており、スキャ
ン部３は弾性変形部２によってフリーに支持されてい
る。
【００１８】さらに、この光スキャナ１の主要部（振動
子６及び圧電素子７）は、図１に示すように、気密型の
ケース８内に納められており、ケース８内は真空に保た
れている。
子６及び圧電素子７）は、図１に示すように、気密型の
ケース８内に納められており、ケース８内は真空に保た
れている。
【００１９】光スキャナ１は、上述のように構成されて
いるので、駆動回路によって圧電素子７をある周波数で
振動させ、この振動を振動入力部５に加えて図２のＸ方
向に往復振動させると、スキャン部３に慣性力が作用
し、この慣性力によって弾性変形部２は、慣性力の加わ
った方向に弾性変形して振動する。例えば、弾性変形部
２のばね剛性や慣性モーメント等から決まるねじれ変形
モードの共振周波数ｆTと等しい駆動周波数ｆで圧電素
子７を振動させ、この振動を振動入力部５に加振させる
と、弾性変形部２が当該ねじれ変形モードで共振し、図
３（ａ）に示すようにスキャン部３がＰ軸の回りに回動
角θTで回動する。また、弾性変形部２の曲げ変形モー
ドの共振周波数ｆBと等しい駆動周波数ｆで圧電素子７
を振動させ、この振動を振動入力部５に加振させると、
弾性変形部２が当該曲げ変形モードで共振し、図３
（ｂ）に示すようにスキャン部３がＱ軸の回りに回動角
θBで回動する。さらに、ねじれ変形モードの共振周波
数ｆTの振動と曲げ変形モードの共振周波数ｆBの振動を
重畳した信号を圧電素子７に印加して圧電素子７を振動
させると、弾性変形部２がねじれ変形モード及び曲げ変
形モードで共振し、スキャン部３がＰ軸及びＱ軸の回り
に回動し、スキャン部３で反射された光ビームは２方向
に走査される。
いるので、駆動回路によって圧電素子７をある周波数で
振動させ、この振動を振動入力部５に加えて図２のＸ方
向に往復振動させると、スキャン部３に慣性力が作用
し、この慣性力によって弾性変形部２は、慣性力の加わ
った方向に弾性変形して振動する。例えば、弾性変形部
２のばね剛性や慣性モーメント等から決まるねじれ変形
モードの共振周波数ｆTと等しい駆動周波数ｆで圧電素
子７を振動させ、この振動を振動入力部５に加振させる
と、弾性変形部２が当該ねじれ変形モードで共振し、図
３（ａ）に示すようにスキャン部３がＰ軸の回りに回動
角θTで回動する。また、弾性変形部２の曲げ変形モー
ドの共振周波数ｆBと等しい駆動周波数ｆで圧電素子７
を振動させ、この振動を振動入力部５に加振させると、
弾性変形部２が当該曲げ変形モードで共振し、図３
（ｂ）に示すようにスキャン部３がＱ軸の回りに回動角
θBで回動する。さらに、ねじれ変形モードの共振周波
数ｆTの振動と曲げ変形モードの共振周波数ｆBの振動を
重畳した信号を圧電素子７に印加して圧電素子７を振動
させると、弾性変形部２がねじれ変形モード及び曲げ変
形モードで共振し、スキャン部３がＰ軸及びＱ軸の回り
に回動し、スキャン部３で反射された光ビームは２方向
に走査される。
【００２０】従って、例えばレーザ共振器等から出射さ
れた光ビームαをスキャン部３のミラー面４に入射させ
ていると、ミラー面４で反射された光ビームαは、スキ
ャン部３のθTもしくはθBの回転によって２θTもしく
は２θBの走査角で走査される。なお、ケース８は全体
もしくは一部が透明となっており、図１（ａ）（ｂ）に
示すようにケース８の透明部分を通して外部からスキャ
ン部３のミラー面４に光ビームαを入射させ、ケース８
の透明部分を通してミラー面４で反射された光ビームα
を外部へ出射させられるようになっている。これ以外の
点、例えばケース８の大きさや材質、密閉の方法等につ
いては特に限定されるものではない。
れた光ビームαをスキャン部３のミラー面４に入射させ
ていると、ミラー面４で反射された光ビームαは、スキ
ャン部３のθTもしくはθBの回転によって２θTもしく
は２θBの走査角で走査される。なお、ケース８は全体
もしくは一部が透明となっており、図１（ａ）（ｂ）に
示すようにケース８の透明部分を通して外部からスキャ
ン部３のミラー面４に光ビームαを入射させ、ケース８
の透明部分を通してミラー面４で反射された光ビームα
を外部へ出射させられるようになっている。これ以外の
点、例えばケース８の大きさや材質、密閉の方法等につ
いては特に限定されるものではない。
【００２１】また、駆動回路から圧電素子７に印加する
駆動電圧を調整して圧電素子７の加振量（振幅）Ｘを変
えることにより、スキャン部３の回動角θT，θBを変化
させることができ、これによってスキャン部３で反射さ
れる光ビームαの走査角２θT，２θBを制御することが
できる。すなわち、圧電素子７に印加する駆動電圧を高
くして圧電素子７からの加振量Ｘを大きくすれば、スキ
ャン部３の回動角θT，θB及び光ビームαの走査角２θ
T，２θBを大きくすることができる。
駆動電圧を調整して圧電素子７の加振量（振幅）Ｘを変
えることにより、スキャン部３の回動角θT，θBを変化
させることができ、これによってスキャン部３で反射さ
れる光ビームαの走査角２θT，２θBを制御することが
できる。すなわち、圧電素子７に印加する駆動電圧を高
くして圧電素子７からの加振量Ｘを大きくすれば、スキ
ャン部３の回動角θT，θB及び光ビームαの走査角２θ
T，２θBを大きくすることができる。
【００２２】しかしながら、この振動子６及び圧電素子
７が粘性流体中（例えば、空気中）にあると、振動子６
が共振してスキャン部３が回動する時に周囲の空気等の
粘性流体によって粘性抵抗を受け、このため約２０度程
度の走査角しか得ることができなかった。
７が粘性流体中（例えば、空気中）にあると、振動子６
が共振してスキャン部３が回動する時に周囲の空気等の
粘性流体によって粘性抵抗を受け、このため約２０度程
度の走査角しか得ることができなかった。
【００２３】すなわち、断面積Ａの物体が流体密度ρの
粘性流体中を速度Ｖで横切るとき、当該物体が受ける粘
性抵抗Ｄは、抗力係数をＣとして、 Ｄ＝（1/2）ＣρＶ2・Ａ で表わされるから、スキャン部３（慣性モーメント発生
部４を含む）の面素をｄＡとし、スキャン部３の角速度
をωとし、スキャン部３の回転軸ＰまたはＱから面素ｄ
Ａまでの距離をｒとすると、スキャン部３には、次の数
式１で表わされる粘性抵抗Ｄが働く。
粘性流体中を速度Ｖで横切るとき、当該物体が受ける粘
性抵抗Ｄは、抗力係数をＣとして、 Ｄ＝（1/2）ＣρＶ2・Ａ で表わされるから、スキャン部３（慣性モーメント発生
部４を含む）の面素をｄＡとし、スキャン部３の角速度
をωとし、スキャン部３の回転軸ＰまたはＱから面素ｄ
Ａまでの距離をｒとすると、スキャン部３には、次の数
式１で表わされる粘性抵抗Ｄが働く。
【００２４】
【数１】
【００２５】この粘性抵抗によってスキャン部３の回転
が抑制される結果、空気中に置かれた光スキャナでは大
きな走査角２θT，２θBを得ることができなかった。こ
の粘性抵抗Ｄを小さくするためには、まず、抗力係数Ｃ
を小さくすることが考えられるが、抗力係数Ｃは薄板状
の物体であれば、１.１〜１.５程度でほぼ一定であり、
抗力係数Ｃを小さくする方法は効果がない。また、スキ
ャン部３の回転速度（角速度ω）を小さくする方法もあ
るが、光スキャナにおいては高速の走査速度の要求が強
いため、回転速度を小さくすることは現実的でなく、ユ
ーザニーズに反する。
が抑制される結果、空気中に置かれた光スキャナでは大
きな走査角２θT，２θBを得ることができなかった。こ
の粘性抵抗Ｄを小さくするためには、まず、抗力係数Ｃ
を小さくすることが考えられるが、抗力係数Ｃは薄板状
の物体であれば、１.１〜１.５程度でほぼ一定であり、
抗力係数Ｃを小さくする方法は効果がない。また、スキ
ャン部３の回転速度（角速度ω）を小さくする方法もあ
るが、光スキャナにおいては高速の走査速度の要求が強
いため、回転速度を小さくすることは現実的でなく、ユ
ーザニーズに反する。
【００２６】これに対し、本実施例の光スキャナ１で
は、振動子６及び圧電素子７を真空中に納めているの
で、流体密度ρがほぼ０となり、上記式で表わされる
粘性抵抗Ｄもほぼ０となる。従って、光スキャナ１のス
キャン部３は、粘性抵抗Ｄによって抑制されることなく
回動し、大きな角度で回動することができ、広い走査角
２θT，２θBを得ることができる。図４は、大気中と真
空中において、圧電素子７からの加振量Ｘを変化させ、
そのときの光スキャナ１による光ビームαの走査角２θ
T，２θBを測定した結果を示す図である。図４におい
て、θT(ATM)は大気中において光スキャナ１をねじれ変
形モードで駆動した場合の走査角を示し、θB(ATM)は大
気中において光スキャナ１を曲げ変形モードで駆動した
場合の走査角を示し、θT(VAC)は真空中（約１mmHg＝１
Torr）において光スキャナ１をねじれ変形モードで駆動
した場合の走査角を示し、θT(VAC)は真空中において光
スキャナ１をねじれ変形モードで駆動した場合の走査角
を示しており、真空中においては大気中の約１０倍の走
査角が得られており、粘性抵抗Ｄを除去した効果が顕著
に表われている。また、粘性抵抗Ｄがなくなったことに
より、同じ走査角で光ビームαを走査させる場合であれ
ば、圧電素子７からの加振量Ｘを小さくすることがで
き、駆動電源の電圧を低電圧化及び低消費電力化するこ
とができる。
は、振動子６及び圧電素子７を真空中に納めているの
で、流体密度ρがほぼ０となり、上記式で表わされる
粘性抵抗Ｄもほぼ０となる。従って、光スキャナ１のス
キャン部３は、粘性抵抗Ｄによって抑制されることなく
回動し、大きな角度で回動することができ、広い走査角
２θT，２θBを得ることができる。図４は、大気中と真
空中において、圧電素子７からの加振量Ｘを変化させ、
そのときの光スキャナ１による光ビームαの走査角２θ
T，２θBを測定した結果を示す図である。図４におい
て、θT(ATM)は大気中において光スキャナ１をねじれ変
形モードで駆動した場合の走査角を示し、θB(ATM)は大
気中において光スキャナ１を曲げ変形モードで駆動した
場合の走査角を示し、θT(VAC)は真空中（約１mmHg＝１
Torr）において光スキャナ１をねじれ変形モードで駆動
した場合の走査角を示し、θT(VAC)は真空中において光
スキャナ１をねじれ変形モードで駆動した場合の走査角
を示しており、真空中においては大気中の約１０倍の走
査角が得られており、粘性抵抗Ｄを除去した効果が顕著
に表われている。また、粘性抵抗Ｄがなくなったことに
より、同じ走査角で光ビームαを走査させる場合であれ
ば、圧電素子７からの加振量Ｘを小さくすることがで
き、駆動電源の電圧を低電圧化及び低消費電力化するこ
とができる。
【００２７】図５は本発明の別な実施例における光スキ
ャナ１１を示す斜視図である。この光スキャナ１１にお
いては、振動子６の慣性モーメント発生部３ｗに粘性流
体（空気等）を逃がすための孔１２を開口している。慣
性モーメント発生部３ｗは回転軸（Ｐ軸，Ｑ軸）からの
距離ｒが大きいので、スキャン部３がＰ軸もしくはＱ軸
の回りに回動する時、慣性モーメント発生部３ｗから
式の粘性抵抗Ｄへの寄与は大きい。この粘性抵抗Ｄへの
寄与の大きな部分を開口しているので、式で表わされ
る粘性抵抗Ｄを孔１２の開口面積に比べて大幅に低減さ
せることができ、スキャン部３の回動角θT，θBを大き
くすることができる。従って、スキャン部３で反射され
る光ビームαの走査角２θT，２θBを大きくすることが
できる。簡単にいえば、大きな粘性抵抗Ｄを受ける部分
に孔１２を開口して粘性流体を逃がすようにしたので、
スキャン部３の回動角θT，θBを大きくすることができ
る。
ャナ１１を示す斜視図である。この光スキャナ１１にお
いては、振動子６の慣性モーメント発生部３ｗに粘性流
体（空気等）を逃がすための孔１２を開口している。慣
性モーメント発生部３ｗは回転軸（Ｐ軸，Ｑ軸）からの
距離ｒが大きいので、スキャン部３がＰ軸もしくはＱ軸
の回りに回動する時、慣性モーメント発生部３ｗから
式の粘性抵抗Ｄへの寄与は大きい。この粘性抵抗Ｄへの
寄与の大きな部分を開口しているので、式で表わされ
る粘性抵抗Ｄを孔１２の開口面積に比べて大幅に低減さ
せることができ、スキャン部３の回動角θT，θBを大き
くすることができる。従って、スキャン部３で反射され
る光ビームαの走査角２θT，２θBを大きくすることが
できる。簡単にいえば、大きな粘性抵抗Ｄを受ける部分
に孔１２を開口して粘性流体を逃がすようにしたので、
スキャン部３の回動角θT，θBを大きくすることができ
る。
【００２８】なお、慣性モーメント発生部３ｗに孔１２
を開口すると、弾性変形部２に加わる慣性モーメントが
小さくなるが、この対策としては図５に示すように慣性
モーメント発生部３ｗの縁に重り１３を取り付けたり、
振動子６の厚みを厚くしたり、比重の大きな材料で振動
子６を形成したりするとよい。これにより、孔１２を開
口する前と変らない慣性モーメントを保持させることが
でき、光スキャナ１１の小型形状、走査速度等の性能や
特徴を維持することができる。また、流体を逃がすため
の孔１２の形状、大きさなどについては図示例に限定さ
れるものでなく、孔１２の開口の仕方についても限定さ
れない。
を開口すると、弾性変形部２に加わる慣性モーメントが
小さくなるが、この対策としては図５に示すように慣性
モーメント発生部３ｗの縁に重り１３を取り付けたり、
振動子６の厚みを厚くしたり、比重の大きな材料で振動
子６を形成したりするとよい。これにより、孔１２を開
口する前と変らない慣性モーメントを保持させることが
でき、光スキャナ１１の小型形状、走査速度等の性能や
特徴を維持することができる。また、流体を逃がすため
の孔１２の形状、大きさなどについては図示例に限定さ
れるものでなく、孔１２の開口の仕方についても限定さ
れない。
【００２９】また、光スキャナは光ビームを２方向に走
査できるものに限らず、１方向にのみ走査できる１軸型
のものでもよい。１軸型の光スキャナの一例を図６に示
す。これはＰ軸の回りにおけるねじれ変形モードの弾性
振動のみが可能な１軸型の光スキャナ２１であって、光
ビームαを１方向にのみ走査させることができる。すな
わち、圧電素子７に接続された振動入力部５から支持腕
２２が延出されており、振動入力部５から延出された弾
性変形部２と支持腕２２の先端部から延出された弾性変
形部２とによってスキャン部３が両持ち状に支持されて
いる。また、スキャン部３の先端部分は幅広の慣性モー
メント発生部３ｗとなっている。しかして、光ビームの
走査角を大きくするため、この光スキャナ２１を内部が
真空となった気密型のケース内に納めてもよい。あるい
は、慣性モーメント発生部３ｗに流体を逃がすための孔
を開口してもよい。
査できるものに限らず、１方向にのみ走査できる１軸型
のものでもよい。１軸型の光スキャナの一例を図６に示
す。これはＰ軸の回りにおけるねじれ変形モードの弾性
振動のみが可能な１軸型の光スキャナ２１であって、光
ビームαを１方向にのみ走査させることができる。すな
わち、圧電素子７に接続された振動入力部５から支持腕
２２が延出されており、振動入力部５から延出された弾
性変形部２と支持腕２２の先端部から延出された弾性変
形部２とによってスキャン部３が両持ち状に支持されて
いる。また、スキャン部３の先端部分は幅広の慣性モー
メント発生部３ｗとなっている。しかして、光ビームの
走査角を大きくするため、この光スキャナ２１を内部が
真空となった気密型のケース内に納めてもよい。あるい
は、慣性モーメント発生部３ｗに流体を逃がすための孔
を開口してもよい。
【００３０】なお、本発明の光スキャナは、上記実施例
に限定されるものでなく、本発明の技術思想を逸脱しな
い範囲において種々の設計変更が可能である。例えば、
上記実施例ではスキャン部の表面そのものがミラー面と
なっていたが、ミラー面を形成された別なミラー板をス
キャン部の表面に接着させても差し支えない。また、図
示しないが、スキャン部のミラー面で光ビームを反射さ
せるのでなく、スキャン部の上に発光素子を取り付けた
り、スキャン部に発光素子を組み込んだりし、スキャン
部の発光素子から出射された光ビームをスキャン部の回
転によって走査させるようにしてもよい。
に限定されるものでなく、本発明の技術思想を逸脱しな
い範囲において種々の設計変更が可能である。例えば、
上記実施例ではスキャン部の表面そのものがミラー面と
なっていたが、ミラー面を形成された別なミラー板をス
キャン部の表面に接着させても差し支えない。また、図
示しないが、スキャン部のミラー面で光ビームを反射さ
せるのでなく、スキャン部の上に発光素子を取り付けた
り、スキャン部に発光素子を組み込んだりし、スキャン
部の発光素子から出射された光ビームをスキャン部の回
転によって走査させるようにしてもよい。
【００３１】また、本発明に用いられる振動子の形状、
材質、加工方法等も限定されるものではない。例えば、
上述のような構造の振動子に限らず、例えば日本機械学
会第６９期全国大会講演会講演論文集（Vol.Ｃ）５８８
頁に掲載されているような静電型シリコンねじり振動子
を用いて光スキャナを構成する場合にも本発明を実施す
ることができる。
材質、加工方法等も限定されるものではない。例えば、
上述のような構造の振動子に限らず、例えば日本機械学
会第６９期全国大会講演会講演論文集（Vol.Ｃ）５８８
頁に掲載されているような静電型シリコンねじり振動子
を用いて光スキャナを構成する場合にも本発明を実施す
ることができる。
【００３２】さらに、振動子を励振させるための駆動源
の種類も圧電素子に限らず、また、その特性、大きさ、
構造、振動子への接合方法なども特に限定されるもので
はない。
の種類も圧電素子に限らず、また、その特性、大きさ、
構造、振動子への接合方法なども特に限定されるもので
はない。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、振動子の回転振幅が流
体の粘性抵抗によって抑制されにくくなるので、光スキ
ャナの回転角が大きくなり、光スキャナで反射される
光、あるいは光スキャナから出射される光の走査角を拡
大することができる。従って、小型ながら走査角の大き
な光スキャナを製作することができる。
体の粘性抵抗によって抑制されにくくなるので、光スキ
ャナの回転角が大きくなり、光スキャナで反射される
光、あるいは光スキャナから出射される光の走査角を拡
大することができる。従って、小型ながら走査角の大き
な光スキャナを製作することができる。
【００３４】また、同じ走査角を得るために必要な加振
量は少なくてよくなるので、駆動源への印加電圧を低く
することができ、光スキャナの駆動電源を低電圧化、低
消費電力化することができる。
量は少なくてよくなるので、駆動源への印加電圧を低く
することができ、光スキャナの駆動電源を低電圧化、低
消費電力化することができる。
【図１】図１（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例であっ
て、気密型のケースに納めた光スキャナを示す一部破断
した平面図および一部破断した正面図である。
て、気密型のケースに納めた光スキャナを示す一部破断
した平面図および一部破断した正面図である。
【図２】同上の光スキャナの主要部を示す斜視図であ
る。
る。
【図３】（ａ）（ｂ）は同上の振動子のねじれ変形モー
ドを示す斜視図、（ｂ）は同上の振動子の曲げ変形モー
ドを示す斜視図である。
ドを示す斜視図、（ｂ）は同上の振動子の曲げ変形モー
ドを示す斜視図である。
【図４】大気中における光スキャナの走査角と真空中に
おける光スキャナの走査角とを比較して示す図である。
おける光スキャナの走査角とを比較して示す図である。
【図５】本発明の別な実施例による光スキャナを示す斜
視図である。
視図である。
【図６】本発明のさらに別な実施例による光スキャナを
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図７】従来例を示す斜視図である。
２ 弾性変形部
３ スキャン部（被駆動部）
４ ミラー面
５ 振動入力部
６ 振動子
７ 圧電素子
８ ケース
１２ 流体を逃がす孔
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭63−225216（ＪＰ，Ａ)
実開 昭64−30530（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】 駆動源から与えられた微小振動が入力さ
れる振動入力部と、 軸心の回りに、あるいは軸心に沿って変形する弾性変形
モードを有し、前記振動入力部から入力された振動によ
って共振振動する弾性変形部と、 前記弾性変形部が伝える共振振動に連動して前記弾性変
形モードのうち少なくとも一方のモードで回動する被駆
動部とを備え、 前記被駆動部に設けられたミラーで反射される光ビーム
を走査させるようにした光スキャナにおいて、前記被駆動部を前記弾性変形モードの少なくとも一方の
回転軸に対してアンバランスな形状に形成して当該回転
軸から外れた部分に慣性モーメント発生部を形成し、当
該慣性モーメント発生部に開口を設けた ことを特徴とす
る光スキャナ。 - 【請求項２】 駆動源から与えられた微小振動が入力さ
れる振動入力部と、 軸心の回りに、あるいは軸心に沿って変形する弾性変形
モードを有し、前記振動入力部から入力された振動によ
って共振振動する弾性変形部と、 前記弾性変形部が伝える共振振動に連動して前記弾性変
形モードのうち少なくとも一方のモードで回動する被駆
動部とを備え、 前記被駆動部に設けられた発光部から出射される光ビー
ムを走査させるようにした光スキャナにおいて、前記被駆動部を前記弾性変形モードの少なくとも一方の
回転軸に対してアンバランスな形状に形成して当該回転
軸から外れた部分に慣性モーメント発生部を形成し、当
該慣性モーメント発生部に開口を設けた ことを特徴とす
る光スキャナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34187991A JP3381196B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 光スキャナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34187991A JP3381196B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 光スキャナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05153338A JPH05153338A (ja) | 1993-06-18 |
| JP3381196B2 true JP3381196B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=18349459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34187991A Expired - Fee Related JP3381196B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 光スキャナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3381196B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005024722A (ja) | 2003-06-30 | 2005-01-27 | Ricoh Co Ltd | 振動ミラー、光走査装置および画像形成装置 |
| JP5868226B2 (ja) * | 2012-03-12 | 2016-02-24 | 住友重機械工業株式会社 | ガルバノスキャナ |
| DE102016201439A1 (de) * | 2016-02-01 | 2017-08-03 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Gehäuse zur Aufnahme einer schwingenden Vorrichtung, Scanvorrichtung, Mikroskop und Verfahren |
-
1991
- 1991-11-29 JP JP34187991A patent/JP3381196B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05153338A (ja) | 1993-06-18 |
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091220 Year of fee payment: 7 |
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