JP3518099B2 - Optical scanner device - Google Patents
Optical scanner deviceInfo
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- drive
- piezoelectric
- driving
- elastically deformable
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- Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、バーコードリー
ダ，レーザプリンタ，レーザレーダ等において、光源か
ら出力された所定の光を反射して所定対象物に照射する
と共に、その照射光を１次元又は２次元方向に走査する
のに使用される光スキャナ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bar code reader, a laser printer, a laser radar, etc., which reflects a predetermined light output from a light source and irradiates it on a predetermined object, and the irradiation light is one-dimensionally or The present invention relates to an optical scanner device used for scanning in a two-dimensional direction.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、この種の光スキャナ装置とし
て、例えば特開平４−９５９１６号公報に開示されてい
るように、所定軸回りに捩れ変形可能な振動子を備え、
その捩れ軸の軸芯から離れた所定位置にミラーを形成し
て、振動子を積層型圧電素子を用いて共振させることに
より、ミラーからの反射光を１次元方向に走査するよう
にしたもの、或は、例えば特表平４−５０５９６９号公
報に開示されているように、片持ち梁状に一端が固定さ
れた４個の圧電バイモルフを備え、この４個の圧電バイ
モルフを共振させて、その相対運動によりミラーを振動
させることにより、ミラーからの反射光を２次元的に走
査するようにしたものが知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as an optical scanner device of this type, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-95916, a vibrator capable of being twisted and deformed about a predetermined axis is provided.
A mirror is formed at a predetermined position away from the axis of the twist axis, and a resonator is caused to resonate using a laminated piezoelectric element so that light reflected from the mirror is scanned in a one-dimensional direction. Alternatively, as disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 4-505969, there are provided four piezoelectric bimorphs whose one end is fixed in a cantilever shape, and these four piezoelectric bimorphs are resonated and It is known that the light reflected from the mirror is scanned two-dimensionally by vibrating the mirror by relative movement.
【０００３】これら各装置は、ミラーを振動系の支持部
材にて支持し、これを圧電素子を利用して共振させるこ
とにより、対象物への照射光を１次元又は２次元方向に
走査するものであることから、光走査のために一般に用
いられるポリゴンミラーの機能を、低価格でしかも小型
に実現することができる。In each of these devices, a mirror is supported by a supporting member of a vibration system, and a piezoelectric element is used to resonate the mirror so as to scan the irradiation light on an object in one-dimensional or two-dimensional directions. Therefore, the function of the polygon mirror generally used for optical scanning can be realized at low cost and in a small size.
【０００４】またこのように、ミラーを支持する振動系
の共振を利用して光走査を行うには、その駆動源である
圧電素子の駆動信号を、その振動系の共振周波数に正確
に一致させる必要があり、駆動信号の電圧についても、
所望の走査角度が得られる大きさに設定する必要があ
る。As described above, in order to perform optical scanning by utilizing the resonance of the vibration system that supports the mirror, the drive signal of the piezoelectric element, which is the drive source, is made to exactly match the resonance frequency of the vibration system. It is necessary, as for the voltage of the drive signal,
It is necessary to set the size so that a desired scanning angle can be obtained.
【０００５】そこで、上記従来の光スキャナ装置では、
振動系の共振周波数と実際に光走査を行うべき走査角度
とに基づき、駆動信号の周波数及び振幅を予め設定して
おき、使用時には、この設定した周波数及び振幅の駆動
信号にて圧電素子を駆動することにより、所望の光走査
を行えるようにしていた。Therefore, in the above conventional optical scanner device,
The frequency and amplitude of the drive signal are set in advance based on the resonance frequency of the vibration system and the scanning angle at which optical scanning should actually be performed, and when in use, the piezoelectric element is driven by the drive signal of the set frequency and amplitude. By doing so, the desired optical scanning can be performed.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところが、こうした振
動系の共振周波数ｆｃは、その慣性モーメントｍとバネ
定数Ｋとから、次式のように決定され、
ｆｃ＝（１／２π）・（Ｋ／ｍ）1/2
走査角度の大きさは、振動系を構成する材料の物質粘性
と、振動時の空気抵抗等によるダンピング係数で決定さ
れる。そして、本来、これらの物性値は、気温，気圧等
の周囲の環境によって変化する。However, the resonance frequency fc of such a vibration system is determined from the moment of inertia m and the spring constant K as follows: fc = (1 / 2π). (K / m) The size of 1/2 scanning angle is determined by the material viscosity of the material forming the vibration system and the damping coefficient due to the air resistance during vibration. Originally, these physical property values change depending on the surrounding environment such as temperature and atmospheric pressure.
【０００７】このため、従来のように、駆動信号を、光
スキャナ装置の振動系の特性に応じて正確に設定してお
いても、光スキャナ装置の使用環境が変化すると、振動
系を共振させることができず、走査角度が小さくなって
しまうとか、ダンピング係数の変化等によって、走査角
度が変化してしまう、といった問題があった。Therefore, even if the drive signal is accurately set according to the characteristics of the vibration system of the optical scanner device as in the conventional case, the vibration system is resonated when the use environment of the optical scanner device changes. However, there is a problem in that the scanning angle becomes small and the scanning angle changes due to a change in the damping coefficient or the like.
【０００８】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
のであり、ミラーを振動系で支持し、これを圧電素子を
用いて共振させる、共振型の光スキャナ装置において、
その振動系を、使用環境に影響されることなく常に共振
周波数にて駆動でき、しかも、常に安定した走査角度が
得られるようにすることを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and provides a resonance type optical scanner device in which a mirror is supported by a vibration system and is resonated by using a piezoelectric element.
It is an object of the present invention to always be able to drive the vibration system at the resonance frequency without being affected by the use environment and to always obtain a stable scanning angle.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１に記載の光スキャナ装置では、弾性変形
部材を、曲げ運動可能な一対の駆動手段の自由端を連結
する連結部材と、同じく曲げ運動可能な一対の検出手段
の自由端を連結する連結部材とに連結することにより、
駆動手段及び検出手段にて弾性変形部材を支持してい
る。このため、例えば、各駆動手段に任意の周波数の駆
動信号を入力して、各駆動手段を互いに逆方向に曲げ運
動させると、その曲げ運動により連結部材が変形して、
弾性変形部材が所定軸回りに捩れ振動し、弾性変形部材
に形成されたミラー部が、その捩れ振動に対応した所定
の走査方向に光を走査することになる。そして、このと
き、弾性変形部材の捩れ振動は、連結部材を介して一対
の検出手段にも伝達されることから、各検出手段は、そ
の伝達された振動に応じて曲げ運動し、その変形量、延
いては、捩れ振動の大きさ及び周波数に対応した検出信
号を出力する。In order to achieve the above object, in the optical scanner device according to the first aspect of the present invention, the elastically deformable member is a connecting member for connecting the free ends of a pair of driving means capable of bending movement. , By similarly connecting to a connecting member that connects the free ends of a pair of detecting means capable of bending motion,
The elastically deformable member is supported by the driving means and the detecting means. Therefore, for example, when a drive signal of an arbitrary frequency is input to each drive means and each drive means is bent in the opposite direction, the bending motion deforms the connecting member,
The elastically deformable member twists and vibrates about a predetermined axis, and the mirror portion formed on the elastically deformable member scans light in a predetermined scanning direction corresponding to the torsional vibration. At this time, since the torsional vibration of the elastically deformable member is also transmitted to the pair of detecting means via the connecting member, each detecting means makes a bending motion according to the transmitted vibration, and its deformation amount. Then, the detection signal corresponding to the magnitude and frequency of the torsional vibration is output.
【００１０】一方、各検出手段からの検出信号は制御手
段に入力される。そして、制御手段内では、検出信号
が、自励発振回路からなる駆動信号生成手段により信号
処理されて、弾性変形部材を自身の共振周波数にて捩り
振動させるための駆動信号に変換され、制御手段は、そ
の駆動信号に応じて駆動手段を駆動する。つまり、制御
手段は、自励発振回路からなる駆動信号生成手段にて各
駆動手段の駆動信号を生成することにより、弾性変形部
材を自己の共振周波数にて振動させる。On the other hand, the detection signal from each detection means is input to the control means. Then, in the control means, the detection signal is subjected to signal processing by the drive signal generation means composed of the self-excited oscillation circuit and converted into a drive signal for causing the elastically deformable member to torsionally vibrate at its own resonance frequency. Drives the drive means in accordance with the drive signal. That is, the control means causes the elastically deformable member to vibrate at its own resonance frequency by generating the drive signal of each drive means by the drive signal generation means including a self-excited oscillation circuit.
【００１１】従って、本発明によれば、駆動手段を駆動
する駆動信号の初期値が弾性変形部材の共振周波数から
ずれていても、駆動信号を弾性変形部材の共振周波数に
追従させることができる。このため、温度や圧力等の使
用環境が変化して、弾性変形部材の共振周波数が変化し
ても、駆動手段を、弾性変形部材の共振周波数にて曲げ
運動させることができ、弾性変形部材を、その共振周波
数にて捩れ振動させて、その振幅（換言すれば走査角
度）を大きくすることができる。Therefore, according to the present invention, even if the initial value of the drive signal for driving the drive means deviates from the resonance frequency of the elastically deformable member, the drive signal can follow the resonance frequency of the elastically deformable member. Therefore, even if the use environment such as temperature and pressure changes and the resonance frequency of the elastic deformation member changes, the driving means can be bent at the resonance frequency of the elastic deformation member, and the elastic deformation member can be moved. It is possible to increase the amplitude (in other words, the scanning angle) by causing torsional vibration at the resonance frequency.
【００１２】なお、弾性変形部材としては、駆動手段側
の連結部材の周期的な変形により１軸回りに捩れ振動す
るものであれば、１次元の光スキャナ装置を構成できる
が、請求項２に記載のように、２軸回りに捩れ振動可能
に構成すれば、２次元の光スキャナ装置を構成できる。
そしてこの場合、弾性変形部材は、各軸毎に共振周波数
を有することになるが、検出信号には、各軸回りの振動
成分が含まれることから、上記のように駆動信号生成手
段を自励発振回路にて構成すれば、駆動手段をこれら各
共振周波数を合成した駆動信号にて駆動できるため、こ
うした２次元光スキャナ装置であっても、弾性変形部材
をその共振周波数にて駆動することができる。As the elastically deformable member, a one-dimensional optical scanner device can be constructed as long as the elastically deformable member can be torsionally oscillated about one axis by periodic deformation of the connecting member on the driving means side. As described above, a two-dimensional optical scanner device can be configured if it is configured to be capable of torsional vibration about two axes.
In this case, the elastic deformation member has a resonance frequency for each axis, but since the detection signal includes a vibration component around each axis, the drive signal generating means is self-excited as described above. Since the drive means can be driven by the drive signal obtained by synthesizing the respective resonance frequencies by configuring the oscillator circuit, even in such a two-dimensional optical scanner device, the elastic deformation member can be driven at the resonance frequency. it can.
【００１３】またこのように２軸回りに捩れ振動可能な
弾性変形部材を用いて２次元光スキャナ装置を構成する
場合、請求項３に記載のように、制御手段において、信
号分離手段により、各検出手段からの検出信号から、弾
性変形部材の各軸回りの共振周波数に対応した検出信号
を取り出し、一対の駆動信号生成手段により、その取り
出した各検出信号を信号処理して、各軸回りの共振周波
数に対応した駆動信号を生成し、加算手段にて、その生
成した各駆動信号を加算することにより、駆動手段を実
際に駆動するための駆動信号を生成するようにしてもよ
い。Further, when the two-dimensional optical scanner device is constructed by using the elastically deformable member which can be twisted and vibrated about the two axes as described above, the control means in the control means may cause the signal separation means to separate From the detection signal from the detection means, a detection signal corresponding to the resonance frequency around each axis of the elastically deformable member is extracted, and the pair of drive signal generation means performs signal processing on each of the extracted detection signals to generate a signal around each axis. It is also possible to generate a drive signal corresponding to the resonance frequency and add the generated drive signals by the addition means to generate a drive signal for actually driving the drive means.
【００１４】そして、この場合には、信号分離手段によ
り、弾性変形部材の各軸回りの共振周波数に対応した検
出信号を取り出すことから、他の振動成分を除去するこ
とができ、駆動信号にノイズが重畳されることなく、弾
性変形部材を各軸回りの共振周波数にてより正確に振動
させることができる。In this case, since the detection signal corresponding to the resonance frequency around each axis of the elastically deformable member is taken out by the signal separating means, other vibration components can be removed, and the drive signal is noisy. The elastically deformable member can be vibrated more accurately at the resonance frequency around each axis without overlapping.
【００１５】またこの場合、一対の駆動信号生成手段の
内、一方の駆動信号生成手段にて生成した駆動信号を加
算回路に入力すれば、駆動手段は、その一方の駆動信号
生成手段にて生成された駆動信号（換言すれば２軸の内
の一方の軸回りの共振周波数に対応した駆動信号）のみ
にて駆動されることになり、弾性変形部材をその駆動信
号の周波数に対応した一方の軸回りにのみ振動させるこ
とができる。従って、本発明によれば、２軸回りに捩れ
振動可能な弾性変形部材を備えた２次元光スキャナ装置
において、必要に応じて、その走査方向を、２次元から
１次元方向に切り替えることも可能である。In this case, if the drive signal generated by one of the pair of drive signal generating means is input to the adder circuit, the drive means is generated by the one drive signal generating means. The elastically deformable member is driven only by the driven signal (in other words, the driving signal corresponding to the resonance frequency around one of the two axes), and the elastically deformable member is driven by the one corresponding to the frequency of the driving signal. It can be vibrated only around the axis. Therefore, according to the present invention, in the two-dimensional optical scanner device including the elastically deformable member that can be torsionally vibrated about two axes, the scanning direction can be switched from two-dimensional to one-dimensional as necessary. Is.
【００１６】ところで、駆動信号生成手段を、自励発振
回路のみにて構成した場合、駆動信号の周波数を弾性変
形部材の共振周波数に制御することはできるものの、そ
の振幅（換言すれば走査角度）を制御することはできな
い。従って、この場合、周囲環境の変化によって、振動
系の特性、特にダンピング係数が変化すると、光スキャ
ナ装置の走査角度が変化してしまうことがある。By the way, when the drive signal generating means is constituted only by the self-excited oscillation circuit, the frequency of the drive signal can be controlled to the resonance frequency of the elastically deformable member, but its amplitude (in other words, scanning angle). Cannot be controlled. Therefore, in this case, if the characteristics of the vibration system, particularly the damping coefficient, changes due to changes in the surrounding environment, the scanning angle of the optical scanner device may change.
【００１７】そこで、こうした問題を解決するには、請
求項４に記載のように、駆動信号生成手段を、自励発振
回路からなる振動周波数制御部と、弾性変形部材の振動
の振幅を所定値に制御するための第２の制御信号を生成
する振動振幅制御部と、これら各制御部にて生成された
制御信号を掛け算して駆動信号を生成する駆動信号生成
部とから構成することが望ましい。Therefore, in order to solve such a problem, as described in claim 4, the drive signal generating means, the vibration frequency control section formed of a self-excited oscillation circuit, and the vibration amplitude of the elastic deformation member are set to a predetermined value. It is preferable that the vibration amplitude control section that generates a second control signal for controlling the control signal and the drive signal generation section that generates the drive signal by multiplying the control signals generated by these control sections are desirable. .
【００１８】つまり、このようにすれば、使用環境が変
化しても、駆動信号の周波数を弾性変形部材の共振周波
数に制御できるだけでなく、駆動信号の振幅を所定値に
制御できるようになり、光スキャナ装置の走査角度を、
所定角度により確実に制御することが可能になる。That is, in this way, even if the use environment changes, not only the frequency of the drive signal can be controlled to the resonance frequency of the elastically deformable member, but also the amplitude of the drive signal can be controlled to a predetermined value. The scanning angle of the optical scanner device
It becomes possible to control reliably by a predetermined angle.
【００１９】また次に、駆動手段及び検出手段として
は、圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフにて構成できる
が、この場合、駆動手段を構成する圧電ユニモルフ又は
圧電バイモルフには、加振のための大きな電圧が印加さ
れることから、検出手段を構成する圧電ユニモルフ又は
圧電バイモルフに比べて寿命が短くなることが考えられ
る。そして、こうした問題を解決するためには、駆動手
段を構成する圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフを、検
出手段のものに比べて、耐久性の高い高価なものを使用
することも考えられるが、このようにしたのでは、駆動
手段及び検出手段の共通化を図ることができず、コスト
アップになる。Next, the driving means and the detecting means can be constituted by a piezoelectric unimorph or a piezoelectric bimorph. In this case, a large voltage for vibration is applied to the piezoelectric unimorph or the piezoelectric bimorph constituting the driving means. Since the voltage is applied, it is conceivable that the life will be shorter than that of the piezoelectric unimorph or the piezoelectric bimorph that constitutes the detecting means. Then, in order to solve such a problem, it is conceivable to use a piezoelectric unimorph or a piezoelectric bimorph that constitutes the drive means, which is expensive and has high durability as compared with that of the detection means. Therefore, it is not possible to share the driving means and the detection means, which results in an increase in cost.
【００２０】そこで、このように駆動手段及び検出手段
を圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフにて構成する場合
には、請求項５に記載のように、検出手段から制御手段
への検出信号の入力経路、及び制御手段から駆動手段へ
の駆動信号の出力経路を相互に切り替える信号経路切替
手段を設け、この信号経路切替手段による各信号経路の
切り替えによって、駆動手段及び検出手段として機能す
る圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフを変更できるよう
にすることが望ましい。Therefore, when the driving means and the detecting means are constituted by the piezoelectric unimorph or the piezoelectric bimorph, the detection signal input path from the detecting means to the control means, and A signal path switching means for switching the output path of the drive signal from the control means to the driving means is provided, and the piezoelectric unimorph or the piezoelectric bimorph functioning as the driving means and the detecting means is switched by switching each signal path by the signal path switching means. It is desirable to be able to change.
【００２１】つまり、このようにすれば、検出手段及び
駆動手段を同一形状の圧電ユニモルフ又は圧電バイモル
フにて構成しても、その内の一方のみが大きく劣化する
のを防止して、その劣化を平均化することができ、延い
ては、装置全体の耐久性を向上し且つ安価に実現でき
る、といった効果を得ることができる。In other words, in this way, even if the detecting means and the driving means are composed of the same-shaped piezoelectric unimorph or piezoelectric bimorph, only one of them is prevented from being greatly deteriorated and the deterioration thereof is prevented. It is possible to obtain an effect that the averaging can be performed, and eventually, the durability of the entire device can be improved and the device can be realized at low cost.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。
（第１実施例）図２は、第１実施例の光スキャナ装置の
スキャナ部１の全体構成を表わす概略構成図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the overall configuration of the scanner section 1 of the optical scanner device of the first embodiment.
【００２３】図２に示す如く、スキャナ部１は、薄板バ
ネ材にて形成されたプレート３と、プレート３の表面側
の中央に設置された反射ミラー５と、同じくプレート３
の表面側の四隅に配置された圧電ユニモルフ６，７，
８，９とから構成されている。ここで、プレート３は、
薄板状（厚さ０．０５mm程度）の導電性金属からなるバ
ネ材料（ベリリウム銅，バネ用ステンレス等）を、エッ
チング、放電加工等を利用して打ち抜くことにより、図
３に示すように形成されている。As shown in FIG. 2, the scanner section 1 includes a plate 3 formed of a thin leaf spring material, a reflection mirror 5 installed at the center of the surface side of the plate 3, and the plate 3 similarly.
Piezoelectric unimorphs 6, 7 arranged at the four corners on the surface side of
It is composed of 8 and 9. Here, the plate 3 is
As shown in FIG. 3, a spring material (beryllium copper, stainless steel for spring, etc.) made of a thin plate-shaped (thickness of about 0.05 mm) conductive metal is punched out by using etching, electric discharge machining or the like. ing.
【００２４】即ち、プレート３は、表面に反射ミラー５
が形成される略正方形のミラー部１１と、ミラー部１１
の対角部から上下方向に延出され、ミラー部１１の左右
幅方向の中心を通る中心軸（Ｚ軸）を中心に矩形波状に
変化する折り返し形状をした一対のバネ部１３，１５
と、バネ部１３，１５の外側端部に各々結合され、バネ
部１３，１５及びミラー部１１を囲むフレーム２０と、
前記各圧電ユニモルフ６〜９が夫々形成される圧電ユニ
モルフ構成部１６，１７，１８，１９と、これら４個の
圧電ユニモルフ構成部１６〜１９の内、プレート３の上
方及び下方で互いに対向する圧電ユニモルフ構成部１
６，１７及び１８，１９の先端を連結する連結部２１，
２３と、この連結部２１，２３とフレーム２０の上下両
端部とをミラー部１１のＺ軸上で接続する接続部２５，
２７と、圧電ユニモルフ構成部１６〜１９の上記連結部
２１，２３に接続されない側の端部をプレートの左右端
部側にて接続し、プレート３が座屈するのを防止する接
続部２８，２９とから構成されている。なお、プレート
３の全体の大きさは、１２ｍｍ×１５ｍｍ程度である。That is, the plate 3 has a reflecting mirror 5 on its surface.
A substantially square mirror portion 11 in which the
A pair of spring portions 13 and 15 which extend in the up-down direction from the diagonal portions of the above and which have a folded shape that changes into a rectangular wave shape around a central axis (Z axis) passing through the center of the mirror portion 11 in the left-right width direction.
And a frame 20 that is respectively coupled to the outer end portions of the spring portions 13 and 15 and surrounds the spring portions 13 and 15 and the mirror portion 11,
Piezoelectric unimorph constituent parts 16, 17, 18 and 19 in which the piezoelectric unimorphs 6 to 9 are respectively formed, and piezoelectric elements facing each other above and below the plate 3 among the four piezoelectric unimorph constituent parts 16 to 19. Unimorph component 1
6, 17 and 18, 19 connecting portions for connecting the tips,
23, a connecting portion 25 for connecting the connecting portions 21 and 23 and the upper and lower end portions of the frame 20 on the Z axis of the mirror portion 11,
27 and the connecting portions 28, 29 for preventing the plate 3 from buckling by connecting the end portions of the piezoelectric unimorph constituent portions 16 to 19 that are not connected to the connecting portions 21 and 23 on the left and right end portions of the plate. It consists of and. The overall size of the plate 3 is about 12 mm × 15 mm.
【００２５】また、反射ミラー５は、アルミ蒸着で高反
射コ一ティングを施したシリコン製のミラーを、ミラー
部１１に接着することにより形成され、各圧電ユニモル
フ６〜９は、圧電ユニモルフ構成部１６〜１９に板状の
圧電素子を接着することにより形成されている。The reflection mirror 5 is formed by adhering a mirror made of silicon, which is highly reflectively coated by aluminum vapor deposition, to the mirror portion 11, and each piezoelectric unimorph 6 to 9 is a piezoelectric unimorph constituent portion. It is formed by bonding a plate-shaped piezoelectric element to 16 to 19.
【００２６】そして上記４個の圧電ユニモルフ６〜９の
内、プレート３の上方で先端が連結部２１により連結さ
れる圧電ユニモルフ６，７は、連結部２１，接続部２５
を介してバネ部１３を捩り振動させる駆動手段（以下、
駆動用圧電ユニモルフという）として使用され、プレー
ト３の下方で先端が連結部２３より連結される圧電ユニ
モルフ８，９は、バネ部１５の捩り振動を、接続部２
７，連結部２３を介して検出する検出手段（以下、セン
サ用圧電ユニモルフという）として使用される。Among the above four piezoelectric unimorphs 6 to 9, the piezoelectric unimorphs 6 and 7 whose ends are connected by the connecting portion 21 above the plate 3 are the connecting portion 21 and the connecting portion 25.
Drive means for causing the spring portion 13 to torsionally vibrate via
Piezoelectric unimorphs 8 and 9 which are used as driving piezoelectric unimorphs and whose tips are connected from the connecting portion 23 below the plate 3 cause the torsional vibration of the spring portion 15 to occur.
7. Used as a detection means (hereinafter, referred to as a sensor piezoelectric unimorph) for detecting via the connecting portion 23.
【００２７】つまり、本実施例では、プレート３が導電
性金属からなるバネ材料にて形成されているため、圧電
ユニモルフ構成部１６〜１９に板状の圧電素子を接着す
れば、プレート３がこれら各圧電素子の共通電極とな
る。そして、各圧電素子の圧電ユニモルフ構成部１６〜
１９とは反対側面に電極を設けて、この電極とプレート
３との間に電圧を印加すれば、圧電素子は、その分極方
向に応じた所定方向に変位し、逆にその電極とプレート
３との間に発生した電圧を検出すれば、圧電素子の変位
量を検出できる。That is, in this embodiment, since the plate 3 is made of a spring material made of a conductive metal, if a plate-shaped piezoelectric element is bonded to the piezoelectric unimorph constituent parts 16 to 19, the plate 3 will be made of these materials. It serves as a common electrode for each piezoelectric element. Then, the piezoelectric unimorph component 16 of each piezoelectric element is
When an electrode is provided on the side opposite to 19 and a voltage is applied between this electrode and the plate 3, the piezoelectric element is displaced in a predetermined direction according to its polarization direction, and conversely, the electrode and the plate 3 are displaced. The displacement amount of the piezoelectric element can be detected by detecting the voltage generated during the period.
【００２８】そこで、本実施例では、各圧電ユニモルフ
６〜９を構成する圧電素子の両面に電極形成用の導電材
（例えば銀ペースト）を塗布し、駆動用圧電ユニモルフ
６，７及びセンサ用圧電ユニモルフ８，９を夫々構成す
る一対の圧電素子６ａ，７ａ及び８ａ，９ａの分極方向
が、図４（ａ）に矢印で示す如く、圧電ユニモルフ構成
部１６〜１９に対して直交し且つ互いに逆向きとなるよ
うに、各圧電素子６ａ〜９ａを圧電ユニモルフ構成部１
６〜１９に接着し、更に、図４（ａ）に示す如く、各圧
電素子６ａ〜９ａの圧電ユニモルフ構成部１６〜１９と
は反対側面の外側端部に電極３６，３７，３８，３９を
設け、この電極３６〜３９を設けた各圧電ユニモルフ６
〜９の外側端部を所定の固定部材３２にて固定するよう
にしている。Therefore, in this embodiment, a conductive material (for example, silver paste) for forming electrodes is applied to both surfaces of the piezoelectric element constituting each of the piezoelectric unimorphs 6 to 9, and the driving piezoelectric unimorphs 6 and 7 and the sensor piezoelectric material. The polarization directions of the pair of piezoelectric elements 6a, 7a and 8a, 9a constituting the unimorphs 8 and 9 are orthogonal to the piezoelectric unimorph constituent parts 16 to 19 and opposite to each other, as shown by the arrows in FIG. The respective piezoelectric elements 6a to 9a are arranged so that they face each other.
6 to 19, and further, as shown in FIG. 4 (a), electrodes 36, 37, 38, 39 are provided on the outer ends of the piezoelectric elements 6a to 9a opposite to the piezoelectric unimorph constituent parts 16 to 19. Each piezoelectric unimorph 6 provided with the electrodes 36 to 39
The outer ends of 9 to 9 are fixed by a predetermined fixing member 32.
【００２９】この結果、本実施例のスキャナ部１におい
て、各圧電ユニモルフ６〜９は、固定部材３２にて固定
された一端部を中心に曲げ運動可能な片持ち梁となり、
図４（ｂ）に示す如く、駆動用圧電ユニモルフ６，７の
電極３６，３７と共通電極となるプレート３との間に駆
動電圧を印加すれば、図に矢印で示すように、駆動用圧
電ユニモルフ６，７を、その外側の固定端を中心に互い
に逆方向に変位させて、Ｚ軸回りにトルクを発生させる
ことができる。As a result, in the scanner section 1 of the present embodiment, each piezoelectric unimorph 6-9 becomes a cantilever which can be bent around one end fixed by the fixing member 32.
As shown in FIG. 4B, if a driving voltage is applied between the electrodes 36 and 37 of the driving piezoelectric unimorphs 6 and 7 and the plate 3 serving as the common electrode, as shown by the arrow in the figure, the driving piezoelectric unimorphs are formed. It is possible to displace the unimorphs 6 and 7 in directions opposite to each other around the outer fixed end thereof, and generate torque around the Z axis.
【００３０】従って、駆動用圧電ユニモルフ６，７に印
加する駆動電圧を交流（正弦波）にすれば、連結部２１
のＺ軸回りに振動トルクを発生させて、接続部２５，バ
ネ部１３，ミラー部１１，バネ部１５，接続部２７から
なる振動系（弾性変形部材に相当する）をＺ軸を中心に
捩り振動させ、その捩り振動により反射ミラー５を１次
元方向に走査することができ、その駆動電圧の周波数
を、振動系の共振周波数（例えば７００Ｈｚ程度）にす
れば、振動系が共振して、反射ミラー５を大きく変位さ
せ、スキャナ部１による走査角度を大きくすることがで
きる。Therefore, if the driving voltage applied to the driving piezoelectric unimorphs 6 and 7 is AC (sine wave), the connecting portion 21
A vibrating torque is generated around the Z axis to twist a vibration system (corresponding to an elastically deformable member) composed of the connecting portion 25, the spring portion 13, the mirror portion 11, the spring portion 15, and the connecting portion 27 about the Z axis. The reflection mirror 5 can be made to oscillate, and the torsional vibration can scan the reflection mirror 5 in a one-dimensional direction. If the frequency of the driving voltage is set to the resonance frequency of the vibration system (for example, about 700 Hz), the vibration system resonates to cause reflection. The mirror 5 can be largely displaced to increase the scanning angle of the scanner unit 1.
【００３１】またこのように駆動用圧電ユニモルフ６，
７を駆動して、振動系を振動させた場合、その振動は、
連結部２３を介して、センサ用圧電ユニモルフ８，９に
伝達され、センサ用圧電ユニモルフ８，９は、振動系の
振動周波数及び振幅に応じて曲げ運動し、その変位量に
比例した電圧を発生する。従って、このセンサ用圧電ユ
ニモルフ８，９の電極３８，３９とプレート３との間に
発生した電圧を検出すれば、振動系の振動周波数及び振
幅（延いては走査角度）を、リアルタイムで知ることが
できる。Further, as described above, the driving piezoelectric unimorph 6,
When 7 is driven to vibrate the vibration system, the vibration is
It is transmitted to the sensor piezoelectric unimorphs 8 and 9 via the connecting portion 23, and the sensor piezoelectric unimorphs 8 and 9 bend and move in accordance with the vibration frequency and amplitude of the vibration system, and generate a voltage proportional to the displacement amount. To do. Therefore, if the voltage generated between the electrodes 38 and 39 of the piezoelectric unimorphs 8 and 9 for the sensor and the plate 3 is detected, the vibration frequency and amplitude (and thus the scanning angle) of the vibration system can be known in real time. You can
【００３２】次に図１は、上記のように構成されたスキ
ャナ部１を駆動して、反射ミラー５からの反射光を１次
元方向に走査させる、本実施例の光スキャナ装置の駆動
回路４０（本発明の制御手段に相当）の構成を表わす。
図１に示す如く、センサ用圧電ユニモルフ８，９からの
検出信号（交流電圧）は、共通の信号線４１にて合成さ
れて駆動回路４０まで導かれる。そして、駆動回路４０
内では、その合成された検出信号が２系統に分岐され
る。Next, FIG. 1 drives the scanner unit 1 configured as described above to scan the reflected light from the reflection mirror 5 in a one-dimensional direction. The configuration (corresponding to the control means of the present invention) is shown.
As shown in FIG. 1, the detection signals (AC voltage) from the sensor piezoelectric unimorphs 8 and 9 are combined by a common signal line 41 and guided to the drive circuit 40. Then, the drive circuit 40
Inside, the combined detection signal is branched into two systems.
【００３３】この分岐された検出信号の内、一方は、増
幅器４３，整流回路４４，及び平滑回路４５を通過する
ことにより、スキャナ部１の振動波形の振幅に応じた直
流電圧に変換される。そして、この直流電圧は、差動増
幅器４６に入力され、差動増幅器４６において、基準電
圧発生源４７から出力される基準電圧との差分に応じた
直流電圧に変換される。One of the branched detection signals passes through the amplifier 43, the rectifying circuit 44, and the smoothing circuit 45 to be converted into a DC voltage corresponding to the amplitude of the vibration waveform of the scanner section 1. Then, this DC voltage is input to the differential amplifier 46, and is converted in the differential amplifier 46 into a DC voltage according to the difference from the reference voltage output from the reference voltage generation source 47.
【００３４】また上記分岐された検出信号のもう一方
は、増幅器４９，位相シフタ５０，ローパスフィルタ５
１，及び増幅器５２を通過することにより、高調波成分
が除去されて一次モードの振動成分のみからなり、しか
も当該駆動回路４０によりスキャナ部１の実際の振動と
位相同期した振動信号に変換される。The other one of the branched detection signals is the amplifier 49, the phase shifter 50, and the low-pass filter 5.
1 and the amplifier 52, the harmonic component is removed and only the vibration component of the first mode is formed, and the driving circuit 40 converts the harmonic component into a vibration signal that is in phase synchronization with the actual vibration of the scanner unit 1. .
【００３５】そして、この振動信号と差動増幅器４６か
らの出力信号（直流電圧）とは、掛け算器５４に入力さ
れて、これら各信号の積に対応した信号（交流）に変換
される。またこの信号は、更に、増幅器５５を介して、
変圧器５６に入力され、変圧器５６において駆動用圧電
ユニモルフ６，７を駆動可能な電圧（６０Ｖp-p 程度）
にまで昇圧される。そして、この昇圧された電圧信号
（交流）は、信号線５７を介して、駆動用圧電ユニモル
フ６，７にまで導かれ、駆動信号として、各圧電ユニモ
ルフ６，７に印加される。The vibration signal and the output signal (DC voltage) from the differential amplifier 46 are input to the multiplier 54 and converted into a signal (AC) corresponding to the product of these signals. Further, this signal is further passed through the amplifier 55,
Voltage input to the transformer 56 and capable of driving the driving piezoelectric unimorphs 6 and 7 in the transformer 56 (about 60 Vp-p)
Boosted to. Then, the boosted voltage signal (AC) is guided to the driving piezoelectric unimorphs 6 and 7 through the signal line 57, and is applied to each piezoelectric unimorph 6 and 7 as a driving signal.
【００３６】ここで、増幅器４９，位相シフタ５０，ロ
ーパスフィルタ５１及び増幅器５２は、前述の振動周波
数制御部としての自励発振回路を構成するものであり、
位相シフタ５０は、センサ用圧電ユニモルフ８，９から
駆動回路４０を介して駆動用圧電ユニモルフ６，７に至
る駆動系全体の信号の位相関係を最適化するため使用さ
れ、ローパスフィルタ５１は、スキャナ部１の振動系の
１次の振動モードの周波数成分のみ通過させるのに使用
される。Here, the amplifier 49, the phase shifter 50, the low-pass filter 51 and the amplifier 52 constitute a self-excited oscillation circuit as the above-mentioned oscillation frequency control section,
The phase shifter 50 is used to optimize the phase relationship of the signals of the entire drive system from the sensor unimorphs 8 and 9 to the drive piezoelectric unimorphs 6 and 7 via the drive circuit 40. The low-pass filter 51 is a scanner. It is used to pass only the frequency component of the primary vibration mode of the vibration system of the part 1.
【００３７】つまり、この回路構成により、センサ用圧
電ユニモルフ８，９からの検出信号は、位相シフタ５
０，ローパスフィルタ５１を通過することにより、駆動
用圧電ユニモルフ６，７に正帰還されることになり、ス
キャナ部１の振動系は、自己の共振周波数にて振動する
ことになる。That is, with this circuit configuration, the detection signals from the sensor piezoelectric unimorphs 8 and 9 are transmitted to the phase shifter 5
By passing 0, the low-pass filter 51, positive feedback is provided to the driving piezoelectric unimorphs 6 and 7, and the vibration system of the scanner unit 1 vibrates at its own resonance frequency.
【００３８】また、増幅器４３，整流回路４４，平滑回
路４５，差動増幅器４６，及び基準電圧発生源４７は、
前述の振動振幅制御部としての閉ループ比例制御回路を
構成しており、検出信号の振幅，延いてはスキャナ部１
の走査角度を、基準電圧に対応した所定角度に制御する
ための制御信号を発生する。そして、この信号は、駆動
信号生成部としての掛け算器５４にて、上記自励発振回
路からの出力と掛け算され、変圧器５６を介して駆動用
圧電ユニモルフ６，７の駆動信号として出力されること
から、スキャナ部１は、自己の共振周波数にて振動する
と共に、その走査角度は所定角度に規定されることにな
る。The amplifier 43, the rectifying circuit 44, the smoothing circuit 45, the differential amplifier 46, and the reference voltage generating source 47 are
It constitutes a closed-loop proportional control circuit as the above-mentioned vibration amplitude control unit, and detects the amplitude of the detection signal and eventually the scanner unit 1.
A control signal for controlling the scanning angle of 1 to a predetermined angle corresponding to the reference voltage is generated. Then, this signal is multiplied by the output from the self-excited oscillation circuit in a multiplier 54 as a drive signal generation unit, and output as a drive signal for the driving piezoelectric unimorphs 6 and 7 via a transformer 56. Therefore, the scanner unit 1 vibrates at its own resonance frequency, and its scanning angle is regulated to a predetermined angle.
【００３９】従って、本実施例によれば、使用環境（温
度，圧力等）の変化によってスキャナ部１の振動系の共
振周波数が変化したとしても、駆動用圧電ユニモルフ
６，７に印加する駆動信号をその振動系の共振周波数に
追従させて、スキャナ部１の走査角度を大きくすること
ができると共に、その走査角度を常に所定角度に制御す
ることが可能になる。Therefore, according to the present embodiment, even if the resonance frequency of the vibration system of the scanner unit 1 changes due to changes in the operating environment (temperature, pressure, etc.), the drive signal applied to the drive piezoelectric unimorphs 6, 7. Can be made to follow the resonance frequency of the vibration system, and the scanning angle of the scanner unit 1 can be increased, and the scanning angle can always be controlled to a predetermined angle.
【００４０】そして、図１に示す如く、信号線４１に端
子Ｔ１を接続し、この端子Ｔ１からセンサ用圧電ユニモ
ルフ８，９からの検出信号を取り出すようにすれば、ス
キャナ部１の振動状態，延いては反射ミラー５の走査位
置をモニタでき、例えば、本実施例の光スキャナ装置を
バーコードリーダに用いる場合には、バーコード読取時
のデコードタイミングの検出等に利用できる。Then, as shown in FIG. 1, the terminal T1 is connected to the signal line 41, and the detection signals from the sensor piezoelectric unimorphs 8 and 9 are taken out from this terminal T1. By extension, the scanning position of the reflection mirror 5 can be monitored. For example, when the optical scanner device of this embodiment is used as a bar code reader, it can be used for detecting the decode timing at the time of reading the bar code.
【００４１】以上、本発明の第１実施例として、反射ミ
ラー５からの反射光を１次元方向に走査させる１次元光
スキャナ装置について説明したが、このように１次元光
スキャナ装置を構成した場合、スキャナ部１を駆動する
ためには、駆動用圧電ユニモルフ６，７に、６０Ｖp-p
程度の電圧の交流信号を印加する必要があるのに対し、
センサ用圧電ユニモルフ８，９から発生する信号は数百
ｍＶであることから、各圧電ユニモルフ６〜９にかかる
応力が、駆動用とセンサ用とで大きく異なり、その応力
が大きい駆動用圧電ユニモルフ６，７の寿命が、センサ
用圧電ユニモルフ８，９に比べて著しく短くなることが
考えられる。例えば、圧電素子６ａ〜９ａをプレート３
に接着する接着剤の耐久性を考えた場合、駆動側の接着
剤が先に寿命を迎えることが考えられる。そして、この
ように駆動用圧電ユニモルフ６，７が劣化すればスキャ
ナ部１自体も使用できなくなってしまう。Although the one-dimensional optical scanner device for scanning the reflected light from the reflection mirror 5 in the one-dimensional direction has been described as the first embodiment of the present invention, the case where the one-dimensional optical scanner device is configured as described above. In order to drive the scanner unit 1, the driving piezoelectric unimorphs 6 and 7 have 60Vp-p.
While it is necessary to apply an AC signal with a voltage of about
Since the signals generated from the sensor piezoelectric unimorphs 8 and 9 are several hundred mV, the stress applied to each of the piezoelectric unimorphs 6 to 9 differs greatly between the driving and the sensor, and the driving piezoelectric unimorph 6 has a large stress. , 7 may be significantly shorter than the sensor piezoelectric unimorphs 8 and 9. For example, the piezoelectric elements 6a to 9a are attached to the plate 3
Considering the durability of the adhesive that adheres to, it is conceivable that the drive-side adhesive will reach its end of life first. If the driving piezoelectric unimorphs 6 and 7 deteriorate in this way, the scanner unit 1 itself cannot be used.
【００４２】そこで、スキャナ部１の長寿命化を図るた
めには、例えば図５に示す如く、検出信号入力用の信号
線４１と駆動信号出力用の信号線５７と、各圧電ユニモ
ルフ６〜９との間に、信号経路切替手段としての切り替
え器５９を設け、この切り替え器５９を操作して、駆動
用圧電ユニモルフ６，７と信号線５７との接続を信号線
４１側に切り替え、センサ用圧電ユニモルフ８，９と信
号線４１との接続を信号線５７側に切り替えるようにす
ることが望ましい。Therefore, in order to extend the life of the scanner unit 1, for example, as shown in FIG. 5, a signal line 41 for inputting a detection signal, a signal line 57 for outputting a drive signal, and the piezoelectric unimorphs 6 to 9 are provided. A switch 59 as a signal path switching means is provided between the switch and the switch, and the switch 59 is operated to switch the connection between the driving piezoelectric unimorphs 6 and 7 and the signal line 57 to the signal line 41 side, for the sensor. It is desirable to switch the connection between the piezoelectric unimorphs 8 and 9 and the signal line 41 to the signal line 57 side.
【００４３】つまり、このように構成すれば、切り替え
器５９を介して、各圧電ユニモルフ６〜９の機能を駆動
用からセンサ用或はその逆へと相互に切り替えることが
でき、その切り替えを周期的或は必要に応じて行うよう
にすれば、同一形状に形成した各圧電ユニモルフ６〜９
の寿命を略同じにすることができ、スキャナ部１の寿命
を延ばすことができる。That is, according to this structure, the functions of the piezoelectric unimorphs 6 to 9 can be mutually switched from driving to sensors or vice versa through the switch 59, and the switching is periodically performed. The piezoelectric unimorphs 6 to 9 formed in the same shape can be performed as desired or necessary.
Can be made substantially the same, and the life of the scanner unit 1 can be extended.
【００４４】また上記説明では、プレート３を、導電性
金属からなるバネ材料にて形成するものとして説明した
が、このバネ材料としては、シリコン等の半導体材料を
用いることもできる。そしてこのようにすれば、プレー
ト３上に駆動回路４０を形成することも可能になり、駆
動回路４０を含めて光スキャナ装置全体を小型化できる
ようになる。またこの場合、エッチングを利用すること
により、プレート３の大量生産を図ることができ、その
製造コストも低減できる。但し、この場合は、圧電ユニ
モルフ６〜９を形成する圧電ユニモルフ構成部１６〜１
９を、導電性の金属（例えば銀ペースト等）により被膜
して、電極を形成する必要がある。In the above description, the plate 3 is made of a spring material made of a conductive metal, but a semiconductor material such as silicon may be used as the spring material. In this way, the drive circuit 40 can be formed on the plate 3, and the entire optical scanner device including the drive circuit 40 can be downsized. Further, in this case, the plate 3 can be mass-produced and the manufacturing cost thereof can be reduced by utilizing the etching. However, in this case, the piezoelectric unimorph components 16 to 1 forming the piezoelectric unimorphs 6 to 9 are formed.
It is necessary to coat 9 with a conductive metal (for example, silver paste or the like) to form an electrode.
【００４５】また更に、上記説明では、プレート３のミ
ラー部１１に、シリコンからなる反射ミラー５を設ける
ものとして説明したが、この反射ミラー５としては、ガ
ラスや樹脂等に鏡面加工を施したものを使用してもよ
い。また、ミラー部１１自体に鏡面加工を施し、その上
に、直接、アルミ蒸着等で高反射コーティングを施すこ
とにより、反射ミラーを形成してもよい。Further, in the above description, the mirror portion 11 of the plate 3 is provided with the reflection mirror 5 made of silicon. However, the reflection mirror 5 is made of glass, resin, or the like and is mirror-finished. May be used. Alternatively, the reflection mirror may be formed by subjecting the mirror portion 11 itself to a mirror surface treatment and directly applying a high reflection coating thereto by aluminum vapor deposition or the like.
【００４６】また、上記説明では、駆動手段及び検出手
段として、プレート３の圧電ユニモルフ構成部１６〜１
９の片面に圧電素子６ａ〜９ａを接着することにより形
成される圧電ユニモルフ６〜９を用いるものとして説明
したが、これら各手段には、例えば、圧電ユニモルフ構
成部１６〜１９の両面に圧電素子を接着することにより
形成可能な圧電バイモルフを用いるようにしてもよい。
なお、この場合、各圧電素子の分極方向は、上記実施例
と同様にすればよい。In the above description, the piezoelectric unimorph components 16 to 1 of the plate 3 are used as the driving means and the detecting means.
Although the piezoelectric unimorphs 6 to 9 formed by adhering the piezoelectric elements 6a to 9a on one surface of the piezoelectric element 9 have been described, these means may be, for example, piezoelectric elements on both surfaces of the piezoelectric unimorph constituent portions 16 to 19. You may make it use the piezoelectric bimorph which can be formed by bonding.
In this case, the polarization direction of each piezoelectric element may be the same as in the above embodiment.
【００４７】（第２実施例）次に本発明の第２実施例と
して、反射光を２次元方向に操作可能な２次元光スキャ
ナ装置について説明する。図６は、第２実施例の光スキ
ャナ装置のスキャナ部６１の全体構成を表わす概略構成
図である。(Second Embodiment) Next, as a second embodiment of the present invention, a two-dimensional optical scanner device capable of manipulating reflected light in a two-dimensional direction will be described. FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing the overall configuration of the scanner unit 61 of the optical scanner device of the second embodiment.
【００４８】図６に示す如く、本実施例のスキャナ部６
１は、第１実施例のスキャナ部１と同様に、プレート６
３，反射ミラー６５、駆動用圧電ユニモルフ６６，６
７、及びセンサ用圧電ユニモルフ６８，６９とから構成
されている。そして、これら各部の製作方法も、第１実
施例のスキャナ部１と全く同様であり、中央に反射ミラ
ー６５が形成される、弾性変形部材としての振動系の形
状が異なるだけである。以下、この振動系の形状につい
て説明する。As shown in FIG. 6, the scanner unit 6 of this embodiment.
1 is a plate 6 similar to the scanner unit 1 of the first embodiment.
3, reflection mirror 65, driving piezoelectric unimorph 66, 6
7, and piezoelectric unimorphs 68 and 69 for sensors. The manufacturing method of each of these parts is exactly the same as that of the scanner part 1 of the first embodiment except that the shape of the vibrating system as the elastically deformable member in which the reflection mirror 65 is formed in the center is different. The shape of this vibration system will be described below.
【００４９】図６に示す如く、第１実施例のスキャナ部
１と同様、駆動用圧電ユニモルフ６６，６７及びセンサ
用圧電ユニモルフ６８，６９の自由端側は、プレート６
３に形成された連結部７１，７３にて夫々接続され、そ
の中心位置と第１フレーム７０ａとが接続部７５，７７
を介して接続されている。従って、接続部７５，７７
は、第１実施例の接続部２５，２７と同様、Ｚ軸回りに
捩り振動可能であり、第１フレーム７０ａも、その捩り
振動に応じてＺ軸を中心に回動する。第１フレーム７０
ａは、略正方形の枠を形成しており、この第１フレーム
７０ａの相対向する角部（左下・右上角部）からは、プ
レート６３の中心に向かって、各角部を接続するＸ軸
（プレート６３の対角線と略等しい）に沿った直線状の
１対の第１スプリング１３ａ，１５ａが延出されてい
る。またこれら各第１スプリング１３ａ，１５ａの他端
には、第２フレーム７０ｂが接続されており、第２フレ
ーム７０ｂのＸ軸と略直交するＹ軸に沿った角部（左上
・右下角部）からは、プレート６３の中心に向かって、
Ｙ軸に沿った直線状の一対の第２スプリング１３ｂ，１
５ｂが延出されている。そして、この第２スプリング１
３ｂ，１５ｂの他端には、反射ミラー６５が接続されて
いる。As shown in FIG. 6, as in the scanner section 1 of the first embodiment, the driving piezoelectric unimorphs 66, 67 and the sensor piezoelectric unimorphs 68, 69 have free ends on the plate 6 side.
3 are connected by connecting portions 71 and 73, respectively, and the central position thereof and the first frame 70a are connected portions 75 and 77.
Connected through. Therefore, the connecting portions 75, 77
Like the connecting portions 25 and 27 of the first embodiment, can vibrate about the Z axis, and the first frame 70a also rotates about the Z axis according to the torsional vibration. First frame 70
a forms a substantially square frame, and from the corners (lower left and upper right corners) of the first frame 70a that face each other, the X-axis connecting the corners toward the center of the plate 63. A pair of linear first springs 13a, 15a extending along (substantially equal to the diagonal of the plate 63) extends. The second frame 70b is connected to the other end of each of the first springs 13a and 15a, and the corners (upper left and lower right corners) along the Y axis of the second frame 70b that is substantially orthogonal to the X axis. From, toward the center of the plate 63,
A pair of linear second springs 13b, 1 along the Y-axis
5b is extended. And this second spring 1
A reflection mirror 65 is connected to the other ends of 3b and 15b.
【００５０】つまり、本実施例のスキャナ部６１は、駆
動用圧電ユニモルフ６６，６７からの加振力により、接
続部７５，７７をＺ軸回りに捩り振動させて、第１フレ
ーム７０ａをＺ軸回りに回動させ、更にその回動によ
り、第１スプリング１３ａ，１５ａをＸ軸回りに、第２
スプリング１３ｂ，１５ｂをＹ軸回りに、夫々、捩り振
動させることにより、駆動用圧電ユニモルフ６６，６７
からの加振力をＺ軸回りとＹ軸回りとにベクトル分解
し、反射ミラー６５を、Ｘ軸周りとＹ軸周りとの２方向
に振動させて、２次元の光走査を行うように構成されて
いる。That is, in the scanner section 61 of this embodiment, the connecting portions 75 and 77 are torsionally oscillated around the Z axis by the exciting force from the driving piezoelectric unimorphs 66 and 67, and the first frame 70a is moved to the Z axis. The first springs 13a and 15a are rotated around the X-axis to the second
By driving the springs 13b and 15b to torsionally vibrate about the Y axis, respectively, the driving piezoelectric unimorphs 66 and 67 are driven.
Is applied to the Z axis and the Y axis by vector decomposition, and the reflection mirror 65 is vibrated in two directions of the X axis and the Y axis to perform two-dimensional optical scanning. Has been done.
【００５１】なお、このスキャナ部６１の振動系のＸ軸
回りの共振周波数とＹ軸回りの共振周波数とは互いに異
なり、本実施例では、例えば、Ｘ軸回りの共振周波数が
５０Ｈｚ程度、Ｙ軸回りの共振周波数が９００Ｈｚ程
度、となるように設定されている。The resonance frequency around the X-axis and the resonance frequency around the Y-axis of the vibration system of the scanner section 61 are different from each other. In this embodiment, for example, the resonance frequency around the X-axis is about 50 Hz and the Y-axis. The surrounding resonance frequency is set to about 900 Hz.
【００５２】このように構成されたスキャナ部６１にお
いては、駆動用圧電ユニモルフ６６，６７に、Ｘ軸周り
の捩り振動の共振周波数に等しい周波数の駆動信号を印
加すると、反射ミラー６５はＸ軸周りに振動（以下、モ
ードＡという）し、反射光を略Ｙ軸方向に走査できる。
また、駆動用圧電ユニモルフ６６，６７に、Ｙ軸周りの
捩り振動の共振周波数に等しい周波数の駆動信号を印加
すると、反射ミラー６５はＹ軸周りに振動（以下、モー
ドＢという）し、反射光を略ｘ軸方向に走査できる。そ
して、これら２種類の駆動信号を加算した駆動信号を、
駆動用圧電ユニモルフ６６，６７に印加すれば、反射ミ
ラー６５をＸ軸周りに振動させつつＹ軸周りに振動（以
下、モードＣという）させることができ、例えば図７に
示す如く、反射光を２次元方向に走査することができ
る。In the scanner section 61 thus constructed, when a driving signal having a frequency equal to the resonance frequency of the torsional vibration around the X axis is applied to the driving piezoelectric unimorphs 66 and 67, the reflection mirror 65 moves around the X axis. By vibrating (hereinafter referred to as mode A), the reflected light can be scanned substantially in the Y-axis direction.
When a drive signal having a frequency equal to the resonance frequency of the torsional vibration around the Y axis is applied to the driving piezoelectric unimorphs 66 and 67, the reflection mirror 65 vibrates around the Y axis (hereinafter, referred to as mode B) and the reflected light is reflected. Can be scanned substantially in the x-axis direction. Then, the drive signal obtained by adding these two types of drive signals is
If applied to the driving piezoelectric unimorphs 66 and 67, the reflection mirror 65 can be vibrated around the X axis while being vibrated around the Y axis (hereinafter, referred to as mode C). For example, as shown in FIG. It can be scanned in two dimensions.
【００５３】そして、このようにスキャナ部６１を駆動
した場合、センサ用圧電ユニモルフ６８，６９からは、
反射ミラー６５の振動状態（モードＡ〜Ｃ）に応じた、
図８（ａ）〜（ｃ）に示す如き検出信号が出力される。
なお、図８において、（ａ）はスキャナ部６１をモード
Ａにて振動させた場合の検出信号、（ｂ）はスキャナ部
６１をモードＢにて振動させた場合の検出信号、（ｃ）
はスキャナ部６１をモードＣにて振動させた場合の検出
信号、を夫々表わす。When the scanner section 61 is driven in this way, the sensor piezoelectric unimorphs 68 and 69
Depending on the vibration state (modes A to C) of the reflection mirror 65,
A detection signal as shown in FIGS. 8A to 8C is output.
In FIG. 8, (a) is a detection signal when the scanner unit 61 is vibrated in the mode A, (b) is a detection signal when the scanner unit 61 is vibrated in the mode B, (c).
Represents a detection signal when the scanner unit 61 is vibrated in the mode C, respectively.
【００５４】次に、図９は、上記のように構成されたス
キャナ部６１を駆動して、反射ミラー６５からの反射光
を１次元又は２次元の所望方向に走査させる、駆動回路
８０（本発明の制御手段に相当）の構成を表わす。図９
に示す如く、センサ用圧電ユニモルフ６８，６９からの
検出信号（交流電圧）は、共通の信号線８１にて合成さ
れて駆動回路８０まで導かれる。そして、駆動回路８０
内では、その合成された検出信号が２系統に分岐され、
その分岐された検出信号は、夫々、Ｘ軸回りの共振周波
数及びＹ軸回り共振周波数付近の信号成分を通過させる
バンドパスフィルタ８２ａ，８２ｂに入力される。Next, FIG. 9 shows a drive circuit 80 (main circuit) for driving the scanner section 61 configured as described above to scan the reflected light from the reflection mirror 65 in a desired one-dimensional or two-dimensional direction. (Corresponding to the control means of the invention). Figure 9
As shown in, the detection signals (AC voltage) from the sensor piezoelectric unimorphs 68 and 69 are combined by the common signal line 81 and guided to the drive circuit 80. Then, the drive circuit 80
Inside, the combined detection signal is split into two systems,
The branched detection signals are input to bandpass filters 82a and 82b that pass signal components near the resonance frequency around the X axis and the resonance frequency around the Y axis, respectively.
【００５５】従って、スキャナ部６１が２次元の光走査
を行うモードＣにて駆動されている場合には、各バンド
パスフィルタ８２ａ，８２ｂに、図８（ｃ）に示した検
出信号が入力され、各バンドパスフィルタ８２ａ，８２
ｂからは、夫々、各軸回りの振動に対応した、図８
（ａ），（ｂ）に示す検出信号が出力されることにな
る。Therefore, when the scanner unit 61 is driven in the mode C for performing two-dimensional optical scanning, the detection signals shown in FIG. 8C are input to the bandpass filters 82a and 82b. , Bandpass filters 82a, 82
From FIG. 8b, the vibrations around the respective axes are shown in FIG.
The detection signals shown in (a) and (b) are output.
【００５６】次に、各バンドパスフィルタ８２ａ，８２
ｂから出力される各軸回りの振動に対応した検出信号
は、更に２系統に分岐される。そして、これら各分岐さ
れた検出信号の内、一方は、夫々、増幅器８３ａ，８３
ｂ、整流回路８４ａ，８４ｂ、平滑回路８５ａ，８５
ｂ、差動増幅器８６ａ，８６ｂ、及び基準電圧発生源８
７ａ，８７ｂからなる閉ループ比例制御回路８８ａ，８
８ｂに入力される。Next, the band pass filters 82a and 82a
The detection signal corresponding to the vibration around each axis output from b is further branched into two systems. Then, one of these branched detection signals has amplifiers 83a and 83a, respectively.
b, rectifier circuits 84a and 84b, smoothing circuits 85a and 85
b, the differential amplifiers 86a and 86b, and the reference voltage generation source 8
Closed loop proportional control circuit 88a, 8 comprising 7a, 87b
8b is input.
【００５７】また上記各分岐された検出信号のもう一方
は、夫々、増幅器８９ａ，８９ｂ、位相シフタ９０ａ，
９０ｂ、及び増幅器９１ａ，９１ｂからなる自励発振回
路９２ａ，９２ｂに入力され、各自励発振回路９２ａ，
９２ｂにおいて、スキャナ部６１の各軸回りの振動と位
相同期した振動信号に変換される。そして、これら各発
振回路９２ａ，９２ｂからの振動信号は、各閉ループ比
例制御回路８８ａ，８８ｂの差動増幅器８６ａ，８６ｂ
からの出力信号と共に、夫々、掛け算器９３ａ，９３ｂ
に入力される。The other of the branched detection signals is the amplifiers 89a and 89b, the phase shifter 90a, and the phase shifter 90a, respectively.
90b and the self-excited oscillation circuits 92a and 92b including the amplifiers 91a and 91b.
In 92b, it is converted into a vibration signal phase-synchronized with the vibration around each axis of the scanner unit 61. The vibration signals from the oscillator circuits 92a and 92b are supplied to the differential amplifiers 86a and 86b of the closed loop proportional control circuits 88a and 88b.
Together with the output signals from the multipliers 93a and 93b, respectively.
Entered in.
【００５８】次に、これら各掛け算器９３ａ，９３ｂか
らの出力信号は、夫々、スイッチＳＷａ，ＳＷｂを介し
て、加算器９４に入力され、この加算器９４で加算され
る。そして、この加算器９４からの出力は、増幅器９５
を介して、変圧器９６に入力され、変圧器９６におい
て、駆動用圧電ユニモルフ６６，６７を駆動可能な電圧
にまで昇圧された後、信号線９７を介して、駆動用圧電
ユニモルフ６６，６７にまで導かれ、駆動信号として、
各駆動用圧電ユニモルフ６６，６７に印加される。Next, the output signals from the multipliers 93a and 93b are input to the adder 94 via the switches SWa and SWb, respectively, and are added by the adder 94. The output from the adder 94 is the amplifier 95.
To the driving piezoelectric unimorphs 66 and 67 in the transformer 96, and then to the driving piezoelectric unimorphs 66 and 67 via the signal line 97. As a drive signal
It is applied to each driving piezoelectric unimorph 66, 67.
【００５９】即ち、本実施例の駆動回路８０は、センサ
用圧電ユニモルフ６８，６９からの検出信号を、信号分
離手段としてのバンドパスフィルタ８２ａ，８２ｂに
て、スキャナ部６１のＸ軸回りの振動成分とＹ軸回りの
振動成分とに分離し、その分離した各検出信号を、第１
実施例と略同様に構成された振動周波数制御部としての
自励発振回路９２ａ，９２ｂに夫々入力することによ
り、各軸回りの共振周波数に対応した駆動信号を、駆動
用圧電ユニモルフ６６，６７に正帰還するための制御信
号を生成させると共に、分離した各検出信号を、第１実
施例と全く同様に構成された振動振幅制御部としての閉
ループ比例制御回路８８ａ，８８ｂに夫々入力すること
により、検出信号の振幅，延いてはスキャナ部６１の各
軸回りの走査角度を所定角度に制御するための制御信号
を生成させ、これら各制御信号を、駆動信号生成部とし
ての掛け算器９３ａ，９３ｂに夫々入力することによ
り、スキャナ部６１を、Ｘ軸及びＹ軸回りに、その共振
周波数にて所定の走査角度で振動させるための駆動信号
を各々生成する。そして、これら各駆動信号を加算器９
４にて加算することにより、図８（ｃ）に示すような各
駆動信号を合成した駆動信号を生成し、この駆動信号に
応じて、駆動用圧電ユニモルフ６６，６７を駆動する。That is, in the drive circuit 80 of the present embodiment, the detection signals from the sensor piezoelectric unimorphs 68 and 69 are vibrated around the X axis of the scanner section 61 by the bandpass filters 82a and 82b as signal separating means. Component and a vibration component around the Y-axis, and the separated detection signals are
The drive signals corresponding to the resonance frequencies around the axes are input to the drive piezoelectric unimorphs 66 and 67 by inputting them to the self-excited oscillation circuits 92a and 92b, which are vibration frequency control units configured in substantially the same manner as the embodiment. By generating a control signal for positive feedback and inputting each of the separated detection signals into a closed loop proportional control circuit 88a, 88b as a vibration amplitude control unit configured exactly as in the first embodiment, A control signal for controlling the amplitude of the detection signal, and thus the scanning angle around each axis of the scanner unit 61, to a predetermined angle is generated, and these control signals are supplied to the multipliers 93a and 93b as the drive signal generation unit. By inputting each, a drive signal for vibrating the scanner unit 61 around the X axis and the Y axis at a predetermined scanning angle at the resonance frequency is generated. Then, each of these drive signals is added to the adder 9
By adding in 4, a drive signal obtained by synthesizing the drive signals as shown in FIG. 8C is generated, and the drive piezoelectric unimorphs 66 and 67 are driven according to the drive signal.
【００６０】従って、本実施例によれば、使用環境（温
度，圧力等）の変化によってスキャナ部６１の振動系の
共振周波数が変化したとしても、駆動用圧電ユニモルフ
６６，６７に印加する駆動信号をその振動系の共振周波
数に追従させて、スキャナ部６１を常に所定の走査角度
で動作させることができる。そして、図９に示す如く、
バンドパスフィルタ８２ａ，８２ｂの出力に端子Ｔａ，
Ｔｂを接続して、これら各端子Ｔａ，Ｔｂからバンドパ
スフィルタ８２ａ，８２ｂを通過した検出信号を取り出
すようにすれば、スキャナ部６１の各軸回りの振動状態
をモニタすることができ、これら各検出信号から反射ミ
ラー５の走査位置を検出できる。Therefore, according to the present embodiment, even if the resonance frequency of the vibration system of the scanner section 61 changes due to the change of use environment (temperature, pressure, etc.), the drive signal applied to the drive piezoelectric unimorphs 66, 67. Can be made to follow the resonance frequency of the vibration system, and the scanner unit 61 can always be operated at a predetermined scanning angle. Then, as shown in FIG.
The outputs of the bandpass filters 82a and 82b are connected to terminals Ta,
If Tb is connected and the detection signals that have passed through the bandpass filters 82a and 82b are taken out from these terminals Ta and Tb, the vibration state around each axis of the scanner unit 61 can be monitored. The scanning position of the reflection mirror 5 can be detected from the detection signal.
【００６１】また、この駆動回路８０には、スキャナ部
６１をＸ軸回りに振動させるための駆動信号（つまり掛
け算器９３ａからの出力信号）と、スキャナ部６１をＹ
軸回りに振動させるための駆動信号（つまり掛け算器９
３ｂからの出力信号）とを、夫々、スイッチＳＷａ，Ｓ
Ｗｂを介して、加算器９４に入力するようにされている
ため、スイッチＳＷａ，ＳＷｂを共に閉じれば、上記の
ようにスキャナ部６１をモードＣにて駆動して光走査を
図７に示した２次元方向に行うことができるが、例え
ば、スイッチＳＷａを閉じ、スイッチＳＷｂを開けば、
Ｘ軸回りの振動成分に対応した検出信号を処理する閉ル
ープ比例制御回路８８ａ，自励発振回路９２ａ及び掛け
算器９３ａのみを動作させて、駆動用圧電ユニモルフ６
６，６７に対して図８（ａ）に示した検出信号のみを正
帰還させ、スキャナ部６１をモードＡにて駆動すること
ができ、逆に、スイッチＳＷｂを閉じ、スイッチＳＷａ
を開けば、Ｙ軸回りの振動成分に対応した検出信号を処
理する閉ループ比例制御回路８８ｂ，自励発振回路９２
ｂ及び掛け算器９３ｂのみを動作させて、駆動用圧電ユ
ニモルフ６６，６７に対して図８（ｂ）に示した検出信
号のみを正帰還させ、スキャナ部６１をモードＢにて駆
動することができる。Further, the drive circuit 80 has a drive signal for vibrating the scanner section 61 about the X axis (that is, an output signal from the multiplier 93a), and the scanner section 61 for Y.
Drive signal for vibrating around the axis (that is, multiplier 9
Output signal from 3b) and switches SWa and S, respectively.
Since the signal is input to the adder 94 via Wb, if both the switches SWa and SWb are closed, the scanner unit 61 is driven in the mode C as described above and the optical scanning is shown in FIG. It can be performed in a two-dimensional direction. For example, if the switch SWa is closed and the switch SWb is opened,
Only the closed-loop proportional control circuit 88a, the self-excited oscillation circuit 92a, and the multiplier 93a that process the detection signal corresponding to the vibration component around the X-axis are operated to drive the piezoelectric unimorph 6 for driving.
6 and 67, only the detection signal shown in FIG. 8A can be positively fed back to drive the scanner unit 61 in the mode A. Conversely, the switch SWb is closed and the switch SWa is closed.
Open, the closed-loop proportional control circuit 88b for processing the detection signal corresponding to the vibration component around the Y-axis, the self-excited oscillation circuit 92.
By operating only b and the multiplier 93b, only the detection signal shown in FIG. 8B is positively fed back to the driving piezoelectric unimorphs 66 and 67, and the scanner unit 61 can be driven in the mode B. .
【００６２】以上、本発明の第２実施例として、反射ミ
ラー６５からの反射光を１次元又は２次元方向に選択的
に走査可能な２次元光スキャナ装置について説明した
が、スキャナ部６１をモードＣのみで駆動して、光走査
を２次元方向にのみ行う場合には、図１０に示す如く、
駆動回路８０を、図１に示した第１実施例の駆動回路４
０と同様、信号線８１から分岐した検出信号の一方を、
増幅器８３，整流回路８４，平滑回路８５，差動増幅器
８６，及び基準電圧発生源８７からなる閉ループ比例制
御回路８８と、増幅器８９，位相シフタ９０，ローパス
フィルタ９８，及び増幅器９１からなる自励発振回路９
２と、掛け算器９３と、増幅器９５と，変圧器９６とか
ら構成し、変圧器９６からの駆動信号を、信号線９７を
介して、駆動用圧電ユニモルフ６６，６７に印加するよ
うにしてもよい。The two-dimensional optical scanner device capable of selectively scanning the reflected light from the reflecting mirror 65 in the one-dimensional or two-dimensional directions has been described above as the second embodiment of the present invention. When the optical scanning is performed only in the two-dimensional direction by driving only C, as shown in FIG.
The drive circuit 80 is the drive circuit 4 of the first embodiment shown in FIG.
As with 0, one of the detection signals branched from the signal line 81 is
A closed loop proportional control circuit 88 including an amplifier 83, a rectifying circuit 84, a smoothing circuit 85, a differential amplifier 86, and a reference voltage generating source 87, and a self-excited oscillation including an amplifier 89, a phase shifter 90, a low-pass filter 98, and an amplifier 91. Circuit 9
2, a multiplier 93, an amplifier 95, and a transformer 96, and a drive signal from the transformer 96 is applied to the drive piezoelectric unimorphs 66 and 67 via a signal line 97. Good.
【００６３】つまり、スキャナ部６１をモードＣで駆動
した場合には、センサ用圧電ユニモルフ６８，６９から
出力される検出信号は、図８（ｃ）に示したように、各
軸方向の振動成分を合成したものとなるため、この検出
信号をそのまま信号処理して、駆動用圧電ユニモルフ６
６，６７に正帰還すれば、スキャナ部６１をモードＣで
駆動して、２次元方向の光走査を行うことができるよう
になるのである。なお、この場合、自励発振回路９２を
構成するローパスフィルタ９８には、スキャナ部６１の
各軸回りの共振周波数に対応した信号成分を通過可能な
フィルタを使用すればよい。That is, when the scanner unit 61 is driven in the mode C, the detection signals output from the sensor piezoelectric unimorphs 68 and 69 are, as shown in FIG. Since the detection signal is processed as it is, the driving piezoelectric unimorph 6
By positively feeding back to 6, 67, the scanner unit 61 can be driven in the mode C to perform optical scanning in the two-dimensional direction. In this case, as the low-pass filter 98 forming the self-excited oscillation circuit 92, a filter capable of passing a signal component corresponding to the resonance frequency around each axis of the scanner unit 61 may be used.
【００６４】そして、駆動回路８０をこのように構成す
れば、スキャナ部６１を１次元の光スキャナ装置として
動作させることはできないものの、駆動回路８０の構成
を簡素化して、２次元光スキャナ装置を安価に実現でき
るようになる。また、上記実施例では、スキャナ部６１
において、第１スプリング１３ａ，１５ａ及び第２スプ
リング１３ｂ，１５ｂを、夫々、直線状に形成したが、
これら各スプリングは、第１実施例のスキャナ部１にお
けるバネ部１３，１５と同様、折り返し形状にしてもよ
い。If the drive circuit 80 is configured in this way, the scanner section 61 cannot be operated as a one-dimensional optical scanner device, but the configuration of the drive circuit 80 is simplified and a two-dimensional optical scanner device is obtained. It can be realized at low cost. Further, in the above embodiment, the scanner unit 61
In the above, the first springs 13a and 15a and the second springs 13b and 15b are formed linearly, respectively.
Each of these springs may be folded back like the spring portions 13 and 15 of the scanner unit 1 of the first embodiment.
【００６５】また更に、駆動用圧電ユニモルフ６６，６
７とセンサ用圧電ユニモルフ６８，６９との寿命を平均
化させて、スキャナ部６１の長寿命化を図るために、前
述の図５に示したように、検出信号入力用の信号線８１
と駆動信号出力用の信号線９７と各圧電ユニモルフ６６
〜６９との間に切り替え器を設け、切り替え器を操作す
ることにより、各圧電ユニモルフ６６〜６９の機能を駆
動用からセンサ用或はその逆へと相互に切り替えるよう
にしてもよい。Furthermore, the driving piezoelectric unimorphs 66, 6
7 and the sensor piezoelectric unimorphs 68 and 69 are averaged to extend the life of the scanner unit 61, as shown in FIG.
And a signal line 97 for outputting a drive signal and each piezoelectric unimorph 66
It is also possible that a switch is provided between the piezoelectric unimorphs 66 and 69 and the functions of the piezoelectric unimorphs 66 to 69 are switched from driving to sensor or vice versa.
【図１】 第１実施例の光スキャナ装置の駆動回路の構
成を表わすブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a drive circuit of an optical scanner device according to a first embodiment.
【図２】 第１実施例の光スキャナ装置のスキャナ部の
構成を表わす概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of a scanner unit of the optical scanner device according to the first embodiment.
【図３】 第１実施例のスキャナ部を構成するプレート
の形状を説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the shape of a plate that forms the scanner unit according to the first embodiment.
【図４】 第１実施例のスキャナ部を構成する圧電ユニ
モルフの構成（ａ）及びその動作（ｂ）を説明する説明
図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a configuration (a) and an operation (b) of a piezoelectric unimorph that configures the scanner unit of the first embodiment.
【図５】 第１実施例のスキャナ部に対する駆動回路の
変形例を表わすブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a modified example of a drive circuit for the scanner unit of the first embodiment.
【図６】 第２実施例の光スキャナ装置のスキャナ部の
構成を表わす概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a scanner unit of an optical scanner device according to a second embodiment.
【図７】 第２実施例のスキャナ部を２次元走査させた
際の走査軌跡を表わす説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a scanning locus when two-dimensionally scanning the scanner unit of the second embodiment.
【図８】 第２実施例のスキャナ部をモードＡ〜Ｃにて
動作させた際の検出信号を表わす説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing detection signals when the scanner unit of the second embodiment is operated in modes A to C.
【図９】 第２実施例の光スキャナ装置の駆動回路の構
成を表わすブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a drive circuit of an optical scanner device according to a second embodiment.
【図１０】 第２実施例のスキャナ部に対する駆動回路
の変形例を表わすブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a modified example of a drive circuit for the scanner unit of the second embodiment.
１，６１…スキャナ部 ３，６３…プレート ５，
６５…反射ミラー
６，７，６６，６７…駆動用圧電ユニモルフ（駆動用）
８，９，６８，６９…センサ用圧電ユニモルフ（センサ
用）
２１，２３，７１，７３…連結部 ４０，８０…駆動
回路
４４，８４ａ，８４ｂ，８４…整流回路
４５，８５ａ，８５ｂ，８５…平滑回路
４６，８６ａ，８６ｂ，８６…差動増幅器
４７，８７ａ，８７ｂ，８７…基準電圧発生源
５０，９０ａ，９０ｂ，９０…位相シフタ
５１，９８…ローパスフィルタ ８２ａ，８０ｂ…バ
ンドパスフィルタ
５４，９３ａ，９３ｂ，９３…掛け算器 ５６，９６
…変圧器
５９…切り替え器 ８８ａ，８８ｂ，８８…閉ループ
比例制御回路
９２ａ，９２ｂ，９２…自励発振回路 ９４…加算
器
ＳＷａ，ＳＷｂ…スイッチ Ｔ１，Ｔａ，Ｔｂ…端子1, 61 ... Scanner section 3, 63 ... Plate 5,
65 ... Reflecting mirror 6,7,66,67 ... Piezoelectric unimorph for driving (for driving) 8,9,68,69 ... Piezoelectric unimorph for sensor (for sensor) 21,23,71,73 ... Coupling part 40,80 ... Drive circuit 44, 84a, 84b, 84 ... Rectifier circuit 45, 85a, 85b, 85 ... Smoothing circuit 46, 86a, 86b, 86 ... Differential amplifier 47, 87a, 87b, 87 ... Reference voltage source 50, 90a, 90b , 90 ... Phase shifters 51, 98 ... Low-pass filters 82a, 80b ... Band-pass filters 54, 93a, 93b, 93 ... Multipliers 56, 96
... Transformer 59 ... Switching device 88a, 88b, 88 ... Closed loop proportional control circuit 92a, 92b, 92 ... Self-excited oscillation circuit 94 ... Adder SWa, SWb ... Switch T1, Ta, Tb ... Terminal
───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 26/10
Claims (5)
して所定対象物に照射すると共に、該ミラ−部を振動さ
せることにより該対象物を照射する光を所定方向に走査
する光スキャナ装置であって、 片持ち梁状に一端が固定されると共に、他端が弾性変形
可能な連結部材を介して互いに連結され、駆動信号を受
けて互いに逆方向に曲げ運動する一対の駆動手段と、 片持ち梁状に一端が固定されると共に、他端が弾性変形
可能な連結部材を介して互いに連結され、自己の曲げ運
動に伴う変形量に応じた検出信号を発生する一対の検出
手段と、 前記各連結部材に連結され、前記駆動手段側の連結部材
の周期的な変形により所定軸回りに捩れ振動すると共
に、該捩れ振動の中心位置に前記ミラー部が形成された
弾性変形部材と、 前記検出手段からの検出信号を処理して、前記弾性変形
部材を自身の共振周波数にて捩り振動させるための駆動
信号を生成する、自励発振回路からなる駆動信号生成手
段を有し、該駆動信号生成手段にて生成された駆動信号
に応じて前記駆動手段を駆動する制御手段と、 を備えたことを特徴とする光スキャナ装置。1. Light for reflecting light emitted from a light source by a mirror portion to irradiate a predetermined object and oscillating the mirror portion to scan light for irradiating the object in a predetermined direction. A pair of drive means having a cantilevered shape, one end of which is fixed in a cantilever manner and the other end of which is connected to each other through an elastically deformable connecting member and which receives drive signals and bends in opposite directions. And a pair of detection means having one end fixed in a cantilever shape and the other ends connected to each other via a connecting member which is elastically deformable, and which generates a detection signal according to the amount of deformation accompanying the bending motion of the self. An elastically deformable member that is connected to each of the connecting members and that is torsionally oscillated around a predetermined axis by periodic deformation of the connecting member on the drive means side and that the mirror portion is formed at the center position of the torsional oscillation. , From the detection means The driving signal generating means includes a driving signal generating means including a self-oscillation circuit for processing the detection signal to generate a driving signal for torsionally vibrating the elastically deformable member at its own resonance frequency. An optical scanner device comprising: a control unit that drives the drive unit according to the generated drive signal.
捩れ振動可能に構成され、前記ミラー部は該捩れ振動に
より前記照射光を２次元的に走査することを特徴とする
請求項１に記載の光スキャナ装置。2. The elastically deformable member is configured to be capable of torsional vibration about predetermined two axes, and the mirror portion scans the irradiation light two-dimensionally by the torsional vibration. The optical scanner device according to.
周波数に対応した検出信号を取り出す信号分離手段と、 該信号分離手段にて取り出された各検出信号を信号処理
して、前記各軸回りの共振周波数に対応した駆動信号を
各々生成する一対の駆動信号生成手段と、 該一対の駆動信号生成手段にて生成された駆動信号を加
算する加算手段と、 を備え、該加算手段にて加算された駆動信号に応じて前
記駆動手段を駆動することを特徴とする請求項２に記載
の光スキャナ装置。3. The signal separation means for extracting a detection signal corresponding to a resonance frequency around each axis of the elastically deformable member from the detection signal, and each detection signal extracted by the signal separation means. A pair of drive signal generating means for respectively performing signal processing to generate drive signals corresponding to the resonance frequencies around the axes, and an adding means for adding the drive signals generated by the pair of drive signal generating means. 3. The optical scanner device according to claim 2, further comprising: and driving the driving means in accordance with the driving signal added by the adding means.
た第１の制御信号を生成する自励発振回路からなる振動
周波数制御部と、 前記検出信号を整流・平滑化して前記弾性変形部材の振
動の振幅を検出し、該振幅を所定値に制御するための第
２の制御信号を生成する振動振幅制御部と、 該各制御部にて生成された第１及び第２の制御信号を掛
け算して前記駆動信号を生成する駆動信号生成部と、 を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれか
記載の光スキャナ装置。4. The vibration signal control unit, which comprises a self-excited oscillation circuit that processes the detection signal to generate a first control signal corresponding to the resonance frequency, and the detection signal. Are rectified / smoothed to detect the amplitude of the vibration of the elastically deformable member and generate a second control signal for controlling the amplitude to a predetermined value. The optical scanner device according to any one of claims 1 to 3, further comprising: a drive signal generation unit that multiplies the first and second control signals to generate the drive signal.
一形状の圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフにて構成す
ると共に、 前記検出手段から前記制御手段への検出信号の入力経
路、及び前記制御手段から前記駆動手段への駆動信号の
出力経路、を相互に切り替える信号経路切替手段を設
け、 該信号経路切替手段による前記各信号経路の切り替えに
より、前記駆動手段及び検出手段として機能する圧電ユ
ニモルフ又は圧電バイモルフを変更可能に構成してなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか記載の光
スキャナ装置。5. The drive means and the detection means are respectively composed of a piezoelectric unimorph or a piezoelectric bimorph having the same shape, and an input path of a detection signal from the detection means to the control means and from the control means to the A signal path switching means for switching between output paths of drive signals to the driving means is provided, and a piezoelectric unimorph or a piezoelectric bimorph functioning as the driving means and the detecting means is provided by switching the signal paths by the signal path switching means. The optical scanner device according to claim 1, wherein the optical scanner device is configured to be changeable.
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