JP5299393B2 - 光スキャナ - Google Patents

Description

本発明は、ミラーが駆動され、ミラーに入射される光を走査する光スキャナに関する。

従来、反射ミラーが梁を介して基体に取り付けられ、基体と台座とが接合されて形成された光スキャナがある。基体には、圧電素子が取り付けられており、圧電素子が駆動されることにより、振動が梁に伝わって反射ミラーが振動され、反射ミラーに入射される光が走査される。特許文献１には、光スキャナの共振周波数を調整する方法として、光スキャナの基体と接合される台座に対して、目標の共振周波数に応じたレーザ加工を行う技術が記載されている。

特開２００７−９４１４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光スキャナは、各個体に決められた目標の共振周波数に調整するために、各々の台座に対して、共振周波数ごとに定められた加工を行い、加工された台座と基体とが接合されて、作製される。そのため、各々の台座に対して、目標の共振周波数に応じた加工を行うことが必要となるため、光スキャナの共振周波数の調整に手間がかかるという問題がある。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、ミラーを支持する部材と、その部材が接合される台座との接合状態を調整することにより、共振周波数を手間がかかることなく調整可能な光スキャナを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１記載の光スキャナは、入射する光を反射するミラーを支持する弾性構造体と、前記弾性構造体を支持する台座とからなる光スキャナであって、前記弾性構造体は、前記ミラーを駆動する駆動部が載置された弾性梁部と、前記弾性梁部に連結され、弾性梁部の駆動する範囲を調整する調整部と、前記調整部の両端から延出する固定部と、から構成され、前記弾性構造体は、前記固定部及び前記調整部が前記台座と接合固定されており、前記調整部は、前記ミラーから延出し前記ミラーを揺動させる揺動軸に対し、交差する方向に延びる駆動部の駆動軸を中心として、線対称の位置で前記台座と溶接接合されることを特徴とする。

また、請求項２記載の光スキャナは、前記光スキャナの目標の共振周波数に応じた接合面積で、前記調整部と前記台座とが接合固定されていることを特徴とする。

また、請求項３記載の光スキャナは、前記調整部において、前記駆動軸と直交する方向に沿って、複数列が、前記台座と溶接接合されることを特徴とする。

また、請求項４記載の光スキャナの製造方法は、入射する光を反射するミラーを支持する弾性構造体と、前記弾性構造体を支持する台座とからなる光スキャナであって、前記弾性構造体は、前記ミラーを駆動する駆動部が載置された弾性梁部と、前記弾性梁部に連結される調整部と、前記調整部の両端から延出する固定部と、から構成される光スキャナを製造する製造方法であって、予測される前記光スキャナの共振周波数に基づいて前記調整部と前記台座との接合位置を決定する接合位置決定工程と、前記接合位置決定工程により決定された接合位置において、前記調整部と前記台座とを溶接する溶接工程と、から成ることを特徴とする。

また、請求項５記載の光スキャナの製造方法は、前記接合位置決定工程は、前記弾性構造体の厚さを測定する板厚測定工程と、前記板厚測定工程による測定結果に基づいて、前記共振周波数を予測する前記周波数予測工程と、を備えることを特徴とする。

また、請求項６記載の光スキャナの製造方法は、前記弾性梁部に、前記ミラーを支持する支持梁部を更に備える光スキャナの製造方法であって、前記接合位置決定工程は、前記支持梁部の梁幅を測定する梁幅測定工程を備え、前記周波数予測工程は、前記梁幅測定工程により測定される前記支持梁部の梁幅に基づいて、前記共振周波数を予測することを特徴とする。

また、請求項７記載の光スキャナの製造方法は、前記溶接工程は、前記駆動部に連結される前記調整部の第１位置に溶接接合を行う第１溶接工程と、前記調整部の前記第１位置に隣接し、前記駆動部との距離が、前記駆動部と前記第１位置との距離より近い第２位置に溶接接合を行う第２溶接工程と、から構成されることを特徴とする。

請求項１記載の光スキャナにおいては、台座と、弾性構造体の構成を、共振周波数に応じて工夫する必要がないため、共振周波数を調整するための手間が少ない光スキャナとすることができる。また、台座と、弾性構造体とに、共振周波数を調整するための領域を特別に設ける必要がないため、光スキャナを小型化することができる。

また、駆動部が、駆動軸を中心として対称に、ミラーを均等に揺動させるため、ミラーに入射する光を、所定の共振周波数で、駆動軸を中心に、偏りなく走査することができる。

また、請求項２記載の光スキャナにおいては、光スキャナを、所定の値より高い共振周波数とする場合には、接合面積を大きくすることで、共振周波数が高い光スキャナとすることができる。よって、台座と弾性構造体との接合面積を大きくするのみで手間を要さずに作成できる高い共振周波数の光スキャナを提供することができる。

また、請求項３記載の光スキャナにおいては、複数の位置に溶接接合を行うことで、共振周波数を調整することができ、共振周波数の微調整をすることができる。よって、目標の共振周波数にするための手間を要することなく、誤差が少ない光スキャナを提供することができる。

また、請求項４記載の光スキャナの製造方法においては、共振周波数に基づいて決定された調整部の接合位置を、台座と接合するのみで、所定の共振周波数の光スキャナが製造され、共振周波数を調整するための手間が少なく、光スキャナを製造することができる。また、予測される共振周波数から、接合位置を決定するため、目標の共振周波数の光スキャナへ近似するための測定の手間を抑えることができ、手間を要することなく効率よく光スキャナを製造することができる。

また、請求項５記載の光スキャナの製造方法においては、弾性構造体の板厚に基づいて共振周波数が予測されることにより、光スキャナの共振周波数の測定等を行うことなく、手間を要することなく、所定の共振周波数とした精度が良い光スキャナを製造することができる。

また、請求項６記載の光スキャナの製造方法においては、弾性構造体の梁幅に基づいて共振周波数が予測されることにより、光スキャナの共振周波数の測定等を行うことなく、手間を要することなく、所定の共振周波数とした精度が良い光スキャナを製造することができる。

また、請求項７記載の光スキャナの製造方法においては、第１位置を接合する工程と第２位置を接合する工程との２工程にわたり接合されるため、第１位置のみで溶接接合を行う場合と比較して、溶接を行う位置が追加されることにより、共振周波数の微調整をすることができる。よって、目標の共振周波数に対する誤差が少ない光スキャナを、手間を要することなく製造することができる。

本実施形態１に係る光スキャナ１の概略を示す斜視図である。 前記光スキャナ１の調整部の溶接位置と、共振周波数との関係を示すグラフである。 実施形態１に係る前記光スキャナ１の共振周波数を調整する方法を説明するフローチャートである。 光スキャナ１の共振周波数の測定方法を示す図である。 光スキャナ１の共振周波数を調整する方法において、光スキャナ１の接合状態を示す斜視図である。 本実施形態２に係る光スキャナ１００の概略を示す斜視図である。 本実施形態３に係る前記光スキャナ１の共振周波数を調整する方法を説明するフローチャートである。 本実施形態３に係る前記光スキャナ１の板厚と梁幅とから求められる共振周波数の予測値を示す表である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

＜実施形態１＞
図１を用いて、本発明の実施形態１に係る光スキャナ１の構造を説明する。図１は、前記光スキャナ１を示す斜視図である。尚、本実施形態１の光スキャナ１においては、図１に示すように上下方向、左右方向、前後方向を設定し、以下を説明する。

図１に示すように、前記光スキャナ１は、台座１０と、前記台座１０の上方に固定される弾性構造体２０とで構成される。

前記台座１０は、上下方向にやや厚みを有し、後述する前記弾性構造体２０の形状と対応して、四方に枠を備えた形状である。前記台座１０には、枠の上面に、前記弾性構造体２０が接合され、前記光スキャナ１が構成されている。

前記弾性構造体２０は、弾性を有する導電性材料により構成される。弾性を有する導電性材料とは、具体的には、ＳＵＳ等のステンレス、チタン及び鉄等の金属材料が挙げられる。また、Ｓｉ単結晶などの半導体材料を用いてもよい。前記弾性構造体２０は、平板且つ長方形状の基板である。本実施形態１において、前記弾性構造体２０は、例えば厚さが約１００〜２００μｍであり、長手方向である左右方向の長さが約２１ｍｍであり、前後方向の長さが約１２ｍｍである。前記弾性構造体２０は、ミラー載置部２１、弾性梁部２２、駆動載置部２３、調整部２４、固定部２５を有し、前記各構成部２１〜２５は、一枚の基板に形成されている。以下、前記弾性構造体２０の各構成要素について、順を追って詳細に説明する。

前記ミラー載置部２１は、ほぼ長方形状であり、その長手方向が、前記弾性構造体２０の長手方向と平行に位置するように、前記弾性構造体２０のほぼ中央に設けられる。前記ミラー載置部２１の上面には、入射した光を反射する反射ミラー２１Ａが設けられる。反射ミラー２１Ａは、透明な誘電体で形成された薄板の表面に、スパッタリングや蒸着等でＡｌやＡｇ等の金属薄膜をコーティングして形成される。そして、前記反射ミラー２１Ａが、前記ミラー載置部２１の上面に貼り付けられる。前記ミラー載置部２１は、後述する揺動軸線ＡＲを中心として揺動され、光を反射する。前記反射ミラー２１Ａは、長方形状に限らず、多角形状、円形状であってもよい。

前記弾性梁部２２は、捻れ梁部２２Ａと、撓み梁部２２Ｂとを有する。前記捻れ梁部２２Ａは、前記ミラー載置部２１の長手方向である左右方向の中心から、前方向と後方向とに一対で延出する。また、前記撓み梁部２２Ｂは、前記捻れ梁部２２Ａが中央に位置するように、一対の前記捻れ梁部２２Ａの端部のそれぞれから左右方向に延出する。前記撓み梁部２２Ｂは、前記ミラー載置部２１を中心とする前方及び後方に、前記ミラー載置部２１の長手方向に平行して、左右方向に一対で設けられる。前記捻れ梁部２２Ａは、前記撓み梁部２２Ｂより、やや細い梁幅で形成されており、その幅は、３．０×１０^２［μｍ］程度である。

前記駆動載置部２３は、前記弾性梁部２２を介して、前記ミラー載置部２１を揺動させるように駆動する。前記駆動載置部２３は、ほぼ正方形状であり、一辺の両端部に前記撓み梁部２２Ｂが接続されている。具体的には、１つの前記駆動載置部２３Ａが、一対の前記撓み梁部２２Ｂの左方の端部に接続され、もう１つの前記駆動載置部２３Ｂが、一対の前記撓み梁部２２Ｂの右方の端部に接続される。前記各駆動載置部２３の上面には、ほぼ正方形に形成された圧電素子と、前記圧電素子の上下方向の両面に形成された金属膜などの電極層とを含むアクチュエータ３０が設けられる。前記駆動載置部２３Ａの上面には、アクチュエータ３０Ａが設けられる。前記駆動載置部２３Ｂの上面には、アクチュエータ３０Ｂが設けられる。

アクチュエータ３０Ａ、３０Ｂが駆動されることによって、前記ミラー載置部２１が揺動される。このとき、前記捻れ梁部２２Ａが、前記ミラー載置部２１の揺動軸となり、前記ミラー載置部２１の中心から揺動軸に直交する前後方向が、前記駆動載置部２３の駆動軸となる。尚、図１において、前記ミラー載置部２１の揺動軸を揺動軸線ＡＲと示し、前記駆動載置部２３の駆動軸を駆動軸線ＢＲと示す。

前記調整部２４は、前記駆動載置部２３に隣接して設けられる。前記調整部２４は、前後方向に長手方向を有する長方形状であり、前記駆動載置部２３それぞれの前記撓み梁部２２Ｂが接続されない辺の全体と接続している。１つの前記調整部２４Ａは、前記撓み梁部２２Ｂが右辺側に接続される前記駆動載置部２３Ａにおいて、左辺側の全体と接続している。また、もう１つの前記調整部２４Ｂは、前記撓み梁部２２Ｂが左辺側に接続される前記駆動載置部２３Ｂにおいて、右辺側の全体と接続している。また、前記調整部２４は、前後方向の長さが、前記駆動載置部２３の一辺よりやや長く形成され、前記駆動載置部２３の辺に対して前後方向に等しい長さが突出している。尚、本実施形態１における前記調整部２４は、前記駆動軸線ＢＲを中心として、前方向及び後方向とにそれぞれ５．０×１０^３［μｍ］の長さで延出しており、その全長は１．０×１０^４［μｍ］である。
以上の構成により、前記光スキャナ１の前記弾性梁部２２と、前記駆動載置部２３と、前記調整部２４は、前記ミラー載置部２１を中心として、左右方向及び前後方向に対称に設けられる。本実施形態１において、前記光スキャナ１の前記調整部２４は、後述のように、前記台座１０と溶接接合される。図１においては、前記調整部２４に行われた溶接接合を、四角により示している。

前記固定部２５は、２つの前記調整部２４Ａ及び２４Ｂと隣接し、前記調整部２４Ａ、２４Ｂそれぞれの端部と接続した一対の構成である。前記固定部２５は、それぞれ左右方向の長さが、前記撓み梁部２２Ｂと、２つの前記駆動載置部２３と、２つの前記調整部２４のそれぞれの左右方向の長さの和と等しい長方形状である。１つの前記固定部２５Ａは、前記調整部２４Ａ及び前記調整部２４Ｂのそれぞれの後端と接続している。もう１つの前記固定部２５Ｂは、前記調整部２４Ａ及び前記調整部２４Ｂのそれぞれの前端と接続している。これにより、前記固定部２５は、前記撓み梁部２２Ｂの前方および後方において、前記撓み梁部２２Ｂと平行に設けられる。光スキャナ１において、前記固定部２５は、後述するように調整される共振周波数に関わらず、前記固定部２５Ａ及び前記固定部２５Ｂの全面が前記台座１０と固定される。

前記弾性構造体２０には、前記台座１０の外形と等しい大きさを有する金属板が用いられる。金属板において、前記ミラー載置部２１、前記弾性梁部２２、前記駆動載置部２３、前記調整部２４及び前記固定部２５に対応する部分に、マスキングのためのレジスト膜が形成される。レジスト膜が形成された金属板に対して、エッチングがされると、前記各構成部２１〜２５を有した前記弾性構造体２０の外形が形成される。その後、金属板のレジスト膜が除去される。

前記弾性構造体２０の前記駆動載置部２３の位置には、予め圧電素子と電極層とが接合された前記アクチュエータ３０が、接着される。前記アクチュエータ３０は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等のバルク圧電デバイスが用いられる。接着には、銀フィラを含むエポキシ製樹脂接着剤等の導電性接着剤を用いる。その後、前記弾性構造体２０が、前記台座１０の上面において、その外周が互いに一致するように載置される。そして、前記弾性構造体２０の前記調整部２４及び前記固定部２５と、前記台座１０とが溶接方法により接合されて、前記光スキャナ１が作製される。

また、前記光スキャナ１は、前記駆動載置部２３に載置された前記アクチュエータ３０の電極層と非図示の交流電源とが電気的に接続され、駆動可能となる。この電気的な接続は、例えばワイヤボンディング方法で行われる。

前記光スキャナ１は、前記駆動載置部２３に載置された前記アクチュエータ３０の圧電素子に対し、電極層を介して交流電圧が印加されて駆動する。前記駆動載置部２３Ａの前記アクチュエータ３０Ａに印加される交流電圧の位相と、前記駆動載置部２３Ｂの前記アクチュエータ３０Ｂに印加される交流電圧の位相とは、逆位相である。逆位相の交流電圧が印加されることにより、前記駆動載置部２３Ａと前記駆動載置部２３Ｂとは、左右方向において、逆位相にて伸縮をする。例えば、前記駆動載置部２３Ａが、左右方向に伸びると、前記駆動載置部２３Ｂは、左右方向に縮む。前記駆動載置部２３Ａが、左右方向に縮むと、前記駆動載置部２３Ｂは、左右方向に伸びる。この動作により、前記撓み梁部２２Ｂには、左右方向の両端を固定端とし、揺動軸線ＡＲで示される揺動軸を節とする定常波が生じる。この定常波により、前記捻れ梁部２２Ａは、揺動軸を中心に捻れ振動する。これにより、前記ミラー載置部２１は、揺動軸線ＡＲで示す揺動軸周りに揺動する。尚、前記光スキャナ１の動作の詳細は、特開２００９−１８６６５２号公報等に開示されている。

前記調整部２４と前記台座１０との接合条件と、前記光スキャナ１の共振周波数との関係をシミュレーションによって調べた結果を、図２を用いて説明する。本実施形態１においては、前記調整部２４と前記台座１０とにおける溶接接合する位置が、前記接合条件と関係する。図２に示す原点０においては、前記固定部２５と前記台座１０とが固定され、前記調整部２４と前記台座１０とが接合されていない前記光スキャナ１を示している。本実施形態１における前記光スキャナ１は、前記固定部２５と前記台座１０とが固定された状態で、前記調整部２４と前記台座１０とが、後述する各位置において、スポット溶接方法が用いられることで接合される。尚、本実施形態１において、前記調整部２４は、駆動軸線ＢＲを境界として、前後方向に対称な位置が溶接される。

図２の縦軸は、前記調整部２４の溶接される位置を示したものである。具体的には、図１に破線により示す前記調整部２４の前記固定部２５と接続される、前後方向の両端部における位置２４Ｃを基点とし、前記固定部２５の前後方向の中心である駆動軸線ＢＲに向かう方向への距離を示したものである。尚、単位はμｍである。図２の横軸は、前記調整部２４の各位置に溶接接合が行われた場合における、前記光スキャナ１の共振周波数を示したものであり、単位はＨｚである。前記調整部２４の溶接接合される位置が、前記基点から遠く、前記駆動軸線ＢＲに近いほど、共振周波数は上昇する。従って、前記光スキャナ１は、前記調整部２４と前記台座１０との溶接接合を行う接合位置の前記基点からの距離を変化させることで、共振周波数の調整が可能である。また、前記調整部２４における基点である前記固定部２５に接続される前後方向の両端部２４Ｃからの距離と、前記光スキャナ１の共振周波数の高さとは、ほぼ一次比例する。従って、共振周波数の高さと、前記調整部２４の溶接接合が行われる位置、即ち前記調整部２４の前後方向の両端部２４Ｃからの距離とは、容易に対応付けられる。

次に、図２〜図４を用いて、前記光スキャナ１の共振周波数を調整する工程を説明する。

前述したように、図２は、本工程を用いて前記光スキャナ１の共振周波数を調整する場合における、前記弾性構造体２０の前記調整部２４の接合位置と、共振周波数との関係を示すグラフである。図３は、前記台座１０と前記弾性構造体２０との接合条件である接合位置を決定し、接合する工程を示すフローチャートである。図４Ａ〜図４Ｃは、本工程に用いる前記光スキャナ１の共振周波数の測定方法を説明する前記光スキャナ１の概略説明図である。

ステップＳ１では、前記弾性構造体２０の前記固定部２３と、前記台座１０とが、溶接接合される。前記固定部２３Ａ及び２３Ｂのそれぞれにおいて、左右方向の全面が、前記台座１０と接合される。

ステップＳ２では、ステップＳ１において前記弾性構造体２０が前記台座１０に接合された前記光スキャナ１の共振周波数値ｆが測定される。具体的には、図４Ａに示すように、前記駆動載置部２３に載置された前記アクチュエータ３０に交流電圧が印加されることで、前記ミラー載置部２１の揺動が開始される。揺動する前記ミラー載置部２１に対し、レーザダイオード１０００からのレーザ光が入射される。前記ミラー載置部２１により、レーザ光が走査されると、その走査光はＢＤセンサ２０００に入射する。前記ＢＤセンサ２０００は、走査光が通過する軌跡上の所定の位置に配置され、前記ミラー載置部２１の光学振れ角が所定の角度になったとき、走査光を受光する。前記ＢＤセンサ２０００からの信号は、解析装置３０００によって解析される。

具体的には、前記ミラー載置部２１の揺動を単振動と仮定したときの、前記光スキャナ１の駆動周波数ｆと、振幅θ_０とが決定される。図４Ｂに示すように、前記ＢＤセンサ２０００に走査光が入射したタイミング（ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、・・・）と、前記ＢＤセンサ２０００に走査光が入射したとき前記ミラー載置部２１の光学振れ角（θ_ＢＤ）とに基づいて決定される。そして、図４Ｃに示すように、前記アクチュエータ３０に印加される交流電圧の周波数を変化させることで、振幅θ_０と駆動周波数ｆとの関係が調べられる。振幅θ_０が最大となる共振周波数ｆ_０が、前記光スキャナ１の共振周波数として決定される。共振周波数の測定後、ステップＳ３が実行される。

ステップＳ３では、ステップＳ２で測定された前記光スキャナ１の共振周波数が、所望する仕様の範囲に収まるか否かが判断される。具体的には、前記光スキャナ１の目標とする共振周波数をＦ_０とし、仕様の範囲を±ｄｆとすると、Ｆ_０−ｄｆ≦ｆ_０≦Ｆ_０＋ｄｆであるか否かが判断される。目標とする共振周波数は例えば３．４ｋＨｚ程度であり、仕様の範囲は例えば±約３％、即ち±１１８Ｈｚ程度である。共振周波数が、仕様値の範囲に収まる場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、共振周波数の調整を行う必要が無いため、ステップＳ１０が実行される。一方、共振周波数が仕様値の範囲に収まらない場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ４が実行される。

ステップＳ４では、前記光スキャナ１の目標とする共振周波数Ｆ_０と、ステップＳ２で測定された共振周波数ｆ_０との差が求められる。具体的には、両者の差であるΔｆ＝Ｆ_０−ｆ_０が算出される。Δｆが算出されると、続いてステップＳ５が実行される。

ステップＳ５では、必要な共振周波数の調整量Δｆが調整可能な範囲に収まっているか否かが判断される。調整可能な範囲とは、前記ステップＳ３において判断される共振周波数の仕様値の範囲より、共振周波数が低い範囲である。具体的には、ｆ_０が前記光スキャナ１の目標の共振周波数Ｆ_０に対する仕様の下限である−ｄｆより小さく、前記共振周波数Ｆ_０に対する調整可能な周波数以上の範囲に存在するか否かにより、Δｆが調整可能な範囲であるか否かが判断される。調整可能な周波数の下限とは、一例として、Ｆ_０に対して−２３６［Ｈｚ］である。即ち、ステップＳ５においては、Ｆ_０−２３６≦ｆ_０≦Ｆ_０−ｄｆを満たすか否かが判断される。

尚、前記光スキャナ１において、共振周波数を高くする調整は、前記固定部２５と前記台座１０との接合に加え、前記調整部２３と前記台座１０とを溶接接合することで行われる。即ち、共振周波数を減少させる方向への調整は、前記調整部２３と前記台座１０との接合によっては、不可能である。そのため、ｆ_０が、前記光スキャナ１の共振周波数の仕様の上限であるＦ_０＋ｄｆ以上の場合（Ｆ_０＋ｄｆ＜ｆ_０）、Δｆが調整可能な範囲に存在しないと判断される。また、前記光スキャナ１の目標の共振周波数Ｆ_０に対する調整可能な周波数以下の場合（ｆ_０＜Ｆ_０−２３６）においても、Δｆが調整可能な範囲に存在しないと判断される。Δｆが、調整可能な共振周波数の範囲にある場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ステップＳ６が実行される。一方、Δｆが調整可能な周波数範囲に無い場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、ステップＳ１０が実行される。

ステップＳ６では、ステップＳ４において算出されたΔｆの値に基づいて、前記調整部２４における前記台座１０と溶接接合する位置が決定される。ステップＳ６の工程は、図
２に示すグラフを用いて行う。尚、前述のとおり、図２の横軸は、ステップＳ４において算出されたΔｆの絶対値を示し、縦軸は、前記調整部２４の溶接する位置を示している。図２の縦軸に示す前記調整部２４の溶接する位置とは、前記調整部２４の前記固定部２５と接続される位置を基点とし、駆動軸線ＢＲに向かう方向への基点からの距離を示すものである。

ステップＳ６では、それぞれの前記調整部２４において、駆動軸線ＢＲに対して、前方向及び後方向が、線対称になるように、接合位置が決定される。さらに、前記調整部２４Ａ及び２４Ｂは、右方向及び左方向が、揺動軸線ＡＲに対して互いに線対称になるように、接合位置が決定される。すなわち、前記光スキャナ１は、揺動軸線ＡＲと駆動軸線ＢＲとが交わる点を中心として、前記調整部２４において、点対称の位置が溶接接合を行う接合位置と決定される。尚、図２のグラフにおいては、２種類の溶接方法に対応する前記調整部２４の溶接位置を記載した。２種類の溶接方法とは、図２内の方法Ａに示す全溶接型と、方法Ｂに示す地点溶接型である。方法Ａの全溶接型とは、前記調整部２４の基点と図２の縦軸に示す調整したい周波数に対応する溶接位置との間の領域を、揺動軸線ＡＲと平行するように直線で溶接を行う方法である。具体的には、図５（Ａ）に示す光スキャナ１のように、基点と、図２の縦軸に示す溶接位置との間の領域を、数箇所にわたってスポット溶接を行う方法である。方法Ｂの地点溶接型とは、図２の縦軸に示す調整したい量に対応して示される溶接位置に基づいて、前記調整部２４の基点からの所定の距離における一ヶ所に、溶接を行う方法である。具体的には、図５（Ｂ）に示す光スキャナ１のように、基点に対して、図２の縦軸に示す溶接位置の一箇所に、スポット溶接を行う方法である。ステップＳ６においては、図２に基づいて、溶接位置を領域または箇所で決定する。このとき、図２によれば、特にΔｆの絶対値が１５０Ｈｚより大きい場合には、全溶接型での溶接位置を決定することが望ましい。

ステップＳ７においては、ステップＳ６において決定された溶接位置に基づいて、前記弾性構造体２０の前記調整部２４と、前記台座１０との溶接接合が実行される。具体的には、前記調整部２４の上面から、スポット溶接を行うことにより、溶接が行われた前記調整部２４の箇所の金属が溶け、前記台座１０と接合する。尚、全溶接型により、前記調整部２４の所定の領域に対して、スポット溶接を行う場合には、所定の間隔ごとに数ヶ所を圧着させる処理を行うことにより、前記調整部２４の所定の領域と、前記台座１０とが接合される。

特に、ステップＳ７において、全溶接型の溶接方法で前記弾性構造体２０と、前記台座１０とが接合される場合は、ステップＳ６において決定された溶接位置と、前記調整部２４の基点とを繋ぐ直線上に、溶接接合される。図２によれば、調整する共振周波数が高いほど、基点から長い距離が接合される。

即ち、ステップＳ６においては、図２に示すグラフに従って、必要な共振周波数の調整量Δｆに基づいて、前記調整部２４と前記台座１０との接合位置が決定される。そして、ステップＳ７において、共振周波数の調整量Δｆに基づく位置が溶接接合される。ステップＳ７において、全溶接型で溶接接合が行われるとき、前記光スキャナ１には、前記調整部２４Ａ及び２４Ｂに、前後方向の一列にわたって溶接接合が行われる。例えば、図５Ａに示すように、前記調整部２４Ａ及び２４Ｂの、前記駆動載置部２３Ａ及び２３Ｂに隣接する領域に、前後方向の一列にわたって溶接接合が行われる。

ステップＳ８において、溶接接合が行われた後の前記光スキャナ１の共振周波数が、仕様の範囲内に収まるか否かが判断される。具体的には、ステップＳ２における共振周波数の測定工程が、再度実行される。そして、ステップＳ３と同様に、再度測定された前記光スキャナ１の共振周波数が、所望する仕様の範囲に収まるか否かが判断される。再度測定された共振周波数が仕様値の範囲に収まる場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、ステップＳ９が実行される。一方、再度測定された共振周波数が、仕様値の範囲に収まらない場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、ステップＳ１０が実行される。

ステップＳ９において、前記光スキャナ１は、共振周波数が仕様の範囲内に収まる良品であるというＯＫ判定がなされる。ＯＫ判定がなされた前記光スキャナ１は、例えばプリンタなどの他の装置に組み込まれるなど、後工程において利用される。ＯＫ判定の後、一連の前記光スキャナ１の製造工程が完了する。

ステップＳ９において、前記光スキャナ１は、共振周波数が仕様の範囲内に収まらないと不良品であるというＮＧ判定がなされる。ＮＧ判定がなされた前記光スキャナ１は、不良品として後工程では利用されないように区別される。ＮＧ判定の後、一連の前記光スキャナ１の製造工程が完了する。

また、上述したような本実施形態１の前記光スキャナ１の共振周波数を調整する一連の工程において、ステップＳ８において、共振周波数が仕様の範囲内に収まると判断される場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）には、再度ステップＳ７の工程を実行してもよい。このとき、１回目のステップＳ７において行われた前記調整部２４の溶接位置に隣接する第２位置に、前記調整部２４と、前記台座１０とが溶接接合されてもよい。前記調整部２４と前記台座１０の溶接接合が２回に分けて行われることにより、２回目の溶接接合によって前記光スキャナ１の共振周波数の微調整が可能であり、より正確な目標の共振周波数に近づけることができる。

この場合には、例えば、１回目のステップＳ７において、図５（Ａ）に示すように、前記調整部２４と前記台座１０とが全溶接型で接合され、２回目のステップＳ７の工程が前後方向の一列にわたって接合が行われる。２回目は、図５（Ｃ）に示すように、１回目の溶接接合された列に平行して、前記調整部２４Ａ及び２４Ｂにおいて、１回目の列より、前記駆動載置部２３Ａ及び２３Ｂから近い領域、即ち、前記調整部２４Ａにおいては右方側、及び前記調整部２４Ｂにおいては左方側が、接合されても良い。前記調整部２４と前記台座１０の溶接接合が２回にわたり行われる場合は、１回目の溶接接合を予備溶接として、前記光スキャナ１を、目標の共振周波数へ近づける。そして、２回目の溶接接合を本溶接として、所定の共振周波数とする前記光スキャナ１を作成してもよい。

また、ステップＳ７の工程が行われ、ステップＳ８において、共振周波数が仕様の範囲内であると判断されない場合（ステップＳ８：Ｎｏ）には、ステップＳ１０を実行する前に、ステップＳ５を実行してもよい。ステップＳ５では、共振周波数が調整可能な範囲に収まっているか否かを判断してもよい。ステップＳ８において、共振周波数が仕様の範囲であると判断されない場合（ステップＳ８：Ｎｏ）であっても、ステップＳ５において、共振周波数が調整可能な範囲に収まっていると判断されれば（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、再度ステップＳ６以降を繰り返し実行する。これにより、光スキャナを目標の共振周波数に調整することができる。

＜実施形態２＞
図６を用いて、本発明の実施形態２に係る光スキャナ１０１を説明する。前記光スキャナ１０１は、台座１１０及び弾性構造体１２０の形状及び構造が、実施形態１における前記光スキャナ１と相違する。具体的には、実施形態１の前記光スキャナ１は、前記ミラー載置部２１及び前記弾性梁部２２の前記捻れ梁部２２Ａが、前記撓み梁部２２Ｂによって両持ち固定されている。しかしながら、本実施形態２の前記光スキャナ１０１は、前記ミラー載置部２１及び前記捻れ梁部２２Ａが、片持ち支持されている構成である。本実施形態２の前記光スキャナ１０１において、実施形態１の前記光スキャナ１と同一の構成に対しては、前記光スキャナ１と同一の図番を付与し、説明を省略する。

前記光スキャナ１０１の前記弾性構造体１２０においては、１つのミラー載置部２１を揺動させるため、前記ミラー載置部２１に前記弾性梁部１２２が接続される。前記弾性梁部１２２は、２つの前記捻れ梁部２２Ａと、１つの前記撓み梁部２２Ｂとから構成される。前記弾性梁部２２の前記撓み梁部１２２Ｂは、前記ミラー載置部２１の中央から前方向と後方向とへそれぞれ延出される前記捻れ梁部２２Ａの端部に接続される。前記撓み梁部１２２Ｂは、前記捻れ梁部２２Ａの端部から、左方向にのみ延出される。前記撓み梁部１２２Ｂの左方端部には、駆動載置部２３Ａが接続される。実施形態１の前記光スキャナ１に存在した前記撓み梁部１２２Ｂの右方端部に接続される駆動載置部は、前記光スキャナ１０１には存在しない。

また、前記駆動載置部２３Ａの左方には、調整部２４Ａが接続される。前記調整部２４Ａの前端及び後端には、固定部１２５が接続される。前記固定部１２５は、その左端が、前記撓み梁部１２２Ｂの左端とほぼ同位置であるように、左右方向の長さが形成されている。

また、前記光スキャナ１０１においては、前記弾性構造体１２０の下方に、前記台座１１０が設けられる。前記台座１１０は、前記弾性構造体１２０の前記調整部２４Ａ及び前記固定部１２５により形作られる外枠と、同一の形状である。即ち、前記台座１１０は、左方と、前方と、後方との三方の枠からなる形状である。

前記駆動載置部２３Ａには、前記アクチュエータ３０Ａが載置される。前記アクチュエータ３０Ａが駆動されることにより、前記反射ミラー２１Ａが揺動される。このとき、前記捻れ梁部２２Ａが、前記ミラー載置部２１の揺動軸となり、前記ミラー載置部２１の中心から揺動軸に直交する前後方向に、前記駆動載置部２３Ａの駆動軸となる。尚、図６において、前記ミラー載置部２１の揺動軸を揺動軸線ＡＲと示し、前記駆動載置部２３Ａの駆動軸を駆動軸線ＢＲと示す。

前記光スキャナ１０１は、前記弾性構造体１２０が前記台座１１０に溶接固定された状態で、前記アクチュエータ３０が駆動され、前記ミラー載置部２１が揺動される。前記光スキャナ１０１は、前記光スキャナ１の場合と同様に、前記弾性構造体１２０の前記調整部２４Ａにおける、前記台座１１０との接合位置に対応して、共振周波数が決定される。即ち、前記調整部２４Ａにおいて、前記駆動軸線ＢＲに近い位置が、前記台座１１０と溶接接合されるほど、共振周波数が高い光スキャナを作成することが可能である。

＜実施形態３＞
本実施形態３においては、光スキャナの構成は、実施形態１の前記光スキャナ１と同様である。しかしながら、前記光スキャナ１を製造する場合における、前記光スキャナ１の共振周波数を調整する工程の手順及び方法が異なる。図２、図７および図８を用いて、実施形態３における前記光スキャナ１の共振周波数を調整する工程を説明する。

図７は、前記台座１０と前記弾性構造体２０との接合条件である接合位置を決定し、接合する工程を示すフローチャートである。尚、本実施形態３における前記光スキャナ１の共振周波数の測定方法は、実施形態１と同様であるため説明を省略する。また、本工程を用いて前記光スキャナ１の共振周波数を調整する場合における、前記弾性構造体２０前記調整部２４の接合位置と、共振周波数との関係は、実施形態１と同じであるため、図２に示すグラフを用いて以下を説明する。

本実施形態３における前記光スキャナ１の共振周波数の調整工程は、実施形態１において説明した調整工程にてまず初めに行われた前記弾性構造体２０と前記台座１０とが固定される工程の前に行われる処理が異なる。具体的には、前記弾性構造体２０の性質に基づいて、前記光スキャナ１の作成時に予測される共振周波数が推定され、その後、種々の手順を経て、前記弾性構造体２０と前記台座１０とが溶接接合される点において、実施形態１とは異なる。以下において、本実施形態３における前記光スキャナ１の共振周波数を調整する工程の詳細を説明する。

ステップＳ１０１では、前記弾性構造体２０の基板の厚さと、前記捻れ梁部２２Ｂの梁幅が測定される。ステップＳ１０１が行われると、続いて、ステップＳ１０２が行われる。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１において測定された前記弾性構造体２０の板厚と、前記捻れ梁部２２Ｂの梁幅とから、この前記弾性構造体２０が前記台座１０に接合されてなる前記光スキャナ１の共振周波数が、予測される。

具体的には、前記光スキャナ１の共振周波数の予測値ｆ_１は、図８に示す前記弾性構造体２０の板厚と梁幅との対応表に従って求められる。図８の縦軸は、前記弾性構造体の前記捻れ梁部２２Ｂの梁幅を示したものであり、単位はμｍである。図８の横軸は、前記弾性構造体２０の基板の厚さを示したものであり、単位はμｍである。図８によって、縦軸に示される前記捻れ梁部２２Ｂの梁幅の特定の値の行と、横軸に示される前記弾性構造体２０の板厚の特定の値の列とが交差する場所の値が、前記弾性構造体２０を前記台座１０に接合したときの前記予測値ｆ_１と求められる。これにより、前記ステップＳ１０１で測定された前記捻れ梁部２２Ｂの梁幅の値と、前記弾性構造体２０の板厚の値とに基づいて、前記光スキャナ１の共振周波数の予測値ｆ_１が求められる。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で求められた前記光スキャナ１の共振周波数の予測値ｆ_１が、所望する仕様の範囲に収まるか否かが判断される。具体的には、前記光スキャナ１の目標とする共振周波数をＦ_０とし、仕様の範囲を±ｄｆとすると、Ｆ_０−ｄｆ≦ｆ_１≦Ｆ_０＋ｄｆであるか否かが判断される。目標とする共振周波数は例えば３．４ｋＨｚ程度であり、仕様の範囲は例えば±約３％、即ち±１１８Ｈｚ程度であり、図８において、破線で囲われる領域２Ａ内に含まれる範囲である。共振周波数ｆ_１が、仕様の範囲に収まる場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、前記弾性構造体２０は、共振周波数の予測値ｆ_１が仕様の範囲内に収まる良品であるというＯＫ判定がなされる。このとき、共振周波数の調整を行う必要が無いため、ステップＳ１０７が実行される。一方、共振周波数が仕様の範囲に収まらない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、ステップＳ１０４が実行される。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０２において予測された共振周波数の予測値ｆ_１が調整可能な範囲に収まっているか否かが判断される。具体的には、ｆ_１が前記光スキャナ１の目標の共振周波数Ｆ_０に対する仕様の上限である−ｄｆより小さく、前記光スキャナ１の目標の共振周波数Ｆ_０に対する調整可能な周波数以上の範囲に存在するか否かが判断される。調整可能な周波数の下限とは、一例として、Ｆ_０に対して−２３６［Ｈｚ］である。

具体的には、ステップＳ１０１において測定される前記捻れ梁部２２Ｂの梁幅の値と、前記弾性構造体２０の板厚の値とに基づいて判断される。図８に示す表に従って求められた前記光スキャナ１の共振周波数の予測値ｆ_１が、Ｆ_０−２３６≦ｆ_１≦Ｆ_０−ｄｆの条件を満たす調整可能範囲内であるか否かが判断される。この調整可能範囲は、図８において、二点鎖線で囲われる領域２Ｂ内に含まれる範囲である。共振周波数ｆ_１が、調整可能範囲内である場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５が実行される。共振周波数ｆ_１が調整可能範囲に収まらない場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、前記弾性構造体２０は、範囲内に収まらないと不良品であるという、ＮＧ判定がなされる。ＮＧ判定がなされた光スキャナ１は、不良品として後工程では利用されないように区別される。

ステップＳ１０５では、前記光スキャナ１の目標とする共振周波数Ｆ_０と、ステップＳ１０２で測定された共振周波数の予測値ｆ_１との差が求められる。具体的には、両者の差であるΔｆ_Ａ＝Ｆ_０−ｆ_１が算出される。Δｆ_Ａが算出されると、続いてステップＳ１０６が実行される。

ステップＳ１０６では、ステップＳ４において算出されたΔｆ_Ａの値に基づいて、前記調整部２４における前記台座１０と溶接接合する位置が決定される。ステップＳ１０６の工程は、実施形態１における前記光スキャナ１の周波数調整工程の場合と同様に、図２に示すグラフを用いて行う。本実施形態３の場合において、図２の横軸は、ステップＳ１０４において算出されたΔｆ_Ａの絶対値と対応し、縦軸は、前記調整部２４の溶接する位置と対応している。尚、図２の縦軸に示す前記調整部２４の溶接する位置とは、前記調整部１２４の前記固定部２５と接続される位置を基点とし、前記駆動軸線ＢＲに向かう方向への距離を示すものである。

ステップＳ１０６では、前記調整部２４において、駆動軸線ＢＲに対して、線対称になるように、接合位置が決定される。また、前記調整部２４Ａ及び２４Ｂは、揺動軸線ＡＲに対して互いに線対称になるように、接合位置が決定される。前記調整部２４Ａ及び２４Ｂの溶接接合は、図２のグラフに示す前記方法Ａの全溶接型または、前記方法Ｂの位置溶接型とのいずれかの方法を用いて行われる。ステップＳ１０６においては、図２に基づいて、溶接位置を領域または箇所で決定する。このとき、図２によれば、実施形態１の場合と同様に、特にΔｆ_Ａの絶対値が１５０Ｈｚより大きい場合には、全溶接型での溶接位置を決定することが望ましい。

ステップＳ１０７においては、ステップＳ６において決定された溶接位置に基づいて、前記弾性構造体２０の前記調整部２４と、前記台座１０との溶接接合が実行される。具体的には、前記調整部２４の上面から、スポット溶接を行うことにより、溶接が行われた前記調整部２４の箇所の金属が溶け、前記台座１０と接合する。尚、全溶接型により、前記調整部２４の所定の領域に対して、スポット溶接を行う場合には、所定の間隔ごとに数ヶ所のスポット溶接を行うことにより、前記調整部２４の所定の領域と、前記台座１０とが接合されてもよい。

ステップＳ１０８において、溶接接合が行われた後の前記光スキャナ１の共振周波数ｆ_ｄが、仕様の範囲内に収まるか否かが判断される。具体的には、ステップＳ２における共振周波数の測定工程が、再度実行される。そして、測定された前記光スキャナ１の共振周波数ｆ_ｄが、所望する仕様の範囲に収まるか否かが判断される。測定された共振周波数ｆ_ｄが仕様値の範囲に収まる場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０９が実行される。一方、測定された共振周波数ｆ_ｄが、仕様値の範囲に収まらない場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、ステップＳ１１０が実行される。

ステップＳ１０９において、前記光スキャナ１は、共振周波数の予測値ｆ_１が仕様の範囲内に収まる良品であるというＯＫ判定がなされる。ＯＫ判定がなされた光スキャナ１は、例えばプリンタなどの他の装置に組み込まれるなど、後工程において利用される。ＯＫ判定の後、一連の共振周波数調整工程が完了する。

ステップＳ１１０において、前記光スキャナ１は、共振周波数が仕様の範囲内に収まらないと不良品であるというＮＧ判定がなされる。ＮＧ判定がなされた前記光スキャナ１は、不良品として後工程では利用されないように区別される。ＮＧ判定の後、一連の前記光スキャナ１の製造工程が完了する。

また、本実施形態３において、実施形態１の場合と同様に、ステップＳ１０８において、共振周波数が仕様の範囲内に収まると判断される場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）であっても、繰り返し、溶接接合が複数回にわたって行われても良い。複数回にわたって溶接接合が行われることによって、前記光スキャナ１の共振周波数の微調整が可能であり、より正確な目標の共振周波数に近づけることができる。また、複数回の溶接接合が行われる場合には、１回目の溶接接合された接合位置に平行してする位置に、２回目以降の溶接接合が行われても良い。

また、本実施形態３においては、光スキャナ１の共振周波数の調整工程を説明したが、光スキャナ１のかわりに、実施形態２において説明する光スキャナ１０１に適用してもよい。

１、１０１ 光スキャナ
１０ 台座
２０ 弾性構造体
２１ ミラー載置部
２１Ａ 反射ミラー
２２ 弾性梁部
２３ 駆動部
２４ 調整部
２５ 固定部
ＡＲ 揺動軸線
ＢＲ 駆動軸線

Claims (7)

1. 入射する光を反射するミラーを支持する弾性構造体と、
   前記弾性構造体を支持する台座とからなる光スキャナであって、
   前記弾性構造体は、
   前記ミラーを駆動する駆動部が載置された弾性梁部と、
   前記弾性梁部に連結され、弾性梁部の駆動する範囲を調整する調整部と、
   前記調整部の両端から延出する固定部と、から構成され、
   前記弾性構造体は、前記固定部及び前記調整部が前記台座と接合固定されており、
   前記調整部は、前記ミラーから延出し前記ミラーを揺動させる揺動軸に対し、交差する方向に延びる駆動部の駆動軸を中心として、線対称の位置で前記台座と溶接接合される
   ことを特徴とする光スキャナ。
2. 前記光スキャナの目標の共振周波数に応じた接合面積で、前記調整部と前記台座とが接合固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
3. 前記調整部において、前記駆動軸と直交する方向に沿って、複数列が、前記台座と溶接接合されることを特徴とする請求項２に記載の光スキャナ。
4. 入射する光を反射するミラーを支持する弾性構造体と、
   前記弾性構造体を支持する台座とからなる光スキャナであって、
   前記弾性構造体は、
   前記ミラーを駆動する駆動部が載置された弾性梁部と、
   前記弾性梁部に連結される調整部と、
   前記調整部の両端から延出する固定部と、から構成される光スキャナを製造する製造方法であって、
   予測される前記光スキャナの共振周波数に基づいて前記調整部と前記台座との接合位置を決定する接合位置決定工程と、
   前記接合位置決定工程により決定された接合位置において、前記調整部と前記台座とを溶接する溶接工程と、から成ることを特徴とする光スキャナの製造方法。
5. 前記接合位置決定工程は、
   前記弾性構造体の厚さを測定する板厚測定工程と、
   前記板厚測定工程による測定結果に基づいて、前記共振周波数を予測する前記周波数予測工程と、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の光スキャナの製造方法。
6. 請求項５に記載の前記光スキャナは、前記弾性梁部に、前記ミラーを支持する支持梁部を更に備える光スキャナであって、
   前記接合位置決定工程は、前記支持梁部の梁幅を測定する梁幅測定工程を備え、
   前記周波数予測工程は、前記梁幅測定工程により測定される前記支持梁部の梁幅に基づいて、前記共振周波数を予測することを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の光スキャナの製造方法。
7. 前記溶接工程は、前記駆動部に連結される前記調整部の第１位置に溶接接合を行う第１溶接工程と、
   前記調整部の前記第１位置に隣接し、前記駆動部との距離が、前記駆動部と前記第１位置との距離より近い第２位置に溶接接合を行う第２溶接工程と、
   から構成されることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の光スキャナの製造方法。