JP6189137B2 - Optical scanner - Google Patents

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Description

本発明は、光偏向器と該光偏向器を制御する制御装置とを備える光スキャナに関する。   The present invention relates to an optical scanner including an optical deflector and a control device that controls the optical deflector.

MEMS(microelectro mechanical systems)光偏向器と、該光偏向器を制御する制御装置とを備える光スキャナが知られている(例:特許文献1/図15及び図18)。   An optical scanner including a MEMS (microelectro mechanical systems) optical deflector and a control device that controls the optical deflector is known (eg, Patent Document 1 / FIGS. 15 and 18).

特許文献1の光スキャナの光偏向器は、走査光を水平方向及び上下方向へ二次元走査する構造を有する。すなわち、該光偏向器は、一定方向からの光を反射するミラー部と、ミラー部からの反射光としての走査光を水平方向へ走査するためにミラー部を水平方向走査用軸線の回りに往復回動させる水平方向走査用アクチュエータと、走査光を垂直方向へ走査するためにミラー部を垂直方向走査用軸線の回りに往復回動させる垂直方向走査用アクチュエータとを備えている(特許文献1/図16及び図19)。   The optical deflector of the optical scanner of Patent Document 1 has a structure that scans scanning light two-dimensionally in the horizontal and vertical directions. That is, the optical deflector reciprocates around a horizontal scanning axis in order to scan in the horizontal direction a mirror portion that reflects light from a certain direction and scanning light as reflected light from the mirror portion. A horizontal scanning actuator that rotates, and a vertical scanning actuator that reciprocally rotates the mirror portion around the vertical scanning axis in order to scan the scanning light in the vertical direction (Patent Document 1 / 16 and 19).

該光偏向器は、さらに、十分に高い水平方向走査周波数を得るために、水平方向走査用軸線の回りのミラー部の共振を利用する。すなわち、光スキャナの制御装置は、水平方向走査用軸線の回りのミラー部の回動周波数が水平方向走査用軸線の回りのミラー部の主共振の周波数と一致するように、該主共振の周波数の駆動電圧で水平方向走査用アクチュエータの圧電膜を駆動する。   The optical deflector further utilizes the resonance of the mirror around the horizontal scanning axis to obtain a sufficiently high horizontal scanning frequency. In other words, the control device of the optical scanner controls the frequency of the main resonance so that the rotation frequency of the mirror around the horizontal scanning axis coincides with the frequency of the main resonance of the mirror around the horizontal scanning axis. The piezoelectric film of the horizontal scanning actuator is driven with a driving voltage of

特開2008−40240号公報JP 2008-40240 A

光偏向器は、水平方向走査用軸線の回りのミラー部の回動について、主共振と共に、振幅は主共振のものより小さくなるものの、主共振の周波数に十分に近い周波数の副共振をもつことがある。このため、水平方向走査用アクチュエータの圧電膜に、主共振の周波数の駆動電圧を印加した場合、水平方向走査用軸線の回りのミラー部の回動に副共振の周波数成分が現れることがある。これは、走査光を水平方向に走査制御する上で支障となる。   The optical deflector has a sub-resonance with a frequency sufficiently close to the frequency of the main resonance, although the amplitude is smaller than that of the main resonance with respect to the rotation of the mirror around the horizontal scanning axis. There is. Therefore, when a drive voltage having a main resonance frequency is applied to the piezoelectric film of the horizontal scanning actuator, a sub-resonance frequency component may appear in the rotation of the mirror around the horizontal scanning axis. This hinders scanning control of scanning light in the horizontal direction.

本発明の目的は、光偏向器のミラー部を主共振を利用して回動する場合に、副共振を的確に抑制することができる光スキャナを提供することである。   An object of the present invention is to provide an optical scanner capable of accurately suppressing sub-resonance when a mirror portion of an optical deflector is rotated using main resonance.

本発明の光スキャナは、光偏向器と該光偏向器を制御する制御装置とを含む光スキャナであって、前記光偏向器は、一定方向からの光を反射するミラー部と、前記ミラー部の両側から前記ミラー部に結合している1対のトーションバーと、第1圧電膜を有し、前記第1圧電膜に第1駆動電圧が供給されることにより前記第1圧電膜の厚さ方向の湾曲度を変化させて、前記トーションバーを介して前記ミラー部を前記トーションバーの軸線としての第1軸線の回りに往復回動させる第1アクチュエータと、前記第1アクチュエータを支持するとともに、第2圧電膜を有し、第2駆動電圧が供給されることにより前記第2圧電膜の厚さ方向の湾曲度を変化させて、前記第1アクチュエータ及び前記トーションバーを介して前記ミラー部を、前記第1軸線に対して直交する第2軸線の回りに往復回動させる第2アクチュエータとを備える。前記第2アクチュエータは、前記第2圧電膜が形成された複数のカンチレバー部を、折返し部により直列に結合して、前記第1軸線回りに所定の柔らかさをもつミアンダ構造として構成される。前記制御装置は、前記第1軸線回りの前記ミラー部の主共振の周波数の電圧を、前記第1駆動電圧として前記第1アクチュエータに供給する第1駆動電圧生成部と、前記第1駆動電圧の周波数より低い周波数の主駆動電圧に、周波数が前記第1軸線回りの前記ミラー部の副共振の周波数と同一で位相が副共振の位相とは逆位相である副駆動電圧を重畳した電圧を、前記第2駆動電圧として前記第2アクチュエータに供給する第2駆動電圧生成部とを備える。   The optical scanner of the present invention is an optical scanner including an optical deflector and a control device that controls the optical deflector, and the optical deflector includes a mirror unit that reflects light from a certain direction, and the mirror unit. A pair of torsion bars coupled to the mirror part from both sides of the first piezoelectric film, and a first driving voltage is supplied to the first piezoelectric film, whereby the thickness of the first piezoelectric film is increased. A first actuator that changes a degree of curvature in a direction and reciprocally rotates the mirror portion around a first axis as an axis of the torsion bar via the torsion bar; and the first actuator, A second piezoelectric film is provided, and the second drive voltage is supplied to change the degree of curvature in the thickness direction of the second piezoelectric film, and the mirror unit is moved via the first actuator and the torsion bar. The first And a second actuator for reciprocating rotation about the second axis perpendicular to the axis. The second actuator is configured as a meander structure having a predetermined softness around the first axis by connecting a plurality of cantilever portions formed with the second piezoelectric film in series by a folded portion. The control device includes: a first drive voltage generation unit that supplies a voltage of a main resonance frequency of the mirror unit around the first axis to the first actuator as the first drive voltage; and A voltage obtained by superimposing a sub-driving voltage whose frequency is lower than the frequency on the main driving voltage, the frequency of which is the same as the frequency of the sub-resonance of the mirror unit around the first axis and whose phase is opposite to that of the sub-resonance, A second drive voltage generation unit configured to supply the second actuator as the second drive voltage.

本発明によれば、第2アクチュエータは、第1軸線回りに所定の柔らかさをもつミアンダ構造として構成されるので、第2圧電膜への第2駆動電圧の供給により、第1軸線回りの往復回動力も生成する。この結果、第2駆動電圧のうちの副駆動電圧による第1軸線回りの往復回動力としての副往復回動力が第2アクチュエータの作用力として発生する。   According to the present invention, since the second actuator is configured as a meander structure having a predetermined softness around the first axis, the second actuator reciprocates around the first axis by supplying the second drive voltage to the second piezoelectric film. It also generates power. As a result, sub-reciprocating rotational power as reciprocating rotational power around the first axis due to the sub-driving voltage of the second driving voltage is generated as the acting force of the second actuator.

この副往復回動力は、第1軸線回りの回動力であるととともに、周波数がミラー部の副共振の周波数と同一でかつ位相が副共振の位相とは逆位相になっている。第1軸線回りの副往復回動力は、第2駆動電圧のうちの主駆動電圧による第2軸線回りの往復回動力としての主往復回動力と共に、第2アクチュエータから第1アクチュエータ及びトーションバーを経由してミラー部に伝わる。この結果、ミラー部の副共振は、副往復回動力により的確に抑制される。   The sub-reciprocating rotatory power is rotative power around the first axis, and the frequency is the same as the sub-resonant frequency of the mirror section, and the phase is opposite to the phase of the sub-resonant. The secondary reciprocating power around the first axis is transmitted from the second actuator via the first actuator and the torsion bar together with the main reciprocating power as the reciprocating power around the second axis by the main driving voltage of the second driving voltage. Then it is transmitted to the mirror part. As a result, the sub-resonance of the mirror part is accurately suppressed by the sub-reciprocating power.

本発明の光スキャナにおいて、前記光偏向器は、前記第2軸線の方向に前記ミラー部の両側で対称な構造に構成され、前記ミラー部の両側に前記第1及び前記第2アクチュエータが1対ずつ存在することが好ましい。   In the optical scanner of the present invention, the optical deflector is configured to be symmetrical on both sides of the mirror part in the direction of the second axis, and a pair of the first and second actuators are provided on both sides of the mirror part. Preferably they are present one by one.

この構成によれば、副往復回動力は、ミラー部の両側から対称にミラー部に対して作用力を及ぼす。この結果、ミラー部における副共振を抑制する力が安定化し、ミラー部の副共振は一層有効に抑制される。   According to this configuration, the auxiliary reciprocating power exerts an acting force on the mirror portion symmetrically from both sides of the mirror portion. As a result, the force for suppressing the sub-resonance in the mirror part is stabilized, and the sub-resonance in the mirror part is further effectively suppressed.

本発明の光スキャナにおいて、前記第1アクチュエータを包囲し、内周縁で前記第1アクチュエータに結合する枠部を備え、各トーションバーは、前記ミラー部への結合端とは反対側の端において前記枠部の内周縁に結合し、前記枠部は、外周縁で前記第2アクチュエータと結合していることが好ましい。   In the optical scanner of the present invention, the optical scanner includes a frame portion that surrounds the first actuator and is coupled to the first actuator at an inner peripheral edge, and each torsion bar has the end opposite to the coupling end to the mirror portion. Preferably, the frame portion is coupled to the inner peripheral edge of the frame portion, and the frame portion is coupled to the second actuator at the outer peripheral edge.

この構成によれば、ミラー部の副共振を抑制する副往復回動力は、枠部からトーションバーへ直接伝わることができるので、副往復回動力によるミラー部の副共振は一層有効に抑制される。   According to this configuration, the sub-reciprocating power that suppresses the sub-resonance of the mirror part can be directly transmitted from the frame part to the torsion bar, so that the sub-resonance of the mirror part due to the sub-reciprocating power is further effectively suppressed. .

光スキャナの全体図。FIG. 外側アクチュエータの作動中の各カンチレバー部の湾曲状態を示す図。The figure which shows the bending state of each cantilever part in operation | movement of an outside actuator. ミラー部の主共振及び副共振の周波数について説明図。Explanatory drawing about the frequency of the main resonance and subresonance of a mirror part. 第2駆動電圧生成部が生成し、外側アクチュエータの圧電膜に供給する第2駆動電圧の説明図。Explanatory drawing of the 2nd drive voltage which a 2nd drive voltage generation part produces | generates and supplies to the piezoelectric film of an outside actuator. 外側アクチュエータのカンチレバー部に第2駆動電圧を供給したことにより副共振が抑制されたことを示す図。The figure which shows that the secondary resonance was suppressed by supplying the 2nd drive voltage to the cantilever part of an outer side actuator. 別の光偏向器の斜視図。The perspective view of another optical deflector.

図1を参照して、光スキャナ1の全体の構成について説明する。光スキャナ1は、光偏向器2、レーザ光源3及び制御装置4を備える。   The overall configuration of the optical scanner 1 will be described with reference to FIG. The optical scanner 1 includes an optical deflector 2, a laser light source 3, and a control device 4.

光偏向器2は、レーザ光源3の出力光Laを前方の一定方向から入射されて、その反射光としての走査光Lbを前方へ出射する。制御装置4は、レーザ光源3のオン(点灯)、オフ(消灯)及び輝度(光の強さ)と、光偏向器2の走査光Lbの走査方向を制御する。制御装置4は、光源制御部5、第1駆動電圧生成部6及び第2駆動電圧生成部7を備える。光源制御部5、第1駆動電圧生成部6及び第2駆動電圧生成部7の詳細は、後述する。   The optical deflector 2 receives the output light La from the laser light source 3 from a certain forward direction and emits the scanning light Lb as reflected light forward. The control device 4 controls the laser light source 3 on (lit), off (dark) and luminance (light intensity), and the scanning direction of the scanning light Lb of the optical deflector 2. The control device 4 includes a light source control unit 5, a first drive voltage generation unit 6, and a second drive voltage generation unit 7. Details of the light source controller 5, the first drive voltage generator 6, and the second drive voltage generator 7 will be described later.

光偏向器2について説明する。説明の便宜上、中心o、x軸方向、y軸方向及びz軸方向について定義する。この光偏向器2は、x軸方向、y軸方向及びz軸方向を例えば、左右水平方向、垂直方向及び前後方向に設定して、使用される。なお、この使用方向は、これら以外の方向での光スキャナ1の使用を制限するものではない。   The optical deflector 2 will be described. For convenience of explanation, the center o, the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction are defined. The optical deflector 2 is used with the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction set to, for example, a horizontal direction, a vertical direction, and a front-rear direction. Note that this use direction does not limit the use of the optical scanner 1 in directions other than these.

以下、光偏向器2の各要素の相対位置関係は、光偏向器2の作動停止時の相対位置関係により説明する。光偏向器2が作動停止している時、ミラー部10のミラー面は、x−y平面上に存在する。   Hereinafter, the relative positional relationship of each element of the optical deflector 2 will be described based on the relative positional relationship when the operation of the optical deflector 2 is stopped. When the optical deflector 2 is deactivated, the mirror surface of the mirror unit 10 exists on the xy plane.

本実施形態の光偏向器2は、周知のMEMS技術を用いて、製作されるものである。すなわち、光偏向器2は、周知のMEMS技術を用いて、珪素の基板層の上に、電極層や配線層としての金属層、圧電膜としての圧電膜層及び絶縁層等を形成することで、完成される(詳細は、例えば特許文献1参照)。   The optical deflector 2 of the present embodiment is manufactured using a well-known MEMS technology. That is, the optical deflector 2 uses a known MEMS technique to form a metal layer as an electrode layer or a wiring layer, a piezoelectric film layer as a piezoelectric film, an insulating layer, or the like on a silicon substrate layer. (For example, refer to Patent Document 1 for details).

光偏向器2は、主要構成要素として、ミラー部10と、内側枠部11と、外側枠部12と、トーションバー15a,15bと、内側アクチュエータ18a,18bと、外側アクチュエータ30a,30bとを備えている。ミラー部10は、光偏向器2の中心に位置し、光偏向器2は、y−z平面に対して左右対称の構造になっている。   The optical deflector 2 includes a mirror part 10, an inner frame part 11, an outer frame part 12, torsion bars 15a and 15b, inner actuators 18a and 18b, and outer actuators 30a and 30b as main components. ing. The mirror unit 10 is positioned at the center of the optical deflector 2, and the optical deflector 2 has a symmetrical structure with respect to the yz plane.

内側枠部11及び外側枠部12は、相互に内外の関係で配設されて、ミラー部10を包囲する。内側枠部11は、円形の内周縁22と、正方形の外周縁23とを有している。外側枠部12は、x軸方向を長辺とした矩形輪郭の周枠形状となっている。   The inner frame portion 11 and the outer frame portion 12 are disposed in an internal / external relationship and surround the mirror portion 10. The inner frame portion 11 has a circular inner peripheral edge 22 and a square outer peripheral edge 23. The outer frame portion 12 has a peripheral frame shape with a rectangular outline having a long side in the x-axis direction.

トーションバー15a,15bは、ミラー部10に対してy軸方向に両側に配設され、ミラー部10から等しい長さでy軸方向に突出している。トーションバー15a,15bは、基端側の端部において内側枠部11の内周縁22に結合し、先端側の端部においてミラー部10の周縁に結合している。   The torsion bars 15 a and 15 b are disposed on both sides in the y-axis direction with respect to the mirror unit 10, and protrude from the mirror unit 10 in the y-axis direction with an equal length. The torsion bars 15 a and 15 b are coupled to the inner peripheral edge 22 of the inner frame portion 11 at the end portion on the proximal end side, and are coupled to the peripheral edge of the mirror portion 10 at the end portion on the distal end side.

内側アクチュエータ18a,18bは、所定幅の半円環状に形成され、両者で形成した円環内にミラー部10が位置するように、ミラー部10に対してx軸方向の両側に配設される。内側アクチュエータ18a,18bは、先端部としての両端部においてトーションバー15a,15bに結合している。内側アクチュエータ18a,18bがトーションバー15a,15bに結合する位置は、y軸方向にトーションバー15a,15bの中点に対してミラー部10よりも内周縁22に近い位置、すなわち基端部に近い位置に設定されている。   The inner actuators 18a and 18b are formed in a semi-annular shape with a predetermined width, and are disposed on both sides in the x-axis direction with respect to the mirror unit 10 so that the mirror unit 10 is positioned in the ring formed by both. . The inner actuators 18a and 18b are coupled to the torsion bars 15a and 15b at both end portions as tip portions. The positions where the inner actuators 18a and 18b are coupled to the torsion bars 15a and 15b are closer to the inner peripheral edge 22 than the mirror part 10 relative to the midpoint of the torsion bars 15a and 15b in the y-axis direction, that is, closer to the base end part. Set to position.

各内側アクチュエータ18a,18bの中点からx軸方向両側に延びた部分20a,20bは、x軸上で、内側アクチュエータ18a,18bと内側枠部11の内周縁22とを結合している。内側アクチュエータ18a,18bは、x−y平面に対して平行な圧電膜の層を、半円環のほぼ全体にわたり有している。内側アクチュエータ18a,18bは、その圧電膜に後述の第1駆動電圧が印加されることにより圧電膜の厚さ方向の湾曲度を変化させる。   Portions 20a and 20b extending from the middle point of each inner actuator 18a and 18b to both sides in the x-axis direction connect the inner actuators 18a and 18b and the inner peripheral edge 22 of the inner frame portion 11 on the x-axis. The inner actuators 18a and 18b have a piezoelectric film layer parallel to the xy plane over almost the entire semicircular ring. The inner actuators 18a and 18b change the degree of curvature in the thickness direction of the piezoelectric film by applying a first drive voltage described later to the piezoelectric film.

外側アクチュエータ30a,30bは、複数のカンチレバー部31(図1の例では各4つ)を折返し部32により直列に結合したミアンダ構造になっている。複数のカンチレバー部31は、長手方向をy軸方向に揃えて、x軸方向に配列されている。   The outer actuators 30a and 30b have a meander structure in which a plurality of cantilever portions 31 (four in the example of FIG. 1) are coupled in series by a folded portion 32. The plurality of cantilever portions 31 are arranged in the x-axis direction with the longitudinal direction aligned in the y-axis direction.

外側アクチュエータ30a,30bは、x軸方向に外側の端としての基端部33において外側枠部12の短辺部の下端部に結合し、x軸方向に内側の端としての先端部34において内側枠部11の外周縁23の縦辺部の下端部に結合している。各カンチレバー部31は、x−y平面に対して平行な圧電膜の層を、長手方向のほぼ全体にわたり有している。カンチレバー部31は、その圧電膜に後述の第2駆動電圧を印加されることにより圧電膜の厚さ方向の湾曲度を変化させる。   The outer actuators 30a and 30b are coupled to the lower end portion of the short side portion of the outer frame portion 12 at the base end portion 33 as the outer end in the x-axis direction, and are inner at the distal end portion 34 as the inner end in the x-axis direction. It is coupled to the lower end portion of the vertical side portion of the outer peripheral edge 23 of the frame portion 11. Each cantilever part 31 has a layer of a piezoelectric film parallel to the xy plane over almost the entire length. The cantilever portion 31 changes the degree of curvature in the thickness direction of the piezoelectric film by applying a second drive voltage described later to the piezoelectric film.

電極35a,35bは、外側枠部12の短辺部の下端部に設けられている。左側の電極35aは、左側の内側アクチュエータ18a及び左側の外側アクチュエータ30aへの駆動電圧供給用に設けられている。右側の電極35bは、右側の内側アクチュエータ18b及び右側の外側アクチュエータ30bへの駆動電圧供給用に設けられている。外側アクチュエータ30a,30bでは、基端部33側から数えて奇数番目のカンチレバー部31の圧電膜と、偶数番目のカンチレバー部31の圧電膜とにそれぞれ別の駆動電圧が供給される。   The electrodes 35 a and 35 b are provided at the lower end portion of the short side portion of the outer frame portion 12. The left electrode 35a is provided for driving voltage supply to the left inner actuator 18a and the left outer actuator 30a. The right electrode 35b is provided for supplying a drive voltage to the right inner actuator 18b and the right outer actuator 30b. In the outer actuators 30a and 30b, different driving voltages are supplied to the piezoelectric film of the odd-numbered cantilever part 31 and the piezoelectric film of the even-numbered cantilever part 31 counted from the base end 33 side.

次に、光スキャナ1の動作について説明する。光スキャナ1の作動停止中は、レーザ光源3は、オフ(消灯状態)であって、出力光Laは発射されない。また、光偏向器2のミラー部10の反射面は、x−y平面に含まれる。   Next, the operation of the optical scanner 1 will be described. While the operation of the optical scanner 1 is stopped, the laser light source 3 is off (light-off state), and the output light La is not emitted. The reflection surface of the mirror unit 10 of the optical deflector 2 is included in the xy plane.

光スキャナ1の作動時には、光源制御部5は、レーザ光源3をオン(点灯状態)にする。これにより、出力光Laがレーザ光源3からミラー部10の中心oに向けて発射される。光源制御部5は、典型的には、レーザ光源3への給電電流を光スキャナ1の作動期間中、等しい値に維持して、出力光Laの輝度を一定に維持する。   When the optical scanner 1 is in operation, the light source control unit 5 turns on (turns on) the laser light source 3. As a result, the output light La is emitted from the laser light source 3 toward the center o of the mirror unit 10. The light source control unit 5 typically maintains the current supplied to the laser light source 3 at an equal value during the operation period of the optical scanner 1 to keep the luminance of the output light La constant.

光源制御部5は、光スキャナ1の走査光Lbの照射先にグレースケール画像を生成する場合には、レーザ光源3への給電電流を光スキャナ1の作動期間中、変化させて、出力光Laの輝度を変化させる。光源制御部5は、走査光Lbの水平方向及び上下方向の走査において、走査の往路のみレーザ光源3をオンにして、復路では、レーザ光源3をオフにすることもできる。   When the light source control unit 5 generates a gray scale image at the irradiation destination of the scanning light Lb of the optical scanner 1, the light source control unit 5 changes the power supply current to the laser light source 3 during the operation period of the optical scanner 1 to output light La Change the brightness. The light source controller 5 can turn on the laser light source 3 only in the scanning forward path and turn off the laser light source 3 in the backward path in the horizontal and vertical scanning of the scanning light Lb.

第1駆動電圧生成部6は、内側アクチュエータ18a,18bの圧電膜に印加する第1駆動電圧を生成し、電極35a,35bを介して内側アクチュエータ18a,18bに供給する。左右の内側アクチュエータ18a,18bへの第1駆動電圧は、正弦波形で変化し、共に周波数及びpp電圧(ピークツーピーク電圧)が同一に設定され、位相が逆とされる。第1駆動電圧の周波数は、ミラー部10の主共振の周波数Fh(図3で後述)に等しくされる。   The first drive voltage generator 6 generates a first drive voltage to be applied to the piezoelectric films of the inner actuators 18a and 18b, and supplies the first drive voltage to the inner actuators 18a and 18b via the electrodes 35a and 35b. The first drive voltages to the left and right inner actuators 18a and 18b change in a sine waveform, and both the frequency and the pp voltage (peak-to-peak voltage) are set to be the same, and the phases are reversed. The frequency of the first drive voltage is made equal to the main resonance frequency Fh of the mirror unit 10 (described later in FIG. 3).

第1駆動電圧が、左右の内側アクチュエータ18a,18bの圧電膜に逆位相で印加される結果、左右の内側アクチュエータ18a,18bにおける圧電膜の厚さ方向の湾曲度の増減は、逆の関係になる。これにより、トーションバー15a,15bは、左右の内側アクチュエータ18a,18bとの結合箇所において左右の内側アクチュエータ18a,18bにより駆動されて、軸線回りに往復回動する。この結果、ミラー部10は、本発明における第1軸線に相当するトーションバー15a,15bの軸線の回りに往復回動し、走査光Lbは、左右水平方向へ後述の周波数Fhで往復走査される。   As a result of the first drive voltage being applied to the piezoelectric films of the left and right inner actuators 18a and 18b in opposite phases, the increase and decrease in the bending degree of the piezoelectric film in the thickness direction of the left and right inner actuators 18a and 18b have an inverse relationship. Become. As a result, the torsion bars 15a and 15b are driven by the left and right inner actuators 18a and 18b at the joints with the left and right inner actuators 18a and 18b, and reciprocate around the axis. As a result, the mirror unit 10 reciprocates around the axes of the torsion bars 15a and 15b corresponding to the first axis in the present invention, and the scanning light Lb is reciprocated in the horizontal direction at a frequency Fh described later. .

なお、トーションバー15a,15bの軸線は、外側アクチュエータ30a,30bによるx軸回りの内側枠部11の往復揺動により、y−z平面上で変位する。ミラー部10のミラー面の中心の法線がz軸に一致した時、トーションバー15a,15bの軸線は、y軸に一致する。また、ミラー部10のミラー面の中心は、内側アクチュエータ18a,18b及び外側アクチュエータ30a,30bの作動にもかかわらず、中心oの位置を保持する。   The axes of the torsion bars 15a and 15b are displaced on the yz plane by the reciprocal swing of the inner frame portion 11 around the x axis by the outer actuators 30a and 30b. When the normal line of the center of the mirror surface of the mirror unit 10 coincides with the z axis, the axis lines of the torsion bars 15a and 15b coincide with the y axis. Further, the center of the mirror surface of the mirror unit 10 maintains the position of the center o regardless of the operation of the inner actuators 18a and 18b and the outer actuators 30a and 30b.

第2駆動電圧生成部7は、外側アクチュエータ30a,30bのカンチレバー部31の圧電膜に印加する第2駆動電圧を生成し、電極35a,35bを介して外側アクチュエータ30a,30bのカンチレバー部31の圧電膜に供給する。ここで、各外側アクチュエータ30a,30bにおけるカンチレバー部31に番号を付ける。各外側アクチュエータ30a,30bは4つのカンチレバー部31を備え、基端部33側から先端部34側、すなわち図1においてy軸方向にミラー部10から遠い方から近い方へ順番にカンチレバー部31の番号は1〜4とする(図2のNo.1〜No.4を参照)。   The second drive voltage generator 7 generates a second drive voltage to be applied to the piezoelectric film of the cantilever part 31 of the outer actuators 30a and 30b, and the piezoelectric of the cantilever part 31 of the outer actuators 30a and 30b via the electrodes 35a and 35b. Supply to the membrane. Here, the cantilever portions 31 in the outer actuators 30a and 30b are numbered. Each of the outer actuators 30a and 30b includes four cantilever portions 31, and the cantilever portions 31 are sequentially arranged from the proximal end portion 33 side to the distal end portion 34 side, that is, in the y-axis direction in FIG. The numbers are 1 to 4 (see No. 1 to No. 4 in FIG. 2).

第2駆動電圧は、奇数番のカンチレバー部31の圧電膜に供給する主駆動電圧Db(後述の図3)と、偶数番のカンチレバー部31の圧電膜に供給する主駆動電圧Dbの位相を逆にする。なお、第2駆動電圧の周波数及びpp電圧は、奇数番のカンチレバー部31の圧電膜と偶数番のカンチレバー部31の圧電膜とでは同一である。   The second drive voltage has the phase of the main drive voltage Db (FIG. 3 described later) supplied to the piezoelectric film of the odd-numbered cantilever part 31 and the phase of the main drive voltage Db supplied to the piezoelectric film of the even-numbered cantilever part 31 reversed. To. The frequency of the second drive voltage and the pp voltage are the same for the piezoelectric film of the odd-numbered cantilever part 31 and the piezoelectric film of the even-numbered cantilever part 31.

図2は、外側アクチュエータ30aの作動状態の説明図である。外側アクチュエータ30aの基端部33は、外側アクチュエータ30aの作動中も、z軸座標=0の位置に保持され、先端部34のみがz軸方向に変位する。図2において、No.1〜No.4は、外側アクチュエータ30aおけるカンチレバー部31の番号を意味する。   FIG. 2 is an explanatory diagram of the operating state of the outer actuator 30a. The base end portion 33 of the outer actuator 30a is held at the z-axis coordinate = 0 position even during the operation of the outer actuator 30a, and only the tip end portion 34 is displaced in the z-axis direction. In FIG. 1-No. 4 denotes the number of the cantilever portion 31 in the outer actuator 30a.

外側アクチュエータ30bの作動状態図は省略しているが、外側アクチュエータ30a,30bは、y−z平面に対して相互に対称に作動する。   Although the operation state diagram of the outer actuator 30b is omitted, the outer actuators 30a and 30b operate symmetrically with respect to the yz plane.

前述したように、外側アクチュエータ30aにおいて、奇数番のカンチレバー部31の圧電膜に供給する第2駆動電圧と、偶数番のカンチレバー部31の圧電膜に供給する第2駆動電圧とは、位相が逆にされる。これにより、奇数番のカンチレバー部31と偶数番のカンチレバー部31とは、図2に示すように、z軸方向の湾曲度の増減が逆の関係となり、先端部34は、基端部33に対して、z軸方向に往復変位し、ミラー部10を本発明における第2軸線に相当するx軸の回りに往復回動させる。この結果、走査光Lbは、上下方向へ往復走査される。   As described above, in the outer actuator 30a, the second drive voltage supplied to the piezoelectric film of the odd-numbered cantilever part 31 and the second drive voltage supplied to the piezoelectric film of the even-numbered cantilever part 31 have opposite phases. To be. Thereby, as shown in FIG. 2, the odd-numbered cantilever portion 31 and the even-numbered cantilever portion 31 have a reverse relationship in increase and decrease in the degree of curvature in the z-axis direction, and the distal end portion 34 is connected to the proximal end portion 33. On the other hand, the mirror unit 10 is reciprocally displaced in the z-axis direction, and the mirror unit 10 is reciprocally rotated around the x-axis corresponding to the second axis in the present invention. As a result, the scanning light Lb is reciprocated in the vertical direction.

外側アクチュエータ30a,30bのカンチレバー部31間には、隙間が存在し、外側アクチュエータ30a,30bのカンチレバー部31は、z軸方向に湾曲変形する。この結果、外側アクチュエータ30a,30bは、全方向、特に、カンチレバー部31間の隙間の幅方向(x軸方向)及び厚さ方向(z軸方向)に所定の柔らかさをもつことになる。   There is a gap between the cantilevers 31 of the outer actuators 30a and 30b, and the cantilevers 31 of the outer actuators 30a and 30b are curved and deformed in the z-axis direction. As a result, the outer actuators 30a and 30b have predetermined softness in all directions, particularly in the width direction (x-axis direction) and thickness direction (z-axis direction) of the gap between the cantilever portions 31.

図3を参照して、ミラー部10の主共振及び副共振の周波数について説明する。図3は、光偏向器2の内側アクチュエータ18a,18bの圧電膜に印加する第1駆動電圧の周波数を変化させた場合の該周波数とミラー部10の振れ角との関係を調べた実験の結果を示したものである。なお、第1駆動電圧は13Vppであり、そのオフセットは6.5Vとなっている。   With reference to FIG. 3, the frequencies of the main resonance and the sub resonance of the mirror unit 10 will be described. FIG. 3 is a result of an experiment in which the relationship between the frequency of the first drive voltage applied to the piezoelectric films of the inner actuators 18a and 18b of the optical deflector 2 and the deflection angle of the mirror unit 10 is changed. Is shown. The first drive voltage is 13 Vpp, and the offset is 6.5 V.

図3の実験では、外側アクチュエータ30a,30bの圧電膜は、後述の図4の主駆動電圧Dbのみが、第2駆動電圧として第2駆動電圧生成部7から供給されて、印加される。また、図3の実験において内側アクチュエータ18a,18bの圧電膜に供給した駆動電圧のpp電圧は、周波数に関係なく一定である。なお、Dbは、40〜70Vpp、オフセット電圧がpp電圧の1/2、周波数が60Hzに設定されている。   In the experiment of FIG. 3, only the main drive voltage Db of FIG. 4 to be described later is supplied from the second drive voltage generator 7 as the second drive voltage and applied to the piezoelectric films of the outer actuators 30a and 30b. Further, the pp voltage of the drive voltage supplied to the piezoelectric films of the inner actuators 18a and 18b in the experiment of FIG. 3 is constant regardless of the frequency. Db is set to 40 to 70 Vpp, the offset voltage is ½ of the pp voltage, and the frequency is 60 Hz.

なお、圧電膜の駆動方式には、ユニポーラ型とバイポーラ型があり、内側アクチュエータ18a,18bの外側アクチュエータ30a,30bの圧電膜の駆動方式は、そのどちらでも選択することができる。図3の実験では、所定のオフセット電圧を設定して、ユニポーラ型で内側アクチュエータ18a,18bの外側アクチュエータ30a,30bを駆動している。前述の図2は、奇数番と偶数番のカンチレバー部31が相互に逆方向に湾曲した状態を示しており、これは、バイポーラ型駆動に対応している。ユニポーラ型駆動の場合は、カンチレバー部31は、圧電膜の厚さ方向に(ほぼz軸方向)に正負の一方の向きでのみ湾曲し、他方の向きに湾曲することはなく、平坦状態と一方向きの湾曲との間で切替えられることになる。   There are unipolar and bipolar driving methods for the piezoelectric film, and either of the driving methods for the piezoelectric films of the outer actuators 30a and 30b of the inner actuators 18a and 18b can be selected. In the experiment of FIG. 3, a predetermined offset voltage is set, and the outer actuators 30a and 30b of the inner actuators 18a and 18b are driven in a unipolar type. FIG. 2 described above shows a state in which the odd-numbered and even-numbered cantilever portions 31 are bent in opposite directions, which corresponds to bipolar driving. In the case of the unipolar drive, the cantilever portion 31 is bent only in one direction of positive and negative in the thickness direction of the piezoelectric film (substantially in the z-axis direction) and is not bent in the other direction. It will be switched between curving directions.

図3において、横軸は周波数、縦軸はミラー部10の振れ角を示している。ミラー部10は、トーションバー15a,15bの軸線回りに往復回動する。各周波数においてy−z平面に対する左右の最大振れ角(最大傾斜角)の絶対値は等しい。図3の縦軸の振れ角は、この左右の最大振れ角の絶対値を示しており、実際の振れ角の1/2に相当する。   In FIG. 3, the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the deflection angle of the mirror unit 10. The mirror unit 10 reciprocates around the axis of the torsion bars 15a and 15b. The absolute values of the left and right maximum swing angles (maximum tilt angles) with respect to the yz plane are the same at each frequency. The shake angle on the vertical axis in FIG. 3 indicates the absolute value of the left and right maximum shake angles, and corresponds to ½ of the actual shake angle.

図3から分かるように、ミラー部10の振れ角は、周波数FhとFiとにおいて突出し、それぞれ15°及び2°近辺になっている。Fhは、ミラー部10の主共振モード時の共振周波数としての25327Hzであり、Fiは副共振モード時の共振周波数としての25745Hzである。   As can be seen from FIG. 3, the deflection angle of the mirror portion 10 protrudes at the frequencies Fh and Fi, and is in the vicinity of 15 ° and 2 °, respectively. Fh is 25327 Hz as the resonance frequency in the main resonance mode of the mirror unit 10, and Fi is 25745 Hz as the resonance frequency in the sub resonance mode.

光スキャナ1は、出力光Laの水平方向の高い走査周波数を確保するために、ミラー部10の主共振モードを利用する。すなわち、第1駆動電圧生成部6は、第1駆動電圧の周波数をFhに設定する。しかし、この場合、Fhの近傍に副共振モードのFiが存在するので、トーションバー15a,15bの軸線回りのミラー部10の往復揺動には、Fiの振動成分が出現して、走査光Lbの水平方向走査に悪影響が生じる。   The optical scanner 1 uses the main resonance mode of the mirror unit 10 to ensure a high scanning frequency in the horizontal direction of the output light La. That is, the first drive voltage generation unit 6 sets the frequency of the first drive voltage to Fh. However, in this case, since the sub-resonance mode Fi exists in the vicinity of Fh, the vibration component of Fi appears in the reciprocating oscillation of the mirror portion 10 around the axis of the torsion bars 15a and 15b, and the scanning light Lb Adversely affects horizontal scanning.

これに対処するために、光スキャナ1では、第2駆動電圧生成部7が外側アクチュエータ30a,30bの圧電膜へ供給する第2駆動電圧を、次の図4で説明するように、主駆動電圧Dbと副駆動電圧Dcとを重畳した重畳駆動電圧Daとする。   In order to cope with this, in the optical scanner 1, the second drive voltage supplied from the second drive voltage generator 7 to the piezoelectric films of the outer actuators 30a and 30b is set to the main drive voltage as will be described with reference to FIG. The superimposed drive voltage Da is obtained by superimposing Db and the sub drive voltage Dc.

図4は、第2駆動電圧生成部7が生成し、外側アクチュエータ30a,30bの圧電膜に供給する第2駆動電圧の説明図である。図4において、横軸は時間、縦軸は駆動電圧を示している。   FIG. 4 is an explanatory diagram of the second drive voltage generated by the second drive voltage generator 7 and supplied to the piezoelectric films of the outer actuators 30a and 30b. In FIG. 4, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents drive voltage.

図4において、点線は主駆動電圧Db、波線は副駆動電圧Dc(Dcのpp電圧<Dbのpp電圧)である。Db,Dcは共に正弦波である。Dbは、40〜70Vpp、オフセット電圧がpp電圧の1/2、周波数が60Hzに設定される。Dcは、8Vpp、オフセットが4V、周波数がFi(=25745Hz)となっている。重畳駆動電圧Daは、DbとDcとを重畳したもの(Da=Db+Dc)である。Daが、第2駆動電圧に相当する。Dcの位相は、図3の副共振モードの副共振の位相と逆となるように、設定される。   In FIG. 4, the dotted line is the main drive voltage Db, and the broken line is the sub drive voltage Dc (pp voltage of Dc <pp voltage of Db). Db and Dc are both sine waves. Db is set to 40 to 70 Vpp, the offset voltage is set to ½ of the pp voltage, and the frequency is set to 60 Hz. Dc is 8 Vpp, the offset is 4 V, and the frequency is Fi (= 25745 Hz). The superimposed drive voltage Da is obtained by superimposing Db and Dc (Da = Db + Dc). Da corresponds to the second drive voltage. The phase of Dc is set so as to be opposite to the phase of the secondary resonance in the secondary resonance mode of FIG.

前述したように、主駆動電圧Dbは、外側アクチュエータ30a,30bの各々において、奇数番のカンチレバー部31の圧電膜に供給するものと、偶数番のカンチレバー部31の圧電膜に供給するものとは、位相を逆にされる。これに対し、副駆動電圧Dcは、奇数番のカンチレバー部31の圧電膜に供給するものと、偶数番のカンチレバー部31の圧電膜に供給するものとは、位相を同一にされる。   As described above, the main drive voltage Db is supplied to the piezoelectric film of the odd-numbered cantilever part 31 and supplied to the piezoelectric film of the even-numbered cantilever part 31 in each of the outer actuators 30a and 30b. The phase is reversed. On the other hand, the phase of the sub-drive voltage Dc supplied to the piezoelectric film of the odd-numbered cantilever part 31 is the same as that supplied to the piezoelectric film of the even-numbered cantilever part 31.

ただし、外側アクチュエータ30aの副駆動電圧Dcと外側アクチュエータ30bの副駆動電圧Dcとは、相互に逆位相とされる。外側アクチュエータ30a,30bがトーションバー15a,15bをトーションバー15a,15bの軸線回りに同一方向の回転力を付与するためには、左右の外側アクチュエータ30a,30bの先端部がz軸方向に逆向きに変位する必要があるからである。   However, the sub drive voltage Dc of the outer actuator 30a and the sub drive voltage Dc of the outer actuator 30b are in opposite phases. In order for the outer actuators 30a and 30b to apply to the torsion bars 15a and 15b a rotational force in the same direction around the axis of the torsion bars 15a and 15b, the tip portions of the left and right outer actuators 30a and 30b are opposite in the z-axis direction. It is because it is necessary to displace to.

図5は、外側アクチュエータ30a,30bのカンチレバー部31に第2駆動電圧、すなわち図3の重畳駆動電圧Daを供給しつつ、光偏向器2の内側アクチュエータ18a,18bに印加する駆動電圧の周波数を変化させた場合の該周波数とミラー部10の振れ角との関係を調べた実験の結果を示したものである。   5 shows the frequency of the drive voltage applied to the inner actuators 18a and 18b of the optical deflector 2 while supplying the second drive voltage, that is, the superimposed drive voltage Da of FIG. 3, to the cantilever portions 31 of the outer actuators 30a and 30b. The result of the experiment which investigated the relationship between this frequency at the time of changing and the deflection angle of the mirror part 10 is shown.

図5から、副共振モードが完全に抑制されて、消失したことが分かる。ミラー部10の副共振モードが抑制される作用について説明する。   FIG. 5 shows that the sub-resonance mode is completely suppressed and disappears. The effect | action which the subresonance mode of the mirror part 10 is suppressed is demonstrated.

第1駆動電圧生成部6は、内側アクチュエータ18a,18bに第1圧電膜を供給する。第1圧電膜は、13Vpp、オフセットが6.5V、周波数がFhに設定される。第2駆動電圧生成部7は、外側アクチュエータ30a,30bに第2駆動電圧を供給する。第2駆動電圧、図4で定義したDa(=Db+Dc)である。繰り返すと、Dbは、40〜70Vpp、オフセット電圧がpp電圧の1/2、周波数が60Hzに設定される。Dcは、8Vpp、オフセットが4V、周波数がFi(=25745Hz)となっている。Dcの位相は、図3の副共振モードの副共振の位相と逆となるように、設定される。   The first drive voltage generator 6 supplies the first piezoelectric film to the inner actuators 18a and 18b. The first piezoelectric film is set to 13 Vpp, the offset is 6.5 V, and the frequency is Fh. The second drive voltage generator 7 supplies the second drive voltage to the outer actuators 30a and 30b. The second drive voltage is Da (= Db + Dc) defined in FIG. If it repeats, Db is set to 40-70Vpp, an offset voltage is 1/2 of pp voltage, and a frequency is set to 60 Hz. Dc is 8 Vpp, the offset is 4 V, and the frequency is Fi (= 25745 Hz). The phase of Dc is set so as to be opposite to the phase of the secondary resonance in the secondary resonance mode of FIG.

外側アクチュエータ30a,30bのカンチレバー部31の圧電膜は、第2駆動電圧生成部7から供給される重畳駆動電圧Daを印加される。外側アクチュエータ30a,30bは、重畳駆動電圧Daに含まれる主駆動電圧Dbによる駆動によって、先端部34を介してミラー部10にx軸回りの主往復回動力を付与する。これにより、ミラー部10は、x軸の回りに60Hzで往復回動し、走査光Lbは、上下方向に60Hzで走査する。   The superimposed drive voltage Da supplied from the second drive voltage generator 7 is applied to the piezoelectric film of the cantilever part 31 of the outer actuators 30a and 30b. The outer actuators 30a and 30b apply main reciprocating power about the x axis to the mirror unit 10 via the tip 34 by driving with the main driving voltage Db included in the superimposed driving voltage Da. As a result, the mirror unit 10 reciprocates around the x axis at 60 Hz, and the scanning light Lb scans at 60 Hz in the vertical direction.

一方、外側アクチュエータ30a,30bは、前述のように、トーションバー15a,15bの軸線回りとしてのx軸方向及びz軸方向に柔らかい構造、すなわち外側アクチュエータ30a,30bの部位がx軸方向及びz軸方向に許容範囲内で変位自在な構造になっている。このことと、副駆動電圧Dcが重畳駆動電圧Daに含まれることとによって、トーションバー15a,15bの軸線回りに周波数がFiで位相が副共振モードの位相と逆位相である副往復回動力が、外側アクチュエータ30a,30bの先端部34に生成される。   On the other hand, as described above, the outer actuators 30a and 30b have a soft structure in the x-axis direction and the z-axis direction around the axes of the torsion bars 15a and 15b, that is, the outer actuators 30a and 30b are arranged in the x-axis direction and the z-axis direction. It is structured to be freely displaceable within the allowable range in the direction. As a result, the auxiliary driving voltage Dc is included in the superimposed driving voltage Da, so that the auxiliary reciprocating rotational power having the frequency Fi around the axis of the torsion bars 15a and 15b and the phase opposite to the phase of the auxiliary resonance mode is generated. The outer actuators 30a and 30b are generated at the tip 34.

この副往復回動力は、外側アクチュエータ30a,30bの先端部34から内側枠部11へ伝達され、さらに、内側枠部11から内側アクチュエータ18a,18bを経由してトーションバー15a,15bの中間部位へ伝達されるとともに、内側枠部11の内周縁22からトーションバー15a,15bの基端部に直接伝達される。副往復回動力は、トーションバー15a,15bを経てミラー部10に伝達されてから、ミラー部10に副共振モードの副共振と相殺される。この結果、副共振が抑制される。   The auxiliary reciprocating power is transmitted from the tip 34 of the outer actuators 30a, 30b to the inner frame 11, and further from the inner frame 11 to the intermediate portions of the torsion bars 15a, 15b via the inner actuators 18a, 18b. As well as being transmitted, it is directly transmitted from the inner peripheral edge 22 of the inner frame portion 11 to the base end portions of the torsion bars 15a, 15b. The secondary reciprocating power is transmitted to the mirror unit 10 via the torsion bars 15a and 15b, and then canceled by the mirror unit 10 with the secondary resonance in the secondary resonance mode. As a result, sub-resonance is suppressed.

なお、外側アクチュエータ30a,30bのカンチレバー部31の圧電膜への副駆動電圧Dcの印加が、外側アクチュエータ30a,30bの駆動力によるミラー部10にx軸回りの往復回動に与える影響はほとんどない。なぜなら、x軸回りのミラー部10の共振周波数(例:300〜1000Hz)は、副駆動電圧DcのFiに比して、十分に低いからである。   Note that the application of the sub drive voltage Dc to the piezoelectric film of the cantilever part 31 of the outer actuators 30a and 30b has little influence on the reciprocating rotation around the x axis on the mirror part 10 by the driving force of the outer actuators 30a and 30b. . This is because the resonance frequency (e.g., 300 to 1000 Hz) of the mirror unit 10 around the x axis is sufficiently lower than Fi of the sub drive voltage Dc.

この光スキャナ1では、ミラー部10の副共振を抑制するための副往復回動力を外側アクチュエータ30a,30bにおいて生成することになるので、副往復回動力を生成する加振部を光偏向器2内に別途、製作することが省略される。この結果、光スキャナ1の構造が簡単となる。   In this optical scanner 1, the sub-reciprocating power for suppressing the sub-resonance of the mirror unit 10 is generated by the outer actuators 30 a and 30 b, so that the excitation unit that generates the sub-reciprocating power is used as the optical deflector 2. It is omitted to produce separately inside. As a result, the structure of the optical scanner 1 is simplified.

次に、図6は別の光偏向器42の斜視図である。図1の光スキャナ1において、光偏向器2に代えて図6の光偏向器42を装備する場合にも、同様に、トーションバー15a,15bの軸線回りの副共振モードを抑制することができる。   Next, FIG. 6 is a perspective view of another optical deflector 42. In the optical scanner 1 of FIG. 1, when the optical deflector 42 of FIG. 6 is provided instead of the optical deflector 2, the sub-resonance mode around the axis of the torsion bars 15a and 15b can be similarly suppressed. .

図6の光偏向器42において、図1の光偏向器2の要素と同一の要素については、光偏向器2の要素と同一の符号で指示して説明は省略し、相違点についてのみ説明する。   In the optical deflector 42 of FIG. 6, the same elements as those of the optical deflector 2 of FIG. 1 are designated by the same reference numerals as those of the optical deflector 2 and description thereof will be omitted, and only differences will be described. .

光偏向器42では、前述の光偏向器2の内側枠部11及び内側アクチュエータ18a,18bが、内側枠44及び内側アクチュエータ45a,45b,47a,47bに変更される。   In the optical deflector 42, the inner frame portion 11 and the inner actuators 18a and 18b of the optical deflector 2 described above are changed to the inner frame 44 and the inner actuators 45a, 45b, 47a and 47b.

内側枠44は、ミラー部10を包囲する正方形輪郭の周枠形状であり、内周縁55及び外周縁51を有する。トーションバー15a,15bの基端部は、内側枠44の内周縁55の上辺部及び下辺部に結合している。外側アクチュエータ30a,30bの先端部34は、内側枠44の外周縁51の左右の辺部の下端部に結合している。   The inner frame 44 has a square outline shape surrounding the mirror portion 10 and has an inner peripheral edge 55 and an outer peripheral edge 51. The base end portions of the torsion bars 15 a and 15 b are coupled to the upper side portion and the lower side portion of the inner peripheral edge 55 of the inner frame 44. The distal end portions 34 of the outer actuators 30 a and 30 b are coupled to the lower end portions of the left and right side portions of the outer peripheral edge 51 of the inner frame 44.

内側アクチュエータ45a,45b,47a,47bは、x軸方向に平行な直線状に形成され、それぞれx軸方向にトーションバー15a,15bの両側に配設される。内側アクチュエータ45a,45bがトーションバー15aに結合する先端部の位置は、図1の光偏向器2において内側アクチュエータ18a,18bの上側先端部がトーションバー15aに結合する位置と同一になる。内側アクチュエータ47a,47bがトーションバー15bに結合する先端部の位置は、図1の光偏向器2において内側アクチュエータ18a,18bの下側先端部がトーションバー15bに結合する位置と同一になる。   The inner actuators 45a, 45b, 47a, 47b are formed in a straight line parallel to the x-axis direction and are disposed on both sides of the torsion bars 15a, 15b, respectively, in the x-axis direction. The positions of the tip portions where the inner actuators 45a and 45b are coupled to the torsion bar 15a are the same as the positions where the upper tip portions of the inner actuators 18a and 18b are coupled to the torsion bar 15a in the optical deflector 2 of FIG. The position of the front end where the inner actuators 47a and 47b are coupled to the torsion bar 15b is the same as the position where the lower front end of the inner actuators 18a and 18b is coupled to the torsion bar 15b in the optical deflector 2 of FIG.

この光偏向器42においても、外側アクチュエータ30a,30bのカンチレバー部31の圧電膜が、第2駆動電圧生成部7から供給される重畳駆動電圧Daを印加される。これに伴い、外側アクチュエータ30a,30bの先端部34には、x軸の回りの主往復回動力と共に、第1軸線としてのトーションバー15a,15bの軸線回りの副往復回動力が生成される。外側アクチュエータ30a,30bは、x軸方向及びz軸方向に所定の柔らかさを有するので、トーションバー15a,15bの軸線回りに周波数がFiで位相が副共振モードの位相と逆位相である副往復回動力が、外側アクチュエータ30a,30bの先端部34に生成される。   Also in this optical deflector 42, the superimposed drive voltage Da supplied from the second drive voltage generator 7 is applied to the piezoelectric film of the cantilever part 31 of the outer actuators 30 a and 30 b. Along with this, the sub-reciprocal rotational power around the axis of the torsion bars 15a, 15b as the first axis is generated at the distal end portions 34 of the outer actuators 30a, 30b together with the main reciprocal rotational power around the x axis. Since the outer actuators 30a and 30b have a predetermined softness in the x-axis direction and the z-axis direction, the sub-reciprocation whose frequency is Fi and the phase is opposite to the phase of the sub-resonance mode around the axis of the torsion bars 15a and 15b. Rotational power is generated at the tip 34 of the outer actuators 30a, 30b.

この副往復回動力は、外側アクチュエータ30a,30bの先端部34から内側枠44へ伝達され、さらに、内側枠44から内側アクチュエータ45a,45b,47a,47bを経由してトーションバー15a,15bの中間部位へ、及び内側枠44から直接、トーションバー15a,15bの基端部へ伝達される。副往復回動力は、トーションバー15a,15bを経てミラー部10に伝達されてから、ミラー部10に副共振モードの副共振と相殺され、該副共振を抑制する。   The auxiliary reciprocating power is transmitted from the tip 34 of the outer actuators 30a and 30b to the inner frame 44, and is further passed from the inner frame 44 to the middle of the torsion bars 15a and 15b via the inner actuators 45a, 45b, 47a and 47b. It is transmitted to the part and directly from the inner frame 44 to the base end portions of the torsion bars 15a and 15b. The sub-reciprocating power is transmitted to the mirror unit 10 via the torsion bars 15a and 15b, and is then canceled by the sub-resonance in the sub-resonance mode in the mirror unit 10, thereby suppressing the sub-resonance.

本実施形態において、内側アクチュエータ18a,18b又は内側アクチュエータ45a,45b,47a,47bは、本発明の第1アクチュエータに相当する。外側アクチュエータ30a,30bは、本発明において第1アクチュエータを支持する第2アクチュエータに相当する。   In the present embodiment, the inner actuators 18a, 18b or the inner actuators 45a, 45b, 47a, 47b correspond to the first actuator of the present invention. The outer actuators 30a and 30b correspond to a second actuator that supports the first actuator in the present invention.

内側アクチュエータ18a,18b、又は内側アクチュエータ45a,45b,47a,47bの圧電膜は、本発明の第1圧電膜に相当する。外側アクチュエータ30a,30bの各カンチレバー部31に配設された圧電膜は、本発明の第2圧電膜に相当する。   The piezoelectric films of the inner actuators 18a, 18b or the inner actuators 45a, 45b, 47a, 47b correspond to the first piezoelectric film of the present invention. The piezoelectric film disposed on each cantilever part 31 of the outer actuators 30a and 30b corresponds to the second piezoelectric film of the present invention.

内側枠部11は、第1アクチュエータを包囲し、内周縁で前記第1アクチュエータに結合する枠部に相当する。   The inner frame 11 corresponds to a frame that surrounds the first actuator and is coupled to the first actuator at the inner periphery.

トーションバー15a,15bの軸線は第1軸線の例である。また、x軸は、第1軸線に直交する第2軸線の例である。Fh,Fiは、それぞれ主共振及び副共振の周波数の例である。   The axes of the torsion bars 15a and 15b are examples of the first axis. The x axis is an example of a second axis perpendicular to the first axis. Fh and Fi are examples of main resonance frequency and sub-resonance frequency, respectively.

図4の説明では、Dcのpp電圧<Dbのpp電圧となっているが、これに限定されない。すなわち、Dcのpp電圧≧Dbのpp電圧とすることもあり得るとする。   In the description of FIG. 4, the pp voltage of Dc <the pp voltage of Db, but is not limited to this. That is, it is assumed that the pp voltage of Dc ≧ the pp voltage of Db.

図示の実施形態では、トーションバー15a,15bが、ミラー部10への結合端とは反対側の端としての基端において、内側枠部11の内周縁22(図1)又は内側枠44の内周縁55(図6)に結合している。しかしながら、トーションバー15a,15bの基端を、内周縁22,内周縁55に結合することなく、内周縁22,内周縁55から離しておくこともできる。その場合、外側アクチュエータ30a,30bからトーションバー15a,15bへの副往復回動力の全部が、内側アクチュエータ18a,18b、内側アクチュエータ45a,45b又は内側アクチュエータ47a,47bを経由してトーションバー15a,15bへ伝達される。そして、ミラー部10へ伝達される副往復回動力により、ミラー部10の副共振を抑制することができる。   In the illustrated embodiment, the torsion bars 15 a and 15 b are arranged at the inner end of the inner peripheral edge 22 (FIG. 1) of the inner frame portion 11 or the inner frame 44 at the base end as the end opposite to the coupling end to the mirror portion 10. It is connected to the peripheral edge 55 (FIG. 6). However, the base ends of the torsion bars 15 a and 15 b can be separated from the inner peripheral edge 22 and the inner peripheral edge 55 without being coupled to the inner peripheral edge 22 and the inner peripheral edge 55. In that case, all of the secondary reciprocating power from the outer actuators 30a, 30b to the torsion bars 15a, 15b is transmitted to the torsion bars 15a, 15b via the inner actuators 18a, 18b, the inner actuators 45a, 45b or the inner actuators 47a, 47b. Is transmitted to. Then, the sub-resonance of the mirror unit 10 can be suppressed by the sub-reciprocating power transmitted to the mirror unit 10.

1・・・光スキャナ、2,42・・・光偏向器、4・・・制御装置、6・・・第1駆動電圧生成部、7・・・第2駆動電圧生成部、10・・・ミラー部、11,44・・・内側枠部(枠部)、15a,15b・・・トーションバー、18a,18b,45a,45b,47a,47b,45,47・・・内側アクチュエータ(第1アクチュエータ)、22・・・内周縁、23・・・外周縁、30a,30b・・・外側アクチュエータ(第2アクチュエータ)、31・・・カンチレバー部、32・・・折返し部、33・・・基端部、34・・・先端部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical scanner, 2, 42 ... Optical deflector, 4 ... Control apparatus, 6 ... 1st drive voltage generation part, 7 ... 2nd drive voltage generation part, 10 ... Mirror part, 11, 44 ... inner frame part (frame part), 15a, 15b ... torsion bar, 18a, 18b, 45a, 45b, 47a, 47b, 45, 47 ... inner actuator (first actuator) ), 22 ... inner peripheral edge, 23 ... outer peripheral edge, 30a, 30b ... outer actuator (second actuator), 31 ... cantilever part, 32 ... turn-up part, 33 ... proximal end Part, 34... Tip part.

Claims (3)

光偏向器と該光偏向器を制御する制御装置とを含む光スキャナであって、
前記光偏向器は、
一定方向からの光を反射するミラー部と、
前記ミラー部の両側から前記ミラー部に結合している1対のトーションバーと、
第1圧電膜を有し、前記第1圧電膜に第1駆動電圧が供給されることにより前記第1圧電膜の厚さ方向の湾曲度を変化させて、前記トーションバーを介して前記ミラー部を前記トーションバーの軸線としての第1軸線の回りに往復回動させる第1アクチュエータと、
前記第1アクチュエータを支持するとともに、第2圧電膜を有し、第2駆動電圧が供給されることにより前記第2圧電膜の厚さ方向の湾曲度を変化させて、前記第1アクチュエータ及び前記トーションバーを介して前記ミラー部を、前記第1軸線に対して直交する第2軸線の回りに往復回動させる第2アクチュエータとを備え、
前記第2アクチュエータは、前記第2圧電膜が形成された複数のカンチレバー部を、折返し部により直列に結合して、前記第1軸線回りに所定の柔らかさをもつミアンダ構造として構成され、
前記制御装置は、
前記第1軸線回りの前記ミラー部の主共振の周波数の電圧を、前記第1駆動電圧として前記第1アクチュエータに供給する第1駆動電圧生成部と、
前記第1駆動電圧の周波数より低い周波数の主駆動電圧に、周波数が前記第1軸線回りの前記ミラー部の副共振の周波数と同一で位相が副共振の位相とは逆位相である副駆動電圧を重畳した電圧を、前記第2駆動電圧として前記第2アクチュエータに供給する第2駆動電圧生成部とを備えることを特徴とする光スキャナ。
An optical scanner including an optical deflector and a control device that controls the optical deflector,
The optical deflector is
A mirror that reflects light from a certain direction;
A pair of torsion bars coupled to the mirror part from both sides of the mirror part;
A first piezoelectric film, and a first driving voltage is supplied to the first piezoelectric film to change a curvature of the first piezoelectric film in a thickness direction, and the mirror unit is interposed via the torsion bar. A first actuator that reciprocally rotates around a first axis as an axis of the torsion bar;
While supporting the first actuator and having a second piezoelectric film, the second drive voltage is supplied to change the curvature in the thickness direction of the second piezoelectric film, and the first actuator and the A second actuator that reciprocally rotates the mirror portion about a second axis perpendicular to the first axis via a torsion bar;
The second actuator is configured as a meander structure having a predetermined softness around the first axis by connecting a plurality of cantilever portions formed with the second piezoelectric film in series by a folded portion,
The controller is
A first drive voltage generation unit configured to supply a voltage having a frequency of main resonance of the mirror unit around the first axis to the first actuator as the first drive voltage;
A sub-drive voltage having a frequency lower than the frequency of the first drive voltage, the frequency being the same as the sub-resonance frequency of the mirror portion around the first axis, and the phase being opposite to the phase of the sub-resonance An optical scanner comprising: a second drive voltage generation unit that supplies a voltage obtained by superimposing a voltage to the second actuator as the second drive voltage.
請求項1記載の光スキャナにおいて、
前記光偏向器は、前記第2軸線の方向に前記ミラー部の両側で対称な構造に構成され、前記ミラー部の両側に前記第1及び前記第2アクチュエータが1対ずつ存在することを特徴とする光スキャナ。
The optical scanner according to claim 1.
The optical deflector is configured to have a symmetrical structure on both sides of the mirror part in the direction of the second axis, and the pair of first and second actuators exist on both sides of the mirror part. Optical scanner.
請求項2記載の光スキャナにおいて、
前記第1アクチュエータを包囲し、内周縁で前記第1アクチュエータに結合する枠部を備え、
各トーションバーは、前記ミラー部への結合端とは反対側の端において前記枠部の内周縁に結合し、
前記枠部は、外周縁で前記第2アクチュエータと結合していることを特徴とする光スキャナ。
The optical scanner according to claim 2.
A frame portion surrounding the first actuator and coupled to the first actuator at an inner periphery;
Each torsion bar is coupled to the inner peripheral edge of the frame portion at the end opposite to the coupling end to the mirror portion,
The optical scanner according to claim 1, wherein the frame portion is coupled to the second actuator at an outer peripheral edge.
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