JPH05241088A - Vibrator and optical scanner - Google Patents

Vibrator and optical scanner

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Publication number
JPH05241088A
JPH05241088A JP4076114A JP7611492A JPH05241088A JP H05241088 A JPH05241088 A JP H05241088A JP 4076114 A JP4076114 A JP 4076114A JP 7611492 A JP7611492 A JP 7611492A JP H05241088 A JPH05241088 A JP H05241088A
Authority
JP
Japan
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elastic deformation
vibrator
vibration
scanning
elastically deformable
Prior art date
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Pending
Application number
JP4076114A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Kamota
裕樹 加守田
Hiroshi Goto
博史 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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Priority to JP4076114A priority Critical patent/JPH05241088A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide the vibrator and optical scanner which utilize elastic resonant vibration caused by increasing the rotational angle and scanning angle in the bending direction of an elastic deformation part. CONSTITUTION:A vibration input part 3 is provided at one end of the rod-shaped elastic deformation part 2 and a scanning part 4 is provided at the other end to manufacture the vibrator A. When vibration of resonant frequency fB in bending deformation mode is applied from the vibration input part 3, this vibration is transduced into bending deformation by the elastic deformation part 2 to rotate the scanning part 4. The vibrator A is formed of an (100) single crystal silicon substrate and has an (100) plane as its main surface 7 and a [011] direction as the direction of the axis (m) of the elastic deformation part 2. The (100) plane as the main surface 7 of the elastic deformation part 2 and the (111) plane of the single crystal silicon or the intersection 1 with the plane crosses the [011] direction of the elastic deformation part 2 at right angles.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は振動子及び光スキャナに
関する。具体的にいうと、本発明の振動子は、振動入力
部に印加された振動によってスキャン部が回動するよう
にしたものである。また、本発明の光スキャナは、当該
振動子を用いて光ビームを走査させるようにしたもの
で、例えばレーザビームプリンタやバーコードリーダ等
において光ビームを一次元または二次元状に走査させる
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibrator and an optical scanner. Specifically, the vibrator of the present invention is such that the scanning unit is rotated by the vibration applied to the vibration input unit. Further, the optical scanner of the present invention is configured to scan a light beam by using the vibrator, and for example, a one-dimensional or two-dimensional scanning of the light beam in a laser beam printer, a bar code reader or the like. is there.

【0002】[0002]

【背景技術とその問題点】近年、各種光学部品の小型軽
量化が進められており、レーザビームプリンタやバーコ
ードリーダ等の光学装置も小型化及び軽量化が要求され
ている。しかしながら、レーザビームプリンタ等の光学
装置においては、光ビームを走査させるための光ビーム
走査機構の小型化がネックとなっている。
2. Description of the Related Art In recent years, various optical components have been reduced in size and weight, and optical devices such as laser beam printers and bar code readers have also been required to be reduced in size and weight. However, in an optical device such as a laser beam printer, miniaturization of a light beam scanning mechanism for scanning a light beam is a bottleneck.

【0003】現在のところ、これらの光学装置の光ビー
ム走査機構としては、ポリゴンミラーを用いたポリゴン
スキャナが採用されている。図4は従来のポリゴンスキ
ャナGを示しており、外周面の各面にミラー面21を形
成された正多角形柱状のポリゴンミラー22を直流サー
ボモータ23により駆動回転させる構造となっている。
すなわち、発光素子24から出射させた光ビームαをポ
リゴンミラー22のミラー面21に照射させると、光ビ
ームαはポリゴンミラー22のミラー面21によって反
射され、ミラー面21で反射された光ビームαの出射方
向はポリゴンミラー22の回転に伴って変化し、光ビー
ムαが走査される。
At present, a polygon scanner using a polygon mirror is used as a light beam scanning mechanism of these optical devices. FIG. 4 shows a conventional polygon scanner G having a structure in which a regular polygonal columnar polygon mirror 22 having a mirror surface 21 formed on each outer peripheral surface is driven and rotated by a DC servo motor 23.
That is, when the light beam α emitted from the light emitting element 24 is applied to the mirror surface 21 of the polygon mirror 22, the light beam α is reflected by the mirror surface 21 of the polygon mirror 22, and the light beam α reflected by the mirror surface 21. The emission direction of the beam changes with the rotation of the polygon mirror 22, and the light beam α is scanned.

【0004】しかしながら、このようなポリゴンスキャ
ナGは、ポリゴンミラー22と直流サーボモータ23か
らなるため、小型化が困難であり、またコストも高くつ
くという欠点があった。
However, since such a polygon scanner G is composed of the polygon mirror 22 and the DC servomotor 23, it is difficult to miniaturize and the cost is high.

【0005】このため、本発明の出願人は、バネ(弾性
変形部)の弾性共振振動を利用した振動子とこの振動子
を用いた超小型光スキャナを提案している(図1の実施
例を参照)。この振動子は、バネ性を有する棒状の弾性
変形部の一端に振動入力部を設け、他端にスキャン部を
設けたものであり、例えば圧電素子等の駆動源により振
動入力部を振動させると、弾性変形部が共振して振動入
力部の振動をスキャン部の回転運動に変換し、スキャン
部を回転させる。したがって、この振動入力部に駆動源
を設け、スキャン部にミラー面を形成しておけば、発光
素子から出射させた光ビームをミラー面に照射させたと
き、スキャン部の回転によって光ビームが走査される。
Therefore, the applicant of the present invention has proposed a vibrator utilizing elastic resonance vibration of a spring (elastic deformation portion) and a microminiature optical scanner using this vibrator (embodiment of FIG. 1). See). This vibrator is one in which a vibration input section is provided at one end of a rod-shaped elastically deformable section having spring properties, and a scan section is provided at the other end. For example, when the vibration input section is vibrated by a drive source such as a piezoelectric element. The elastic deformation section resonates to convert the vibration of the vibration input section into the rotational movement of the scanning section and rotate the scanning section. Therefore, if a drive source is provided in this vibration input section and a mirror surface is formed in the scan section, when the light beam emitted from the light emitting element is applied to the mirror surface, the light beam is scanned by the rotation of the scan section. To be done.

【0006】このような光スキャナの性能は、振動子の
材質と弾性変形部の加工精度によって決定される。この
ため、本発明の発明者らは、当初機械加工によってステ
ンレス製の振動子を作製し、ステンレス製の振動子を用
いて光スキャナを製作したが、ステンレス製の振動子で
は弾性変形部の加工歪みやバリの発生等のため、十分な
加工精度を得ることが困難で、満足のいく性能を得るこ
とができなかった。
The performance of such an optical scanner is determined by the material of the vibrator and the processing accuracy of the elastically deformable portion. For this reason, the inventors of the present invention initially manufactured a vibrator made of stainless steel by mechanical processing and manufactured an optical scanner using the vibrator made of stainless steel. It was difficult to obtain sufficient processing accuracy due to the occurrence of distortion and burrs, and it was not possible to obtain satisfactory performance.

【0007】そこで、本発明の発明者らは、単結晶シリ
コン基板等の半導体基板を用い、この半導体基板に異方
性エッチングを施すことにより所定形状の振動子を得る
ことを試みた。当初は、(110)シリコン基板を用
い、振動子の主面が(110)面となり、弾性変形部の
側面が{111}面となるように振動子を作製した。こ
のようにして作製された振動子の弾性変形部の断面形状
は長方形となり、ステンレス製の振動子とほぼ同等な形
状の振動子を得ることができた。
Therefore, the inventors of the present invention have tried to obtain a vibrator having a predetermined shape by using a semiconductor substrate such as a single crystal silicon substrate and anisotropically etching the semiconductor substrate. Initially, a (110) silicon substrate was used to fabricate a vibrator such that the principal surface of the vibrator was the (110) plane and the side surface of the elastically deformable part was the {111} plane. The cross-sectional shape of the elastically deformable portion of the vibrator thus manufactured was rectangular, and a vibrator having a shape substantially equivalent to that of the stainless vibrator could be obtained.

【0008】しかしながら、このような結晶方位を用い
て作製された振動子では、振動子を曲げ変形モードで共
振させた時の弾性変形部の曲がりが小さく、曲げ変形モ
ードで共振させた時のスキャン部の回動角(以下、曲げ
方向の回動角という)を十分に大きくとれないという欠
点があった。このため、曲げ変形モード及びねじれ変形
モードの2モードで駆動可能な振動子もしくは光スキャ
ナにあっては、ねじれ変形モードで共振させた時のスキ
ャン部の回動角(以下、ねじれ方向の回動角という)に
比べて曲げ方向の回動角が小さくなり、走査状態がアン
バランスになるという問題があった。
However, in the vibrator manufactured by using such a crystal orientation, the bending of the elastically deforming portion when the vibrator is resonated in the bending deformation mode is small, and the scan when the resonator is resonated in the bending deformation mode is generated. There is a drawback in that the rotation angle of the portion (hereinafter referred to as the bending angle in the bending direction) cannot be made sufficiently large. Therefore, in a vibrator or an optical scanner that can be driven in two modes, a bending deformation mode and a twisting deformation mode, the rotation angle of the scanning unit when resonating in the twisting deformation mode (hereinafter, rotation in the twisting direction). The angle of rotation in the bending direction is smaller than that of the angle), and the scanning state becomes unbalanced.

【0009】また、(110)シリコン基板は、1枚あ
たりのウエハ単価が高価で、振動子ないし光スキャナの
コストが高価につくという欠点があった。
Further, the (110) silicon substrate has a drawback that the unit cost of a wafer is high and the cost of the vibrator or the optical scanner is high.

【0010】本発明は叙上の背景技術に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、バネ(弾性変形
部)の弾性共振振動を利用した単結晶シリコン製の振動
子及び当該振動子を利用した超小型の光スキャナにおい
て、弾性変形部の曲げ方向の回動角及び走査角を増大さ
せることにある。
The present invention has been made in view of the above background art, and an object of the present invention is to provide a vibrator made of single crystal silicon utilizing elastic resonance vibration of a spring (elastically deformable portion) and the vibration. In a microminiature optical scanner using a child, it is to increase the rotation angle and the scanning angle of the elastically deformable portion in the bending direction.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の振動子は、少な
くとも1つの弾性変形モードを有する弾性変形部と、弾
性変形部の一端に設けられた振動入力部と、弾性変形部
の他端に設けられたスキャン部とを有し、振動入力部に
印加された振動を弾性変形部で所定の弾性変形モードに
変換してスキャン部を少なくとも1方向に回動させるよ
うにした振動子であって、単結晶シリコンからなり、単
結晶シリコンの{111}面と前記弾性変形部の主面と
の交線が弾性変形部の軸線と直交していることを特徴と
している。
A vibrator of the present invention includes an elastic deformation portion having at least one elastic deformation mode, a vibration input portion provided at one end of the elastic deformation portion, and an elastic deformation portion at the other end of the elastic deformation portion. A vibrator having a scanning unit provided, wherein the vibration applied to the vibration input unit is converted into a predetermined elastic deformation mode by the elastic deformation unit to rotate the scanning unit in at least one direction. , Monocrystalline silicon, and a line of intersection between the {111} plane of the monocrystalline silicon and the main surface of the elastically deformable portion is orthogonal to the axis of the elastically deformable portion.

【0012】また、本発明の光スキャナは、少なくとも
1つの弾性変形モードを有する弾性変形部と、弾性変形
部の一端に設けられた振動入力部と、弾性変形部の他端
に設けられたスキャン部とを有し、振動入力部に印加さ
れた振動を弾性変形部で所定の弾性変形モードに変換し
てスキャン部を少なくとも1方向に回動させるようにし
た振動子と、前記弾性変形部の弾性変形モードに対する
共振周波数の振動を振動入力部に印加するための駆動源
と、前記スキャン部に設けられたミラー面とから構成さ
れた光スキャナであって、前記振動子が単結晶シリコン
からなり、単結晶シリコンの{111}面と前記弾性変
形部の主面との交線が弾性変形部の軸線と直交している
ことを特徴としている。
Further, the optical scanner according to the present invention has an elastically deformable portion having at least one elastically deformable mode, a vibration input portion provided at one end of the elastically deformable portion, and a scan provided at the other end of the elastically deformable portion. And a vibrator configured to rotate the scan unit in at least one direction by converting the vibration applied to the vibration input unit into a predetermined elastic deformation mode by the elastic deformation unit, and the elastic deformation unit. An optical scanner comprising a drive source for applying a vibration of a resonance frequency for an elastic deformation mode to a vibration input section and a mirror surface provided in the scanning section, wherein the vibrator is made of single crystal silicon. The line of intersection between the {111} plane of single crystal silicon and the main surface of the elastically deformable portion is orthogonal to the axis of the elastically deformable portion.

【0013】[0013]

【作用】本発明の振動子にあっては、単結晶シリコンの
{111}面、例えば
In the vibrator of the present invention, the {111} plane of single crystal silicon, for example,

【外1】 等のうちのいずれかの面と弾性変形部の主面との交線が
弾性変形部の軸線と直交している。また、シリコン単結
晶では{111}面で結晶のすべりが発生し易いことが
知られている。したがって、振動子を曲げ変形モードで
振動させたとき、弾性変形部に{111}面のすべりが
発生することにより弾性変形部の曲がりが大きくなり、
従来の単結晶シリコン製の振動子よりもスキャン部の曲
げ方向の回動角を増大させることができる。
[Outer 1] A line of intersection between any one of these planes and the main surface of the elastically deformable portion is orthogonal to the axis of the elastically deformable portion. Further, it is known that in a silicon single crystal, a crystal slip is likely to occur on the {111} plane. Therefore, when the vibrator is vibrated in the bending deformation mode, the bending of the elastic deformation portion becomes large due to the occurrence of the {111} plane slip in the elastic deformation portion,
It is possible to increase the rotation angle of the scan portion in the bending direction as compared with the conventional vibrator made of single crystal silicon.

【0014】また、曲げ変形モードとねじれ変形モード
によって駆動される振動子の場合には、曲げ方向の回動
角が大きくなることによって曲げ方向の回動角がねじれ
方向の回動角と同程度の大きさになり、2方向の回動角
をバランスさせることができる。
Further, in the case of a vibrator driven by the bending deformation mode and the twisting deformation mode, the turning angle in the bending direction is increased by increasing the turning angle in the bending direction. Therefore, the rotation angles in the two directions can be balanced.

【0015】さらに、このような結晶方位の振動子にあ
っては、(110)シリコン基板以外の基板を用いても
製作することができるので、1枚あたりの単価の安い単
結晶シリコン基板、例えば(111)シリコン基板を用
い、ドライエッチングプロセス等により振動子を得るこ
とができ、これによって低価格の振動子を作製すること
ができる。
Further, since the oscillator having such a crystal orientation can be manufactured by using a substrate other than the (110) silicon substrate, a single crystal silicon substrate having a low unit price per one, for example, A vibrator can be obtained by using a (111) silicon substrate by a dry etching process or the like, whereby a low-cost vibrator can be manufactured.

【0016】同様に、本発明の光スキャナにあっては、
振動子を曲げ変形モードで振動させたときの光ビームの
走査角を大きくすることができる。また、曲げ変形モー
ドとねじれ変形モードとで駆動される光スキャナの場合
には、曲げ方向の光ビーム走査角を大きくでき、曲げ方
向の走査角とねじれ方向の走査角をバランスさせること
ができる。
Similarly, in the optical scanner of the present invention,
It is possible to increase the scanning angle of the light beam when the vibrator is vibrated in the bending deformation mode. Further, in the case of the optical scanner driven in the bending deformation mode and the twisting deformation mode, the scanning angle of the light beam in the bending direction can be increased, and the scanning angle in the bending direction and the scanning angle in the twisting direction can be balanced.

【0017】さらに、このような振動子を用いることに
より、光スキャナのコストを安価にできる。
Further, the cost of the optical scanner can be reduced by using such a vibrator.

【0018】[0018]

【実施例】図1は本発明の一実施例による光スキャナB
を示す斜視図である。この光スキャナBは、単結晶シリ
コンによってプレート状に形成された振動子Aと、圧電
振動子や磁歪振動子等の駆動源1とから構成されてい
る。単結晶シリコンからなる振動子Aは、軸棒状をした
弾性変形部2と、駆動源1から振動を印加される振動入
力部3と、弾性変形部2の弾性振動によって回動するス
キャン部4とから構成されており、弾性変形部2の一端
に振動入力部3が設けられ、他端にスキャン部4が設け
られている。ここで弾性変形部2は、軸心Pの回りにね
じれ変形するねじれ変形モードと軸心Pに沿って(すな
わち、軸心Pと直交するQ軸と平行な軸方向の回りに)
曲げ変形する曲げ変形モードが可能になっており、ねじ
れ変形モードの弾性振動についてはfTの共振周波数を
有し、曲げ変形モードの弾性振動についてはfBの共振
周波数を有している。スキャン部4は弾性変形部2の軸
心Pに関しアンバランスな形状に形成されており、重心
を弾性変形部2の軸心Pから離れた位置へ偏らせるため
のウェイト部5が形成されている。したがって、スキャ
ン部4の中心は弾性変形部2の軸心Pからはずれた位置
にあり、さらに弾性変形部2の上端よりも上方に位置し
ている。また、スキャン部4には光ビームαを反射させ
るためのミラー面6が形成されている。このミラー面6
はスキャン部4の全体に形成してもよく、軸心Pの近傍
に部分的に設けてもよい。振動入力部3は駆動源1に接
着もしくは接合されて固定されており、スキャン部4は
弾性変形部2によってフリーに支持されている。
1 is a block diagram of an optical scanner B according to an embodiment of the present invention.
It is a perspective view showing. The optical scanner B includes a vibrator A formed of single crystal silicon in a plate shape, and a driving source 1 such as a piezoelectric vibrator or a magnetostrictive vibrator. The vibrator A made of single crystal silicon includes a shaft rod-shaped elastically deformable portion 2, a vibration input portion 3 to which a vibration is applied from a driving source 1, and a scan portion 4 which is rotated by elastic vibration of the elastically deformable portion 2. The vibration input section 3 is provided at one end of the elastic deformation section 2, and the scanning section 4 is provided at the other end. Here, the elastic deformation portion 2 is along a torsional deformation mode in which it is torsionally deformed around the axis P and the axis P (that is, around an axial direction parallel to the Q axis orthogonal to the axis P).
A bending deformation mode of bending deformation is possible, and has a resonance frequency of f T for elastic vibration of the torsion deformation mode and a resonance frequency of f B for elastic vibration of the bending deformation mode. The scanning part 4 is formed in an unbalanced shape with respect to the axis P of the elastically deforming part 2, and a weight part 5 for biasing the center of gravity to a position away from the axis P of the elastically deforming part 2 is formed. .. Therefore, the center of the scanning section 4 is located off the axis P of the elastically deforming section 2, and is located above the upper end of the elastically deforming section 2. Further, a mirror surface 6 for reflecting the light beam α is formed on the scanning section 4. This mirror surface 6
May be formed on the entire scanning unit 4, or may be partially provided in the vicinity of the axis P. The vibration input unit 3 is fixed to the drive source 1 by being adhered or joined thereto, and the scanning unit 4 is supported by the elastic deformation unit 2 freely.

【0019】振動入力部3へ高周波振動を伝える駆動源
1は、スキャナ駆動回路(図示せず)によって制御され
ており、スキャナ駆動回路から駆動源1にねじれ変形モ
ードの共振周波数fTと等しい周波数の駆動信号(交流
電圧)を印加すると、駆動源1がfTの周波数で振動
し、振動入力部3に振動を伝える。振動入力部3にねじ
れ変形モードの周波数fTが加えられると、弾性変形部
2が共振によりねじれ変形し、スキャン部4がP軸の回
りに周期1/fT、回動角θTで回動する。
The drive source 1 for transmitting high-frequency vibrations to the vibration input section 3 is controlled by a scanner drive circuit (not shown), and has a frequency equal to the resonance frequency f T of the twist deformation mode from the scanner drive circuit to the drive source 1. When the drive signal (AC voltage) is applied, the drive source 1 vibrates at a frequency of f T and transmits the vibration to the vibration input unit 3. When the frequency f T in the torsional deformation mode is applied to the vibration input unit 3, the elastically deforming unit 2 is torsionally deformed by resonance, and the scanning unit 4 rotates around the P axis at a cycle of 1 / f T and a rotation angle θ T. Move.

【0020】同様に、スキャナ駆動回路から駆動源1に
曲げ変形モードの共振周波数fBと等しい周波数の駆動
信号を印加すると、駆動源1がfBの周波数で振動し、
振動入力部3に振動を伝える。振動入力部3に曲げ変形
モードの周波数fBが加えられると、弾性変形部2が共
振により曲げ変形し、スキャン部4がQ方向の回りに周
期1/fB、回動角θBで回動する。なお、このスキャン
部4の回動角θT及びθBは、スキャナ駆動回路の印加電
圧の大きさによって調整することができる。
Similarly, when a drive signal having a frequency equal to the resonance frequency f B of the bending deformation mode is applied from the scanner drive circuit to the drive source 1, the drive source 1 vibrates at the frequency of f B ,
The vibration is transmitted to the vibration input unit 3. When the frequency f B of the bending deformation mode is applied to the vibration input unit 3, the elastic deformation unit 2 bends and deforms due to resonance, and the scanning unit 4 rotates around the Q direction at a cycle of 1 / f B and a rotation angle θ B. Move. The rotation angles θ T and θ B of the scan unit 4 can be adjusted by the magnitude of the voltage applied to the scanner drive circuit.

【0021】図2は単結晶シリコン基板から作製される
振動子Aの結晶方位を示す一部破断した斜視図である。
この振動子Aは(100)単結晶シリコン基板から作製
されており、振動子Aの主面7が(100)面となり、
弾性変形部2の軸線mの方向が[011]方向となるよ
うにドライエッチングプロセスにより作製されている。
しかも、弾性変形部2の主面7である(100)面と単
結晶シリコンの(111)面又は111b面との交線l
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing the crystal orientation of a vibrator A manufactured from a single crystal silicon substrate.
This oscillator A is manufactured from a (100) single crystal silicon substrate, and the principal surface 7 of the oscillator A becomes the (100) face,
The elastic deformation portion 2 is manufactured by a dry etching process so that the direction of the axis m is the [011] direction.
Moreover, the line of intersection l between the (100) plane which is the main surface 7 of the elastically deformable portion 2 and the (111) plane or the 111b plane of single crystal silicon.
Is

【外2】 方向となり、弾性変形部2の軸線mの方向[011]と
直交している。また、弾性変形部2は、断面形状が台形
断面となっており、その側面8は111c面となってい
る。なお、鏡面状をしたミラー面6は、エッチングによ
ってスキャン部4の表面に直接に形成されている。
[Outside 2] And is orthogonal to the direction [011] of the axis m of the elastically deformable portion 2. Further, the elastically deformable portion 2 has a trapezoidal cross section, and the side surface 8 is a 111c surface. The mirror surface 6 having a mirror surface shape is directly formed on the surface of the scan unit 4 by etching.

【0022】このように単結晶シリコン基板の{11
1}面と弾性変形部2の主面との交線lの方向が弾性変
形部2の軸線mの方向と直交していると、結晶がすべり
を生じ易い{111}面の法線方向が、弾性変形部2の
軸線mと主面の法線方向〔図2の実施例では、[10
0]方向〕を含む面〔弾性変形部2は、この面内で曲げ
変形する。〕内にあるので、弾性変形部2が曲げ変形す
るとき、弾性変形部2に{111}面のすべりが発生し
て大きな曲がりを生じる。この結果、振動子Aを曲げ変
形モードで振動させた場合、{111}面のすべりによ
ってスキャン部4の曲げ方向の回動角θBを増大させる
ことができる。
Thus, the {11
When the direction of the line 1 of intersection between the 1} plane and the principal surface of the elastically deformable portion 2 is orthogonal to the direction of the axis m of the elastically deformable portion 2, the normal direction of the {111} plane in which the crystal is likely to slip is , A direction normal to the axis m of the elastically deformable portion 2 and the main surface [in the embodiment shown in FIG.
The surface including the [0] direction] [the elastically deformable portion 2 is bent and deformed in this surface]. ], When the elastically deformable portion 2 is bent and deformed, slippage of the {111} plane occurs in the elastically deformable portion 2 and a large bend occurs. As a result, when the vibrator A is vibrated in the bending deformation mode, the rotation angle θ B of the scan section 4 in the bending direction can be increased due to the slip of the {111} plane.

【0023】なお、この振動子Aにおいては、弾性変形
部2の側面が111c面となっているため、ねじれ変形
モードで駆動された場合、弾性変形部2のねじれ方向の
回動角θTが減少することが予想されるが、この欠点は
弾性変形部2の幅を適当に細くすることによって克服で
き、ねじれ変形モードで駆動された場合の回動角θT
従来の振動子Aと同等にすることができる。また、上記
説明では(100)単結晶シリコン基板を用いて製作さ
れた振動子Aについて説明したが、出発材料となる単結
晶シリコン基板はこれ以外の結晶方位のものでもよく、
例えば(111)単結晶シリコン基板を用いてドライエ
ッチングプロセスにより同様な振動子を形成することも
できる。
In this vibrator A, since the side surface of the elastically deformable portion 2 is the 111c surface, the rotational angle θ T of the elastically deformable portion 2 in the torsional direction is driven when driven in the torsional deformation mode. Although it is expected to decrease, this drawback can be overcome by appropriately narrowing the width of the elastic deformation portion 2, and the rotation angle θ T when driven in the torsion deformation mode is equivalent to that of the conventional vibrator A. Can be Further, in the above description, the oscillator A manufactured using the (100) single crystal silicon substrate has been described, but the single crystal silicon substrate as a starting material may have a crystal orientation other than this.
For example, a similar oscillator can be formed by a dry etching process using a (111) single crystal silicon substrate.

【0024】図3は上記光スキャナBを用いた光ビーム
走査光源Cを示す一部破断した斜視図である。ケース9
の内壁面には発光ダイオードや半導体レーザ素子等の発
光素子を備えた投光器10が設けられており、投光器1
0とケース9に設けられた光ビーム走査窓11との間に
は上記光スキャナBが設置されている。
FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing a light beam scanning light source C using the optical scanner B. Case 9
A light projector 10 equipped with a light emitting element such as a light emitting diode or a semiconductor laser element is provided on the inner wall surface of the light projector 1.
The optical scanner B is installed between 0 and the light beam scanning window 11 provided in the case 9.

【0025】しかして、投光器10から出射した光ビー
ム(コリメート光もしくはコリメート光に近い集束光)
αを光スキャナBのミラー面6に照射すると、光ビーム
αはミラー面6で反射されて光ビーム走査窓11から外
部へ出射される。このとき、スキャン部4がねじれ変形
モードによってθTの回動角で回動していると、ミラー
面6で反射された光ビームαは2θTの走査角で走査さ
れる。また、曲げ変形モードによってスキャン部4がθ
Bの回動角で回動していると、ミラー面6で反射された
光ビームαは2θBの走査角で走査される。従来の光ス
キャナにあっては、曲げ方向の走査角2θBを大きくす
ることができなかったが、本発明の振動子Aでは曲げ方
向の回動角θBを大きくできるので、ねじれ方向の走査
角2θTと曲げ方向の走査角2θBを同程度の大きさにす
ることができる。
Thus, the light beam emitted from the projector 10 (collimated light or focused light close to collimated light)
When α is applied to the mirror surface 6 of the optical scanner B, the light beam α is reflected by the mirror surface 6 and emitted from the light beam scanning window 11 to the outside. At this time, when the scanning unit 4 is rotated at the rotation angle of θ T in the twist deformation mode, the light beam α reflected by the mirror surface 6 is scanned at the scanning angle of 2 θ T. In addition, depending on the bending deformation mode, the scanning unit 4 may
When rotating at the rotation angle of B , the light beam α reflected by the mirror surface 6 is scanned at the scanning angle of 2θ B. In the conventional optical scanner, the scanning angle 2θ B in the bending direction could not be increased, but in the vibrator A of the present invention, the rotation angle θ B in the bending direction can be increased, so scanning in the twisting direction is possible. The angle 2θ T and the scanning angle 2θ B in the bending direction can be made to have the same magnitude.

【0026】なお、上記実施例では、曲げ変形モードと
ねじれ変形モードとが可能な振動子について説明した
が、曲げ変形モードのみの振動子であってもよく、ある
いは、曲げ振動モードを含む3つ以上の弾性変形モード
を有する振動子であってもよい。
In the above embodiment, the oscillator capable of the bending deformation mode and the torsional deformation mode has been described, but an oscillator having only the bending deformation mode may be used, or three oscillators including the bending vibration mode may be used. A vibrator having the above elastic deformation mode may be used.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明によれば、従来の単結晶シリコン
製の振動子よりもスキャン部の曲げ方向の回動角を増大
させることができる。このため、例えば曲げ変形モード
とねじれ変形モードによって駆動される振動子の場合に
は、曲げ方向の回動角が大きくなることによって曲げ方
向の回動角がねじれ方向の回動角と同程度の大きさにな
り、2方向の回動角をバランスさせることができる。
According to the present invention, it is possible to increase the rotation angle of the scan portion in the bending direction as compared with the conventional vibrator made of single crystal silicon. Therefore, for example, in the case of a vibrator driven by the bending deformation mode and the twisting deformation mode, the turning angle in the bending direction is increased by increasing the turning angle in the bending direction. Since the size is increased, the rotation angles in the two directions can be balanced.

【0028】同様に、本発明の光スキャナにあっては、
振動子を曲げ変形モードで振動させたときの光ビームα
の走査角を大きくすることができる。また、曲げ変形モ
ードとねじれ変形モードとで駆動される光スキャナの場
合には、曲げ方向の光ビーム走査角を大きくでき、曲げ
方向の走査角とねじれ方向の走査角をバランスさせるこ
とができる。
Similarly, in the optical scanner of the present invention,
Light beam α when the oscillator is vibrated in bending deformation mode
The scanning angle of can be increased. Further, in the case of the optical scanner driven in the bending deformation mode and the twisting deformation mode, the scanning angle of the light beam in the bending direction can be increased, and the scanning angle in the bending direction and the scanning angle in the twisting direction can be balanced.

【0029】また、このような振動子や光スキャナにあ
っては、1枚あたりの単価の安い単結晶シリコン基板、
例えば(111)シリコン基板を用い、ドライエッチン
グプロセス等により振動子を得ることができ、これによ
ってコストの安価な振動子及び光スキャナを作製でき
る。
Further, in such a vibrator and optical scanner, a single crystal silicon substrate whose unit price is low,
For example, by using a (111) silicon substrate, a vibrator can be obtained by a dry etching process or the like, whereby a low-cost vibrator and optical scanner can be manufactured.

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

【図1】本発明の一実施例による光スキャナを示す斜視
図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an optical scanner according to an embodiment of the present invention.

【図2】同上の単結晶シリコン製の振動子の結晶方位を
示す一部破断した斜視図である。
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing a crystal orientation of an oscillator made of single crystal silicon of the above.

【図3】同上の光スキャナを用いた光ビーム走査光源を
示す一部破断した斜視図である。
FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing a light beam scanning light source using the above optical scanner.

【図4】従来例のポリゴンスキャナを示す斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view showing a conventional polygon scanner.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A 振動子 B 光スキャナ 1 駆動源 2 弾性変形部 3 振動入力部 4 スキャン部 6 ミラー面 A oscillator B optical scanner 1 drive source 2 elastic deformation part 3 vibration input part 4 scan part 6 mirror surface

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも1つの弾性変形モードを有す
る弾性変形部と、弾性変形部の一端に設けられた振動入
力部と、弾性変形部の他端に設けられたスキャン部とを
有し、振動入力部に印加された振動を弾性変形部で所定
の弾性変形モードに変換してスキャン部を少なくとも1
方向に回動させるようにした振動子であって、 単結晶シリコンからなり、単結晶シリコンの{111}
面と前記弾性変形部の主面との交線が弾性変形部の軸線
と直交していることを特徴とする振動子。
1. An elastic deformation part having at least one elastic deformation mode, a vibration input part provided at one end of the elastic deformation part, and a scan part provided at the other end of the elastic deformation part, The vibration applied to the input unit is converted into a predetermined elastic deformation mode by the elastic deformation unit so that the scanning unit has at least 1
A vibrator adapted to rotate in a single direction, which is made of single crystal silicon and has a single crystal silicon {111}
A vibrator, wherein a line of intersection between a surface and a main surface of the elastically deformable portion is orthogonal to an axis of the elastically deformable portion.
【請求項2】 少なくとも1つの弾性変形モードを有す
る弾性変形部と、弾性変形部の一端に設けられた振動入
力部と、弾性変形部の他端に設けられたスキャン部とを
有し、振動入力部に印加された振動を弾性変形部で所定
の弾性変形モードに変換してスキャン部を少なくとも1
方向に回動させるようにした振動子と、 前記弾性変形部の弾性変形モードに対する共振周波数の
振動を振動入力部に印加するための駆動源と、 前記スキャン部に設けられたミラー面とから構成された
光スキャナであって、 前記振動子が単結晶シリコンからなり、単結晶シリコン
の{111}面と前記弾性変形部の主面との交線が弾性
変形部の軸線と直交していることを特徴とする光スキャ
ナ。
2. An elastic deformation part having at least one elastic deformation mode, a vibration input part provided at one end of the elastic deformation part, and a scan part provided at the other end of the elastic deformation part, The vibration applied to the input unit is converted into a predetermined elastic deformation mode by the elastic deformation unit so that the scanning unit has at least 1
And a drive surface for applying vibration of a resonance frequency for the elastic deformation mode of the elastic deformation section to the vibration input section, and a mirror surface provided in the scanning section. The optical scanner, wherein the vibrator is made of single crystal silicon, and a line of intersection between the {111} plane of the single crystal silicon and the main surface of the elastically deformable portion is orthogonal to the axis of the elastically deformable portion. An optical scanner characterized by.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011505003A (en) * 2007-11-28 2011-02-17 マニュファクチュール エ ファブリック ドゥ モントル エ クロノメートル ユリース ナルダン ル ロクル エス.アー. Mechanical vibrator with optimized thermoelastic coefficient

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JP2011505003A (en) * 2007-11-28 2011-02-17 マニュファクチュール エ ファブリック ドゥ モントル エ クロノメートル ユリース ナルダン ル ロクル エス.アー. Mechanical vibrator with optimized thermoelastic coefficient

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