JPH06289310A - Vibrator, optical scanning device, optical information reader, and optical detecting equipment - Google Patents

Vibrator, optical scanning device, optical information reader, and optical detecting equipment

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Publication number
JPH06289310A
JPH06289310A JP5097263A JP9726393A JPH06289310A JP H06289310 A JPH06289310 A JP H06289310A JP 5097263 A JP5097263 A JP 5097263A JP 9726393 A JP9726393 A JP 9726393A JP H06289310 A JPH06289310 A JP H06289310A
Authority
JP
Japan
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elastic deformation
vibrator
vibration
optical scanning
scanning device
Prior art date
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Pending
Application number
JP5097263A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Kamota
裕樹 加守田
Hiroshi Goto
博史 後藤
Koichi Imanaka
行一 今仲
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
Application filed by Omron Corp, Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Corp
Priority to JP5097263A priority Critical patent/JPH06289310A/en
Publication of JPH06289310A publication Critical patent/JPH06289310A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To stabilize the optical scanning of the optical scanning device and further to improve the fall shock resistance. CONSTITUTION:One end of a 1st elastic deformation part 7 consisting of plural parallel beams 7a is connected to the lower side of a connection part 8 and one end of a 2nd elastic deformation part 9 consisting of plural parallel beams 9a is connected to a lateral side of the connection part 8 to form a compound deformation part 12A in a nearly T shape. A vibration input part 4 is provided at the other end of the 1st elastic deformation part 7 and a movable part 5 is provided at the other end of the 2nd elastic deformation part 9. The vibration input part 4 is connected to an excitation source 2 such as a piezoelectric element and the moval part 5 is provided with a mirror part 6. Then, both the elastic deformation parts 7 and 9 are bent by vibrating the excitation source 2 to provide resonance in deformation mode. The movable part 5 is given rotary motion on a P axis by the bending deformation of the 2nd elastic deformation part 9 and two-dimensional motion components of rotary motion on a Q axis by the bending deformation of the 1st elastic deformation part 7 transmitted through the connection part 8, so that a light beam reflected by the mirror part 6 is scanned in two dimensions.

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、光走査装置、
光学式情報読取り装置および光学式検出機器に関する。
特に、本発明は、弾性変形部における共振を利用した振
動子と、その振動子を利用した光走査装置と、その光走
査装置を利用した光学式情報読取り装置及び光学式検出
機器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibrator, an optical scanning device,
The present invention relates to an optical information reader and an optical detection device.
In particular, the present invention relates to a vibrator that uses resonance in an elastically deformable portion, an optical scanning device that uses the vibrator, an optical information reader and an optical detection device that use the optical scanning device.

【0002】[0002]

【従来の技術】本発明の出願人は、図6(a)(b)に
示すような超小型の光走査装置51を開発した。これ
は、板状をした振動子52と圧電素子53とからなり、
圧電素子53から振動入力部54へ弾性変形部(トーシ
ョンバー)55の共振周波数と等しい周波数の振動を印
加し、この振動によって弾性変形部55を共振させ、弾
性変形部55の共振によって可動部56を振動(回転運
動)させ、可動部56に設けたミラー部57により光ビ
ームを反射させることによって光ビームを1次元もしく
は2次元に走査させるようにしたものである。このと
き、圧電素子53から振動入力部54へ弾性変形部55
の曲げ変形モードの共振周波数fBと等しい周波数の振
動を印加すると、図6(a)に示すように、弾性変形部
55が曲げ変形し、可動部56がQ軸の回りに回転運動
し、光ビームも同じ方向に走査される。一方、圧電素子
53から振動入力部54へ弾性変形部55のねじり変形
モードの共振周波数fTと等しい周波数の振動を印加す
ると、図6(b)に示すように、弾性変形部55がねじ
り変形し、可動部56がP軸の回りに回転運動し、光ビ
ームも同じ方向に走査される。
2. Description of the Related Art The applicant of the present invention has developed an ultra-compact optical scanning device 51 as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). This is composed of a plate-shaped vibrator 52 and a piezoelectric element 53,
A vibration having a frequency equal to the resonance frequency of the elastic deformation portion (torsion bar) 55 is applied from the piezoelectric element 53 to the vibration input portion 54, the elastic deformation portion 55 is caused to resonate by this vibration, and the movable portion 56 is caused by the resonance of the elastic deformation portion 55. Is oscillated (rotated), and the light beam is reflected by the mirror portion 57 provided on the movable portion 56 so that the light beam is scanned in one dimension or two dimensions. At this time, the elastic deformation portion 55 is transferred from the piezoelectric element 53 to the vibration input portion 54.
When a vibration having a frequency equal to the resonance frequency f B of the bending deformation mode is applied, the elastic deformation portion 55 bends and deforms, and the movable portion 56 rotates about the Q axis, as shown in FIG. 6A. The light beam is also scanned in the same direction. On the other hand, when vibration having a frequency equal to the resonance frequency f T of the torsional deformation mode of the elastic deformation portion 55 is applied from the piezoelectric element 53 to the vibration input portion 54, the elastic deformation portion 55 undergoes torsional deformation as shown in FIG. 6B. Then, the movable portion 56 rotates about the P axis, and the light beam is also scanned in the same direction.

【0003】この光走査装置は、圧電素子等によって板
状の振動子を駆動可能となっており、超小型化できる点
が長所である。また、2方向以上に弾性変形可能な弾性
変形部を有するものでは、従来より用いられてきたポリ
ゴンスキャナやガルバノスキャナと異なり、1つの光走
査装置で2次元走査できることが特徴となっている。す
なわち、例えばポリゴンスキャナでは、ポリゴンミラー
(多面鏡)をサーボモータによって回転させる構造とな
っているため、小型化することができず、また、1次元
方向にしか光ビームを走査することができない。このた
め、ポリゴンスキャナによって2次元走査させようとす
れば、走査方向を異ならせて2台のポリゴンスキャナを
設置し、光ビームを2回反射させなければならなかっ
た。これに対し、弾性変形部の共振を利用した光走査装
置では、振動子の弾性変形部を2方向に同時に共振させ
ることができるので、1台の小さな光走査装置によって
光ビームを2次元に走査させることができる。
This optical scanning device can drive a plate-shaped vibrator by a piezoelectric element or the like, and has an advantage that it can be miniaturized. Further, the one having an elastically deformable portion that can be elastically deformed in two or more directions is characterized by being capable of two-dimensional scanning with one optical scanning device, unlike a polygon scanner or a galvano scanner which has been conventionally used. That is, for example, a polygon scanner has a structure in which a polygon mirror (polyhedral mirror) is rotated by a servomotor, and therefore cannot be downsized, and a light beam can be scanned only in a one-dimensional direction. Therefore, in order to perform two-dimensional scanning with a polygon scanner, it is necessary to install two polygon scanners with different scanning directions and reflect the light beam twice. On the other hand, in the optical scanning device that utilizes the resonance of the elastically deforming portion, the elastically deforming portion of the vibrator can simultaneously resonate in two directions, so that the light beam is two-dimensionally scanned by one small optical scanning device. Can be made.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のような構造の光
走査装置においては、高速2軸走査を実現するために
は、振動子を剛性が大きく軽い材料を使用しなければな
らない。このため従来にあっては、単結晶シリコン(ウ
エハ)をマイクロマシニング技術を用いて微細加工した
振動子を用いており、単結晶シリコンを用いて振動子を
製作した結果、走査速度の高速性と微細加工性、量産性
に優れた光走査装置を提供できるようになっている。
In the optical scanning device having the above-described structure, in order to realize high-speed biaxial scanning, the oscillator must be made of a material having high rigidity and light weight. For this reason, in the past, a vibrator in which single crystal silicon (wafer) was microfabricated by using micromachining technology was used. As a result of manufacturing the vibrator using single crystal silicon, high scanning speed and It has become possible to provide an optical scanning device that is excellent in microfabrication and mass productivity.

【0005】しかしながら、この光走査装置は、Q軸を
中心とした曲げ変形とP軸を中心としたねじり変形を利
用しているため、弾性変形部を太くすることはこれらの
回転運動を阻害する原因となり、弾性変形部をある太さ
以上に太くすることができない。このため単結晶シリコ
ンを振動子として用いた光走査装置においては、手に持
って操作するハンドヘルドのバーコードリーダ等に用い
た場合には、落下等の衝撃によって振動子が破損する恐
れがあった。特に、弾性変形部が他の部分に比較して細
いため、落下時に破損し易かった。また、振動子の共振
特性が良過ぎるので、かえって微妙な環境変化によって
振動子の共振周波数が変化すると、可動部の回転角度す
なわち光ビームの走査角が敏感に変化するという問題が
明らかになってきた。そして、この走査角の変化を小さ
くするためには、共振周波数制御回路等によって走査角
を一定に保つ必要があり、コストが高くつくという難が
あった。
However, since this optical scanning apparatus utilizes bending deformation about the Q axis and torsional deformation about the P axis, thickening the elastically deforming portion hinders these rotational movements. As a result, the elastically deformable portion cannot be thicker than a certain thickness. Therefore, in an optical scanning device using single crystal silicon as a vibrator, when used in a handheld bar code reader or the like that is held in a hand and operated, there is a risk that the vibrator may be damaged by a shock such as dropping. . In particular, since the elastically deformable portion is thinner than the other portions, it was easily damaged when dropped. In addition, since the resonance characteristics of the oscillator are too good, it becomes clear that the rotation angle of the movable part, that is, the scanning angle of the light beam, changes sensitively if the resonance frequency of the oscillator changes due to subtle environmental changes. It was In order to reduce the change in the scanning angle, it is necessary to keep the scanning angle constant by a resonance frequency control circuit or the like, which causes a problem that the cost is high.

【0006】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、光走査装置
及びその振動子の光走査及び振動の安定性を向上させ、
さらに、耐落下衝撃性を高めることにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of conventional examples, and an object thereof is to improve the stability of optical scanning and vibration of an optical scanning device and its vibrator,
Furthermore, it is to improve the drop impact resistance.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の第1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、前記弾性変形部の一端に設けられた振動入力部
と、前記弾性変形部の他端に設けられた可動部とを備
え、前記振動入力部に印加された振動を前記弾性変形部
に伝え、前記弾性変形部の少なくとも1つの弾性変形モ
ードによる振動に応じて前記可動部が振動する振動子に
おいて、前記弾性変形部が並行する複数本の梁により構
成されていることを特徴としている。
A first vibrator of the present invention is 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 the elastic deformation. A movable part provided at the other end of the elastic part, transmitting the vibration applied to the vibration input part to the elastically deformable part, and the movable part according to the vibration in at least one elastically deformable mode of the elastically deformable part. Is vibrated, the elastically deformable portion is constituted by a plurality of parallel beams.

【0008】本発明の第2の振動子は、少なくとも1つ
の弾性変形モードを有する複数の弾性変形部を、連結部
を介して任意の角度をなすように直列に連結して形成さ
れた複合変形部と、前記複合変形部の一端に設けられた
振動入力部と、前記複合変形部の他端に設けられた可動
部とを備え、前記振動入力部に印加された振動を前記各
弾性変形部に伝え、前記各弾性変形部の少なくとも1つ
の弾性変形モードによる振動に応じて前記可動部が振動
することを特徴としている。
The second vibrator of the present invention is a composite deformation formed by connecting a plurality of elastic deformation portions having at least one elastic deformation mode in series through a connecting portion so as to form an arbitrary angle. Section, a vibration input section provided at one end of the composite deformation section, and a movable section provided at the other end of the composite deformation section, and the vibration applied to the vibration input section is applied to each of the elastic deformation sections. The movable portion vibrates according to the vibration of at least one elastic deformation mode of each elastic deformation portion.

【0009】本発明の第3の振動子は、少なくとも1つ
の弾性変形モードを有する複数の弾性変形部を、連結部
を介して連結して複合変形部を形成し、振動入力部及び
複数の可動部を前記複合変形部により非直線状に接続
し、前記振動入力部に印加された振動を前記各弾性変形
部に伝え、前記各弾性変形部の少なくとも1つの弾性変
形モードによる振動に応じて前記各可動部が振動するこ
とを特徴としている。
In a third vibrator of the present invention, a plurality of elastic deformation portions having at least one elastic deformation mode are connected via a connecting portion to form a composite deformation portion, and a vibration input portion and a plurality of movable portions. Sections are connected in a non-linear manner by the compound deformation section, the vibration applied to the vibration input section is transmitted to each elastic deformation section, and the vibration is applied according to at least one elastic deformation mode of each elastic deformation section. The feature is that each movable part vibrates.

【0010】上記第2及び第3の振動子にあっても、前
記弾性変形部が並行する複数本の梁により構成すること
ができる。
Also in the second and third vibrators, the elastically deformable portion can be constituted by a plurality of parallel beams.

【0011】また、上記各振動子は、金属、半導体、プ
ラスチック等の板状材料からなる1枚の基板によって構
成することができる。そして、反射ミラー、発光素子や
受光素子等の能動素子、前記能動素子を制御するための
制御回路、光ビームを整形するためのミラーやレンズ等
の光整形素子のうち少なくとも1つを前記基板に設け、
それによって駆動周波数を調整するようにできる。ま
た、発光素子や受光素子等の能動素子と、前記能動素子
を制御するための制御回路を前記基板に設け、前記能動
素子や制御回路に接続された信号線を弾性変形部を通過
させて前記振動入力部へ引き回し、振動入力部から外部
へ引き出すようにもできる。
Further, each of the above-mentioned vibrators can be constituted by a single substrate made of a plate-shaped material such as metal, semiconductor or plastic. At least one of a reflection mirror, an active element such as a light emitting element or a light receiving element, a control circuit for controlling the active element, and a light shaping element such as a mirror or a lens for shaping a light beam is provided on the substrate. Provided,
Thereby, the drive frequency can be adjusted. Further, an active element such as a light emitting element or a light receiving element, and a control circuit for controlling the active element are provided on the substrate, and a signal line connected to the active element or the control circuit is passed through an elastically deformable portion and It can also be routed to the vibration input unit and pulled out from the vibration input unit to the outside.

【0012】さらに、上記のいずれかの振動子を用いる
ことにより光走査装置を作製することができる。
Further, an optical scanning device can be manufactured by using any one of the above vibrators.

【0013】特に、第1の振動子を用いた光走査装置の
場合には、前記弾性変形部のいずれかの弾性変形モード
による可動部の振動を利用して、光ビームを1次元に走
査させることができる。
Particularly, in the case of the optical scanning device using the first vibrator, the light beam is one-dimensionally scanned by utilizing the vibration of the movable portion according to one of the elastic deformation modes of the elastic deformation portion. be able to.

【0014】また、第2又は第3の振動子を用いた光走
査装置の場合には、前記各弾性変形部の振動の方向が異
なることを利用して、光ビームを2次元に走査させるこ
とができる。
Further, in the case of the optical scanning device using the second or third vibrator, the light beam is two-dimensionally scanned by utilizing the fact that the vibration directions of the elastic deformation portions are different. You can

【0015】さらに、上記光走査装置においては、振動
子の駆動源として、圧電効果、静電力もしくは電磁力を
利用したアクチュエータを用いることができる。
Further, in the above optical scanning device, an actuator utilizing a piezoelectric effect, electrostatic force or electromagnetic force can be used as a driving source for the vibrator.

【0016】また、上記各光走査装置は、光学式情報読
取り装置や光学式検出機器に用いることができる。
Further, each of the above optical scanning devices can be used in an optical information reading device and an optical detection device.

【0017】[0017]

【作用】本発明による第1の振動子にあっては、並行す
る複数本の梁により弾性変形部を構成しているので、弾
性変形部の機械的強度を高めることができる。従って、
従来強度の弱かった弾性変形部の強度を高めることがで
き、振動子の耐落下衝撃性を向上させることができる。
In the first vibrator according to the present invention, since the elastically deformable portion is constituted by a plurality of parallel beams, the mechanical strength of the elastically deformable portion can be increased. Therefore,
It is possible to increase the strength of the elastically deformable portion, which has conventionally been weak, and improve the drop impact resistance of the vibrator.

【0018】この振動子はねじり変形しにくいので、ね
じり変形モード以外の振動モードを用いた振動子として
用いることができる。例えば、曲げ変形モードを用いた
振動子とすることができ、1次元に光走査するための光
走査装置に用いることができる。この結果、ねじり変形
モードを利用しない振動子として用いれば、幅の広い梁
を用いることができるので、より一層振動子の耐落下衝
撃性を高めることができる。
Since this vibrator does not easily undergo torsional deformation, it can be used as a vibrator using a vibration mode other than the torsional deformation mode. For example, a vibrator using a bending deformation mode can be used, and the vibrator can be used for an optical scanning device for performing one-dimensional optical scanning. As a result, if it is used as a vibrator that does not use the torsional deformation mode, a wide beam can be used, and thus the drop impact resistance of the vibrator can be further enhanced.

【0019】さらに、1本の弾性変形部の幅を広くする
のでなく、弾性変形部を複数本の梁によって構成してい
るので、梁間の幅を広くすることによって曲げ変形等の
ねじり変形以外の振動モードを妨げることなくねじり変
形を抑制することができる。つまり、ねじり変形以外の
振動モードを抑制することなく、振動子の耐落下衝撃性
を高めることができる。
Further, since the elastically deforming portion is composed of a plurality of beams instead of widening the width of one elastically deforming portion, widening the width between the beams can prevent other than bending deformation such as bending deformation. Torsional deformation can be suppressed without disturbing the vibration mode. That is, the drop impact resistance of the vibrator can be enhanced without suppressing vibration modes other than torsional deformation.

【0020】また、弾性変形部を複数本の梁によって形
成することにより弾性変形部が変形しにくくなり、意識
的に共振特性を低下させることができるので、微妙な環
境変化等による共振周波数の変化によっても可動部の回
転角度や光ビームの走査角の変化が影響を受けにくくな
る。さらに、2次以降の高次の共振モードの発生を抑制
することができるので、直線性のよい振動子を得ること
ができる。
Further, since the elastically deformable portion is formed of a plurality of beams, the elastically deformable portion is less likely to be deformed, and the resonance characteristic can be intentionally lowered, so that the resonance frequency changes due to a subtle environmental change or the like. Also, the changes in the rotation angle of the movable portion and the scanning angle of the light beam are less likely to be affected. Furthermore, since it is possible to suppress the generation of secondary and higher-order resonance modes, it is possible to obtain a vibrator having good linearity.

【0021】本発明の第2もしくは第3の振動子にあっ
ては、方向の異なる複数の弾性変形部の振動を組合せる
ことによって可動部を2次元に回転させることができ
る。従って、例えば各弾性変形部を同一振動モードで振
動させて可動部を2次元に走査させることができる。言
い換えると、ねじり変形を用いることなく、各弾性変形
部の1次元振動の組合せで可動部を2次元に回転させる
ことができ、2次元光走査装置に用いることができる。
この結果、各弾性変形部の幅を広くすることができ、落
下衝撃に強い振動子や光走査装置を製作することができ
る。さらに、第3の振動子にあっては、複数個の可動部
を備えているので、光走査装置に用いた場合には、複数
本の光ビームを同時に走査させることができる。
In the second or third vibrator of the present invention, the movable part can be two-dimensionally rotated by combining the vibrations of the plurality of elastically deformable parts having different directions. Therefore, for example, the elastically deformable portions can be vibrated in the same vibration mode and the movable portion can be two-dimensionally scanned. In other words, the movable part can be rotated two-dimensionally by the combination of the one-dimensional vibration of each elastically deformable part without using the torsional deformation, and the two-dimensional optical scanning device can be used.
As a result, the width of each elastically deformable portion can be increased, and a vibrator or optical scanning device that is resistant to drop impact can be manufactured. Furthermore, since the third vibrator includes a plurality of movable parts, when used in an optical scanning device, a plurality of light beams can be simultaneously scanned.

【0022】さらに、弾性変形部の耐落下衝撃性を高め
るためには、幅の広い弾性変形部を用いる以外にも、並
行する複数本の梁よりなる弾性変形部を用いることがで
きる。このような構造によれば、弾性変形部の曲げ変形
等を抑制することなくねじり変形を抑制することがで
き、弾性変形部の振動を妨げることなく耐落下衝撃性を
高めることができる。
Further, in order to improve the drop impact resistance of the elastically deformable portion, an elastically deformable portion composed of a plurality of parallel beams can be used in addition to the wide elastically deformable portion. With such a structure, it is possible to suppress torsional deformation without suppressing bending deformation or the like of the elastically deformable portion, and it is possible to improve drop impact resistance without hindering vibration of the elastically deformable portion.

【0023】また、振動子を構成する基板に、反射ミラ
ー、発光素子や受光素子等の能動素子、前記能動素子を
制御するための制御回路、光ビームを整形するためのミ
ラーやレンズ等の光整形素子のうち少なくとも1つを設
けた光走査装置にあっては、光走査装置の組立工程にお
いて、これらの搭載位置や寸法等によって弾性変形部の
共振周波数を調整するようにできる。
Further, on the substrate constituting the vibrator, a reflection mirror, an active element such as a light emitting element or a light receiving element, a control circuit for controlling the active element, and a light such as a mirror or a lens for shaping a light beam. In the optical scanning device provided with at least one of the shaping elements, the resonance frequency of the elastically deformable portion can be adjusted in the assembling process of the optical scanning device depending on the mounting position, size, and the like.

【0024】また、本発明に係る光走査装置において
は、弾性変形部やその梁の幅を広くすることができるの
で、振動子上に搭載された素子や回路等の信号線を弾性
変形部を通過させて配線することができ、振動子上にお
ける配線処理を容易にすることができる。
Further, in the optical scanning device according to the present invention, since the width of the elastically deformable portion and its beam can be widened, the signal line of the element or circuit mounted on the vibrator can be provided with the elastically deformable portion. Wiring can be performed by passing it through, and wiring processing on the vibrator can be facilitated.

【0025】さらに、上記光走査装置を用いることによ
り、超小型の光走査装置を備えた、落下時の衝撃に強い
光学式情報読取り装置や光学式検出機器等を提供するこ
とができる。
Furthermore, by using the above-mentioned optical scanning device, it is possible to provide an optical information reading device, an optical detection device, etc., which is equipped with an ultra-compact optical scanning device and is resistant to impact when dropped.

【0026】[0026]

【実施例】図1は本発明の一実施例による1次元光走査
装置(光スキャナ)Aを示す斜視図である。この光走査
装置Aは、1枚のプレ−ト状をした振動子1と加振源2
とから構成されている。振動子1は、複数本の平行に配
置された梁3aからなる弾性変形部3の一端に振動入力
部4を設け、弾性変形部3の他端に可動部5を設けたも
のであって、中心軸Pに関して線対称な形状を有してい
る。複数本の梁3aは少なくとも1つの弾性変形モード
を有しており、この実施例ではそれぞれ曲げ変形モード
とねじり変形モードの2モードを有している。また、振
動子1の振動入力部4は加振源2の振動面に接合されて
おり、可動部5には光ビームを低損失で反射させられる
ミラー部6が設けられている。この振動子1の作製は、
単結晶シリコン基板を原材料としてマイクロマシニング
技術により微細加工したものでもよいが、それ以外にも
ニッケル、りん青銅、ステンレス等の金属材料やプラス
チック(特に、エンジニアリングプラスチックと呼ばれ
る高耐衝撃性のもの)の基板に微細加工を施したもので
もよい。特に、耐落下衝撃性を高めるうえでは、金属材
料からなる基板によって振動子1を製作するのが好まし
い。
1 is a perspective view showing a one-dimensional optical scanning device (optical scanner) A according to an embodiment of the present invention. This optical scanning device A includes a single plate-shaped vibrator 1 and a vibration source 2.
It consists of and. The vibrator 1 has a vibration input section 4 provided at one end of an elastically deformable section 3 composed of a plurality of beams 3a arranged in parallel, and a movable section 5 provided at the other end of the elastically deformable section 3. It has a line-symmetric shape with respect to the central axis P. The plurality of beams 3a have at least one elastic deformation mode, and in this embodiment, each of the beams 3a has two modes, a bending deformation mode and a torsion deformation mode. Further, the vibration input section 4 of the vibrator 1 is joined to the vibration surface of the vibration source 2, and the movable section 5 is provided with a mirror section 6 capable of reflecting a light beam with low loss. This oscillator 1 is manufactured by
It may be finely processed by a micromachining technology using a single crystal silicon substrate as a raw material, but in addition to this, metal materials such as nickel, phosphor bronze, stainless steel and plastics (particularly high impact resistance materials called engineering plastics) The substrate may be finely processed. Particularly, in order to improve drop impact resistance, it is preferable to manufacture the vibrator 1 from a substrate made of a metal material.

【0027】また、加振源2は超小型のアクチュエータ
が好ましいが、一定の振幅及び周波数で振動させること
ができるものであればよい。例えば交流電圧を印加する
ことによって振動させることができる積層型圧電素子を
用いることができる。あるいは、極板間の静電力によっ
て極板間距離が変化するようになった静電アクチュエー
タを交流電圧で駆動するようにしたものを用いてもよ
い。あるいは、電磁力を利用して振動を発生させるよう
にしたもの(例えば、ソレノイド型のアクチュエータ
等)でも良い。
The vibration source 2 is preferably a microminiature actuator, but may be any one capable of vibrating at a constant amplitude and frequency. For example, a laminated piezoelectric element that can be vibrated by applying an AC voltage can be used. Alternatively, an electrostatic actuator in which the distance between the electrode plates is changed by the electrostatic force between the electrode plates may be driven by an AC voltage may be used. Alternatively, an electromagnetic force may be used to generate vibration (for example, a solenoid type actuator).

【0028】この光走査装置Aにおいては、弾性変形部
3の曲げ変形モードの共振周波数fBと等しい周波数の
振動を加振源2から振動入力部4へ印加すると、弾性変
形部3が曲げ変形モードで共振し、それによって図1に
示すように可動部5をQ軸の回りに回転運動させる(こ
のQ軸回りの振動モードを曲げ変形モードという)。従
って、外部の光源(図示せず)から出射された光ビーム
が可動部5のミラー部6に投射されていると、ミラー部
6で反射された光ビームもQ軸と垂直な面内で1次元に
(直線状に)走査されることになる。しかも、複数本の
梁3aによって弾性変形部3が構成されているので、こ
の振動子1は中心軸Pを中心とするねじり変形モード等
が生じにくい構造となっており、ねじり変形モードや2
次以上の高次の曲げ変形モードの共振が抑制され、この
結果印加電圧と走査角の間の直線性の良好な振動子1を
得ることができる。
In this optical scanning device A, when a vibration having a frequency equal to the resonance frequency f B of the bending deformation mode of the elastic deformation portion 3 is applied from the vibration source 2 to the vibration input portion 4, the elastic deformation portion 3 is bent and deformed. Resonance occurs in the mode, thereby causing the movable part 5 to rotate about the Q axis as shown in FIG. 1 (this vibration mode around the Q axis is referred to as a bending deformation mode). Therefore, when a light beam emitted from an external light source (not shown) is projected on the mirror section 6 of the movable section 5, the light beam reflected by the mirror section 6 also has a value of 1 in a plane perpendicular to the Q axis. It will be scanned dimensionally (linearly). Moreover, since the elastically deformable portion 3 is constituted by the plurality of beams 3a, the vibrator 1 has a structure in which a torsional deformation mode centering on the central axis P is unlikely to occur, and the torsional deformation mode or 2
Resonance of higher-order bending deformation modes higher than the second is suppressed, and as a result, the vibrator 1 having good linearity between the applied voltage and the scanning angle can be obtained.

【0029】このような構造の振動子1にあっては、弾
性変形部3が1本の梁でなく、複数本の梁3aによって
構成されているので、弾性変形部3の機械的強度が大き
くなり、落下時の衝撃に対する振動子1の強度が大きく
なる。また、この振動子1ではねじり変形モードを利用
していないので、振動子1の特性を損ねることなく各梁
3aの本数を増したり、梁3aの幅を広くしたり、梁3
a間の距離を広くしたりすることができ、それによって
も振動子1の耐落下衝撃性を高めることができる。
In the vibrator 1 having such a structure, since the elastically deformable portion 3 is composed of a plurality of beams 3a instead of one beam, the elastically deformable portion 3 has a large mechanical strength. Therefore, the strength of the vibrator 1 against the impact when dropped is increased. Further, since the vibrator 1 does not use the torsional deformation mode, the number of the beams 3a can be increased, the width of the beams 3a can be increased, and the beam 3a can be increased without deteriorating the characteristics of the vibrator 1.
It is possible to increase the distance between a and the drop impact resistance of the vibrator 1 can also be increased.

【0030】さらに、振動子1を金属材料によって形成
すれば、単結晶シリコンによって形成された振動子1に
比べて、振動子1や光走査装置Aの耐落下衝撃性がより
向上する。しかも、この振動子1にあっては、ニッケル
等の金属材料を用いても、高速走査性が阻害されること
なく、十分高速な振動子を得ることができる。何故な
ら、この振動子1は曲げ変形だけを利用し、ねじり変形
を用いないので、梁3aの幅や本数を増すことができ
る。こうして弾性変形部3の幅が広くなると、弾性変形
部3のバネ剛性kが大きくなり、振動子1の共振周波数
Bを示す式、 fB=(k/I)1/2/(2π) により示されるように、高い共振周波数fBを得ること
ができる。但し、Iは振動子1の回転の慣性モーメント
である。すなわち、金属などの慣性モーメントIの大き
な材質を用いても、バネ剛性kの設計次第では共振周波
数fBの大きな振動子1を構成することができ、振動子
1を高速化することができる。
Further, when the vibrator 1 is made of a metal material, the drop impact resistance of the vibrator 1 and the optical scanning device A is further improved as compared with the vibrator 1 made of single crystal silicon. Moreover, in the vibrator 1, even when a metal material such as nickel is used, a sufficiently high speed vibrator can be obtained without impairing the high speed scanning property. This is because the vibrator 1 uses only bending deformation and does not use torsional deformation, so that the width and the number of the beams 3a can be increased. When the width of the elastically deformable portion 3 is widened in this way, the spring rigidity k of the elastically deformable portion 3 is increased, and an equation representing the resonance frequency f B of the vibrator 1, f B = (k / I) 1/2 / (2π) As shown by, a high resonance frequency f B can be obtained. However, I is the moment of inertia of rotation of the vibrator 1. That is, even if a material having a large moment of inertia I such as metal is used, the vibrator 1 having a large resonance frequency f B can be configured depending on the design of the spring rigidity k, and the speed of the vibrator 1 can be increased.

【0031】しかも、複数本の梁3aによって弾性変形
部3を構成しているので、梁3a間の距離を適当な距離
にとれば、弾性変形部3の実際の幅(梁3aの幅×梁3
aの本数)を大きくすることなく弾性変形部3の見掛け
の幅を大きくすることができ、曲げ変形モードの振動を
抑制することなくねじり変形モードの振動を抑制するこ
とができる。同様に、曲げ変形モードの振動を抑制する
ことなく弾性変形部3の耐落下衝撃性を向上させること
ができる。
Moreover, since the elastically deformable portion 3 is composed of a plurality of beams 3a, the actual width of the elastically deformable portion 3 (width of beam 3a × beam 3a) can be obtained by setting the distance between the beams 3a to an appropriate distance. Three
The apparent width of the elastic deformation portion 3 can be increased without increasing (the number of a), and the vibration in the torsional deformation mode can be suppressed without suppressing the vibration in the bending deformation mode. Similarly, the drop impact resistance of the elastic deformation portion 3 can be improved without suppressing the vibration in the bending deformation mode.

【0032】図2に示すものは、本発明のさらに別な実
施例による2次元光走査装置Bを示す斜視図である。図
1の光走査装置Aは、複数本の梁3aよりなる弾性変形
部3の構造より弾性変形部3がねじり変形しにくく、1
次元の光走査しか期待できない。そこで、同じような構
造の弾性変形部を有する光走査装置において2次元の光
走査を可能にしたものが図2の光走査装置Bである。こ
の光走査装置Bにあっては、角板状をした連結部8の1
辺に複数本の平行な梁7aによって構成された第1の弾
性変形部7の一端を接続し、連結部8の隣接する辺に複
数本の平行な梁9aによって構成された第2の弾性変形
部9の一端を接続して複合変形部12Aを形成してい
る。すなわち、2つの弾性変形部7,9が連結部8を介
して略90度の角度で接続されている。また、振動入力
部4は、第1の弾性変形部7の他端に一体に構成され、
可動部5は第2の弾性変形部9の他端に一体に構成され
ている。さらに、振動入力部4は圧電素子等の加振源2
に接合され、可動部5にはミラー部6が形成されてい
る。
FIG. 2 is a perspective view showing a two-dimensional optical scanning device B according to still another embodiment of the present invention. In the optical scanning device A of FIG. 1, the elastically deformable portion 3 is less likely to be torsionally deformed than the elastically deformable portion 3 including the plurality of beams 3a.
Only one-dimensional optical scanning can be expected. Therefore, an optical scanning device having an elastically deforming portion having a similar structure that enables two-dimensional optical scanning is the optical scanning device B in FIG. In this optical scanning device B, one of the connecting portions 8 in the shape of a square plate is used.
A second elastic deformation formed by connecting one end of the first elastic deformation portion 7 formed by a plurality of parallel beams 7a to a side and forming a plurality of parallel beams 9a on an adjacent side of the connecting portion 8. One end of the portion 9 is connected to form a composite deformable portion 12A. That is, the two elastically deformable portions 7 and 9 are connected via the connecting portion 8 at an angle of approximately 90 degrees. Further, the vibration input unit 4 is integrally formed with the other end of the first elastic deformation unit 7,
The movable portion 5 is integrally formed with the other end of the second elastically deformable portion 9. Further, the vibration input unit 4 is a vibration source 2 such as a piezoelectric element.
And a mirror portion 6 is formed on the movable portion 5.

【0033】この光走査装置Bにあっても、各弾性変形
部7,9は複数本の梁によって構成されているので、ね
じり変形モードの振動は抑制され、曲げ変形モードの振
動のみが可能になる。いま、第1及び第2の弾性変形部
7,9の曲げ変形モードにおける共振周波数f1,f2
が異なる場合を考える(例えば、梁の本数や幅等によっ
て共振周波数を変化させることができる)。この場合、
両共振周波数f1,f2と等しい周波数の交流信号を重
畳させた重畳信号を加振源2に印加して加振源2を振動
させ、この振動によって弾性変形部7,9を振動させる
と、第1の弾性変形部7はその共振周波数(f1)成分
によって曲げ変形モードの共振をし、連結部8をQ軸の
回りに回転運動させる。また、第2の弾性変形部9もそ
の共振周波数(f2)成分によって曲げ変形モードの共
振をし、可動部5をP軸の回りに回転運動させる。この
結果、可動部5は、第2の弾性変形部9の曲げ変形によ
るP軸回りの回転運動と、連結部8を介して伝えられる
第1の弾性変形部7の曲げ変形によるQ軸回りの回転運
動の2次元の運動成分が与えられ、ミラー部6に光ビー
ムが投射されていると、その反射光は2次元に走査され
ることになる。よって、この光走査装置によれば、曲げ
変形モードのみによって2次元光走査が可能になる。
Even in the optical scanning device B, since the elastic deformation portions 7 and 9 are composed of a plurality of beams, the vibration in the torsional deformation mode is suppressed and only the vibration in the bending deformation mode is possible. Become. Now, the resonance frequencies f1 and f2 in the bending deformation mode of the first and second elastic deformation portions 7 and 9
Consider different cases (for example, the resonance frequency can be changed depending on the number and width of the beams). in this case,
When a superimposed signal obtained by superimposing an AC signal having a frequency equal to both the resonance frequencies f1 and f2 is applied to the vibration source 2 to vibrate the vibration source 2 and vibrate the elastically deformable portions 7 and 9, The elastic deformation portion 7 of No. 1 resonates in the bending deformation mode due to its resonance frequency (f1) component, and rotates the connecting portion 8 around the Q axis. Further, the second elastic deformation portion 9 also resonates in the bending deformation mode due to its resonance frequency (f2) component, and causes the movable portion 5 to rotate about the P axis. As a result, the movable portion 5 rotates about the P axis due to the bending deformation of the second elastically deforming portion 9 and rotates around the Q axis due to the bending deformation of the first elastically deforming portion 7 transmitted through the connecting portion 8. When a two-dimensional motion component of rotational movement is given and a light beam is projected on the mirror section 6, the reflected light is scanned in two dimensions. Therefore, according to this optical scanning device, two-dimensional optical scanning can be performed only by the bending deformation mode.

【0034】このように第1及び第2の弾性変形部7,
9の曲げ変形モードにおける共振周波数f1,f2が異
なる場合には、各共振周波数成分の振幅を調整すること
によりP軸回りとQ軸回りとの可動部5の回転角及び光
ビームの走査角をそれぞれ制御することができる。従っ
て、各方向の回転角及び走査角を異ならせる必要がない
場合には、両弾性変形部7,9の曲げ変形モードにおけ
る共振周波数f1,f2が同じであっても差し支えな
い。また、第1及び第2の弾性変形部7,9のなす角度
も90度に限るものでなく、180度以外の任意の角度
を選択することにより光ビームを平行四辺形状の走査領
域で2次元状に光走査させることもできる。
In this way, the first and second elastically deformable portions 7,
When the resonance frequencies f1 and f2 in the bending deformation mode of 9 are different, the rotation angle of the movable part 5 around the P axis and the Q axis and the scanning angle of the light beam are adjusted by adjusting the amplitude of each resonance frequency component. Each can be controlled. Therefore, when it is not necessary to change the rotation angle and the scanning angle in each direction, the resonance frequencies f1 and f2 in the bending deformation mode of both elastic deformation portions 7 and 9 may be the same. Also, the angle formed by the first and second elastically deforming portions 7 and 9 is not limited to 90 degrees, and the light beam is two-dimensionally scanned in the parallelogram-shaped scanning region by selecting an arbitrary angle other than 180 degrees. It is also possible to perform optical scanning in a circular pattern.

【0035】図3に示すものは、本発明のさらに別な実
施例による光走査装置Cを示す斜視図である。この光走
査装置Cにあっては、角板状をした連結部8の下辺に複
数本の平行な梁7aによって構成された第1の弾性変形
部7の一端を接続し、連結部8の左右両辺にそれぞれ複
数本の平行な梁10a,11aによって構成された第2
及び第3の弾性変形部10,11の一端を接続して複合
変形部12Bを形成している。すなわち、3つの弾性変
形部7,10,11が連結部8を介して略T字状に接続
されている。また、振動入力部4は、第1の弾性変形部
7の他端に一体に構成され、第1の可動部5aは第2の
弾性変形部10の他端に一体に構成され、第2の可動部
5bは第3の弾性変形部11の他端に一体に構成されて
おり、第1の可動部5aと第2の可動部5bとが連結部
8の両側に接続されている。さらに、振動入力部4は圧
電素子等の加振源2に接合され、可動部5にはミラー部
6が形成されている。
FIG. 3 is a perspective view showing an optical scanning device C according to still another embodiment of the present invention. In this optical scanning device C, one end of the first elastically deforming portion 7 constituted by a plurality of parallel beams 7a is connected to the lower side of the rectangular plate-shaped connecting portion 8 so that the connecting portion 8 has the right and left sides. A second structure composed of a plurality of parallel beams 10a and 11a on both sides.
Also, one ends of the third elastically deformable portions 10 and 11 are connected to each other to form a composite deformable portion 12B. That is, the three elastically deformable portions 7, 10, 11 are connected in a substantially T-shape via the connecting portion 8. Further, the vibration input section 4 is integrally formed at the other end of the first elastically deformable section 7, the first movable section 5a is integrally formed at the other end of the second elastically deformable section 10, and the second The movable portion 5b is integrally formed with the other end of the third elastically deformable portion 11, and the first movable portion 5a and the second movable portion 5b are connected to both sides of the connecting portion 8. Further, the vibration input section 4 is joined to the vibration source 2 such as a piezoelectric element, and the movable section 5 is provided with a mirror section 6.

【0036】この光走査装置Cにあっても、いま、第
1、第2及び第3の弾性変形部7,10,11の曲げ変
形モードにおける共振周波数f1,f3,f4が異なる
場合を考えると、各共振周波数f1,f3,f4と等し
い周波数の交流信号を重畳させた重畳信号を加振源2に
印加して加振源2を振動させ、この振動によって加振源
2を振動させると、第1の弾性変形部7はその共振周波
数(f1)成分によって曲げ変形モードの共振をし、連
結部8をQ軸の回りに回転運動させる。また、第2の弾
性変形部10もその共振周波数(f3)成分によって曲
げ変形モードの共振をし、可動部5aをP1軸の回りに
回転運動させる。第3の弾性変形部11もその共振周波
数(f4)成分によって曲げ変形モードの共振をし、可
動部5bをP2軸の回りに回転運動させる。この結果、
第1の可動部5aは、第2の弾性変形部10の曲げ変形
によるP1軸回りの回転運動と、連結部8を介して伝え
られる第1の弾性変形部7の曲げ変形によるQ軸回りの
回転運動の2次元の運動成分が与えられ、ミラー部6に
光ビームが投射されていると、その反射光は2次元に走
査されることになる。また、第2の可動部5bは、第3
の弾性変形部11の曲げ変形によるP2軸回りの回転運
動と、連結部8を介して伝えられる第1の弾性変形部7
の曲げ変形によるQ軸回りの回転運動の2次元の運動成
分が与えられ、ミラー部6に光ビームが投射されている
と、その反射光は2次元に走査されることになる。従っ
て、この光走査装置Cによれば、光ビームを2つの可動
部5a,5bで反射させて走査させることができ、広い
走査領域を有する2次元光走査装置Cを作製することが
できる。また、各共振周波数f1,f3,f4がそれぞ
れ異なっている場合には、各周波数成分の振幅を変える
ことにより各可動部5a,5bの振動モードや走査角を
制御することができる。なお、この実施例においても、
第1,第2及び第3の弾性変形部7,10,11の共振
周波数f1,f3,f4のうち任意の2つもしくは3つ
は同じであっても差し支えない。また、第1の弾性変形
部7と第2の弾性変形部10のなす角度、及び第1の弾
性変形部7と第3の弾性変形部11のなす角度は、いず
れも90度以外の角度であってもよい。
Even in the optical scanning device C, let us consider a case where the resonance frequencies f1, f3, f4 in the bending deformation mode of the first, second and third elastic deformation portions 7, 10, 11 are different. , A superimposed signal obtained by superimposing an AC signal having a frequency equal to each resonance frequency f1, f3, f4 is applied to the vibration source 2 to vibrate the vibration source 2, and the vibration source 2 vibrates as a result of this vibration. The first elastic deformation portion 7 resonates in a bending deformation mode due to its resonance frequency (f1) component, and rotates the connecting portion 8 around the Q axis. Further, the second elastic deformation portion 10 also resonates in the bending deformation mode due to its resonance frequency (f3) component, and rotates the movable portion 5a around the P 1 axis. The third elastic deformation portion 11 also resonates in the bending deformation mode due to its resonance frequency (f4) component, and rotates the movable portion 5b around the P 2 axis. As a result,
The first movable portion 5a rotates about the P 1 axis by the bending deformation of the second elastically deforming portion 10 and the Q axis by the bending deformation of the first elastically deforming portion 7 transmitted through the connecting portion 8. When a two-dimensional motion component of the rotational motion of is given and a light beam is projected on the mirror section 6, the reflected light is scanned in two dimensions. In addition, the second movable portion 5b is
The first elastically deformable portion 7 transmitted through the connecting portion 8 and the rotational movement about the P 2 axis due to the bending and deformation of the elastically deformable portion 11 of FIG.
When the two-dimensional motion component of the rotational movement about the Q axis due to the bending deformation is given and the light beam is projected on the mirror section 6, the reflected light is two-dimensionally scanned. Therefore, according to the optical scanning device C, the light beam can be reflected and scanned by the two movable portions 5a and 5b, and the two-dimensional optical scanning device C having a wide scanning region can be manufactured. When the resonance frequencies f1, f3, and f4 are different from each other, the vibration mode and scanning angle of the movable parts 5a and 5b can be controlled by changing the amplitude of each frequency component. Note that, also in this embodiment,
Any two or three of the resonance frequencies f1, f3, f4 of the first, second and third elastically deforming portions 7, 10, 11 may be the same. Further, the angle formed by the first elastic deformation portion 7 and the second elastic deformation portion 10 and the angle formed by the first elastic deformation portion 7 and the third elastic deformation portion 11 are both angles other than 90 degrees. It may be.

【0037】図4に示すものは、本発明のさらに別な実
施例による光走査装置Dの一部破断した断面図である。
この光走査装置Dにあっては、複数本の梁によって構成
された弾性変形部13の端に設けられた可動部5に凹部
14を形成し、この凹部14内に発光素子15を搭載
し、可動部5の表面にビーム整形用のフレネルレンズ1
6を取り付けてある。しかして、この光走査装置Dにあ
っては、外部の光源から出射された光ビームを反射させ
て走査するのでなく、発光素子15から出射された光ビ
ームをフレネルレンズ16によって集光もしくはコリメ
ート化して投射するものであり、可動部5が回転運動す
ることによって発光素子15から出射された光ビームも
同じように1次元又は2次元に走査されるようになって
いる。また、この実施例では、可動部5に設けた発光素
子15やフレネルレンズ16により弾性変形部13の共
振周波数(駆動周波数)を変化させ、調整することがで
きる。なお、光ビームをビーム整形するための手段とし
ては、レンズに代えて発光素子の背後に凹面鏡(図示せ
ず)等を設けてもよい。
FIG. 4 is a partially cutaway sectional view of an optical scanning device D according to yet another embodiment of the present invention.
In this optical scanning device D, a concave portion 14 is formed in the movable portion 5 provided at the end of the elastically deformable portion 13 constituted by a plurality of beams, and the light emitting element 15 is mounted in the concave portion 14. Fresnel lens 1 for beam shaping on the surface of the movable part 5.
6 is attached. In the optical scanning device D, the light beam emitted from the external light source is not reflected and scanned, but the light beam emitted from the light emitting element 15 is condensed or collimated by the Fresnel lens 16. The light beam emitted from the light emitting element 15 is similarly scanned in one dimension or two dimensions by the rotary movement of the movable portion 5. Further, in this embodiment, the resonance frequency (driving frequency) of the elastically deformable portion 13 can be changed and adjusted by the light emitting element 15 and the Fresnel lens 16 provided in the movable portion 5. As a means for beam-shaping the light beam, a concave mirror (not shown) or the like may be provided behind the light emitting element instead of the lens.

【0038】図5は本発明のさらに別な実施例による光
走査装置Eを示す正面図である。この光走査装置Eにあ
っては、可動部5の中心部分に設けられた素子実装パッ
ド21の上にチップ状をした発光ダイオード(LED)
や半導体レーザ素子(LD)等の発光素子22をダイボ
ンディングし、発光素子22の電極を電極パッド23に
ワイヤボンディングしている。また、連結部8の中心部
分に設けられた素子実装パッド24の上にチップ状をし
た受光素子25をダイボンディングし、受光素子25の
電極を電極パッド26にワイヤボンディングしている。
さらに、振動入力部4には信号処理用の制御回路(I
C)27が実装されており、各素子実装パッド21,2
4及び各電極パッド23,26は各弾性変形部7,9の
梁7a,9aの表面を通して振動子1の表面に配線され
た信号線(パターン配線)28によって制御回路27へ
接続されている。さらに、振動入力部4の制御回路27
から外部へ配線(図示せず)が引き出されている。
FIG. 5 is a front view showing an optical scanning device E according to still another embodiment of the present invention. In this optical scanning device E, a chip-shaped light emitting diode (LED) is mounted on the element mounting pad 21 provided in the central portion of the movable portion 5.
The light emitting element 22 such as a semiconductor laser element (LD) is die-bonded, and the electrode of the light emitting element 22 is wire-bonded to the electrode pad 23. Further, a chip-shaped light receiving element 25 is die-bonded on the element mounting pad 24 provided in the central portion of the connecting portion 8, and the electrode of the light receiving element 25 is wire-bonded to the electrode pad 26.
Further, the vibration input unit 4 has a control circuit (I
C) 27 is mounted and each element mounting pad 21, 2 is mounted.
4 and each electrode pad 23, 26 are connected to the control circuit 27 by a signal line (pattern wiring) 28 wired on the surface of the vibrator 1 through the surfaces of the beams 7a, 9a of the elastically deformable portions 7, 9. Further, the control circuit 27 of the vibration input unit 4
A wire (not shown) is drawn from the outside to the outside.

【0039】しかして、この光走査装置Eにあっては、
可動部5を2次元方向に回転運動させながら各発光素子
22から出射させた光ビームを一定の走査領域内で2次
元状に走査させ、走査領域内にある対象物で反射してき
た反射光を受光素子25で検出し、制御回路27で必要
な信号処理を施した後、外部へ出力させることができ
る。従って、この光走査装置Eは制御回路27に必要な
機能を持たせることにより、バーコードを読み取るため
のバーコード読取り装置として用いることができる。あ
るいは、一定の走査領域内に対象物が存在しているか否
か、あるいは、存在位置を検出するための2次元光電セ
ンサなどとしても用いることができる。また、レーザビ
ームプリンタ用の光走査装置(この場合には受光素子2
5は必要ない)としても用いることができる。
However, in this optical scanning device E,
While rotating the movable part 5 in the two-dimensional direction, the light beam emitted from each light emitting element 22 is two-dimensionally scanned within a certain scanning area, and the reflected light reflected by the object in the scanning area is reflected. It can be detected by the light receiving element 25, subjected to necessary signal processing by the control circuit 27, and then output to the outside. Therefore, the optical scanning device E can be used as a bar code reading device for reading a bar code by providing the control circuit 27 with a necessary function. Alternatively, it can also be used as a two-dimensional photoelectric sensor or the like for detecting whether or not an object exists within a certain scanning area, or for detecting the existing position. Further, an optical scanning device for a laser beam printer (in this case, the light receiving element 2
5 is not necessary).

【0040】また、本発明の光走査装置にあっては、従
来のより弾性変形部の梁の幅を広くすることができるの
で、この実施例のように梁の表面に配線パターンを形成
することができ、配線処理を容易にすることができる。
Further, in the optical scanning device of the present invention, since the width of the beam of the elastically deforming portion can be made wider than in the conventional case, the wiring pattern is formed on the surface of the beam as in this embodiment. Therefore, the wiring process can be facilitated.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明による振動子にあっては、ねじり
変形モードを用いることなく他の振動モードによって弾
性変形部を変形させ、可動部を回転運動させるようにし
ているので、ねじり変形モードを利用しないために幅の
広い弾性変形部を用いることができ、振動子の耐落下衝
撃性を高めることができる。しかも、このようにねじり
変形モードの振動を利用しない振動子であっても、任意
の角度を持つように複数の弾性変形部を連結した複合変
形部を有する振動子では、各弾性変形部の振動を組合せ
ることによって可動部を2次元に回転運動させることが
でき、2次元光走査装置にも用いることができる。
In the vibrator according to the present invention, the elastically deformable portion is deformed by another vibration mode without using the torsional deformation mode, and the movable portion is rotationally moved. Since it is not used, a wide elastic deformation portion can be used, and the drop impact resistance of the vibrator can be improved. Moreover, even if the vibrator does not use the vibration in the torsional deformation mode as described above, in the vibrator having the composite deforming portion in which a plurality of elastic deforming portions are connected so as to have an arbitrary angle, the vibration of each elastic deforming portion is increased. By combining the above, the movable part can be two-dimensionally rotated, and it can be used for a two-dimensional optical scanning device.

【0042】さらに、複数本の並行する梁からなる弾性
変形部を備えた振動子では、梁の本数が増加することに
よって機械的強度が高まるので、振動子の耐落下衝撃性
を高めることができる。しかも、梁間の幅を広くするこ
とによって曲げ変形等のねじり変形以外の振動モードを
妨げることなくねじり変形を抑制することができ、つま
り、ねじり変形以外の振動モードを抑制することなく振
動子の耐落下衝撃性を高めることができる。
Further, in the vibrator provided with the elastically deformable portion composed of a plurality of parallel beams, the mechanical strength is increased by increasing the number of the beams, so that the drop impact resistance of the vibrator can be enhanced. . Moreover, by widening the width between the beams, torsional deformation can be suppressed without hindering vibration modes other than torsional deformation such as bending deformation, that is, the vibration resistance of the oscillator can be suppressed without suppressing vibration modes other than torsional deformation. It is possible to improve drop impact resistance.

【0043】また、弾性変形部を複数本の梁によって形
成することにより弾性変形部が変形しにくくなり、意識
的に共振特性を低下させることができるので、微妙な環
境変化等による共振周波数の変化によっても可動部の回
転角度や光ビームの走査角の変化が影響を受けにくくな
る。さらに、2次以降の高次の共振モードの発生を抑制
することができるので、直線性のよい振動子を得ること
ができる。
Further, since the elastically deformable portion is formed of a plurality of beams, the elastically deformable portion is less likely to be deformed, and the resonance characteristic can be intentionally lowered, so that the resonance frequency changes due to a subtle environmental change or the like. Also, the changes in the rotation angle of the movable portion and the scanning angle of the light beam are less likely to be affected. Furthermore, since it is possible to suppress the generation of secondary and higher-order resonance modes, it is possible to obtain a vibrator having good linearity.

【0044】さらに、複数個の可動部を備えた振動子に
あっては、光走査装置に用いた場合には、複数本の光ビ
ームを同時に走査させることができる。
Furthermore, when the vibrator having a plurality of movable parts is used in an optical scanning device, a plurality of light beams can be simultaneously scanned.

【0045】また、振動子を構成する基板に、反射ミラ
ー、発光素子や受光素子等の能動素子、前記能動素子を
制御するための制御回路、光ビームを整形するためのミ
ラーやレンズ等の光整形素子のうち少なくとも1つを設
けた光走査装置にあっては、光走査装置の組立工程にお
いて、これらの搭載位置や寸法等によって弾性変形部の
共振周波数を調整するようにできる。
Further, on the substrate constituting the vibrator, a reflection mirror, an active element such as a light emitting element or a light receiving element, a control circuit for controlling the active element, a light such as a mirror or a lens for shaping a light beam. In the optical scanning device provided with at least one of the shaping elements, the resonance frequency of the elastically deformable portion can be adjusted in the assembling process of the optical scanning device depending on the mounting position, size, and the like.

【0046】また、本発明に係る光走査装置において
は、弾性変形部やその梁の幅を広くすることができるの
で、振動子上に搭載された素子や回路等の信号線を弾性
変形部を通過させて配線することができ、振動子上にお
ける配線処理を容易にすることができる。
Further, in the optical scanning device according to the present invention, since the width of the elastically deformable portion and its beam can be widened, the signal line of the element, circuit, etc. mounted on the vibrator is provided with the elastically deformable portion. Wiring can be performed by passing it through, and wiring processing on the vibrator can be facilitated.

【0047】さらに、上記光走査装置を用いることによ
り、超小型の光走査装置を備えた、落下時の衝撃に強い
光学式情報読取り装置や光学式検出機器等を提供するこ
とができる。
Furthermore, by using the above optical scanning device, it is possible to provide an optical information reading device, an optical detection device, etc., which is equipped with a microminiature optical scanning device and is resistant to impact when dropped.

【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走査装置を示す斜視
図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an optical scanning device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の別な実施例による光走査装置を示す斜
視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing an optical scanning device according to another embodiment of the present invention.

【図3】本発明のさらに別な実施例による光走査装置を
示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an optical scanning device according to another embodiment of the present invention.

【図4】本発明のさらに別な実施例による光走査装置を
示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing an optical scanning device according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明のさらに別な実施例による光走査装置を
示す正面図である。
FIG. 5 is a front view showing an optical scanning device according to still another embodiment of the present invention.

【図6】(a)(b)はいずれも従来例の光走査装置を
示す斜視図である。
6A and 6B are perspective views showing a conventional optical scanning device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 振動子 2 加振源 3 弾性変形部 3a 弾性変形部の梁 4 振動入力部 5 可動部 7,9 弾性変形部 7a,9a 弾性変形部の梁 8 連結部 5a,5b 可動部 10,11 弾性変形部 10a,11a 弾性変形部の梁 15 発光素子 16 フレネルレンズ 22 発光素子 25 受光素子 27 制御回路 28 信号線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibrator 2 Excitation source 3 Elastic deformation part 3a Beam of elastic deformation part 4 Vibration input part 5 Movable part 7,9 Elastic deformation part 7a, 9a Beam of elastic deformation part 8 Connecting part 5a, 5b Movable part 10, 11 Elastic Deformation part 10a, 11a Beam of elastic deformation part 15 Light emitting element 16 Fresnel lens 22 Light emitting element 25 Light receiving element 27 Control circuit 28 Signal line

Claims (16)

【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、前記弾性変形部の一端に設けられた振
動入力部と、前記弾性変形部の他端に設けられた可動部
とを備え、前記振動入力部に印加された振動を前記弾性
変形部に伝え、前記弾性変形部の少なくとも1つの弾性
変形モードによる振動に応じて前記可動部が振動する振
動子において、 前記弾性変形部が並行する複数本の梁により構成されて
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 movable part provided at the other end of the elastic deformation part, In a vibrator in which the vibration applied to the vibration input unit is transmitted to the elastic deformation unit, and the movable unit vibrates in accordance with the vibration of at least one elastic deformation mode of the elastic deformation unit, the elastic deformation units are parallel to each other. A vibrator comprising a plurality of beams.
【請求項2】 金属、半導体、プラスチック等の板状材
料からなる1枚の基板によって構成されていることを特
徴とする請求項1に記載の振動子。
2. The vibrator according to claim 1, wherein the vibrator is composed of one substrate made of a plate-shaped material such as metal, semiconductor, or plastic.
【請求項3】 反射ミラー、発光素子や受光素子等の能
動素子、前記能動素子を制御するための制御回路、光ビ
ームを整形するためのミラーやレンズ等の光整形素子の
うち少なくとも1つを前記基板に設けることにより、駆
動周波数を調整されたことを特徴とする請求項2に記載
の振動子。
3. At least one of a reflecting mirror, an active element such as a light emitting element or a light receiving element, a control circuit for controlling the active element, and a light shaping element such as a mirror or a lens for shaping a light beam. The oscillator according to claim 2, wherein the driving frequency is adjusted by being provided on the substrate.
【請求項4】 発光素子や受光素子等の能動素子と、前
記能動素子を制御するための制御回路を前記基板に設
け、前記能動素子や制御回路に接続された信号線を弾性
変形部を通過させて前記振動入力部へ引き回し、振動入
力部から外部へ引き出したことを特徴とする請求項2又
は3に記載の振動子。
4. An active element such as a light emitting element or a light receiving element and a control circuit for controlling the active element are provided on the substrate, and a signal line connected to the active element or the control circuit passes through an elastically deforming portion. The vibrator according to claim 2 or 3, wherein the vibrator is drawn to the vibration input unit and is drawn from the vibration input unit to the outside.
【請求項5】 少なくとも1つの弾性変形モードを有す
る複数の弾性変形部を、連結部を介して任意の角度をな
すように直列に連結して形成された複合変形部と、前記
複合変形部の一端に設けられた振動入力部と、前記複合
変形部の他端に設けられた可動部とを備え、前記振動入
力部に印加された振動を前記各弾性変形部に伝え、前記
各弾性変形部の少なくとも1つの弾性変形モードによる
振動に応じて前記可動部が振動することを特徴とする振
動子。
5. A composite deformation part formed by connecting a plurality of elastic deformation parts having at least one elastic deformation mode in series through a connection part so as to form an arbitrary angle, and a composite deformation part. A vibration input portion provided at one end and a movable portion provided at the other end of the composite deformation portion are provided, and the vibration applied to the vibration input portion is transmitted to each elastic deformation portion, and each elastic deformation portion. The movable part vibrates according to the vibration in at least one elastic deformation mode of 1.
【請求項6】 少なくとも1つの弾性変形モードを有す
る複数の弾性変形部を、連結部を介して連結して複合変
形部を形成し、振動入力部及び複数の可動部を前記複合
変形部により非直線状に接続し、前記振動入力部に印加
された振動を前記各弾性変形部に伝え、前記各弾性変形
部の少なくとも1つの弾性変形モードによる振動に応じ
て前記各可動部が振動することを特徴とする振動子。
6. A composite deformation part is formed by connecting a plurality of elastic deformation parts having at least one elastic deformation mode via a connecting part, and the vibration input part and the plurality of movable parts are made non-movable by the composite deformation part. It is connected in a straight line, and the vibration applied to the vibration input section is transmitted to each elastic deformation section, and each movable section vibrates according to the vibration of at least one elastic deformation mode of each elastic deformation section. Characteristic oscillator.
【請求項7】 前記弾性変形部が並行する複数本の梁に
より構成されていることを特徴とする請求項5又は6に
記載の振動子。
7. The vibrator according to claim 5, wherein the elastically deformable portion is composed of a plurality of beams arranged in parallel.
【請求項8】 金属、半導体材料、プラスチック等の板
状材料からなる1枚の基板によって構成されていること
を特徴とする請求項5,6又は7に記載の振動子。
8. The vibrator according to claim 5, 6 or 7, wherein the vibrator is composed of a single substrate made of a plate-shaped material such as metal, semiconductor material, or plastic.
【請求項9】 反射ミラー、発光素子や受光素子等の能
動素子、前記能動素子を制御するための制御回路、光ビ
ームを整形するためのミラーやレンズ等の光整形素子の
うち少なくとも1つを前記基板に設けることにより、駆
動周波数を調整されたことを特徴とする請求項8に記載
の振動子。
9. A reflective mirror, an active element such as a light emitting element or a light receiving element, a control circuit for controlling the active element, and at least one of a light shaping element such as a mirror or a lens for shaping a light beam. 9. The vibrator according to claim 8, wherein the driving frequency is adjusted by being provided on the substrate.
【請求項10】 発光素子や受光素子等の能動素子と、
前記能動素子を制御するための制御回路を前記基板に設
け、前記能動素子や制御回路に接続された信号線を弾性
変形部を通過させて前記振動入力部へ引き回し、振動入
力部から外部へ引き出したことを特徴とする請求項8又
は9に記載の振動子。
10. An active element such as a light emitting element or a light receiving element,
A control circuit for controlling the active element is provided on the substrate, and a signal line connected to the active element or the control circuit is routed to the vibration input section through an elastically deformable section, and then pulled out from the vibration input section. The vibrator according to claim 8 or 9, characterized in that.
【請求項11】 請求項1,2,3,4,5,6,7,
8,9又は10に記載の振動子と、振動子を駆動するた
めの駆動源とを備えたことを特徴とする光走査装置。
11. Claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
An optical scanning device comprising: the vibrator according to any one of 8, 9 and 10; and a drive source for driving the vibrator.
【請求項12】 請求項1,2,3又は4に記載の振動
子を用いた光走査装置であって、前記弾性変形部のいず
れかの弾性変形モードによる可動部の振動を利用して、
光ビームを1次元に走査させるようにしたことを特徴と
する光走査装置。
12. An optical scanning device using the vibrator according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the vibration of the movable part according to any elastic deformation mode of the elastic deformation part is utilized,
An optical scanning device characterized in that a light beam is scanned one-dimensionally.
【請求項13】 請求項5,6,7,8,9又は10に
記載の振動子を用いた光走査装置であって、前記各弾性
変形部の振動の方向が異なることを利用して、光ビーム
を2次元に走査させるようにしたことを特徴とする光走
査装置。
13. An optical scanning device using the vibrator according to claim 5, 6, 7, 8, 9 or 10, wherein the vibration directions of the elastically deforming portions are different, An optical scanning device characterized in that a light beam is scanned two-dimensionally.
【請求項14】 振動子の駆動源として、圧電効果、静
電力もしくは電磁力を利用したアクチュエータを用いた
ことを特徴とする請求項11,12又は13に記載の光
走査装置。
14. The optical scanning device according to claim 11, wherein an actuator utilizing a piezoelectric effect, an electrostatic force or an electromagnetic force is used as a driving source of the vibrator.
【請求項15】 請求項11,12,13又は14に記
載の光走査装置を用いた光学式情報読取り装置。
15. An optical information reading device using the optical scanning device according to claim 11, 12, 13, or 14.
【請求項16】 請求項11,12,13又は14に記
載の光走査装置を用いた光学式検出機器。
16. An optical detection device using the optical scanning device according to claim 11, 12, 13, or 14.
JP5097263A 1993-03-30 1993-03-30 Vibrator, optical scanning device, optical information reader, and optical detecting equipment Pending JPH06289310A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100451728C (en) * 2007-07-06 2009-01-14 清华大学 Minisize two-dimension scan mirror with piezoresistance sensor
JP5654158B1 (en) * 2014-05-07 2015-01-14 株式会社トライフォース・マネジメント Movable reflective element and two-dimensional scanning device
CN112368232A (en) * 2018-05-17 2021-02-12 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 MEMS and MEMS array comprising movable structural elements

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