JPH07181414A - Optical scanner - Google Patents

Optical scanner

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Publication number
JPH07181414A
JPH07181414A JP34628593A JP34628593A JPH07181414A JP H07181414 A JPH07181414 A JP H07181414A JP 34628593 A JP34628593 A JP 34628593A JP 34628593 A JP34628593 A JP 34628593A JP H07181414 A JPH07181414 A JP H07181414A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
elastic deformation
vibration
optical scanner
vibration input
unit
Prior art date
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Pending
Application number
JP34628593A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Takemura
賢治 武村
Hiroshi Goto
博史 後藤
Hidenobu Umeda
秀信 梅田
Atsushi Irie
篤 入江
Masahiro Yoneda
匡宏 米田
Kiyotoshi Okura
清俊 大倉
Norimasa Yamanaka
規正 山中
Masaaki Ikeda
正哲 池田
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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Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp, Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Corp
Priority to JP34628593A priority Critical patent/JPH07181414A/en
Publication of JPH07181414A publication Critical patent/JPH07181414A/en
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  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Abstract

PURPOSE:To inexpensively provide an optical scanner which is small in size and long in life and with which a large scanning angle is obtainable with a low voltage. CONSTITUTION:A plate 9 consisting of an elastic deformation part 3, a vibration input part 4 which is disposed at one end of this elastic deformation part 3 and a mirror supporting part 8 which is disposed at the other end thereof and has nearly an inverted L shape is formed integrally from a beryllium copper alloy or stainless steel SUS 631 by pressing, etc. At this time, this plate is so formed that the ratio L/T of the thickness T and length L of the elastic deformation part 3 attains 100>=L/T>=50 and the thickness T and the width W attain W>=T. A juncture 11 of the elastic deformation part 3 with the vibration input part 4 and a i uncture 11 of the elastic deformation part 3 with the mirror supporting part 8 are provided with corners 10a, 11a having such an approximate arc shape that its radius R attains 1<R/W<2. The optical scanner 1 is formed by providing the mirror supporting part 8 with a mirror 7 and providing the vibration input part 4 with a driving source 6, such as piezoelectric element.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光スキャナに関する。具
体的には、例えばレーザプリンタやバーコードリーダな
どにおいて光を線状に走査させる光スキャナに関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to optical scanners. Specifically, it relates to an optical scanner that linearly scans light in a laser printer, a bar code reader, or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】光学部品の小型軽量化の要求に応じるた
め、出願人は、単結晶シリコン基板をエッチングして作
製した小型軽量の振動子(縦横各15mm、厚さ0.1
5mm、重量0.08g)を圧電素子で共振させるよう
にした超小型の2次元方向に走査可能な光スキャナを提
案した。
2. Description of the Related Art In order to meet the demand for smaller and lighter optical parts, the applicant has made a small and light vibrator (15 mm in length and width, 0.1 mm in thickness) produced by etching a single crystal silicon substrate.
We have proposed an optical scanner that can scan in a two-dimensional direction with 5 mm and a weight of 0.08 g) that resonates with a piezoelectric element.

【0003】この従来例の光スキャナを図6及び図7に
示す。図6に示す光スキャナ51に使用される振動子5
2は、曲げ方向(θB方向)及びねじれ方向(θT方向)
に弾性変形モードを有する弾性変形部53の一端に振動
入力部54を設け、他端に光ビーム反射用のスキャン部
55を設け、スキャン部55の片袖部にスキャン部55
の慣性モーメントを増大させるための慣性モーメント発
生翼56を形成したものである。この振動子52の振動
入力部54には圧電素子57が取り付けられており、弾
性変形部53の曲げ変形モードの共振周波数fBと等し
い周波数の振動を圧電素子57から振動入力部54に印
加すると、スキャン部55がθB方向に回動し、弾性変
形部53のねじれ変形モードの共振周波数fTと等しい
周波数の振動を圧電素子57から振動入力部54に印加
すると、スキャン部55がθT方向に回動する。しかし
て、スキャン部55に光ビームを照射していると、反射
光がθB方向もしくはθT方向に走査される。
This conventional optical scanner is shown in FIGS. 6 and 7. Transducer 5 used in the optical scanner 51 shown in FIG.
2 is bending direction (θ B direction) and twist direction (θ T direction)
A vibration input unit 54 is provided at one end of the elastic deformation unit 53 having an elastic deformation mode, a scanning unit 55 for reflecting a light beam is provided at the other end, and a scanning unit 55 is provided at one sleeve of the scanning unit 55.
Inertia moment generating blades 56 for increasing the inertia moment are formed. A piezoelectric element 57 is attached to the vibration input section 54 of the vibrator 52, and when a vibration having a frequency equal to the resonance frequency f B of the bending deformation mode of the elastic deformation section 53 is applied from the piezoelectric element 57 to the vibration input section 54. When the scanning unit 55 rotates in the θ B direction and a vibration having a frequency equal to the resonance frequency f T of the torsional deformation mode of the elastic deformation unit 53 is applied from the piezoelectric element 57 to the vibration input unit 54, the scanning unit 55 rotates by θ T. Rotate in the direction. When the scanning unit 55 is irradiated with the light beam, the reflected light is scanned in the θ B direction or the θ T direction.

【0004】また、図7に示す光スキャナ61に使用さ
れる振動子52のスキャン部55は、弾性変形部53の
軸心Pに対してほぼ左右対称な形状となっており、その
表面には鏡面加工されたミラー面58が形成され、裏面
の側端部には重り(偏心荷重)59が取り付けられてい
る。したがって、図6に示す光スキャナ51の慣性モー
メント翼56を除去した形状ものとなっていて、スキャ
ン部55の大きさをできるだけ小さくして(例えば、縦
横各5mm以下)空気抵抗が十分無視できるようにされ
ている。
Further, the scanning portion 55 of the vibrator 52 used in the optical scanner 61 shown in FIG. 7 has a shape that is substantially symmetrical with respect to the axis P of the elastically deforming portion 53, and the surface thereof is A mirror-finished mirror surface 58 is formed, and a weight (eccentric load) 59 is attached to the side end of the back surface. Therefore, the optical scanner 51 shown in FIG. 6 has a shape in which the moment of inertia wing 56 is removed, and the size of the scanning unit 55 is made as small as possible (for example, 5 mm or less in each length and width) so that the air resistance can be sufficiently ignored. Has been

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】これらの光スキャナ5
1、61に用いられる振動子52の材料として、主にS
i(シリコン)やステンレス鋼SUS304が用いられ
てきた。
SUMMARY OF THE INVENTION These optical scanners 5
As a material of the oscillator 52 used in the Nos. 1 and 61, mainly S
i (silicon) and stainless steel SUS304 have been used.

【0006】Siは減衰係数が小さいので加振源つまり
圧電素子57に印加する電圧が低電圧でも大きな走査角
を得られるという利点を有するが、その反面Siを用い
て作成した振動子52にあっては、落下衝撃の際その衝
撃波などの影響のため、弾性変形部53の弾性限界内で
あるにもかかわらず破壊してしまうという問題点があっ
た。またSiウエハの材料費がステンレス鋼SUS30
4に比べて高いなどの問題点もあった。
Since Si has a small damping coefficient, Si has an advantage that a large scanning angle can be obtained even when the voltage applied to the vibration source, that is, the piezoelectric element 57, is low, but on the other hand, the vibrator 52 formed using Si has the advantage. As a result, there is a problem in that, when a drop impact is applied, the impact wave or the like causes the elastic deformation portion 53 to be broken even if it is within the elastic limit. Also, the material cost of Si wafer is stainless steel SUS30.
There were also problems such as being higher than 4.

【0007】一方SUS304は衝撃によっては破壊せ
ず衝撃面では問題はないが、SUS304は減衰係数が
Siに比べて大きいので、圧電素子57に大きな電圧を
印加する必要があり、電源の小型化、低消費電力化の点
で好ましくない。
On the other hand, SUS304 does not break due to impact and there is no problem on the impact surface. However, since SUS304 has a larger damping coefficient than Si, it is necessary to apply a large voltage to the piezoelectric element 57, and the power source can be downsized. It is not preferable in terms of low power consumption.

【0008】また、SUS304は金属材料であるため
長期間の使用によって疲労破壊を生じるという問題点が
あった。この点から、振動子52を高速で、かつ長期間
の使用にも耐えられるようにするには、走査角を減少さ
せたり、振動子52を大型化したりしなければならない
という問題点があった。この問題点について以下具体的
に説明する。
Further, since SUS304 is a metal material, there is a problem that fatigue fracture occurs after long-term use. From this point, there is a problem that the scanning angle must be reduced and the size of the vibrator 52 must be increased in order to allow the vibrator 52 to withstand high speed and long-term use. . This problem will be specifically described below.

【0009】図8(a)に示すものはSN曲線又はウェ
ーラ曲線と呼ばれるものである。このSN曲線は、図8
(b)に示すように、例えば上記の振動子52のように
ある部分(弾性変形部53)に応力が繰り返し負荷され
るような場合であって、上限応力をS1、下限応力を
2、Sm=(S1+S2)/2を平均応力、Sa=(S1
−S2)/2を応力振幅として、平均応力Smが一定で
ある場合に適用されるものであり、応力振幅Saを縦軸
に、その応力振幅Saのもとである部分が破壊するまで
の応力繰り返し数Nを横軸(対数目盛り)にとって示し
た図である。
The one shown in FIG. 8 (a) is called an SN curve or a Wahra curve. This SN curve is shown in FIG.
As shown in (b), for example, in a case where a stress is repeatedly applied to a certain portion (elastically deformable portion 53) like the above-mentioned vibrator 52, the upper limit stress is S 1 and the lower limit stress is S 2. , Sm = (S 1 + S 2 ) / 2 is the average stress, Sa = (S 1
It is applied when the average stress Sm is constant, where −S 2 ) / 2 is used as the stress amplitude, and the stress amplitude Sa is plotted on the vertical axis until the part under the stress amplitude Sa is broken. It is the figure which showed the stress repetition number N on the horizontal axis (logarithmic scale).

【0010】振動子52の破壊は、図8(a)のSN曲
線で表わされるように振動子52に生じる応力振幅Sa
と繰り返し回数Nで決まる。ここで、応力振幅Sa及び
繰り返し回数Nは、それぞれ次の式及び式で表わさ
れる。 Sa = α×T×E×θ/L …… N = f × t …… ここで、αは弾性変形部の断面形状によって決まる定
数、Tは弾性変形部の厚さ、Eは材料のヤング率、θは
振動子の走査角、Lは弾性変形部の長さ、fは駆動周波
数(振動子の共振周波数f)及びtは使用時間である。
The failure of the oscillator 52 is caused by the stress amplitude Sa generated in the oscillator 52 as represented by the SN curve in FIG.
And the number of repetitions N. Here, the stress amplitude Sa and the number of repetitions N are expressed by the following equations and equations, respectively. Sa = α × T × E × θ / L ...... N = f × t ... where α is a constant determined by the cross-sectional shape of the elastically deformed portion, T is the thickness of the elastically deformed portion, and E is the Young's modulus of the material. , Θ is the scanning angle of the vibrator, L is the length of the elastically deformable portion, f is the drive frequency (resonance frequency f of the vibrator), and t is the operating time.

【0011】また、振動子の共振周波数fは次の式に
よって表わされる。 f = √(K/I)/2π …… ここで、Kは振動子のバネ定数、Iは慣性モーメントで
あって、Kは次の式で表わされる。 K = β×W×T3×E/L …… なお、βは比例定数、Wは弾性変形部の幅である。
The resonance frequency f of the vibrator is expressed by the following equation. f = √ (K / I) / 2π Here, K is the spring constant of the oscillator, I is the moment of inertia, and K is expressed by the following equation. K = β × W × T 3 × E / L, where β is a proportional constant and W is the width of the elastically deformable portion.

【0012】図8(a)によれば、振動子を高速に(周
波数fを大きく)、かつ長時間(tを大きく)使用す
る、つまり、大きな繰り返し回数Nで使用するために
は、材料に負荷される応力振幅Saを小さくする必要が
ある。ここで、応力振幅Saを小さくするためには、
式からわかるように次の4つ方法が考えられる。
According to FIG. 8A, in order to use the vibrator at high speed (increasing the frequency f) and for a long time (increasing t), that is, in order to use it with a large number of repetitions N, the material is It is necessary to reduce the applied stress amplitude Sa. Here, in order to reduce the stress amplitude Sa,
As can be seen from the formula, the following four methods are possible.

【0013】(ア)振動子の走査角θを小さくする。 (イ)弾性変形部の厚さTを薄くする。 (ウ)弾性変形部の長さLを長くする。 (エ)ヤング率Eの小さな材料を使用する。(A) The scanning angle θ of the vibrator is reduced. (A) The thickness T of the elastically deformable portion is reduced. (C) Increase the length L of the elastically deformable portion. (D) Use a material having a small Young's modulus E.

【0014】しかしながら、これらの方法を用いた場合
には次のような問題点を生じることになる。つまり、 (ア)振動子の走査角θを小さくすることは、光スキャ
ナの機能低下につながる。 (イ)弾性変形部の厚さTを薄くすると、式及び式
からわかるように振動子のバネ定数Kが小さくなり、共
振周波数fが著しく低下して、高速走査ができなくな
る。 (ウ)弾性変形部の長さLを長くすると、振動子が大き
くなる。 (エ)ヤング率Eの小さな材料を小さくすると式及び
式からわかるように振動子のバネ定数Kが小さくな
り、共振周波数fが低下して高速走査ができなくなる。
However, the use of these methods causes the following problems. In other words, (a) Reducing the scanning angle θ of the vibrator leads to deterioration of the function of the optical scanner. (B) When the thickness T of the elastically deforming portion is made thin, the spring constant K of the vibrator becomes small as can be seen from the equation and the equation, the resonance frequency f is remarkably lowered, and high-speed scanning cannot be performed. (C) When the length L of the elastically deformable portion is increased, the size of the vibrator becomes larger. (D) If a material having a small Young's modulus E is made small, the spring constant K of the vibrator becomes small as can be seen from the equation and the equation, and the resonance frequency f is lowered to make high-speed scanning impossible.

【0015】このように、高速にかつ長時間の使用(長
寿命化)は、以上の理由により走査角の減少を招き、光
スキャナの小型化に相反することになる。
As described above, the use at high speed for a long time (long life) causes a reduction in the scanning angle for the above reasons, which is contrary to the miniaturization of the optical scanner.

【0016】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、小型で、長
寿命で、しかも低電圧で大きな走査角度が得られる光ス
キャナを安価で提供することにある。
The present invention has been made in view of the drawbacks of the above-mentioned conventional examples, and an object thereof is to provide an inexpensive optical scanner which is small in size, has a long life, and has a large scanning angle at a low voltage. To provide in.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の第1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、前記弾性変形部の一端に設けられ、印加された
振動を前記弾性変形部に伝える振動入力部と、前記振動
入力部の他端に設けられ、前記弾性変形部の弾性変形モ
ードに応じて回動するスキャン部と、前記振動入力部に
振動を印加する加振源とを備えた光スキャナにおいて、
前記弾性変形部の厚さTと前記弾性変形部の長さLの比
L/Tを、ほぼ 100≧L/T≧50 とすることを特徴としている。
A first optical scanner according to the present invention is provided with an elastic deformation portion having at least one elastic deformation mode and one end of the elastic deformation portion for elastically deforming applied vibration. A vibration input unit that transmits the vibration input unit, a scan unit that is provided at the other end of the vibration input unit and that rotates according to the elastic deformation mode of the elastic deformation unit, and a vibration source that applies vibration to the vibration input unit. In an optical scanner equipped with
The ratio L / T of the thickness T of the elastically deformable portion and the length L of the elastically deformable portion is set to approximately 100 ≧ L / T ≧ 50.

【0018】本発明の第2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、前記弾性
変形部の一端に設けられ、印加された振動を前記弾性変
形部に伝える振動入力部と、前記振動入力部の他端に設
けられ、前記弾性変形部の弾性変形モードに応じて回動
するスキャン部と、前記振動入力部に振動を印加する加
振源とを備えた光スキャナにおいて、前記弾性変形部と
前記振動入力部との内隅部若しくは前記弾性変形部と前
記スキャン部との内隅部に略円弧状のコーナを形成し、
弾性変形部の幅Wと前記コーナの半径Rの比R/Wを、 1<R/W<2 とすることを特徴としている。
A second optical scanner of the present invention is an elastic deformation part having at least one elastic deformation mode, and a vibration input part provided at one end of the elastic deformation part and transmitting the applied vibration to the elastic deformation part. And an optical scanner including a scanning unit that is provided at the other end of the vibration input unit and that rotates according to an elastic deformation mode of the elastic deformation unit, and a vibration source that applies vibration to the vibration input unit. A substantially arc-shaped corner is formed at an inner corner between the elastically deformable portion and the vibration input portion or at an inner corner between the elastically deformable portion and the scanning portion,
The ratio R / W of the width W of the elastically deformable portion and the radius R of the corner is set to 1 <R / W <2.

【0019】本発明の第3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、前記弾性
変形部の一端に設けられ、印加された振動を前記弾性変
形部に伝える振動入力部と、前記振動入力部の他端に設
けられ、前記弾性変形部の弾性変形モードに応じて回動
するスキャン部と、前記振動入力部に振動を印加する加
振源とを備えた光スキャナにおいて、前記弾性変形部の
前記振動入力部側の端部を前記加振源の表面中央に位置
させたことを特徴としている。
A third optical scanner of the present invention is an elastic deformation section having at least one elastic deformation mode, and a vibration input section provided at one end of the elastic deformation section and transmitting applied vibration to the elastic deformation section. And an optical scanner including a scanning unit that is provided at the other end of the vibration input unit and that rotates according to an elastic deformation mode of the elastic deformation unit, and a vibration source that applies vibration to the vibration input unit. The end portion of the elastically deformable portion on the side of the vibration input portion is located at the center of the surface of the vibration source.

【0020】本発明の第4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、前記弾性
変形部の一端に設けられ、印加された振動を前記弾性変
形部に伝える振動入力部と、前記振動入力部の他端に設
けられ、前記弾性変形部の弾性変形モードに応じて回動
するスキャン部と、前記振動入力部に振動を印加する加
振源とを備えた光スキャナにおいて、少なくとも前記弾
性変形部を銅合金やアルミ合金、チタン合金などの減衰
係数の小さな金属材料により作成することを特徴として
いる。特に、ベリリウム銅合金やステンレス鋼SUS6
31により作成するのが好ましい。さらに、加工後の時
効硬化処理の不要な材料により作成するのが好ましい。
According to a fourth optical scanner of the present invention, an elastic deformation portion having at least one elastic deformation mode and a vibration input portion provided at one end of the elastic deformation portion and transmitting the applied vibration to the elastic deformation portion. And an optical scanner including a scanning unit that is provided at the other end of the vibration input unit and that rotates according to an elastic deformation mode of the elastic deformation unit, and a vibration source that applies vibration to the vibration input unit. At least the elastically deformable portion is made of a metal material having a small damping coefficient, such as a copper alloy, an aluminum alloy, or a titanium alloy. Especially beryllium copper alloy and stainless steel SUS6
It is preferable to create it by 31. Furthermore, it is preferable to use a material that does not require age hardening after processing.

【0021】本発明の第5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、前記弾性
変形部の一端に設けられ、印加された振動を前記弾性変
形部に伝える振動入力部と、前記振動入力部の他端に設
けられ、前記弾性変形部の弾性変形モードに応じて回動
するスキャン部と、前記振動入力部に振動を印加する加
振源とを備えた光スキャナにおいて、前記スキャン部を
光ビーム反射用のミラー部と前記ミラー部の面積よりも
小さな面積の前記ミラー部を支持させるためのミラー支
持部とから構成し、前記ミラー支持部を前記弾性変形部
の一端に設けたことを特徴としている。このとき、スキ
ャン部の重心が弾性変形部の中心軸から外れるように、
前記ミラー支持部の形状を前記中心軸に対して非対称に
形成するのが望ましい。
A fifth optical scanner of the present invention is an elastic deformation part having at least one elastic deformation mode, and a vibration input part provided at one end of the elastic deformation part and transmitting applied vibration to the elastic deformation part. And an optical scanner including a scanning unit that is provided at the other end of the vibration input unit and that rotates according to an elastic deformation mode of the elastic deformation unit, and a vibration source that applies vibration to the vibration input unit. The scanning unit includes a mirror unit for reflecting a light beam and a mirror supporting unit for supporting the mirror unit having an area smaller than the area of the mirror unit, and the mirror supporting unit has one end of the elastic deformation unit. It is characterized by being installed in. At this time, so that the center of gravity of the scanning unit deviates from the central axis of the elastically deforming unit,
It is desirable that the shape of the mirror support is asymmetric with respect to the central axis.

【0022】上記の各光スキャナにあっては、前記弾性
変形部の厚さTと前記弾性変形部の幅Wの関係をW≧T
とするのがよい。
In each of the optical scanners described above, the relationship between the thickness T of the elastically deformable portion and the width W of the elastically deformable portion is W ≧ T.
It is good to say

【0023】[0023]

【作用】本発明の第1の光スキャナは、弾性変形部の厚
さTとその長さLの比L/Tを、ほぼ100≧L/T≧
50としたので、疲労強度に関係する応力振幅Saを低
く抑えつつ、共振周波数fに関係する振動子のバネ定数
Kを大きく維持し、しかも、弾性変形部の長さLを短く
することができる。したがって、小型で、長寿命かつ高
速走査のできる光スキャナを提供することができる。
According to the first optical scanner of the present invention, the ratio L / T of the thickness T of the elastically deformable portion to the length L thereof is approximately 100 ≧ L / T ≧.
Since the stress amplitude Sa related to the fatigue strength is kept low, the spring constant K of the oscillator related to the resonance frequency f can be kept large, and the length L of the elastically deformable portion can be shortened. . Therefore, it is possible to provide a small-sized optical scanner capable of long life and high-speed scanning.

【0024】また、本発明の第2の光スキャナにあって
は、弾性変形部と振動入力部の内隅部若しくは弾性変形
部とスキャン部の内隅部に略円弧状のコーナーを形成
し、弾性変形部の幅Wとこれらのコーナの半径Rとの比
R/Wを、1<R/W<2としているので、振動子に生
じる応力集中が緩和されて応力集中による破損が少なく
なり、光スキャナの長寿命化を図ることができる。
Further, in the second optical scanner of the present invention, substantially arc-shaped corners are formed at the inner corners of the elastically deforming portion and the vibration input portion or at the inner corners of the elastically deforming portion and the scanning portion, Since the ratio R / W of the width W of the elastically deformed portion and the radii R of these corners is set to 1 <R / W <2, stress concentration generated in the vibrator is relaxed and damage due to stress concentration is reduced. The life of the optical scanner can be extended.

【0025】さらに、本発明の第3の光スキャナにあっ
ては、弾性変形部の振動入力部側の端部を加振源の表面
ほぼ中央に位置させたので、応力振幅Saや振動子のバ
ネ定数Kに関係する弾性変形部の長さLを変えることな
く、振動子の全長を短くでき、光スキャナを小型化する
ことができる。
Further, in the third optical scanner of the present invention, since the end portion of the elastically deformable portion on the side of the vibration input portion is located substantially in the center of the surface of the vibration source, the stress amplitude Sa and the vibration of the vibrator are reduced. The total length of the vibrator can be shortened without changing the length L of the elastically deformable portion related to the spring constant K, and the optical scanner can be downsized.

【0026】また、本発明の第4の光スキャナのよう
に、少なくとも弾性変形部を銅合金やアルミ合金、チタ
ン合金などの減衰係数の小さな金属材料から作成すれ
ば、落下などの衝撃によっても振動子が破損されず、し
かも小さな加振力でもって大きな走査角を得ることがで
きる。このため、加振源を小型化し、加振源の低電圧化
を図ることができ、光スキャナの小型化、省電力化が容
易になる。
Further, like the fourth optical scanner of the present invention, if at least the elastically deformable portion is made of a metal material having a small damping coefficient such as a copper alloy, an aluminum alloy, or a titanium alloy, it is vibrated even by a shock such as dropping. The child is not damaged, and a large scanning angle can be obtained with a small exciting force. Therefore, the vibration source can be downsized and the voltage of the vibration source can be lowered, and the downsizing and power saving of the optical scanner can be facilitated.

【0027】その中でも、銅合金のうち特にベリリウム
銅合金においては減衰係数が小さいだけでなく、疲労強
度も大きいので、光スキャナの長寿命化を図ることがで
きる。さらに、これらの材料として、加工後の時効硬化
処理の不要な、例えば、ミルハードン材などを用いる
と、加工後の熱処理で振動子が反るなどの変形の心配が
なく、ばらつきの少ない振動子を提供することができ
る。また、析出硬化系ステンレス鋼の一種であるSUS
631を用いても、ベリリウム銅合金と同様な効果を得
ることができる。
Among them, the beryllium copper alloy among copper alloys has not only a small attenuation coefficient but also a large fatigue strength, so that the life of the optical scanner can be extended. Furthermore, if age hardening treatment after processing is unnecessary as these materials, for example, a mill-hardened material is used, there is no fear of deformation such as warping of the vibrator during heat treatment after processing, and a vibrator with less variation can be obtained. Can be provided. In addition, SUS which is a kind of precipitation hardening stainless steel
Even if 631 is used, the same effect as that of the beryllium copper alloy can be obtained.

【0028】本発明の第5の光スキャナにおいて、スキ
ャン部をミラー部とミラー部の面積よりも小さな面積ミ
ラー部を支持させるためのミラー支持部とから構成して
いるので、ミラー支持部をミラー部を支持できる最小の
形状で構成してスキャン部を軽量化し、振動子の慣性モ
ーメントを低減することができる。したがって、共振周
波数fを大きくすることができ、高速走査ができる。こ
のとき、スキャン部の重心が弾性変形部の中心軸から外
れるように、ミラー支持部の形状を非対称とすると、ね
じれ変形させるために必要な偏心荷重が不要になり、部
品点数の減少ができコストダウンを図ることができる。
In the fifth optical scanner of the present invention, since the scanning section is composed of the mirror section and the mirror supporting section for supporting the area mirror section smaller than the area of the mirror section, the mirror supporting section is a mirror. It is possible to reduce the weight of the scanning unit and reduce the moment of inertia of the vibrator by configuring the scanning unit to have a minimum shape that can support the unit. Therefore, the resonance frequency f can be increased and high-speed scanning can be performed. At this time, if the shape of the mirror support part is made asymmetric so that the center of gravity of the scan part deviates from the center axis of the elastically deformable part, the eccentric load necessary for twisting and deforming is not necessary, and the number of parts can be reduced, resulting in cost reduction. Can be down.

【0029】また、上記光スキャナにおいて、弾性変形
部の厚さTとその幅Wを、W≧Tとなるようにしている
ので、振動子は、加振方向と平行な軸回りには回転しに
くくなり、必要な走査方向以外の不要な振動モードを低
減することができる。また、エッチングや放電加工、プ
レス加工などの方法によっても振動子を作成することが
できるが、いずれの方法により作成しても、W≧Tの方
がW<Tに比べて製作精度がよく、特性の安定した振動
子が実現できる。
Further, in the above optical scanner, since the thickness T of the elastically deforming portion and the width W thereof are set to W ≧ T, the vibrator rotates about an axis parallel to the vibration direction. It becomes difficult, and unnecessary vibration modes other than the necessary scanning direction can be reduced. Further, the vibrator can be made by a method such as etching, electric discharge machining, and press working. However, whichever method is used, W ≧ T has better manufacturing accuracy than W <T. An oscillator with stable characteristics can be realized.

【0030】[0030]

【実施例】図1に本発明の一実施例による光スキャナ1
を示す。この光スキャナ1は、振動子2と圧電素子や磁
歪振動子等の微小振動を発生する小形の駆動源6とから
構成されている。振動子2は、曲げ変形モードとねじれ
変形モードを有するトーションバー状の弾性変形部3の
一端に振動入力部4を設け、他端に弾性変形部3に支持
されたミラー支持部8と光源からの光ビームを反射させ
るためのミラー7とからなるスキャン部5が設けられて
いる。すなわち、振動子2は弾性変形部3と振動入力部
4とミラー支持部8とが一体として形成された薄板状の
プレート9にミラー7が設けられたものである。ミラー
7は例えばシリコンウエハに鏡面加工を施して作成する
ことができ、シリコンウエハなどから作成することによ
り慣性モーメントが小さくなり、高速走査が実現でき
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an optical scanner 1 according to an embodiment of the present invention.
Indicates. The optical scanner 1 is composed of a vibrator 2 and a small drive source 6 such as a piezoelectric element or a magnetostrictive vibrator that generates a minute vibration. The oscillator 2 is provided with a vibration input section 4 at one end of a torsion bar-shaped elastically deformable section 3 having a bending deformation mode and a torsional deformation mode, and a mirror support section 8 supported by the elastically deformable section 3 at the other end and a light source. A scanning unit 5 including a mirror 7 for reflecting the light beam is provided. That is, the oscillator 2 is such that the mirror 7 is provided on the thin plate-shaped plate 9 in which the elastically deformable portion 3, the vibration input portion 4, and the mirror support portion 8 are integrally formed. The mirror 7 can be formed, for example, by subjecting a silicon wafer to mirror surface processing. By forming the mirror 7 from a silicon wafer or the like, the moment of inertia is reduced and high-speed scanning can be realized.

【0031】図2(a)(b)は、それぞれプレート9
の左側面図および平面図であって、プレート9は銅合金
やアルミ合金、チタン合金などの減衰係数の小さな材料
からプレス加工等により薄板状に作成されている。ま
た、エッチングや放電加工により作成することもでき
る。特に、ベリリウム銅合金やステンレス鋼SUS63
1より作成するのが望ましく、また時効硬化処理の不要
な例えばミルハードン材やテンションアニール材などを
用いるのが好ましい。このプレート9の少なくとも弾性
変形部3の厚さTは、弾性変形部3の幅Wよりも等しい
か若しくは小さく(つまり、W≧T)なるように作成さ
れている。また、弾性変形部3の長さLは、その長さL
とその厚さTとの比L/Tが、ほぼ100≧L/T≧5
0となるように作成されている。さらに、弾性変形部3
の幅Wは厚さTと同じ寸法若しくは厚さT以上(W≧
T)に作成されている。
2 (a) and 2 (b) respectively show the plate 9
FIGS. 2A and 2B are a left side view and a plan view, and the plate 9 is made of a material having a small damping coefficient, such as a copper alloy, an aluminum alloy, or a titanium alloy, into a thin plate shape by pressing or the like. It can also be created by etching or electric discharge machining. Especially beryllium copper alloy and stainless steel SUS63
It is desirable to prepare the sample from No. 1, and it is preferable to use, for example, a mill-hardened material or a tension-annealed material that does not require age hardening treatment. At least the thickness T of the elastically deformable portion 3 of the plate 9 is made equal to or smaller than the width W of the elastically deformable portion 3 (that is, W ≧ T). The length L of the elastically deformable portion 3 is equal to the length L.
The ratio L / T between the thickness and the thickness T is approximately 100 ≧ L / T ≧ 5
It is created to be 0. Furthermore, the elastic deformation part 3
Has the same width W as the thickness T or is greater than or equal to the thickness T (W ≧
T).

【0032】ミラー支持部8は、スキャン部5の慣性モ
ーメントを低減させるため、ミラー7を支持できる程度
に最小の形状に形成されていて、スキャン部5の重心が
振動子2の軸心Pから外れるように、軸心Pに対し非対
称な形状例えば、図2に示すようにほぼ逆L字状に形成
されている。これにより、従来の光スキャナ51に形成
されていた慣性モーメントを発生させるための慣性モー
メント発生翼56や重り59を不要にすることができ
る。また、ミラー支持部8と弾性変形部3との接続部1
0の内隅に略円弧状のコーナ10aを形成し、弾性変形
部3の幅Wと形成されたコーナ10aの半径Rとの比R
/Wが、1<R/W<2となるように作成されている。
In order to reduce the moment of inertia of the scan section 5, the mirror support section 8 is formed in a minimum shape so that the mirror 7 can be supported, and the center of gravity of the scan section 5 is away from the axis P of the oscillator 2. In order to be disengaged, the shape is asymmetric with respect to the axis P, for example, it is formed in a substantially inverted L shape as shown in FIG. Thereby, the inertia moment generating blade 56 and the weight 59 for generating the inertia moment, which are formed in the conventional optical scanner 51, can be eliminated. In addition, the connection portion 1 between the mirror support portion 8 and the elastic deformation portion 3
A substantially arc-shaped corner 10a is formed at the inner corner of 0, and the ratio R of the width W of the elastically deformable portion 3 to the radius R of the formed corner 10a is R.
/ W is created so that 1 <R / W <2.

【0033】振動入力部4は、弾性変形部3と振動入力
部4との接続部11が駆動源6表面のほぼ中央付近に位
置するように形成されていて、駆動源6からの振動が振
動入力部4に効率よく入力されるよう凹状に形成されて
いる。また、振動入力部4と弾性変形部3の他端との接
続部11の内隅にも略円弧状のコーナ11aを形成し、
形成されたコーナ11aの半径Rと弾性変形部3の幅W
との比R/Wが、1<R/W<2となるようにように作
成されている。
The vibration input portion 4 is formed so that the connecting portion 11 between the elastic deformation portion 3 and the vibration input portion 4 is located near the center of the surface of the driving source 6, and the vibration from the driving source 6 vibrates. The input portion 4 is formed in a concave shape so that it can be efficiently input. Further, a substantially arc-shaped corner 11a is also formed in the inner corner of the connecting portion 11 between the vibration input portion 4 and the other end of the elastic deformation portion 3,
The radius R of the formed corner 11a and the width W of the elastically deformable portion 3
The ratio R / W is set to 1 <R / W <2.

【0034】しかして、駆動源6により弾性変形部3の
曲げ変形モードの共振周波数fB又は/及びねじれ変形
モードの共振周波数fTと等しい周波数の振動を振動入
力部4へ印加すると、弾性変形部3が当該弾性変形モー
ドで振動し、スキャン部5を曲げ方向(θB方向)又は
/及びねじれ方向(θT方向)に回動させる。このと
き、スキャン部5のミラー7に光ビームが照射されてい
ると、反射された光ビームはスキャン部5の回動角の2
倍の走査角で走査される。
When a vibration having a frequency equal to the resonance frequency f B of the bending deformation mode of the elastic deformation portion 3 and / or the resonance frequency f T of the torsion deformation mode of the elastic deformation portion 3 is applied to the vibration input portion 4 by the drive source 6, the elastic deformation is caused. The portion 3 vibrates in the elastic deformation mode and rotates the scanning portion 5 in the bending direction (θ B direction) and / or the twisting direction (θ T direction). At this time, when the mirror 7 of the scanning unit 5 is irradiated with the light beam, the reflected light beam has a rotation angle of 2 of the scanning unit 5.
The scanning angle is doubled.

【0035】このような振動子2にあっては、弾性変形
部3の厚さTはその幅Wと比べてT≦Wの関係となるよ
うに作成されているので、加振方向と平行な軸回り(Z
軸回り)には回転しにくくなり、必要な走査方向(θB
方向及びθT方向)以外の不要な振動モードを低減する
ことができる。また、T≦Wの関係にしておくと、エッ
チングや放電加工あるいはプレス加工によりプレート9
を作成する際、T>Wの関係に比べて加工精度を高くす
ることができ、特性の安定した振動子2を作成すること
ができる。
In such a vibrator 2, since the thickness T of the elastically deformable portion 3 is made to have a relationship of T≤W with respect to the width W thereof, it is parallel to the vibration direction. Around the axis (Z
It becomes difficult to rotate around the axis, and the required scanning direction (θ B
Direction and the θ T direction), unnecessary vibration modes can be reduced. If the relation of T ≦ W is satisfied, the plate 9 is formed by etching, electric discharge machining or press working.
When producing the, the processing accuracy can be made higher than the relation of T> W, and the vibrator 2 having stable characteristics can be produced.

【0036】また、弾性変形部3の長さLと厚さTの関
係を、ほぼ100≧L/T≧50となるように形成して
いるので、弾性変形部3の長さLを短くして振動子2を
小型化でき、共振周波数fB及びfTを上げることにより
高速走査が可能になる。さらに、応力振幅Saが小さく
なるので長寿命化を図ることができる。つまり、弾性変
形部3の長さLと厚さTは、式からわかるように振動
子2の応力振幅Saに関係するので、この点からすれ
ば、L/Tは大きくする方が好ましく、L/T≧50く
らいにするのがよい。一方、式及び式からわかるよ
うに振動子2の共振周波数fB及びfTに関係するので、
この点からは、長さLは短く、厚さTは厚くして、L/
Tを小さくする方が好ましく、100≧L/Tとするの
がよい。したがって、長さLと厚さTの関係をほぼ10
0≧L/T≧50の範囲内に収まるようにすることによ
り、小型化、長寿命、高速走査の可能な振動子2を作成
することができる。
Further, since the relationship between the length L and the thickness T of the elastically deformable portion 3 is formed so as to be approximately 100 ≧ L / T ≧ 50, the length L of the elastically deformable portion 3 is shortened. As a result, the vibrator 2 can be downsized, and high-speed scanning becomes possible by increasing the resonance frequencies f B and f T. Further, since the stress amplitude Sa becomes smaller, the life can be extended. That is, since the length L and the thickness T of the elastically deformable portion 3 are related to the stress amplitude Sa of the vibrator 2 as can be seen from the equation, it is preferable to increase L / T from this point. / T ≧ 50 is good. On the other hand, since it is related to the resonance frequencies f B and f T of the vibrator 2 as can be seen from the formula and the formula,
From this point, the length L is short and the thickness T is large, so that L /
It is preferable to make T smaller, and it is preferable that 100 ≧ L / T. Therefore, the relationship between the length L and the thickness T is approximately 10
By making it fall within the range of 0 ≧ L / T ≧ 50, it is possible to create the vibrator 2 that is downsized, has a long life, and is capable of high-speed scanning.

【0037】さらに、振動入力部4と弾性変形部3の接
続部11を駆動源6のほぼ中央に位置させるようにして
形成しているので、同じ長さの弾性変形部3を有する振
動子2に比べて、振動子2の全長を短くすることがで
き、光スキャナ1を小型化することができる。
Further, since the connecting portion 11 between the vibration input portion 4 and the elastically deforming portion 3 is formed so as to be positioned substantially in the center of the drive source 6, the vibrator 2 having the elastically deforming portion 3 having the same length. Compared with, the total length of the vibrator 2 can be shortened, and the optical scanner 1 can be downsized.

【0038】また、弾性変形部3とミラー支持部8若し
くは弾性変形部3と振動入力部4との接続部10、11
の内隅に略円弧状のコーナ10a、11aを設け、弾性
変形部3の幅Wとそれぞれのコーナ10a、11aの半
径Rとの関係R/Wを、1<R/W<2としているの
で、それぞれのコーナ10a、11aに発生する集中応
力が緩和され、振動子2(プレート9)の破損を少なく
することができる。つまり、振動子2が曲げ方向(θB
方向)に変形した際、弾性変形部3と振動入力部4との
接続部11において最大応力が発生する。また、振動子
2がねじれ方向(θT方向)に変形した際、弾性変形部
3と振動入力部4側との接続部11及び弾性変形部3と
ミラー支持部8との接続部10において最大応力が発生
する。したがって、これらの接続部10、11において
略円弧状のコーナー10a、11aを設けることで集中
応力が緩和され、このとき1<R/W<2となるように
コーナ10a、11aを形成するのが最も好ましい。
Further, the connecting portions 10 and 11 connecting the elastic deformation portion 3 and the mirror support portion 8 or the elastic deformation portion 3 and the vibration input portion 4 are also provided.
Since substantially circular arc-shaped corners 10a and 11a are provided at the inner corners, and the relationship R / W between the width W of the elastically deformable portion 3 and the radii R of the respective corners 10a and 11a is 1 <R / W <2. The concentrated stress generated in each of the corners 10a and 11a is relaxed, and damage to the vibrator 2 (plate 9) can be reduced. That is, the oscillator 2 is bent in the bending direction (θ B
Direction), the maximum stress is generated in the connection portion 11 between the elastic deformation portion 3 and the vibration input portion 4. In addition, when the vibrator 2 is deformed in the twisting direction (θ T direction), the maximum is obtained in the connection part 11 between the elastic deformation part 3 and the vibration input part 4 and the connection part 10 between the elastic deformation part 3 and the mirror support part 8. Stress is generated. Therefore, the concentrated stress is relieved by providing the substantially arc-shaped corners 10a and 11a in the connecting portions 10 and 11, and it is preferable to form the corners 10a and 11a so that 1 <R / W <2 at this time. Most preferred.

【0039】図3に示すものは、金属材料の強度(引張
強さ)と制振係数との関係を示す図である(金属材料便
覧より引用)。制振係数とは、金属材料の0.2%耐力
をσyとし、σy/10の表面最大せん断応力振幅を用い
てねじり振動法で求めた非減衰能(SDC:specific d
amping capacity)をいい、非減衰能SDC=(ΔW/
W)×100(%)で求められる。但し、Wは弾性エネ
ルギー、ΔWは1サイクルあたりのエネルギー損失であ
る。この制振係数が小さいほど振動は減衰しにくい。し
たがって、青銅(図中の○1)や黄銅(図中の○2)な
どの銅合金、アルミ合金(図中の○3)、チタン合金
(図中の○4)などは制振係数が小さく、すなわち、減
衰係数の小さなこれらの材料によりプレート9を作成す
ることにより、小さな加振により大きな走査角が得ら
れ、低電圧でもって駆動源6を駆動させることができ
る。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the strength (tensile strength) of the metal material and the damping coefficient (cited from the Metal Material Handbook). The damping coefficient is the non-damping capacity (SDC: specific d) obtained by the torsional vibration method using 0.2% proof stress of a metal material as σy and using the maximum surface shear stress amplitude of σy / 10.
amping capacity), non-damping capacity SDC = (ΔW /
W) × 100 (%). However, W is elastic energy, and ΔW is energy loss per cycle. The smaller this damping coefficient is, the less likely the vibration is to be damped. Therefore, copper alloys such as bronze (○ in the figure) and brass (○ 2 in the figure), aluminum alloys (○ 3 in the figure), titanium alloys (○ 4 in the figure), etc. have a small damping coefficient. That is, by forming the plate 9 with these materials having a small damping coefficient, a large scanning angle can be obtained by a small vibration, and the driving source 6 can be driven with a low voltage.

【0040】図4には、プレート9の材料としてシリコ
ン及びベリリウム銅合金を使用した光スキャナ1におけ
る駆動源6の加振量−走査角特性を測定した比較結果を
示す。縦軸には光スキャナ1の走査角(度)を、横軸に
は加振量として駆動源6の変位量(μm)を表わしてい
る。また、図4において実線はねじれ方向(θT方向)
の走査角を、破線は曲げ方向(θB方向)の走査角を表
わし、黒丸についてはベリリウム銅合金を使用した光ス
キャナについて測定したものを、白丸についてはシリコ
ンを使用した光スキャナについて測定したものを表わし
ている。図4から分かるように、ベリリウム銅合金を使
用してプレート9を作成すると、曲げ方向(θB方向)
及びねじれ方向(θT方向)ともにシリコンを使用した
場合に比べ、少ない駆動源6の変位量で大きな走査角を
得ることができる。
FIG. 4 shows a comparison result of measuring the vibration amount-scanning angle characteristic of the driving source 6 in the optical scanner 1 using silicon and beryllium copper alloy as the material of the plate 9. The vertical axis represents the scanning angle (degree) of the optical scanner 1, and the horizontal axis represents the displacement amount (μm) of the drive source 6 as the vibration amount. Also, in FIG. 4, the solid line is the twist direction (θ T direction).
, The broken line shows the scanning angle in the bending direction (θ B direction), the black circles were measured with an optical scanner using beryllium copper alloy, and the white circles were measured with an optical scanner using silicon. Is represented. As can be seen from FIG. 4, when the plate 9 is made of beryllium copper alloy, the bending direction (θ B direction)
As compared with the case where silicon is used in both the twisting direction (θ T direction), a large scanning angle can be obtained with a small displacement amount of the driving source 6.

【0041】次に、図5に2つの銅合金、すなわちベリ
リウム銅合金とリン青銅合金についてそれぞれのSN曲
線を示す。図5から分かるように、同じ表面最大応力が
加わった場合にはベリリウム銅合金(線イ)の方がリン
青銅合金(線ロ)に比べてより多くの繰り返し回数に耐
えることができ、疲労強度が大きい。したがって、ベリ
リウム銅合金を用いて振動子2(プレート9)を作成す
れば、より長寿命の光スキャナ1を作成することができ
る。また、ステンレス鋼SUS631もベリリウム銅合
金と同様に疲労強度が大きく、ステンレス鋼SUS63
1を用いてプレート9を作成することにより、光スキャ
ナ1の寿命を延ばすことができる。
Next, FIG. 5 shows respective SN curves of two copper alloys, that is, a beryllium copper alloy and a phosphor bronze alloy. As can be seen from FIG. 5, when the same maximum surface stress is applied, the beryllium copper alloy (line a) can withstand more cycles than the phosphor bronze alloy (line b), and the fatigue strength can be improved. Is big. Therefore, if the vibrator 2 (plate 9) is made of beryllium copper alloy, the optical scanner 1 having a longer life can be made. Further, the stainless steel SUS631 also has a large fatigue strength similarly to the beryllium copper alloy.
The life of the optical scanner 1 can be extended by forming the plate 9 by using 1.

【0042】さらに、プレート9は曲げ加工を必要とし
ないので、ベリリウム銅合金やステンレス鋼SUS63
1の中でも、あらかじめ時効硬化処理を施し高強度化し
てある材料、例えば、ミルハードン材やテンションアニ
ール材を用いることができる。したがって、このような
時効硬化処理を施した材料を用いることにより、プレー
ト9を加工したのちに熱処理を施す必要がなく、熱処理
に伴う反りなどの変形を生じることがない。このため、
精度よくプレート9を作成することができ、ばらつきの
少ない光スキャナ1を提供することができる。
Further, since the plate 9 does not need to be bent, beryllium copper alloy or stainless steel SUS63 is used.
Among them, it is possible to use a material that has been subjected to age hardening treatment in advance to increase its strength, such as a mill-hardened material or a tension-annealed material. Therefore, by using the material that has been subjected to such age-hardening treatment, it is not necessary to perform heat treatment after processing the plate 9, and deformation such as warpage due to heat treatment does not occur. For this reason,
The plate 9 can be formed with high accuracy, and the optical scanner 1 with less variation can be provided.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明の第1の光スキャナにあっては、
弾性変形部の厚さTと長さLの比L/Tを一定の範囲内
にすることで、小型で、長寿命かつ高速走査のできる光
スキャナを提供することができる。
According to the first optical scanner of the present invention,
By setting the ratio L / T between the thickness T and the length L of the elastically deformable portion within a certain range, it is possible to provide an optical scanner that is small in size, has a long life, and can perform high-speed scanning.

【0044】また、第2の光スキャナにあっては、弾性
変形部の幅Wと弾性変形部両端の振動入力部若しくはス
キャン部との内隅部に形成した略円弧状のコーナの半径
Rとの比R/Wを一定の範囲内にすることで、集中応力
を緩和し、光スキャナの寿命を延ばすことができる。
Further, in the second optical scanner, the width W of the elastically deformable portion and the radius R of the substantially arc-shaped corner formed at the inner corner of the vibration input portion or the scanning portion at both ends of the elastically deformable portion are set. By setting the ratio R / W of R to within a certain range, the concentrated stress can be relaxed and the life of the optical scanner can be extended.

【0045】第3の光スキャナにあっては、弾性変形部
の振動入力部側の端部の位置を加振源表面のほぼ中央に
位置させることにより、弾性変形部の長さを変えること
なく、光スキャナの小型化を図ることができる。
In the third optical scanner, the position of the end portion of the elastically deformable portion on the side of the vibration input portion is located substantially at the center of the surface of the vibration source, so that the length of the elastically deformable portion is not changed. Therefore, the size of the optical scanner can be reduced.

【0046】第4の光スキャナにあっては、少なくとも
弾性変形部を減衰係数の小さな金属材料で作成すること
により、落下等の衝撃にも強く、小型で省電力化された
光スキャナを提供することができる。特に、ベリリウム
銅合金、SUS631を用いて作成するのが望ましい。
このとき、時効硬化処理の不要な材料で作成すれば、ば
らつきの少ない光スキャナを提供することができる。
In the fourth optical scanner, at least the elastically deformable portion is made of a metal material having a small attenuation coefficient, so that the optical scanner is resistant to impact such as dropping and is small in size and power is saved. be able to. In particular, it is desirable to use beryllium copper alloy and SUS631.
At this time, if it is made of a material that does not require age hardening treatment, it is possible to provide an optical scanner with less variation.

【0047】第5の光スキャナにあっては、スキャン部
をミラー部と弾性変形部の一端に接続されたミラー部よ
り小さなミラー支持部とより構成することにより、スキ
ャン部の慣性モーメントを小さくして、高速走査を可能
にすることができる。このとき、スキャン部の重心が光
スキャナの中心軸から外れるように、ミラー支持部を形
成させると、慣性モーメントを発生させるための重り等
が不要になり、部品点数の削減、コストダウンを図るこ
とができる。
In the fifth optical scanner, the scanning section is composed of the mirror section and the mirror supporting section which is connected to one end of the elastically deforming section and is smaller than the mirror section, thereby reducing the moment of inertia of the scanning section. Thus, high speed scanning can be enabled. At this time, if the mirror support is formed so that the center of gravity of the scanning unit deviates from the central axis of the optical scanner, a weight or the like for generating the moment of inertia becomes unnecessary, and the number of parts and cost can be reduced. You can

【0048】上記の光スキャナにおいて、弾性変形部の
幅Wを弾性変形部の厚さT以上とすることにより、不要
な弾性変形モードの振動を少なくし、加工精度を向上す
ることができ、精度よい光スキャナを提供することがで
きる。
In the above optical scanner, by setting the width W of the elastically deformable portion to be equal to or larger than the thickness T of the elastically deformable portion, unnecessary vibration of the elastic deformation mode can be reduced, and the processing accuracy can be improved. A good optical scanner can be provided.

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

【図1】本発明の一実施例であ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 which is an embodiment of the present invention.

【図2】(a)(b)はそれぞれ同上の光スキャナのプ
レートを示す左側面図及び平面図である。
2A and 2B are a left side view and a plan view, respectively, showing a plate of the above optical scanner.

【図3】金属材料の引張強度と制振係数との関係を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between tensile strength and damping coefficient of a metal material.

【図4】同上の光スキャナにおける駆動源の変位量と走
査角との関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a displacement amount of a driving source and a scanning angle in the above optical scanner.

【図5】ベリリウム銅合金とりん青銅合金のSN曲線を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing SN curves of a beryllium copper alloy and a phosphor bronze alloy.

【図6】従来例である光スキャナを示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a conventional optical scanner.

【図7】別な従来例である光スキャナを示す斜視図であ
る。
FIG. 7 is a perspective view showing another conventional optical scanner.

【図8】(a)(b)は、SN曲線についての説明図で
ある。
8A and 8B are explanatory diagrams of an SN curve.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 振動子 3 弾性変形部 8 ミラー支持部 10 弾性変形部とミラー支持部との接続部 11 弾性変形部と振動入力部との接続部 2 oscillator 3 elastically deforming portion 8 mirror supporting portion 10 connecting portion between elastically deforming portion and mirror supporting portion 11 connecting portion between elastically deforming portion and vibration input portion

フロントページの続き (72)発明者 入江 篤 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 米田 匡宏 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 大倉 清俊 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 山中 規正 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 池田 正哲 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内Front page continuation (72) Inventor Atsushi Irie 10 Odoron-cho, Hanazono-cho, Ukyo-ku, Kyoto-shi, Omron Co., Ltd. (72) Inoue Masahiro Yoneda 10-yo Hanazono-do, Ukyo-ku, Kyoto-shi, Kyoto Omron Co., Ltd. (72) Inventor Kiyotoshi Okura 10 Odoron-cho, Hanazono-Tudocho, Ukyo-ku, Kyoto Prefecture (72) Inventor Norimasa Yamanaka 10 Ozoron-cho, Hanazono-Tudocho, Ukyo-ku, Kyoto (72) Invention Satoshi Ikeda 10 Odoron-cho, Hanazono, Ukyo-ku, Kyoto City, Kyoto Prefecture Omron Corporation

Claims (10)

【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、印
加された振動を前記弾性変形部に伝える振動入力部と、
前記振動入力部の他端に設けられ、前記弾性変形部の弾
性変形モードに応じて回動するスキャン部と、前記振動
入力部に振動を印加する加振源とを備えた光スキャナに
おいて、 前記弾性変形部の厚さTと前記弾性変形部の長さLの比
L/Tを、ほぼ 100≧L/T≧50 とすることを特徴とする光スキャナ。
1. An elastic deformation part having at least one elastic deformation mode, and a vibration input part provided at one end of the elastic deformation part for transmitting applied vibration to the elastic deformation part.
An optical scanner including a scan unit provided at the other end of the vibration input unit and rotating in accordance with an elastic deformation mode of the elastic deformation unit, and a vibration source that applies vibration to the vibration input unit, An optical scanner characterized in that a ratio L / T of the thickness T of the elastically deformable portion and the length L of the elastically deformable portion is approximately 100 ≧ L / T ≧ 50.
【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、前記弾性変形部の一端に設けられ、印
加された振動を前記弾性変形部に伝える振動入力部と、
前記振動入力部の他端に設けられ、前記弾性変形部の弾
性変形モードに応じて回動するスキャン部と、前記振動
入力部に振動を印加する加振源とを備えた光スキャナに
おいて、 前記弾性変形部と前記振動入力部との間の内隅部若しく
は前記弾性変形部と前記スキャン部との間の内隅部に略
円弧状のコーナを形成し、弾性変形部の幅Wと前記コー
ナの半径Rの比R/Wを、 1<R/W<2 とすることを特徴する光スキャナ。
2. An elastic deformation part having at least one elastic deformation mode, and a vibration input part provided at one end of the elastic deformation part for transmitting applied vibration to the elastic deformation part.
An optical scanner including a scan unit provided at the other end of the vibration input unit and rotating in accordance with an elastic deformation mode of the elastic deformation unit, and a vibration source that applies vibration to the vibration input unit, A substantially arc-shaped corner is formed at an inner corner between the elastically deforming portion and the vibration input portion or at an inner corner between the elastically deforming portion and the scanning portion, and the width W of the elastically deforming portion and the corner are formed. An optical scanner having a ratio R / W of radii R of 1 <R / W <2.
【請求項3】 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、印
加された振動を前記弾性変形部に伝える振動入力部と、
前記振動入力部の他端に設けられ、前記弾性変形部の弾
性変形モードに応じて回動するスキャン部と、前記振動
入力部に振動を印加する加振源とを備えた光スキャナに
おいて、 前記弾性変形部の前記振動入力部側の端部を前記加振源
の表面中央に位置させたことを特徴とする光スキャナ。
3. An elastic deformation part having at least one elastic deformation mode, and a vibration input part provided at one end of the elastic deformation part and transmitting applied vibration to the elastic deformation part.
An optical scanner including a scan unit provided at the other end of the vibration input unit and rotating in accordance with an elastic deformation mode of the elastic deformation unit, and a vibration source that applies vibration to the vibration input unit, An optical scanner, wherein an end portion of the elastically deformable portion on the side of the vibration input portion is located at the center of the surface of the vibration source.
【請求項4】 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、印
加された振動を前記弾性変形部に伝える振動入力部と、
前記振動入力部の他端に設けられ、前記弾性変形部の弾
性変形モードに応じて回動するスキャン部と、前記振動
入力部に振動を印加する加振源とを備えた光スキャナに
おいて、 少なくとも前記弾性変形部を銅合金やアルミ合金、チタ
ン合金などの減衰係数の小さな金属材料により作成する
ことを特徴とする光スキャナ。
4. An elastic deformation part having at least one elastic deformation mode, and a vibration input part provided at one end of the elastic deformation part for transmitting applied vibration to the elastic deformation part.
An optical scanner including a scan unit which is provided at the other end of the vibration input unit and rotates according to an elastic deformation mode of the elastic deformation unit, and an excitation source which applies vibration to the vibration input unit, An optical scanner characterized in that the elastically deformable portion is made of a metal material having a small attenuation coefficient, such as a copper alloy, an aluminum alloy, or a titanium alloy.
【請求項5】 前記金属材料はベリリウム銅合金である
ことを特徴とする請求項4に記載の光スキャナ。
5. The optical scanner according to claim 4, wherein the metal material is a beryllium copper alloy.
【請求項6】 前記金属材料はステンレス鋼SUS63
1であることを特徴とする請求項4に記載の光スキャ
ナ。
6. The metal material is stainless steel SUS63.
The optical scanner according to claim 4, wherein the optical scanner is 1.
【請求項7】 前記金属材料は加工後の時効硬化処理の
不要な金属材料であることを特徴とする請求項4、5又
は6に記載の光スキャナ。
7. The optical scanner according to claim 4, wherein the metal material is a metal material that does not require age hardening after processing.
【請求項8】 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、印
加された振動を前記弾性変形部に伝える振動入力部と、
前記振動入力部の他端に設けられ、前記弾性変形部の弾
性変形モードに応じて回動するスキャン部と、前記振動
入力部に振動を印加する加振源とを備えた光スキャナに
おいて、 前記スキャン部を光ビーム反射用のミラー部と前記ミラ
ー部の面積よりも小さな面積のミラー支持部とから構成
し、前記ミラー支持部を前記弾性変形部の一端に設けた
ことを特徴とする光スキャナ。
8. An elastic deformation part having at least one elastic deformation mode, and a vibration input part provided at one end of the elastic deformation part and transmitting applied vibration to the elastic deformation part.
An optical scanner including a scan unit provided at the other end of the vibration input unit and rotating in accordance with an elastic deformation mode of the elastic deformation unit, and a vibration source that applies vibration to the vibration input unit, An optical scanner characterized in that the scanning section is composed of a mirror section for reflecting a light beam and a mirror supporting section having an area smaller than the area of the mirror section, and the mirror supporting section is provided at one end of the elastically deforming section. .
【請求項9】 前記スキャン部の重心が前記弾性変形部
の中心軸から外れるように、前記ミラー支持部の形状を
前記中心軸に対して非対称としたことを特徴とする請求
項8に記載の光スキャナ。
9. The shape of the mirror support portion is asymmetric with respect to the central axis of the elastic deformation portion so that the center of gravity of the scanning portion deviates from the central axis of the elastic deformation portion. Optical scanner.
【請求項10】 請求項1、2、3、4、5、6、7、
8又は9に記載の光スキャナにおいて、 前記弾性変形部の厚さTと前記弾性変形部の幅Wの関係
を W≧T とすることを特徴とする光スキャナ。
10. The method according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
8. The optical scanner according to 8 or 9, wherein the relationship between the thickness T of the elastically deformable portion and the width W of the elastically deformable portion is W ≧ T.
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