JPH10339846A - Optical scanner - Google Patents

Optical scanner

Info

Publication number
JPH10339846A
JPH10339846A JP9148835A JP14883597A JPH10339846A JP H10339846 A JPH10339846 A JP H10339846A JP 9148835 A JP9148835 A JP 9148835A JP 14883597 A JP14883597 A JP 14883597A JP H10339846 A JPH10339846 A JP H10339846A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frequency
torsion spring
magnetic field
optical scanning
vibrating body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9148835A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Suzuki
鈴木  茂
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.)
Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brother Industries Ltd filed Critical Brother Industries Ltd
Priority to JP9148835A priority Critical patent/JPH10339846A/en
Publication of JPH10339846A publication Critical patent/JPH10339846A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Dot-Matrix Printers And Others (AREA)
  • Laser Beam Printer (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Facsimile Scanning Arrangements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an optical scanner whose durability to repetitive fatigue is excellent and in which the fluctuation of an optical scanning angle is small even in the case the ambient temp. is largely fluctuated by setting the driving frequency of the device to the natural vibration frequency at the lowest temp. being in the range of use environmental temps or the vibration frequency near it. SOLUTION: A torsion spring 5 is consisting of shape memory alloy whose reversal deformation temp. is higher than the use environmental temps. A magnetic field generating means (coil) 7 is constituted so as to vibrate a vibrating body with the natural vibrating frequency has by a vibrating system to be formed by the vibrating body and the torsion spring 5 at the lowest use environmental temps. or the vibrating frequency near it. In this device, a small magnet 3 is fixed in the vicinity of the roughly center of the torsion spring 5 with adhesive. Then, the small magnet 3 is resonated by allowing a rectangular wave current to be impressed on the coil 7 by an alternate pulse current generator 9 and a laser beam 10 which is emitted from a light source 11 to be made incident on the mirror surface 3m of the small magnet 3 is scanned at a prescribed scanning angle to be scanned on a non-scanning surface 12.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザポインタ、
レーザプリンタ、バーコードリーダ、レーザスキャンマ
イクロメータ等の事務機器、計測器に使用される光走査
装置に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser pointer,
The present invention relates to an optical scanning device used for office equipment such as a laser printer, a barcode reader, and a laser scan micrometer, and a measuring instrument.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、本出願人は、特願平8−1010
2号において、磁石付きミラーと交流磁場を発生させる
ためのコイルとを備えたガルバノ振動を用いた光走査装
置について提案している。
2. Description of the Related Art Heretofore, the present applicant has filed Japanese Patent Application No.
No. 2 proposes an optical scanning device using a Galvano oscillation provided with a mirror with a magnet and a coil for generating an AC magnetic field.

【0003】この光走査装置は、図7に示すように、ス
テンレス等からなる弾性線状部材5aが適当な張力で引
っ張られた状態で、固定治具2aによってハウジング1
aに固定されている。弾性線状部材5aのほぼ中央に
は、少なくとも片面が境面加工された磁石付きミラー3
aが、図示しない接着剤により接着固定されている。
In this optical scanning device, as shown in FIG. 7, an elastic linear member 5a made of stainless steel or the like is pulled by an appropriate tension and a housing 1 is fixed by a fixing jig 2a.
a. Approximately at the center of the elastic linear member 5a, a magnet-equipped mirror 3 having at least one boundary surface processed.
a is bonded and fixed with an adhesive (not shown).

【0004】一方、コア6aにはコイル7aが巻き付け
られている。コイル7aは、コア6aに設けられたネジ
孔8a及びハウジング1aに設けられた孔4aにおいて
図示しないネジによってハウジング1aに固定されてい
る。そして、交番パルス電流発生器9aにより所定の電
流をコイルに流すことにより交流磁界が発生し、磁石付
きミラー3aが振動する。また、この交番パルスの駆動
周波数は、磁石付きミラー3aと線状弾性部材5aとの
機械的固有振動数に設定されている。そして、光源1a
より発射されたレーザー光10aは、磁石付きミラー3
aによって反射され、その磁石付きミラー3aが共振す
ることにより非走査面12aに走査されるものである。
On the other hand, a coil 7a is wound around the core 6a. The coil 7a is fixed to the housing 1a by a screw (not shown) in a screw hole 8a provided in the core 6a and a hole 4a provided in the housing 1a. Then, an alternating magnetic field is generated by passing a predetermined current through the coil by the alternating pulse current generator 9a, and the mirror with magnet 3a vibrates. The driving frequency of the alternating pulse is set to the mechanical natural frequency of the mirror with magnet 3a and the linear elastic member 5a. And the light source 1a
The laser beam 10a emitted from the mirror 3
The light is reflected by a, and the non-scanning surface 12a is scanned by the resonance of the magnetized mirror 3a.

【0005】さらに、本出願人は、特願平8−2261
8号において、弾性線状部材として形状記憶合金を用い
ることにより、繰り返し疲労に対する耐久性に極めて優
れた光走査装置を提案している。
[0005] Further, the present applicant has filed Japanese Patent Application No. Hei 8-2-2261.
No. 8 proposes an optical scanning device which is extremely excellent in durability against repeated fatigue by using a shape memory alloy as the elastic linear member.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記固
有振動数が温度により変化するという現象の発生のため
に、前記従来の光走査装置は温度変化が少ない条件下で
しか使用することができないという問題があった。以下
に、このような現象について図面を参照して説明する。
However, because of the occurrence of the phenomenon that the natural frequency changes with temperature, the conventional optical scanning device can be used only under conditions of small temperature changes. was there. Hereinafter, such a phenomenon will be described with reference to the drawings.

【0007】図8は、前記従来の光走査装置において、
交番パルスの駆動周波数に対する磁石付きミラー3aの
振動の振れ角相対値が変化する一例を示したグラフであ
る。図8において、高温時(温度T=40℃)では固有
振動数がf0と低く、一方、低温時(T=0℃)では固
有周波数がf1と高くなる。従って、例えば、低温時に
振れ角が最大となるように交番パルスの駆動周波数をf
1と設定した場合、温度が上昇して固有振動数がf0に
なると、振れ角が1/5以下へ急激に低下するので光走
査角度が非常に小さくなってしまう。従って、前記従来
の光走査装置は交番パルスの駆動周波数を設定した温度
付近の温度条件下でしか使用ができなかったのである。
FIG. 8 shows the conventional optical scanning device.
It is the graph which showed an example in which the deflection angle relative value of the vibration of the mirror with magnet 3a with respect to the drive frequency of an alternating pulse changes. In FIG. 8, at a high temperature (temperature T = 40 ° C.), the natural frequency is as low as f0, while at a low temperature (T = 0 ° C.), the natural frequency is high as f1. Therefore, for example, the drive frequency of the alternating pulse is set to f so that the deflection angle becomes maximum at a low temperature.
When set to 1, when the temperature rises and the natural frequency becomes f0, the deflection angle sharply drops to 1/5 or less, so that the light scanning angle becomes extremely small. Therefore, the conventional optical scanning device can be used only under a temperature condition near a temperature at which the driving frequency of the alternating pulse is set.

【0008】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、繰り返し疲労に対する耐久性に
優れると共に、周囲温度が大きく変動した場合でも光走
査角度の変動が小さい光走査装置を提供することを目的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an optical scanning device which is excellent in durability against repeated fatigue and has a small variation in an optical scanning angle even when the ambient temperature greatly varies. The purpose is to provide.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の請求項1に記載の光走査装置は、トーショ
ンバネを張設支持し、そのトーションバネの中間部に固
定的に支持された磁石と鏡面とを有する振動体を、磁界
発生手段により形成される磁界の作用により前記トーシ
ョンバネを軸線として振動させ、光源より発せられる光
ビームを前記鏡面に入射させることにより、前記鏡面の
振動に基づいて前記光ビームを走査させるようにしたも
のを対象として、特に、前記トーションバネは、その逆
変態温度が使用環境温度以上である形状記憶合金からな
り、前記磁界発生手段は、最低使用環境温度における前
記振動体と前記トーションバネとから形成される振動系
が有する固有振動数若しくはその近傍の振動数で前記振
動体を振動させるように構成している。
To achieve this object, an optical scanning device according to the first aspect of the present invention has a torsion spring stretched and supported, and is fixedly supported at an intermediate portion of the torsion spring. A vibrating body having a magnet and a mirror surface is vibrated around the torsion spring by the action of a magnetic field formed by a magnetic field generating means, and a light beam emitted from a light source is incident on the mirror surface, whereby the mirror surface In particular, the torsion spring is made of a shape memory alloy whose reverse transformation temperature is equal to or higher than the use environment temperature, and the magnetic field generation means is used for the lowest use. Vibrating the vibrating body at a natural frequency of a vibrating system formed by the vibrating body and the torsion spring at ambient temperature or a frequency near the natural frequency; It is sea urchin configuration.

【0010】従って、前記トーションバネは、使用環境
温度範囲内において、常にマルテンサイト相となるの
で、繰り返し疲労に対する耐久性に優れ、長寿命な光走
査が可能である。また、使用環境温度範囲内の温度変化
により前記振動系の固有振動数が変化しても前記振動体
の振れ角が大きく変動することがないので、前記磁界発
生手段は、温度変化に拘わらず、前記振動体を最大振幅
付近で大きく振動させて光走査することができる。
Therefore, the torsion spring is always in the martensite phase within the operating environment temperature range, so that it is excellent in durability against repeated fatigue and can perform optical scanning with a long life. Also, even if the natural frequency of the vibration system changes due to a temperature change within the operating environment temperature range, the deflection angle of the vibrating body does not greatly change, so that the magnetic field generating means is not affected by the temperature change. Optical scanning can be performed by vibrating the vibrating body largely near the maximum amplitude.

【0011】また、請求項2に記載の光走査装置は、前
記磁界発生手段が、最低使用環境温度における前記振動
体の振幅と最高使用環境温度における前記振動体の振幅
とが一致する振動数若しくはその近傍の振動数で前記振
動体を振動させるように構成している。従って、前記磁
界発生手段は、前記振動体を使用環境温度範囲内におい
て、常に、最低使用環境温度及び最高使用環境温度にお
ける振幅以上の振幅で振動させることができるので、温
度変化に拘わらず、前記振動体を最大振幅付近で大きく
振動させて光走査することができる。
Further, in the optical scanning device according to the present invention, the magnetic field generating means may include a vibration frequency or a vibration frequency at which the amplitude of the vibrating body at the lowest use environment temperature and the amplitude of the vibrator at the highest use environment temperature match. The vibrating body is configured to vibrate at a frequency in the vicinity thereof. Therefore, the magnetic field generation means can always vibrate the vibrating body within an operating environment temperature range with an amplitude equal to or greater than the amplitude at the lowest operating environment temperature and the highest operating environment temperature. Optical scanning can be performed by vibrating the vibrating body largely near the maximum amplitude.

【0012】また、請求項3に記載の光走査装置は、前
記磁界発生手段が、一定周波数の交番磁界を発生するよ
うに構成している。従って、前記磁界発生手段により発
生される交番磁界を単一周波数として構成できるので、
装置の構成を簡単にすることができる。
Further, the optical scanning device according to the third aspect is configured such that the magnetic field generating means generates an alternating magnetic field having a constant frequency. Therefore, the alternating magnetic field generated by the magnetic field generating means can be configured as a single frequency,
The configuration of the device can be simplified.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0014】図1は、本発明を具体化した光走査装置の
構造を示すものである。小磁石3は、縦が4mm、横が
8mmで厚さ0.4mmのNi−Co(ニッケルコバル
ト)またはSm−Co(サマリュウムコバルト)からな
る小磁石であり、その表面3mは後述するレーザビーム
を反射させるために鏡面加工されている。尚、この小磁
石3の表面を鏡面加工する代わりに、小磁石3の表面に
鏡を接着等により貼り付けてもよい。この小磁石3は約
10000ガウス程度の残留磁束密度を有している。小
磁石3における鏡面3mの裏面には、形状記憶合金であ
るNi−Tiからなるトーションバネ5が取り付けられ
ている。また、このトーションバネ5の線径は約300
μmであり、長さは約25mmである。このトーション
バネ5は、その上下端を、中央を矩形にくり貫かれた矩
形状のハウジング1に対して、治具2により固定されて
いる。
FIG. 1 shows the structure of an optical scanning device embodying the present invention. The small magnet 3 is a small magnet made of Ni—Co (nickel cobalt) or Sm—Co (samarium cobalt) having a length of 4 mm, a width of 8 mm, and a thickness of 0.4 mm, and a surface 3 m of which is a laser beam to be described later. It is mirror-finished to reflect light. Instead of mirror-finishing the surface of the small magnet 3, a mirror may be attached to the surface of the small magnet 3 by bonding or the like. This small magnet 3 has a residual magnetic flux density of about 10,000 Gauss. A torsion spring 5 made of Ni-Ti which is a shape memory alloy is attached to the back surface of the small magnet 3 having a mirror surface 3m. The wire diameter of the torsion spring 5 is about 300.
μm, and the length is about 25 mm. The torsion spring 5 has its upper and lower ends fixed to a rectangular housing 1 whose center is formed in a rectangular shape by a jig 2.

【0015】ハウジング1に対して、トーションバネ5
及び小磁石3を支持する際の方法について説明する。
With respect to the housing 1, a torsion spring 5
A method for supporting the small magnet 3 will be described.

【0016】まず、トーションバネ5は所定の張力で両
端を引っ張られた状態で、治具2により、ネジ止めでハ
ウジング1に固定される。そして、このように固定され
たトーションバネ5に上述した小磁石3がトーションバ
ネ5のほぼ中央付近に接着剤にて固定される。ところ
で、前記トーションバネ5は、所定の応力にて引っ張ら
れた状態でハウジング1に固定されている。
First, the torsion spring 5 is fixed to the housing 1 by the jig 2 with screws in a state where both ends are pulled by a predetermined tension. Then, the above-mentioned small magnet 3 is fixed to the torsion spring 5 fixed in this manner in the vicinity of the center of the torsion spring 5 with an adhesive. Incidentally, the torsion spring 5 is fixed to the housing 1 in a state of being pulled by a predetermined stress.

【0017】また、ハウジング1の後面にはコイル7が
設けられている。尚、コイル7が本発明の磁界発生手段
を構成するものである。このコイル7は、円筒状のコア
6の周囲に300ターン/cmの密度の巻き線を設けた
ものであり、コア6に形成されたネジ孔8及びハウジン
グ1に形成された孔4を介してハウジング1にネジ止め
されている。このコイル7の巻き線の両端には交番パル
ス電流発生器9が接続されており、5Vで100mA程
度の電流をコイル7に流すことができる。つまり、この
コイルに前記電流を流すことにより、300[ターン/
cm]×100[mA]=3000[A/m]の交番磁
界を与えることができる。そして、交番パルス電流発生
器9により所定の矩形波電流をコイル7に印加すること
により後述するメカニズムにて小磁石3が共振し、光源
11から発せられて小磁石3の鏡面3mに入射したレー
ザビーム10が所定の走査角にて走査され、非走査面1
2上に走査されるよう構成されている。
A coil 7 is provided on the rear surface of the housing 1. Incidentally, the coil 7 constitutes the magnetic field generating means of the present invention. This coil 7 is provided with a winding having a density of 300 turns / cm around a cylindrical core 6, and is provided through a screw hole 8 formed in the core 6 and a hole 4 formed in the housing 1. Screwed to the housing 1. An alternating pulse current generator 9 is connected to both ends of the winding of the coil 7, and a current of about 100 mA at 5 V can flow through the coil 7. That is, by passing the current through this coil, 300 [turns /
cm] × 100 [mA] = 3000 [A / m]. When a predetermined rectangular wave current is applied to the coil 7 by the alternating pulse current generator 9, the small magnet 3 resonates by a mechanism described later, and is emitted from the light source 11 and incident on the mirror surface 3 m of the small magnet 3. The beam 10 is scanned at a predetermined scanning angle and the non-scanning surface 1
2 is scanned.

【0018】ところで、本実施の形態におけるトーショ
ンバネ5の材質は、上述したように形状記憶合金の一種
であるNi−Ti合金であり、所定のテンションを与
え、マルテンサイト相の状態でハウジング1に取り付け
られている。
The material of the torsion spring 5 in the present embodiment is a Ni-Ti alloy, which is a kind of a shape memory alloy, as described above, which gives a predetermined tension to the housing 1 in a martensitic phase. Installed.

【0019】ここで、形状記憶合金の相変態について図
2を参照して説明する。
Here, the phase transformation of the shape memory alloy will be described with reference to FIG.

【0020】形状記憶合金は、逆変態開始温度As点及
び逆変態終了温度Af点を境に形状記憶領域と超弾性領
域とに分かれる。逆変態開始温度As点以下で使用する
場合は、いわゆる形状記憶効果を示し、逆変態終了温度
Af点以上の温度では超弾性効果を示すものである。変
態温度とは、合金のオーステナイト相からマルテンサイ
ト相ヘ変化する温度のことで、逆変態温度とは逆にマル
テンサイト相からオーステナイト相へ変化するときの温
度である。
The shape memory alloy is divided into a shape memory region and a superelastic region at a reverse transformation start temperature As point and a reverse transformation end temperature Af point. When used at a temperature lower than the reverse transformation start temperature As point, a so-called shape memory effect is exhibited, and at a temperature higher than the reverse transformation end temperature Af point, a superelastic effect is exhibited. The transformation temperature is the temperature at which the alloy changes from the austenite phase to the martensite phase, and is the temperature at which the alloy changes from the martensite phase to the austenite phase, contrary to the reverse transformation temperature.

【0021】本実施の形態では、逆変態終了温度Af点
を使用環境温度以上(本実施の形態では60℃)とし、
使用環境温度においては、常にマルテンサイト相の形状
記憶領域を利用するものである。
In this embodiment, the reverse transformation end temperature Af point is set to be equal to or higher than the use environment temperature (60 ° C. in this embodiment).
At the operating environment temperature, the shape memory region of the martensite phase is always used.

【0022】マルテンサイト相における形状記憶合金の
疲労特性を説明するため、通常の金属材料とその合金の
せん断応力負荷時の変形における差異を図3の模式図に
従って説明する。
In order to explain the fatigue characteristics of the shape memory alloy in the martensite phase, the difference in deformation between a normal metal material and its alloy when a shear stress is applied will be described with reference to the schematic diagram of FIG.

【0023】通常の金属材料の場合、外力としてのせん
断応力が限界以上にかかった場合、図3(a)に示すよ
うに原子が隣接にすべり、せん断歪みが発生する。この
場合は、外力を除去しても、エネルギー的に安定してい
るため歪みが元の状態に戻ることはない。つまり、応力
が繰り返して付加されることにより、この歪みは蓄積さ
れ、最後には一般に金属疲労と呼ばれる破断に至るので
ある。
In the case of a normal metal material, when the shear stress as an external force is applied to a limit or more, atoms slide adjacent to each other as shown in FIG. In this case, even if the external force is removed, the distortion does not return to the original state because the energy is stable. That is, as stress is applied repeatedly, this strain accumulates and eventually leads to fracture, commonly referred to as metal fatigue.

【0024】一方、形状記憶合金の場合、Af点が使用
環境温度より高い場合は、室温では常にマルテンサイト
相の状態であり、その場合、形状記憶合金の内部では、
図3(b)に示すように、A、Bで示される兄弟晶が発
生している。このA、Bの境界(双晶面)は、低応力で
移動するため、比較的柔らかく、外力が加わるとその外
力に対して優先方位の兄弟晶Aが成長し、その結果せん
断変形することになる。外力が除荷されると、完全には
元に復元しないが、本実施の形態の場合は直ちに逆方向
のトルクが交番磁界によってかかるため、完全に元に戻
ることになる。すなわち、外力と復元力とによって図3
(b)の(1)と(2)とを往復することになる。この
場合の負荷とは、小磁石が交番磁界から受ける外力とト
ーションバネからの復元力とを合成したものとなる。図
3(b)に示すように、マルテンサイト相における形状
記憶合金は、一般の金属のように原子の滑りが発生せ
ず、双晶面が移動するのみで歪が蓄積されることがな
い。このため、繰り返し振動に対する耐久性が極めて高
いのである。
On the other hand, in the case of the shape memory alloy, when the Af point is higher than the use environment temperature, it is always in a martensite phase at room temperature.
As shown in FIG. 3B, siblings indicated by A and B are generated. The boundary between A and B (twin plane) is relatively soft because it moves with low stress, and when an external force is applied, a sibling A having a preferred orientation to the external force grows, and as a result, shear deformation occurs. Become. When the external force is unloaded, it is not completely restored to its original state. However, in the case of the present embodiment, the reverse torque is immediately applied by the alternating magnetic field, so that the original state is completely restored. That is, by the external force and the restoring force, FIG.
It reciprocates between (1) and (2) of (b). The load in this case is a combination of the external force that the small magnet receives from the alternating magnetic field and the restoring force from the torsion spring. As shown in FIG. 3B, the shape memory alloy in the martensite phase does not cause atomic slip unlike a general metal and does not accumulate strain because only a twin plane moves. Therefore, the durability against repeated vibration is extremely high.

【0025】次に、前述した構成の光走査装置の動作に
ついて説明する。
Next, the operation of the optical scanning device having the above configuration will be described.

【0026】図1に示すように、コイル7に交番パルス
電流を流すと、コイル7の周囲には、図4(a)、
(b)に示す様にいわゆる交番磁界Hが形成される。そ
して中心がトーションバネ5に固定されて、かつ該コイ
ル7の前方に設置されている小磁石3は、交番磁界によ
りMHcosθのトルクを受ける(ただし、Mは小磁石
3の磁気モーメント、Hは磁界の強さ、θは振れ角であ
る)。また、ねじれ角θのときには、トーションバネ5
による復元力kθも同時に受ける(ただし、kはトーシ
ョンバネ5のバネ定数である)。さらに、小磁石3が高
速に振動する場合、空気との摩擦抵抗およびトーション
バネ5内部の摩擦抵抗などによって、dθ/dtに比例
した減衰力も受けることになる。そして前記トルクが周
期的(角周波数ω)に加わると、小磁石3はねじり振動
を始める。この振動系を方程式で表すと下に示す式とな
る。
As shown in FIG. 1, when an alternating pulse current is applied to the coil 7, the area around the coil 7 becomes as shown in FIG.
A so-called alternating magnetic field H is formed as shown in FIG. The small magnet 3 whose center is fixed to the torsion spring 5 and installed in front of the coil 7 receives a torque of MHcos θ by the alternating magnetic field (where M is the magnetic moment of the small magnet 3, and H is the magnetic field Is the deflection angle). When the torsion angle is θ, the torsion spring 5
(Where k is the spring constant of the torsion spring 5). Further, when the small magnet 3 vibrates at a high speed, a damping force proportional to dθ / dt is also received due to frictional resistance with air and frictional resistance inside the torsion spring 5. When the torque is applied periodically (angular frequency ω), the small magnet 3 starts torsional vibration. When this vibration system is expressed by an equation, the following equation is obtained.

【0027】[0027]

【数1】 (Equation 1)

【0028】これは、減衰振動系に強制力が加わった場
合の方程式で、その一般解は下に示す式で表される。
This is an equation when a forcing force is applied to the damped vibration system, and its general solution is expressed by the following equation.

【0029】[0029]

【数2】 (Equation 2)

【0030】ここで、θが最大となる固有角振動数ωp
は、下に示す式で表される。
Here, the natural angular frequency ωp at which θ becomes the maximum is
Is represented by the following equation.

【0031】[0031]

【数3】 (Equation 3)

【0032】つまり電流の角周波数ωと、小磁石3とト
ーションバネ5とからなる機械系の固有角振動数ωpと
が一致した場合にいわゆる共振状態となり、最大の振れ
角になる。
That is, when the angular frequency ω of the current coincides with the natural angular frequency ωp of the mechanical system composed of the small magnet 3 and the torsion spring 5, a so-called resonance state occurs, and the maximum deflection angle is obtained.

【0033】本実施の形態の場合、例えば室温約0℃で
コイル7にかける電圧を5Vとし、巻き線に流れる電流
を約100mAとすると振動周波数約400Hzで共振
し、小磁石3のふれ角は約40度となる。すなわち、光
源11から発射され、小磁石3の表面に形成されている
鏡面3mで反射されたレーザビーム10は走査角約80
度で非走査面12に走査される。
In the case of this embodiment, for example, when the voltage applied to the coil 7 is 5 V at room temperature of about 0 ° C. and the current flowing through the winding is about 100 mA, resonance occurs at an oscillation frequency of about 400 Hz, and the deflection angle of the small magnet 3 is It will be about 40 degrees. That is, the laser beam 10 emitted from the light source 11 and reflected by the mirror surface 3m formed on the surface of the small magnet 3 has a scan angle of about 80.
The non-scan surface 12 is scanned in degrees.

【0034】さて、ここで温度一定の場合における小磁
石3とトーションバネ5との共振状態における振れ角と
固有振動数fp(=ωp/(2π))との関係は、図5
に示されるように、振れ角が大きくなるに従って固有振
動数fpが低下する特性となる。
The relationship between the deflection angle and the natural frequency fp (= ωp / (2π)) in the resonance state between the small magnet 3 and the torsion spring 5 when the temperature is constant is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the characteristic frequency fp decreases as the deflection angle increases.

【0035】この理由を以下に説明する。即ち、図3
(b)に示されるように、振れ角が大きくなるにつれて
兄弟晶の移動が多くなり、トーションバネ5の内部の摩
擦抵抗が増加して、減衰係数μが大きくなる。一方、周
囲温度一定の場合、非減衰固有角振動数ωoは一定であ
るので、数式3から、振れ角が大きくなると減衰係数μ
が大きくなり、従ってωp即ちfpが低下する特性とな
るのである。
The reason will be described below. That is, FIG.
As shown in (b), the movement of the sibling increases as the deflection angle increases, the frictional resistance inside the torsion spring 5 increases, and the damping coefficient μ increases. On the other hand, when the ambient temperature is constant, the undamped natural angular frequency ωo is constant.
Ωp, ie, fp, is reduced.

【0036】次に、図6は、温度T=0℃及び40℃に
おける駆動周波数f(=ω/(2π))に対する振れ角
の変化を示したものである。図6において、例えばT=
0℃の場合のグラフに示されるように、駆動周波数fが
振れ角最大周波数fa、即ちT=0℃における固有振動
数fpより小さい場合は、振れ角の低下が急峻となり、
駆動周波数fが振れ角最大周波数faより大きい場合は
振れ角の低下が緩やかになる。即ち、例えばfaより小
さい駆動周波数fから始めて、fを増加していった場合
に、faに近づくにつれて振れ角が増加しはじめると、
図5により固有振動数fpが低下するため、急速に振れ
角が増加し、駆動周波数f=faにおいて最大振れ角θ
a(=約80度)に達する。さらに駆動周波数fを増加
していくと振れ角は減少し始めるが、図5により振れ角
の低下と共に固有振動数fpが上昇するため、fpの上
昇によって振れ角の減少は緩和され、それ故振れ角の低
下は緩やかになるである。
FIG. 6 shows the change in the deflection angle with respect to the driving frequency f (= ω / (2π)) at the temperatures T = 0 ° C. and 40 ° C. In FIG. 6, for example, T =
As shown in the graph at 0 ° C., when the driving frequency f is smaller than the deflection angle maximum frequency fa, that is, the natural frequency fp at T = 0 ° C., the drop of the deflection angle becomes steep,
When the drive frequency f is larger than the maximum swing angle frequency fa, the swing angle decreases gradually. That is, for example, starting from a drive frequency f smaller than fa and increasing f, if the deflection angle starts to increase as approaching fa,
Since the natural frequency fp decreases as shown in FIG. 5, the swing angle rapidly increases, and the maximum swing angle θ at the drive frequency f = fa.
a (= about 80 degrees). As the drive frequency f is further increased, the deflection angle starts to decrease. However, as shown in FIG. 5, since the natural frequency fp increases as the deflection angle decreases, the decrease in the deflection angle is alleviated by the increase in fp. The decrease in angle is gradual.

【0037】このため、図6に示すように、例えば、駆
動周波数fをT=0℃における振れ角最大周波数faと
設定した状態で、T=40℃と温度が上昇して振れ角最
大周波数がfbと変化した場合でも、駆動周波数f=f
aにおける振れ角は80°から72°へ低下するのみで
あり、低下の割合は10%程度と小さいのである。
For this reason, as shown in FIG. 6, for example, with the drive frequency f set to the maximum swing angle frequency fa at T = 0 ° C., the temperature rises to T = 40 ° C., and the maximum swing angle frequency becomes fb, the driving frequency f = f
The deflection angle at a only decreases from 80 ° to 72 °, and the rate of decrease is as small as about 10%.

【0038】従って、駆動周波数を使用環境温度範囲内
の最低温度(最低使用環境温度)における固有振動数若
しくはその近傍の振動数に設定することにより、温度変
化による走査角の変動が小さく、動作が安定した光走査
装置を提供することが可能となった。
Therefore, by setting the driving frequency to the natural frequency at the lowest temperature within the operating environment temperature range (the lowest operating environment temperature) or a frequency near the natural frequency, the fluctuation of the scanning angle due to the temperature change is small, and the operation is improved. It has become possible to provide a stable optical scanning device.

【0039】尚、本発明は以上詳述した実施の形態に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲にお
いて、種々の変更を加えることができる。
The present invention is not limited to the embodiment described in detail above, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

【0040】例えば、前記実施の形態においては、駆動
周波数をT=0℃における固有振動数fp(=fa)と
して駆動するように構成したが、温度変化による振れ角
度変化が小さい周波数領域であれば、どの領域を用いて
駆動してもよい。例えば、駆動周波数を最低使用環境温
度における振幅と最高使用環境温度における振幅とが一
致する振動数若しくはその近傍の振動数として、駆動す
るように構成してもよい。例えば、図6のグラフにおい
て、T=0℃における振れ角の曲線と、T=40℃にお
ける振れ角の曲線との交点における周波数fc若しくは
その近傍の周波数を駆動周波数とすることにより、最高
使用環境温度時及び最低使用環境温度時において振れ角
が最小となり、それらの温度の間の温度では常に前記最
小の振れ角よりも大きな振れ角となる。従って、前記実
施の形態よりも、さらに温度変化に対する振れ角の変動
が小さい光走査装置を実現することが可能である。
For example, in the above-described embodiment, the driving frequency is set as the natural frequency fp (= fa) at T = 0 ° C. However, if the change in the deflection angle due to the temperature change is small, the frequency range is small. Any area may be used for driving. For example, the drive may be configured such that the drive frequency is set to a frequency at which the amplitude at the lowest use environment temperature matches the amplitude at the highest use environment temperature, or a frequency in the vicinity thereof. For example, in the graph of FIG. 6, the driving frequency is the frequency fc at the intersection of the deflection angle curve at T = 0 ° C. and the deflection angle curve at T = 40 ° C. At the time of the temperature and at the time of the lowest use environment temperature, the deflection angle becomes minimum, and at a temperature between those temperatures, the deflection angle is always larger than the minimum deflection angle. Therefore, it is possible to realize an optical scanning device in which the fluctuation of the deflection angle with respect to the temperature change is smaller than in the above-described embodiment.

【0041】また、前記実施の形態ではコイル7に流す
電流を小さく抑えるために共振現象を利用する構成とし
たが、電力に余裕があるならば共振点をはずして光走査
装置を駆動しても機能上問題はないのである。
In the above-described embodiment, the resonance phenomenon is used to suppress the current flowing through the coil 7. However, if there is sufficient power, the resonance point may be removed to drive the optical scanning device. There is no functional problem.

【0042】また、前記実施の形態では形状記憶合金で
あるNi−Ti合金を用いて実現したが、Ag−Cd、
Au−Cd、Cu−Sn、Cu−Al−Ni、Ni−A
l、Fe−Ptなどの形状記憶合金のマルテンサイト相
であれば、いずれを使用しても実施できるのである。
Further, in the above embodiment, the present invention is realized by using a Ni—Ti alloy which is a shape memory alloy.
Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Al-Ni, Ni-A
1, any Fe-Pt or other martensitic phase of a shape memory alloy can be used.

【0043】また、前記実施の形態では、便宜上、コイ
ル7の前面にトーションバネ5及び小磁石3を配置した
が、コイル7の周辺であって交番磁界が小磁石3の磁気
モーメントMと略直交する方向に発生する箇所ならば、
どこに配置してもよいのである。
In the above embodiment, the torsion spring 5 and the small magnet 3 are arranged on the front surface of the coil 7 for the sake of convenience. However, the alternating magnetic field around the coil 7 is substantially orthogonal to the magnetic moment M of the small magnet 3. Where it occurs in the direction
It can be placed anywhere.

【0044】また、前記実施の形態では走査幅を最大に
するためコイル7に流す電流波形を矩形波としたが、走
査幅に余裕があれば、SIN波、三角波などの周期波形
でもよいし、コイル7に印加する電圧波形を矩形波、S
IN波、三角波などの周期波形として構成してもよい。
In the above-described embodiment, the current waveform applied to the coil 7 is a rectangular wave in order to maximize the scanning width. However, if there is a margin in the scanning width, a periodic waveform such as a SIN wave or a triangular wave may be used. The voltage waveform applied to the coil 7 is a rectangular wave, S
It may be configured as a periodic waveform such as an IN wave or a triangular wave.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明の請求項1に記載の光走査装置は、前記トーショ
ンバネは、その逆変態温度が使用環境温度以上である形
状記憶合金からなり、前記磁界発生手段は、最低使用環
境温度における前記振動体と前記トーションバネとから
形成される振動系が有する固有振動数若しくはその近傍
の振動数で前記振動体を振動させるように構成してい
る。従って、前記トーションバネは、使用環境温度範囲
内において、常にマルテンサイト相となるので、繰り返
し疲労に対する耐久性に優れ、長寿命な光走査が可能で
ある。また、使用環境温度範囲内の温度変化により前記
振動系の固有振動数が変化しても前記振動体の振れ角が
大きく変動することがないので、前記磁界発生手段は、
温度変化に拘わらず、前記振動体を最大振幅付近で大き
く振動させて光走査することができる。
As is apparent from the above description,
The optical scanning device according to claim 1, wherein the torsion spring is made of a shape memory alloy whose reverse transformation temperature is equal to or higher than a use environment temperature, and wherein the magnetic field generating unit includes the vibrator at a minimum use environment temperature. The torsion spring is configured to vibrate the vibrating body at a natural frequency of a vibration system formed by the torsion spring or at a frequency near the natural frequency. Therefore, the torsion spring is always in the martensite phase within the operating environment temperature range, so that it is excellent in durability against repeated fatigue and can perform optical scanning with a long life. Further, even if the natural frequency of the vibration system changes due to a temperature change within a use environment temperature range, the deflection angle of the vibrating body does not greatly change, so the magnetic field generating unit includes:
Irrespective of the temperature change, it is possible to perform optical scanning by vibrating the vibrating body largely near the maximum amplitude.

【0046】また、請求項2に記載の光走査装置は、前
記磁界発生手段が、最低使用環境温度における前記振動
体の振幅と最高使用環境温度における前記振動体の振幅
とが一致する振動数若しくはその近傍の振動数で前記振
動体を振動させるように構成している。従って、前記磁
界発生手段は、前記振動体を使用環境温度範囲内におい
て、常に、最低使用環境温度及び最高使用環境温度にお
ける振幅以上の振幅で振動させることができるので、温
度変化に拘わらず、前記振動体を最大振幅付近で大きく
振動させて光走査することができる。
Also, in the optical scanning device according to the present invention, the magnetic field generating means may include a frequency or an amplitude at which the amplitude of the vibrating body at the lowest use environment temperature matches the amplitude of the vibrator at the highest use environment temperature. The vibrating body is configured to vibrate at a frequency in the vicinity thereof. Therefore, the magnetic field generation means can always vibrate the vibrating body within an operating environment temperature range with an amplitude equal to or greater than the amplitude at the lowest operating environment temperature and the highest operating environment temperature. Optical scanning can be performed by vibrating the vibrating body largely near the maximum amplitude.

【0047】また、請求項3に記載の光走査装置は、前
記磁界発生手段が、一定周波数の交番磁界を発生するよ
うに構成している。従って、前記磁界発生手段により発
生される交番磁界を単一周波数として構成できるので、
装置の構成が簡単となり、安価に製造することができ
る。
Further, the optical scanning device according to the third aspect is configured such that the magnetic field generating means generates an alternating magnetic field having a constant frequency. Therefore, the alternating magnetic field generated by the magnetic field generating means can be configured as a single frequency,
The configuration of the device is simplified, and the device can be manufactured at low cost.

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

【図1】本実施の形態の光走査装置の構成を示す斜視図
である。
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of an optical scanning device according to an embodiment.

【図2】本実施の形態に用いた形状記憶合金の温度及び
応力に対する相変態を表す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a phase transformation with respect to temperature and stress of a shape memory alloy used in the present embodiment.

【図3】マルテンサイト相における形状記憶合金の相変
態によるせん断歪みと、一般金属のせん断歪みとを表す
模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a shear strain due to a phase transformation of a shape memory alloy in a martensite phase and a shear strain of a general metal.

【図4】本実施の形態に用いた小磁石が交番磁界からト
ルクを受ける模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of a small magnet used in the present embodiment receiving torque from an alternating magnetic field.

【図5】温度一定の場合における小磁石とトーションバ
ネとの共振状態における振れ角と固有振動数との関係を
示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a deflection angle and a natural frequency in a resonance state between a small magnet and a torsion spring at a constant temperature.

【図6】温度0℃及び40℃における駆動周波数に対す
る振れ角の変化を示したグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a change in a deflection angle with respect to a driving frequency at a temperature of 0 ° C. and 40 ° C.

【図7】従来の光走査装置の構成を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view illustrating a configuration of a conventional optical scanning device.

【図8】従来の光走査装置における交番パルスの駆動周
波数に対する振れ角相対値の変化の一例を示したグラフ
である。
FIG. 8 is a graph showing an example of a change in a swing angle relative value with respect to a driving frequency of an alternating pulse in a conventional optical scanning device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ハウジング 3 小磁石 3m 鏡面 5 トーションバネ 7 コイル 9 パルス電流発生器 10 レーザービーム Reference Signs List 1 housing 3 small magnet 3m mirror surface 5 torsion spring 7 coil 9 pulse current generator 10 laser beam

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 トーションバネを張設支持し、そのトー
ションバネの中間部に固定的に支持された磁石と鏡面と
を有する振動体を、磁界発生手段により形成される磁界
の作用により前記トーションバネを軸線として振動さ
せ、光源より発せられる光ビームを前記鏡面に入射させ
ることにより、前記鏡面の振動に基づいて前記光ビーム
を走査させるようにした光走査装置において、 前記トーションバネは、その逆変態温度が使用環境温度
以上である形状記憶合金からなり、 前記磁界発生手段は、最低使用環境温度における前記振
動体と前記トーションバネとから形成される振動系が有
する固有振動数若しくはその近傍の振動数で前記振動体
を振動させるように構成したことを特徴とする光走査装
置。
1. A torsion spring is stretched and supported, and a vibrating body having a magnet and a mirror surface fixedly supported at an intermediate portion of the torsion spring is moved by the action of a magnetic field formed by magnetic field generating means. In the optical scanning device, the light beam emitted from the light source is made incident on the mirror surface, and the light beam is scanned based on the vibration of the mirror surface. The magnetic field generating means is formed of a shape memory alloy having a temperature equal to or higher than a use environment temperature, and the natural frequency of a vibration system formed by the vibrating body and the torsion spring at the lowest use environment temperature or a vibration frequency near the natural frequency. An optical scanning device, characterized in that the vibrating body is configured to vibrate.
【請求項2】 前記磁界発生手段は、最低使用環境温度
における前記振動体の振幅と最高使用環境温度における
前記振動体の振幅とが一致する振動数若しくはその近傍
の振動数で前記振動体を振動させるように構成したこと
を特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
2. The magnetic field generating means vibrates the vibrating body at a frequency at which the amplitude of the vibrating body at the lowest use environment temperature coincides with the amplitude of the vibrator at the highest use environment temperature or at a frequency near the same. The optical scanning device according to claim 1, wherein the optical scanning device is configured to cause the scanning.
【請求項3】 前記磁界発生手段は、一定周波数の交番
磁界を発生するように構成したことを特徴とする請求項
1若しくは2に記載の光走査装置。
3. The optical scanning device according to claim 1, wherein said magnetic field generating means is configured to generate an alternating magnetic field having a constant frequency.
JP9148835A 1997-06-06 1997-06-06 Optical scanner Pending JPH10339846A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9148835A JPH10339846A (en) 1997-06-06 1997-06-06 Optical scanner

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9148835A JPH10339846A (en) 1997-06-06 1997-06-06 Optical scanner

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10339846A true JPH10339846A (en) 1998-12-22

Family

ID=15461806

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9148835A Pending JPH10339846A (en) 1997-06-06 1997-06-06 Optical scanner

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10339846A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110048644A (en) * 2019-05-17 2019-07-23 中国科学院沈阳自动化研究所 A kind of Linear actuator based on memory alloy wire

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110048644A (en) * 2019-05-17 2019-07-23 中国科学院沈阳自动化研究所 A kind of Linear actuator based on memory alloy wire
CN110048644B (en) * 2019-05-17 2023-12-12 中国科学院沈阳自动化研究所 Linear driver based on memory alloy wire

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5476589B2 (en) Optical scanning device
JP4691704B2 (en) Optical scanning device
JP2001519726A (en) Adjustment of dynamic characteristics of micromachined torsional vibrator
US20040256921A1 (en) Pulse drive of resonant MEMS devices
US3921045A (en) Damped torsional rod oscillator
JPWO2011074256A1 (en) Vibration element, optical scanning device, actuator device, video projection device, and image forming device
JPH10339846A (en) Optical scanner
JP3896657B2 (en) Optical scanning device
JP5188315B2 (en) Oscillator device, optical deflection device, and optical apparatus using the same
JP2006313216A (en) Oscillator device and optical deflector using the same
US3999833A (en) Amplitude controlled torsion rod oscillator for scanning mirror
JPH09138366A (en) Optical scanner
JPH103055A (en) Optical scanning device
JP2009198839A (en) Oscillator device
JPH09230275A (en) Optical scanner
JP2003033053A (en) Multidegree-of-freedom driving mechanism
JP2009265285A (en) Rocking member apparatus
JPH09230266A (en) Optical scanner
JPH09243942A (en) Optical scanner
JPH09218372A (en) Optical scanning device
JP2007171930A (en) Oscillating device, optical deflector and method of controlling the same
JP2003005123A (en) Optical scanner and driving method for optical scanner
JPH0993901A (en) Resonant bibrating motor
JP2010054652A (en) Optical scanner
US7072089B2 (en) Single torsional hinge mirror