WO2013175663A1

WO2013175663A1 - 光走査素子及び光走査装置

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Publication number: WO2013175663A1
Application number: PCT/JP2012/081246
Authority: WO
Inventors: 賢司田上
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2013-11-28

Abstract

　磁石のずれが抑制され、不要共振の励起が抑制された光走査素子を提供する。　支持体（１２）と、第１の磁石（３ａ）と、第２の磁石（３ｂ）と、光反射体（２）と、一対のねじり梁（１６及び１７）とを含み、支持体（１２）は、第１の磁石（３ａ）を保持するための第１の枠体（１４）と、第２の磁石（３ｂ）を保持するための第２の枠体（１５）とを有し、光反射体（２）は、支持体（１２）の第１の枠体（１４）と第２の枠体（１５）との中間の位置に装着され、第１の磁石（３ａ）、第２の磁石（３ｂ）及び光反射体（２）は、一対のねじり梁（１６及び１７）によって、同軸的に、支持体（１２）によって回動可能に支持され、第１の枠体（１４）及び第２の枠体（１５）は、その内形状の対応する各一辺が、前記同軸方向において同一直線上に並ぶように配置され、第１の磁石（３ａ）及び第２の磁石（３ｂ）は、その一辺が前記同一直線上に並ぶ前記内形状の一辺に接するように固定される光走査素子（１０）。

Description

光走査素子及び光走査装置

　本発明は、光走査素子及び光走査装置に関する。

　ねじり梁によってミラーを回動させることで光を走査する光走査素子は、レーザープリンタ、バーコードスキャナ、画像表示装置等で広く用いられている。画像表示装置では、デジタルサイネージ等の用途において、大画面を必要とする市場が拡大している。光ビームを走査して画像を表示する装置において、大画面を表示するためには、ミラーの振れ角を大きくする必要がある。また、ミラーの振れ角を大きくするためには、ミラーの駆動力を大きくする必要がある。大きな駆動力を得る方法として、磁石とコイルによる磁気力型駆動が知られ、種々の提案がなされている。磁気力型駆動の中でも、ミラーが搭載される可動部に磁石を、固定部にコイルを配する可動磁石型は、可動部から固定部への配線が不要である、駆動時にコイルから発生する熱が可動部に直接伝わらない等の利点があるため、種々の提案がなされている。特許文献１には、複数の磁石を有する可動磁石型の磁気力駆動型光走査素子が開示されている。特許文献１に記載された光走査素子は、可動部に設けられた矩形の貫通孔部に矩形の磁石を挿入し固定する手法を採っている。

特開２０１０－８５８８０号公報

　ねじり梁による回動を利用する光走査素子では、ねじり共振の他にいくつもの共振モードを有している。ねじり共振を用いて走査駆動を行っているときに他の不要共振が同時に起こることは、正確な光走査を行う上で好ましくない。特許文献１に記載された光走査素子は、磁石の位置決め機構を有していない。一般的に、組立てを考慮し、貫通孔の寸法は、磁石の寸法より大きくなっている。そのため、接着固定時に、磁石の貫通孔内での位置が定まらず、設計位置から磁石がずれ、可動部の重量バランスが崩れる原因となっていた。可動部の重量バランスの崩れは、ねじり共振以外の不要共振を励起する原因となり、正確な光走査が困難となる問題点があった。

　本発明の目的は、磁石のずれが抑制され、不要共振の励起が抑制された光走査素子及び光走査装置を提供することにある。

　前記目的を達成するために、本発明の光走査素子は、
支持体と、第１の磁石と、第２の磁石と、光反射体と、一対のねじり梁とを含み、
前記支持体は、前記第１の磁石を保持するための第１の枠体と、前記第２の磁石を保持するための第２の枠体とを有し、
前記光反射体は、前記支持体の前記第１の枠体と前記第２の枠体との中間の位置に装着され、
前記第１の磁石、前記第２の磁石及び前記光反射体は、前記一対のねじり梁によって、同軸的に、前記支持体によって回動可能に支持され、
前記第１の枠体及び前記第２の枠体は、その内形状の対応する各一辺が、前記同軸方向において同一直線上に並ぶように配置され、
前記第１の磁石及び前記第２の磁石は、その一辺が前記同一直線上に並ぶ前記内形状の一辺と接するように固定される。

　本発明によれば、磁石のずれが抑制され、不要共振の励起が抑制された光走査素子及び光走査装置を提供できる。

図１は、実施形態１の光走査素子を示す平面図である。図２は、実施形態１の光走査素子を示す分解斜視図である。図３は、実施形態１の光走査素子を示す斜視図である。図４は、図３に示す実施形態１の光走査素子のＩ－Ｉ方向に見た断面図である。図５は、実施形態１の光走査素子の動作方法を説明する断面図である。図６は、実施形態１の光走査素子の動作方法を説明する断面図である。図７は、光走査素子における磁石のＸ軸方向ずれを示す模式図である。図８は、光走査素子において磁石がＸ軸方向にずれたときの周波数応答を示すグラフである。図９は、光走査素子における磁石のＹ軸方向ずれの一例を示す模式図である。図１０は、光走査素子において磁石がＹ軸方向にずれたときの周波数応答の一例を示すグラフである。図１１は、光走査素子における磁石のＹ軸方向ずれのその他の例を示す模式図である。図１２は、光走査素子において磁石がＹ軸方向にずれたときの周波数応答のその他の例を示すグラフである。図１３は、光走査素子における磁石のＺ軸方向ずれを示す模式図である。図１４は、光走査素子において磁石がＺ軸方向にずれたときの周波数応答を示すグラフである。図１５は、実施形態１の光走査素子の周波数応答を示すグラフである。図１６は、実施形態２の光走査素子における磁石を示す図である。図１７は、実施形態２の光走査素子における磁石の固定方法を説明する断面図である。図１８は、実施形態３の光走査素子の一部を示す平面図である。図１９は、実施形態４の光走査素子における磁石の固定方法を説明する断面図である。図２０（Ａ）は、実施形態５の光走査素子の一部を示す平面図であり、図２０（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施形態５の光走査素子における磁石の固定方法を説明する平面図である。図２１は、実施形態６の光走査素子における磁石の固定方法を説明する断面図である。図２２は、実施形態７の光走査素子を示す分解斜視図である。図２３は、光走査装置における駆動制御回路及びコイルの例を示す図である。

　以下、本発明の光走査素子について、例を挙げて詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されない。なお、以下の図において、同一部分には、同一符号を付している。また、図面においては、説明の便宜上、各部の構造は適宜簡略化して示す場合があり、各部の寸法比等は、実際とは異なる場合がある。

（実施形態１）
　図１は、本実施形態の光走査素子を示す平面図である。図２は、本実施形態の光走査素子を示す分解斜視図である。図３は、本実施形態の光走査素子を示す斜視図である。図４は、図３に示す光走査素子のＩ－Ｉ方向に見た断面図である。図１～４に示すように、本実施形態の光走査素子１０は、支持体１２と、第１の磁石３ａと、第２の磁石３ｂと、光反射体２と、一対のねじり梁１６及び１７とを主要な構成要素として含む。支持体１２は、第１の磁石３ａを保持するための第１の枠体１４と、第２の磁石３ｂを保持するための第２の枠体１５とを有する。光反射体２は、支持体１２の第１の枠体１４と第２の枠体１５の中間に位置する光反射体装着部１１に装着されている。第１の磁石３ａ、第２の磁石３ｂ及び光反射体２は、一対のねじり梁１６及び１７によって、同軸的に、支持体１２によって回動可能に支持されている。第１の枠体１４及び第２の枠体１５は、その内形状の対応する各一辺１４ａ及び１５ａが、前記同軸方向（図１におけるＸ軸方向）において同一直線上に並ぶように配置されている。第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂは、その一辺が前記同一直線上に並ぶ前記内形状の一辺１４ａ及び１５ａに接するように固定される。

　本実施形態の光走査素子１０において、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの平面形状は、略同一の略矩形状である。すなわち、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂは、略同一の直方体又は立方体である。第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの大きさは、光反射体２を、本実施形態の光走査素子１０が適用されるレーザープリンタ、バーコードスキャナ、画像表示装置等の仕様に従って駆動する力を発生させ得る大きさである。具体的には、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの大きさは、例えば、幅が、１ｍｍ～１．５ｍｍの範囲であり、長さが、３ｍｍ～５ｍｍの範囲であり、厚みが、０．３ｍｍ～０．５ｍｍの範囲である。本実施形態の光走査素子１０においては、幅が、１ｍｍであり、長さが、３ｍｍであり、厚みが、０．５ｍｍである。第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂは、同一材料から形成されており、略同一の質量を有する。第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの形成材料及び質量は、特に制限されない。

　第１の枠体１４及び第２の枠体１５の平面形状は、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの平面形状より一回り大きな略同一の略矩形状である。第１の枠体１４及び第２の枠体１５の大きさは、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの幅Ｗｍｍ、長さＬｍｍに対して、幅はＷ＋δＷｍｍ、長さはＬ+δＬｍｍで表される。δＷとδＬは、それぞれ、０．１ｍｍ以下である。第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂを、第１の枠体１４及び第２の枠体１５に固定する方法については後述する。

　光反射体２としては、例えば、ガラス基板上に反射膜として誘電体多層膜をコーティングしたミラー等があげられる。図１～４に示す光走査素子１０では、光反射体２は、直方体状である。ただし、本発明の光走査素子は、これに限定されない。本発明の光走査素子において、光反射体の形状は、特に制限されず、例えば、円柱状、楕円柱状、立方体状、三角柱状、ｎ角柱状（ｎは、５以上の整数）等であってもよい。光反射体２の大きさは、本実施形態の光走査素子１０が適用されるレーザープリンタ、バーコードスキャナ、画像表示装置等の仕様から決定される。本実施形態の光走査素子１０においては、光反射体２の大きさは、幅が、２．５ｍｍであり、長さが、２ｍｍであり、厚みが、０．５ｍｍである。光反射体装着部１１は、光反射体２より大きく設計する必要があるが、光反射体２のずれを防止するために、光反射体２と略同じ大きさとすることが好ましい。

　支持体１２では、第１の枠体１４、第２の枠体１５、光反射体装着部１１、一対のねじり梁１６及び１７が、ばね性を有するステンレス製の金属薄板等、適度な剛性を有する材料基板を用いて、プレス、エッチング等の手法で相互に一体形成されている。支持体１２の構成の詳細については、後述する。一対のねじり梁１６及び１７の大きさは、本実施形態の光走査素子１０が適用されるレーザープリンタ、バーコードスキャナ、画像表示装置等の仕様と光反射体２の大きさから決定される。一対のねじり梁１６及び１７の大きさは、例えば、幅が、０．１ｍｍ～０．２ｍｍの範囲であり、長さが、４ｍｍ～６ｍｍの範囲であり、厚みが、０．１ｍｍ～０．２ｍｍの範囲である。

　図２～４に示すように、本実施形態の光走査素子１０では、支持体１２は、その左右両端部が、ベース４に固定されている。なお、図１では、便宜上、ベース４を省略している。

　図３及び図４に示すように、本実施形態の光走査素子１０は、さらに、第１の電磁石２０ａ及び第２の電磁石２０ｂを含む。なお、図１及び図２では、便宜上、第１の電磁石２０ａ及び第２の電磁石２０ｂを省略している。第１の電磁石２０ａは、第１のヨーク２１ａ及び第１のコイル２２ａを有する。第１のヨーク２１ａは、断面形状が略Ｃ字状であり、例えば、鉄系材料、フェライト材料等で形成され、その開口部でＸ軸に沿って第１の磁石３ａを挟み込むようにベース４上に配置されている。第１のコイル２２ａは、第１のヨーク２１ａに巻きつけられている。同様に、第２の電磁石２０ｂは、第２のヨーク２１ｂ及び第２のコイル２２ｂを有する。第２のヨーク２１ｂは、断面形状が略Ｃ字状であり、例えば、鉄系材料、フェライト材料等で形成され、その開口部でＸ軸に沿って第２の磁石３ｂを挟み込むようにベース４上に配置されている。第２のコイル２２ｂは、第２のヨーク２１ｂに巻きつけられている。第１のコイル２２ａ及び第２のコイル２２ｂの巻き方向は、同一である。

　つぎに、支持体１２の構成の詳細について、図１～４を参照して説明する。なお、図１及び図４において、Ｘ軸方向は、光反射体２の光反射面に平行で、一対のねじり梁１６及び１７の中心線（回動軸）と平行な方向である。また、図１において、Ｙ軸方向は、光反射体２の光反射面と平行で、Ｘ軸方向と直交する方向である。なお、図１～４には表していないが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向とする。

　光反射体装着部１１は、枠状に形成されており、光反射体２が接着固定される。一対のねじり梁１６及び１７は、それぞれ、第１の枠体１４及び第２の枠体１５の一端から互いに対向してＸ軸に沿って延在している。

　第１の枠体１４は、辺１４ａ、辺１４ｂ、辺１４ｃ及び辺１４ｄの四辺で形成されている。辺１４ａと辺１４ｂ、辺１４ｂと辺１４ｃ、辺１４ｃと辺１４ｄは、互いに直交している。第１の枠体１４を形成する四辺のうち、より長い辺１４ａ及び辺１４ｃは、一対のねじり梁１６及び１７と平行である。また、辺１４ａの一対のねじり梁１６及び１７の中心線からのＹ方向距離は、第１の磁石３ａの重心が前記中心線上に位置するように調整されている。さらに、第１の枠体１４を形成する四辺のうち、より短い辺１４ｂは、光反射体装着部１１に隣接している。

　同様に、第２の枠体１５は、辺１５ａ、辺１５ｂ、辺１５ｃ及び辺１５ｄの四辺で形成されている。辺１５ａと辺１５ｂ、辺１５ｂと辺１５ｃ、辺１５ｃと辺１５ｄは、互いに直交している。第２の枠体１５を形成する四辺のうち、より長い辺１５ａ及び辺１５ｃは、一対のねじり梁１６及び１７と平行である。また、辺１５ａの一対のねじり梁１６及び１７の中心線からのＹ方向距離は、第２の磁石３ｂの重心が前記中心線上に位置するように調整されている。さらに、第２の枠体１５を形成する四辺のうち、より短い辺１５ｂは、光反射体装着部１１に隣接している。

　本実施形態の光走査素子１０は、さらに、第１の磁石固定手段１８ａ及び第２の磁石固定手段１８ｂを含む。本実施形態の光走査素子１０において、第１の磁石固定手段１８ａ及び第２の磁石固定手段１８ｂは、それぞれ、付勢手段（板ばね）である。第１の磁石固定手段（板ばね）１８ａは、第１の枠体１４を形成する辺１４ｃ及び辺１４ｄがなす角部に前記第１の枠体１４と一体成型で形成されている。同様に、第２の磁石固定手段（板ばね）１８ｂは、第２の枠体１５を形成する辺１５ｃ及び辺１５ｄがなす角部に前記第２の枠体１５と一体成型で形成されている。

　第１の枠体１４に第１の磁石３ａを装着すると、図１に示すように、第１の磁石３ａの角部と第１の磁石固定手段（板ばね）１８ａとが当接する。これにより、第１の磁石固定手段（板ばね）１８ａが変形するとともに、第１の磁石３ａを、第１の枠体１４を形成する辺１４ａ及び辺１４ｂのなす角部に押し付ける付勢力が発生する。この付勢力により、第１の磁石３ａは、第１の枠体１４を形成する辺１４ａ及び辺１４ｂに押し付けられ、位置決めされる。同様に、第２の枠体１５に第２の磁石３ｂを装着すると、図１に示すように、第２の磁石３ｂの角部と第２の磁石固定手段（板ばね）１８ｂとが当接する。これにより、第２の磁石固定手段（板ばね）１８ｂが変形するとともに、第２の磁石３ｂを、第２の枠体１５を形成する辺１５ａ及び辺１５ｂのなす角部に押し付ける付勢力が発生する。この付勢力により、第２の磁石３ｂは、第２の枠体１５を形成する辺１５ａ及び辺１５ｂに押し付けられ、位置決めされる。この状態で、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂは、それぞれ、第１の枠体１４及び第２の枠体１５に接着剤等で固定される。第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの磁化方向は、同一である。

　なお、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの第１の枠体１４及び第２の枠体１５への装着時には、第１の磁石３ａの重心及び第２の磁石３ｂの重心と、一対のねじり梁１６及び１７の中心軸とのＺ方向位置が一致するように、図示しない外部の治具上に第１の磁石３ａ、第２の磁石３ｂ及び支持体１２が配置される。

　つぎに、図５及び図６を参照して、本実施形態の光走査素子１０の動作方法について説明する。なお、図５及び図６には、図４と同様に、第１の磁石３ａ、第１のヨーク２１ａ及び第１のコイル２２ａの配置位置における断面を示しているが、第２の磁石３ｂ、第２のヨーク２１ｂ及び第２のコイル２２ｂの動作方法は、第１の磁石３ａ、第１のヨーク２１ａ及び第１のコイル２２ａと同様である。

　第１のコイル２２ａに、外部の第１の駆動制御回路（図示せず）から駆動信号に基づく電流を供給すると、第１のヨーク２１ａの開口部に、図５に示すような磁極（図５においては、開口部上部にＳ極、下部にＮ極）が形成される。その結果、第１の磁石３ａのＮ極（図５においては、左側）が第１のヨーク２１ａのＳ極と引き合い、第１の磁石３ａのＳ極（図５においては、右側）が第１のヨーク２１ａのＮ極と引き合うことで、第１の磁石３ａは、右方向に回動する。これにより、光反射体２も、右方向に回動する。

　一方、第１のコイル２２ａに、図５と逆方向の電流を供給すると、図６に示すように、第１のヨーク２１ａの開口部に、図５と逆方向の磁極が発生する。その結果、第１の磁石３ａは、左方向に回動する。これにより、光反射体２も、左方向に回動する。

　以上から、第１のコイル２２ａに供給する電流の向きを所定の周波数で逆転させることで、光反射体２は、所定の周波数で往復振動を起こす。電流の向きの切り替え周波数が、一対のねじり梁１６及び１７、第１の磁石３ａ、第２の磁石３ｂ、第１の枠体１４、第２の枠体１５、光反射体２、並びに光反射体装着部１１からなる振動系が持つねじり共振周波数と一致したときにねじり共振を起こし、大きな振れ角で光反射体２の往復運動を起こす。

　つぎに、本実施形態の光走査素子１０で得られる不要共振の励起抑制効果について、図７～１５を参照して説明する。

　図７は、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂが設計位置よりＸ軸方向にずれたときの第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの位置を表す模式図であり、図８は、その時の光反射体２のねじり振動周波数応答図である。図８の矢印部に、不要共振がごくわずかに励起されている。

　図９は、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂが設計位置よりＹ軸方向にずれたときの第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの位置を表す模式図であり、図１０は、その時の光反射体２のねじり振動周波数応答図である。図９に示すように、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂは、Ｙ軸方向の互いに逆方向（図９において、第１の磁石３ａは上側、第２の磁石３ｂは下側）にずれている。図１０の矢印部に、不要共振が大きく励起されている。

　図１１は、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂが設計位置よりＹ軸方向にずれたときの第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの位置を表すその他の模式図であり、図１２は、その時の光反射体２のねじり振動周波数応答図である。図１１に示すように、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂは、Ｙ軸方向の同方向（図１１において、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂ共に下側）にずれている。図１２の矢印部に、不要共振がごくわずかに励起されている。

　図１３は、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂが設計位置からＺ軸方向にずれたときの第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの位置を表す模式図であり、図１４は、その時の光反射体２のねじり振動周波数応答図である。図１４の矢印部に、不要共振がわずかに励起されている。

　図１５は、本実施形態の光走査素子１０における光反射体２のねじり振動周波数応答図である。図１５に示すように、不要共振の励起は認められない。

　図１０に示すように、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂがＹ軸方向の互いに逆方向にずれたときに、不要共振が大きく励起される。前述のとおり、本実施形態の光走査素子１０では、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂがＹ軸方向の互いに逆方向にずれないように、第１の枠体１４を形成する辺１４ａ及び第２の枠体１５を形成する辺１５ａに押し付け固定している。加えて、本実施形態の光走査素子１０では、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂがＸ軸方向にずれないように、第１の枠体１４を形成する辺１４ｂ及び第２の枠体１５を形成する辺１５ｂに押し付け固定している。さらに、本実施形態の光走査素子１０では、第１の枠体１４を形成する辺１４ａ及び第２の枠体１５を形成する辺１５ａの一対のねじり梁１６及び１７の中心線からのＹ方向距離は、第１の磁石３ａの重心及び第２の磁石３ｂの重心が前記中心線上に位置するように調整されている。そのため、第１の磁石３ａの重心及び第２の磁石３ｂの重心と、一対のねじり梁１６及び１７の中心線との位置ずれは、ほとんど生じることがない。したがって、本実施形態の光走査素子１０によれば、重心バランスの崩れが生じることがなく、図１５に示すように、不要共振を励起することはない。

（実施形態２）
　図１６及び図１７に示すように、本実施形態の光走査素子は、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの厚み方向の一面にそれぞれ溝を形成し、第１の枠体１４の一辺および第２の枠体１５の一辺を前記溝に嵌め込むこと以外は、図１～４に示す実施形態１の光走査素子１０と同様である。図１６及び図１７において、図１～４と同一部分には同一符号を付している。なお、図１６及び図１７には、第１の磁石３ａのみを示しているが、第２の磁石３ｂの構成及び固定方法は、第１の磁石３ａと同様である。

　図１６に示すように、本実施形態の光走査素子では、第１の磁石３ａの第１の枠体１４と接する厚み方向の二面に、それぞれ、溝２６が形成されている。溝２６の幅は、第１の枠体１４の厚みより若干大きい。第１の磁石３ａを第１の枠体１４に装着すると、第１の磁石３ａは、第１の磁石固定手段（板ばね）１８ａに付勢されて第１の枠体１４を形成する辺１４ａ及び辺１４ｂに押圧される。このとき、第１の磁石３ａの溝２６に第１の枠体１４を形成する辺１４ａ及び辺１４ｂが嵌合する。この状態で、図１７に示すように、接着剤２７を用いて、第１の枠体１４に第１の磁石３ａを固定する。

　実施形態１の光走査素子１０では、第１の磁石３ａのＺ方向の位置決めは、外部の治具によっていたが、本実施形態の光走査素子によれば、第１の磁石３ａの厚み方向の二面に形成された溝２６に第１の枠体１４の一部を嵌合させることでＺ方向の位置決めがなされるため、外部の治具を必要としない。第２の磁石３ｂのＺ方向の位置決めについても同様である。なお、溝２６の幅は、第１の枠体１４の厚み及び第２の枠体１５の厚みよりも若干大きいため、第１の磁石３ａのＺ方向位置及び第２の磁石３ｂのＺ方向位置にはわずかな違いが生じることがある。しかし、前述のように、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂのＺ方向の位置ずれに対しては、不要共振の励起感度が鈍いことが判明している（図１３及び図１４）。そのため、本実施形態の光走査素子において第１の磁石３ａのＺ方向位置及び第２の磁石３ｂのＺ方向位置にはわずかな違いが生じても、それによる不要共振の励起はほとんど無視できる。

　図１６及び図１７に示す光走査素子では、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの厚み方向の二面に溝２６を形成しているが、溝２６をいずれか一面に形成するのみとしてもよい。

（実施形態３）
　図１８に示すように、本実施形態の光走査素子は、第１の磁石固定手段及び第２の磁石固定手段が、板ばね１８ａ及び１８ｂに代えて、第１の枠体１４及び第２の枠体１５とそれぞれ一体成型された付勢手段（山型のばね３０ａ及び３０ｂ）であること以外は、図１～４に示す実施形態１の光走査素子１０と同様である。図１８において、図１～４と同一部分には同一符号を付している。

　本実施形態の光走査素子では、第１の磁石３ａが第１の枠体１４に装着されると、第１の磁石３ａが山型のばね３０ａで付勢されて、第１の枠体１４を形成する辺１４ａに押し付けられ、第１の磁石３ａのＹ方向の位置決めがなされる。同様に、第２の磁石３ｂが第２の枠体１５に装着されると、第２の磁石３ｂが山型のばね３０ｂに付勢されて、第２の枠体１５を形成する辺１５ａに押し付けられ、第２の磁石３ｂのＹ方向の位置決めがなされる。

　実施形態１及び２の光走査素子では、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂのＸ方向及びＹ方向の位置決めを行っている。しかし、前述のように、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂのＸ方向の位置ずれに対しては、不要共振の励起感度が鈍いことが判明している（図７及び図８）。したがって、本実施形態の光走査素子のように、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂのＹ方向の位置決めのみとしても、不要共振の励起抑制効果は大きい。

　本実施形態の光走査素子において、実施形態２の光走査素子と同様に、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの厚み方向の面に溝を形成してもよい。その場合、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂのＺ方向の位置決めも同時になされるので、より高い不要共振の抑制効果が得られる。

（実施形態４）
　図１９に示すように、本実施形態の光走査素子は、第１の磁石固定手段及び第２の磁石固定手段が、板ばね１８ａ及び１８ｂに代えて、第１の枠体１４及び第２の枠体１５とは別個独立した部材である付勢手段（くさびばね３１）であること以外は、図１～４に示す実施形態１の光走査素子１０と同様である。図１９において、図１～４と同一部分には同一符号を付している。

　実施形態１～３の光走査素子では、第１の磁石固定手段及び第２の磁石固定手段は、第１の枠体１４及び第２の枠体１５と一体成型されている。これに対し、本実施形態の光走査素子では、図１９に示すように、第１の枠体１４とは別個独立した部材であるくさびばね３１を第１の磁石固定手段として用いる。くさびばね３１は、第１の枠体１４を形成する辺１４ｃと第１の磁石３ａとの間に挿入される。第１の磁石３ａは、くさびばね３１で付勢されて、第１の枠体１４を形成する辺１４ａに押し付けられて、Ｙ方向の位置決めがなされる。なお、図１９には、第１の枠体１４及び第１の磁石３ａのみを示しているが、第２の枠体１５及び第２の磁石３ｂの構成及びＹ方向の位置決めは、第１の枠体１４及び第１の磁石３ａと同様である。本実施形態の光走査素子によれば、第１の枠体１４及び第２の枠体１５を、単純な矩形とすることができる。

（実施形態５）
　図２０（Ａ）～（Ｃ）に示すように、本実施形態の光走査素子は、第１の磁石固定手段及び第２の磁石固定手段が、板ばね１８ａ及び１８ｂに代えて、接着手段（接着剤）であること以外は、図１～４に示す実施形態１の光走査素子１０と同様である。図２０（Ａ）～（Ｃ）において、図１～４と同一部分には同一符号を付している。

　図２０（Ａ）に示すように、本実施形態の光走査素子では、第１の枠体１４を形成する四辺１４ａ～１４ｄ及び第２の枠体１５を形成する四辺１５ａ～１５ｄの中央に、それぞれ、凹部３２が形成されている。四辺全ての中央に凹部３２を形成することで、第１の枠体１４と第２の枠体１５とで重量がアンバランスになるのを抑制できる。

　本実施形態の光走査素子における第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの装着手順は、つぎのとおりである。まず、図２０（Ｂ）に示すように、第１の枠体１４及び第２の枠体１５に、それぞれ、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂを挿入する。つぎに、図２０（Ｃ）に示すように、第１の枠体１４を形成する辺１４ａ及び第２の枠体１５を形成する辺１５ａの中央に設けられた凹部３２に接着剤２７を注入する。すると、接着剤２７は、毛細管現象により第１の磁石３ａと辺１４ａ及び第２の磁石３ｂと辺１５ａとの間隙部に広がり、第１の磁石３ａと辺１４ｂ、辺１４ｄ及び第２の磁石３ｂと辺１５ｂ、辺１５ｄとの間隙部まで回り込み、辺１４ｂ、辺１４ｄ及び辺１５ｂ、辺１５ｄの中央に形成された凹部３２を満たし、停止する。接着剤２７の注入量は、辺１４ｂ、辺１４ｄ及び辺１５ｂ、辺１５ｄの中央に形成された凹部３２を満たす量となるようにディスペンサ等で管理する。

　接着剤２７が第１の磁石３ａと辺１４ａ、辺１４ｂ、辺１４ｄとの間隙部を満たすと同時に、表面張力により、第１の磁石３ａは、辺１４ａに引き寄せられ、辺１４ａと接触し、位置決めされる。辺１４ｂ及び辺１４ｄの中央に形成された凹部３２を満たした接着剤２７による第１の磁石３ａを吸い寄せる力は、互いに逆方向であるため打ち消される。

　同様に、接着剤２７が第２の磁石３ｂと辺１５ａ、辺１５ｂ、辺１５ｄとの間隙部を満たすと同時に、表面張力により、第２の磁石３ｂは、辺１５ａに引き寄せられ、辺１５ａと接触し、位置決めされる。辺１５ｂ及び辺１５ｄの中央に形成された凹部３２を満たした接着剤２７による第２の磁石３ｂを吸い寄せる力は、互いに逆方向であるため打ち消される。

　この状態で接着剤２７を固化させ、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂを固定する。接着剤２７の固化後、残った間隙部に接着剤を注入、固化し、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂの固定は完了する。

　本実施形態の光走査素子では、実施形態１～３の光走査素子のように、第１の枠体及び第２の枠体と一体成型される付勢手段を必要としない。そのため、支持体１２を成型する型を簡便な形状とし、安価に成型できる。また、実施形態４の光走査素子のように、別個独立したくさびばねを必要としないため、部品点数を削減でき、光走査素子を安価に製造できる。

（実施形態６）
　図２１（Ａ）～（Ｄ）に示すように、本実施形態の光走査素子は、第１の磁石及び第２の磁石の厚み方向の面に形成された溝に嵌め込まれた第１の枠体及び第２の枠体が、それぞれ、第１の磁石及び第２の磁石の厚み方向の面に熱可塑性樹脂で接着されていること以外は、図１６及び図１７に示す実施形態２の光走査素子と同様である。図２１（Ａ）～（Ｄ）において、図１６及び図１７と同一部分には同一符号を付している。なお、図２１（Ａ）～（Ｄ）には、第１の磁石３ａのみを示しているが、第２の磁石３ｂの構成及び固定方法は、第１の磁石３ａと同様である。

　図２１（Ａ）に示すように、本実施形態の光走査素子に用いられる第１の磁石３ａには、実施形態２の光走査素子と同様に、第１の枠体１４と接する厚み方向の二面に、それぞれ、溝２６が形成されている。溝２６の幅は、第１の枠体１４の厚みより若干大きい。本実施形態の光走査素子では、溝２６に熱可塑性樹脂３５が充填される。本実施形態の光走査素子における第１の磁石３ａの装着手順は、つぎのとおりである。

　まず、図２１（Ｂ）に示すように、第１の磁石３ａの厚み方向の二面に形成された溝２６に充填された熱可塑性樹脂に、第１の枠体１４を形成する辺１４ａ及び辺１４ｂを接触させる。この状態で、溝２６に温風を当てる。すると、溝２６に充填された熱可塑性樹脂３５が溶けるとともに、表面張力により、第１の磁石３ａは、辺１４ａへと引き寄せられ、図２１（Ｃ）に示すように、溝２６に第１の枠体１４が嵌合する。この状態で温風を停止し、熱可塑性樹脂３５を固化させた後、図２１（Ｄ）に示すように、残った間隙部に接着剤３６を注入、固化させて、第１の磁石３ａの固定は完了する。

（実施形態７）
　本実施形態の光走査素子は、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂが略同一の直方体又は立法体であるのに代えて、スペーサを用いて重量バランスを取っていること以外は、図１～４に示す実施形態１の光走査素子１０と同様である。図２２を参照して、本実施形態の光走査素子について説明する。図２２において、図１～４と同一部分には同一符号を付している。

　図２２に示すように、本実施形態の光走査素子では、第２の磁石３ｂの長さが、第１の磁石３ａの長さよりも短く、第１の枠体（第１の磁石装着部）１４には、第１の磁石３ａのみを装着しているのに対し、第２の枠体（第２の磁石装着部）１５には、第２の磁石３ｂに加え、２つのスペーサ４０を装着することで、重量バランスを取っている。２つのスペーサ４０は、第２の磁石３ｂと同一材料であることが好ましい。スペーサ４０の数は、２つに限られず、重量バランスさえ取れれば、１つとしてもよいし、３つ以上としてもよい。

（実施形態８）
　本発明の光走査素子の用途は、特に制限されず、例えば、光走査型画像表示装置、レーザープリンタ、バーコードスキャナ等に幅広く適用可能である。図２３（ａ）～（ｃ）を用いて、本発明の光走査装置における駆動制御回路及びコイルについて説明する。なお、図２３（ａ）～（ｃ）において、第１のコイル２２ａ及び第２のコイル２２ｂは、模式的に示したものであり、実際の巻き数を示すものではない。

　本発明の光走査装置に搭載される光走査素子において、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂが、同一形状及び同一素材である場合には、例えば、図２３（ａ）に示すように、第１のコイル２２ａ及び第２のコイル２２ｂの巻き数を同じとし、光走査装置の駆動制御回路５０を一つとする。

　本発明の光走査装置に搭載される光走査素子において、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂが、異なる形状及び／又は異なる素材であるが、同じ電磁力を作用させるべき場合には、例えば、図２３（ｂ）に示すように、第１のコイル２２ａ及び第２のコイル２２ｂの巻き数を同じとし、光走査装置の駆動制御回路５０を二つとする。

　本発明の光走査装置に搭載される光走査素子において、第１の磁石３ａ及び第２の磁石３ｂが、異なる形状及び／又は異なる素材であり、異なる電磁力を作用させるべき場合には、例えば、図２３（ｃ）に示すように、第１のコイル２２ａ及び第２のコイル２２ｂの巻き数を変え、光走査装置の駆動制御回路５０を一つとする。

　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

　この出願は、２０１２年５月２２日に出願された日本出願特願２０１２－１１６９９９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

２　光反射体
４　ベース
３ａ　第１の磁石
３ｂ　第２の磁石
１０　光走査素子
１１　光反射体装着部
１２　支持体
１４　第１の枠体（第１の磁石装着部）
１５　第２の枠体（第２の磁石装着部）
１６、１７　ねじり梁
１８ａ、１８ｂ、３０ａ、３０ｂ、３１　磁石固定手段（付勢手段）
２０ａ　第１の電磁石
２０ｂ　第２の電磁石
２１ａ　第１のヨーク
２１ｂ　第２のヨーク
２２ａ　第１のコイル
２２ｂ　第２のコイル
２６　　溝
２７、３６　接着剤
３２　凹部
３５　熱可塑性樹脂
４０　スペーサ
５０　駆動制御回路

Claims

支持体と、第１の磁石と、第２の磁石と、光反射体と、一対のねじり梁とを含み、
前記支持体は、前記第１の磁石を保持するための第１の枠体と、前記第２の磁石を保持するための第２の枠体とを有し、
前記光反射体は、前記支持体の前記第１の枠体と前記第２の枠体との中間の位置に装着され、
前記第１の磁石、前記第２の磁石及び前記光反射体は、前記一対のねじり梁によって、同軸的に、前記支持体によって回動可能に支持され、
前記第１の枠体及び前記第２の枠体は、その内形状の対応する各一辺が、前記同軸方向において同一直線上に並ぶように配置され、
前記第１の磁石及び前記第２の磁石は、その一辺が前記同一直線上に並ぶ前記内形状の一辺に接するように固定される、光走査素子。
さらに、磁石固定手段を含み、
前記磁石固定手段により、前記第１の磁石及び前記第２の磁石の前記一辺が前記同一直線上に並ぶ前記内形状の一辺に接するように固定される、請求項１記載の光走査素子。
前記磁石固定手段は、前記同一直線上に並ぶ前記内形状の各一辺に前記第１の磁石及び前記第２の磁石の一辺が接するように前記第１の磁石及び前記第２の磁石に付勢力を付与する付勢手段である、請求項１又は２記載の光走査素子。
前記付勢手段は、前記第１の枠体及び前記第２の枠体と一体成型されている、請求項３記載の光走査素子。
前記付勢手段は、前記第１の枠体及び前記第２の枠体とは別個の独立した部材である、請求項３記載の光走査素子。
前記磁石固定手段は、前記第１の磁石及び前記第２の磁石の厚み方向の一面にそれぞれ形成された溝であり、
前記第１の枠体の一辺及び前記第２の枠体の一辺を、それぞれ、前記溝に嵌め込む、請求項２から５のいずれか一項に記載の光走査素子。
前記溝に一辺を嵌め込まれた前記第１の枠体及び前記第２の枠体が、それぞれ、前記第１の磁石及び前記第２の磁石の厚み方向の一面に熱可塑性樹脂で接着されている、請求項６記載の光走査素子。
前記磁石固定手段は、前記同一線上に並ぶ前記内形状の一辺に前記磁石の一辺を接着させる接着手段である、請求項２記載の光走査素子。
さらに、第１の電磁石と、第２の電磁石とを含み、
前記第１の電磁石は、前記第１の磁石に電磁力を作用させ、
前記第２の電磁石は、前記第２の磁石に電磁力を作用させる、請求項１から８のいずれか一項に記載の光走査素子。
支持体と、第１の磁石装着部と、第２の磁石装着部と、光反射体と、一対のねじり梁と、第１の電磁石と、第２の電磁石とを含み、
前記第１の磁石装着部には、第１の磁石が装着され、
前記第２の磁石装着部には、第２の磁石が装着され、
前記支持体は、前記第１の磁石装着部と、前記第２の磁石装着部とを有し、
前記光反射体は、前記支持体の前記第１の磁石装着部と前記第２の磁石装着部との中間の位置に装着され、
前記第１の電磁石は、前記第１の磁石に電磁力を作用させ、
前記第２の電磁石は、前記第２の磁石に電磁力を作用させ、
前記第１の磁石装着部、前記第２の磁石装着部及び前記光反射体は、前記一対のねじり梁によって、同軸的に、前記支持体によって回動可能に支持され、
前記第１の磁石装着部の重心及び前記第２の磁石装着部の重心は、前記同軸方向において同一直線上に並ぶように配置され、
前記第１の磁石における前記電磁力作用点及び前記第２の磁石における前記第２の電磁力作用点は、前記同軸方向において同一直線上に並ぶように配置される、光走査素子。
前記第１の磁石装着部の慣性モーメント及び前記第２の磁石装着部の慣性モーメントは、略同一である、請求項１０記載の光走査素子。
前記第１の磁石装着部の重心で直交する３つの軸をｘ軸、ｙ軸及びｚ軸としたときの各軸に対する慣性モーメントをＩ１ｘ、Ｉ１ｙ及びＩ１ｚとし、
前記第２の磁石装着部の前記各軸に対する慣性モーメントをＩ２ｘ、Ｉ２ｙ及びＩ２ｚとしたとき、
前記Ｉ１ｘ及び前記Ｉ２ｘが略同一であり、
前記Ｉ１ｙ及び前記Ｉ２ｙが略同一であり、
前記Ｉ１ｚ及び前記Ｉ２ｚが略同一である、請求項１０又は１１記載の光走査素子。
前記同軸方向と直交する二方向をＸ軸方向及びＺ軸方向としたとき、
前記第１の磁石装着部のＸ軸方向の重心と前記回動軸との距離及び前記第２の磁石装着部のＸ軸方向の重心と前記回動軸との距離とが略同一であり、
前記第１の磁石装着部のＺ軸方向の重心と前記回動軸との距離及び前記第２の磁石装着部のＺ軸方向の重心と前記回動軸との距離とが略同一である、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の光走査素子。
前記第１の磁石及び前記第２の磁石は、同一材料から形成されている、請求項１から１３のいずれか一項に記載の光走査素子。
前記第１の磁石及び前記第２の磁石は、平面形状が略矩形状である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の光走査素子。
前記第１の磁石及び前記第２の磁石は、略同一の大きさ及び形状を有する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の光走査素子。
前記第１の磁石及び前記第２の磁石は、略同一の質量を有する、請求項１から１６のいずれか一項に記載の光走査素子。
前記第１の磁石装着部及び前記第２の磁石装着部は、略同一の質量を有する、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の光走査素子。
請求項１から１８のいずれか一項に記載の光走査素子を含む、光走査装置。
さらに、駆動制御回路を含み、
前記駆動制御回路は、前記第１の磁石及び前記第２の磁石の回動を制御する、請求項１９記載の光走査装置。
さらに、第１の駆動制御回路及び第２の駆動制御回路を含み、
前記第１の駆動制御回路は、前記第１の磁石の回動を制御し、
前記第２の駆動制御回路は、前記第２の磁石の回動を制御する、請求項１９記載の光走査装置。
光走査型画像表示装置である、請求項１９から２１のいずれか一項に記載の光走査装置。