JP2001249300A - 光スキャナ - Google Patents
光スキャナInfo
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- JP2001249300A JP2001249300A JP2000060742A JP2000060742A JP2001249300A JP 2001249300 A JP2001249300 A JP 2001249300A JP 2000060742 A JP2000060742 A JP 2000060742A JP 2000060742 A JP2000060742 A JP 2000060742A JP 2001249300 A JP2001249300 A JP 2001249300A
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- Japan
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- optical scanner
- mirror
- rotation axis
- scanner according
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ミラー部の軽量化を図るとともに、反りが生
じにくいミラー構造とし、これにより、共振周波数を劣
化させることなく、ミラー部の振幅を大きくとって、光
スキャナの動作の高速化を図る。 【解決手段】 光スキャナ1は、入射光を反射させるミ
ラー部4を回転軸回りに回転させて反射光を走査するも
のであり、フレーム2,梁3及びミラー部4がいったい
成形されている。このミラー部の4裏面には、複数の凹
部が形成されている。凹部は帯状,マトリクス状,ハニ
カム状など様々な形状でエッチング処理されている。
じにくいミラー構造とし、これにより、共振周波数を劣
化させることなく、ミラー部の振幅を大きくとって、光
スキャナの動作の高速化を図る。 【解決手段】 光スキャナ1は、入射光を反射させるミ
ラー部4を回転軸回りに回転させて反射光を走査するも
のであり、フレーム2,梁3及びミラー部4がいったい
成形されている。このミラー部の4裏面には、複数の凹
部が形成されている。凹部は帯状,マトリクス状,ハニ
カム状など様々な形状でエッチング処理されている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、入射光を反射させ
るミラー部を回転軸回りに回転させて反射光を走査する
光スキャナに係り、特にミラー部の軽量化及び高速動作
を可能にした光スキャナに関するものである。
るミラー部を回転軸回りに回転させて反射光を走査する
光スキャナに係り、特にミラー部の軽量化及び高速動作
を可能にした光スキャナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】レーザ走査型線幅測定装置等では、音叉
に取り付けたミラーあるいはポリゴンミラーを用いてレ
ーザビームを走査している。近年、音叉ミラーやポリゴ
ンミラーの代わりに、マイクロマシン技術を用いた小型
軽量の光スキャナが提案されている。
に取り付けたミラーあるいはポリゴンミラーを用いてレ
ーザビームを走査している。近年、音叉ミラーやポリゴ
ンミラーの代わりに、マイクロマシン技術を用いた小型
軽量の光スキャナが提案されている。
【0003】図15(a)は、従来の光スキャナ51の
正面図,同図(b)はA−A’断面図,同図(c)はB
−B’断面図,図16は光スキャナの全体斜視図であ
る。この光スキャナ51はSiからなり、図15及び図
16に示すように、エッチング処理によりフレーム5
2,梁53,及びミラー部54が形成されている。光ス
キャナ51のミラー部54の寸法を、縦を2×a,横を
2×bとし、梁53の回転軸方向の長さをL,幅をcと
し、ミラー部54の厚さをdとする。Siの密度をρと
すると、ミラー部54の質量Mは、 M=4abρd・・・・・・・・・・・・・・・・(1) となる。よって、ミラー部54のモーメントIは、 I=(M/3)・a2 ・・・・・・・・・・・・・(2) となる。また、ミラー部54のバネ定数Kは、Siの材
料定数をGとすると、 K=(G/2L)・{cd(c2 +d2 )/12}・・・(3) となる。よって、光スキャナ51の共振周波数fは、 f=(1/2π)・(K/I)1/2 ・・・・・・・(4) となり、一般的に共振周波数fは1KHz程度である。
正面図,同図(b)はA−A’断面図,同図(c)はB
−B’断面図,図16は光スキャナの全体斜視図であ
る。この光スキャナ51はSiからなり、図15及び図
16に示すように、エッチング処理によりフレーム5
2,梁53,及びミラー部54が形成されている。光ス
キャナ51のミラー部54の寸法を、縦を2×a,横を
2×bとし、梁53の回転軸方向の長さをL,幅をcと
し、ミラー部54の厚さをdとする。Siの密度をρと
すると、ミラー部54の質量Mは、 M=4abρd・・・・・・・・・・・・・・・・(1) となる。よって、ミラー部54のモーメントIは、 I=(M/3)・a2 ・・・・・・・・・・・・・(2) となる。また、ミラー部54のバネ定数Kは、Siの材
料定数をGとすると、 K=(G/2L)・{cd(c2 +d2 )/12}・・・(3) となる。よって、光スキャナ51の共振周波数fは、 f=(1/2π)・(K/I)1/2 ・・・・・・・(4) となり、一般的に共振周波数fは1KHz程度である。
【0004】ここで光スキャナ51の高速動作を実現す
るために、ミラー部54の厚みdを薄くしてミラー部5
4自体の質量Mを軽くすると、共振周波数fを高くする
ことができる。しかしその反面、駆動時にミラー部54
が反ってしまい、平行ビームが得られにくくなる。
るために、ミラー部54の厚みdを薄くしてミラー部5
4自体の質量Mを軽くすると、共振周波数fを高くする
ことができる。しかしその反面、駆動時にミラー部54
が反ってしまい、平行ビームが得られにくくなる。
【0005】また、逆にミラー部54の厚さdを厚くす
ると、梁53の剛性が高くなり、触れ角θが狭くなった
り、質量Mの増加により共振周波数fの劣化が生じたり
する。
ると、梁53の剛性が高くなり、触れ角θが狭くなった
り、質量Mの増加により共振周波数fの劣化が生じたり
する。
【0006】更に、梁53の長さLは最大振れ角θ(こ
れ以上振れると破壊する角度)に比例するので、最大振
れ角θを大きくとるために梁の長さLを大きくする。
a,b,c,dを一定とすると、(1)式と(4)式か
ら、共振周波数fは、 f=(1/2π)・〔{Gcd(c2 +d2 )}/24LI)〕1/2 =A・(1/LI)1/2 (但し、Aは定数)・・・・・・(5) 梁の長さLと最大振れ角θは比例関係にあるため、
(5)式は、 f=A・(1/Iθ)1/2 (但し、Aは定数)・・・・・・(6) となる。したがって、最大振れ角θは、 θ=(B/I)・(1/f2 )(但し、Bは定数)・・・・(7) となる。
れ以上振れると破壊する角度)に比例するので、最大振
れ角θを大きくとるために梁の長さLを大きくする。
a,b,c,dを一定とすると、(1)式と(4)式か
ら、共振周波数fは、 f=(1/2π)・〔{Gcd(c2 +d2 )}/24LI)〕1/2 =A・(1/LI)1/2 (但し、Aは定数)・・・・・・(5) 梁の長さLと最大振れ角θは比例関係にあるため、
(5)式は、 f=A・(1/Iθ)1/2 (但し、Aは定数)・・・・・・(6) となる。したがって、最大振れ角θは、 θ=(B/I)・(1/f2 )(但し、Bは定数)・・・・(7) となる。
【0007】したがって、(7)式より、最大振れ角θ
と共振周波数f2 は反比例の関係にあるため、最大振れ
角θを大きくすると、共振周波数fが劣化してしまうこ
ととなる。
と共振周波数f2 は反比例の関係にあるため、最大振れ
角θを大きくすると、共振周波数fが劣化してしまうこ
ととなる。
【0008】また、大きな駆動力を磁気駆動で得ようと
した場合、大きなバイアス電流が必要になり、発熱など
で駆動コイルにより駆動コイルの焼損を招きやすいとい
う問題点を有していた。
した場合、大きなバイアス電流が必要になり、発熱など
で駆動コイルにより駆動コイルの焼損を招きやすいとい
う問題点を有していた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点を
除くためになされたものであって、その目的とするとこ
ろは、ミラー部の裏面に、少なくとも回転軸に対して直
交する方向に複数の凹部を形成することにより、ミラー
部の軽量化を図るとともに、反りが生じにくいミラー構
造とすることにある。これにより、共振周波数を劣化さ
せることなく、ミラー部の最大振幅を大きくとって、光
スキャナの動作の高速化を図ることにある。
除くためになされたものであって、その目的とするとこ
ろは、ミラー部の裏面に、少なくとも回転軸に対して直
交する方向に複数の凹部を形成することにより、ミラー
部の軽量化を図るとともに、反りが生じにくいミラー構
造とすることにある。これにより、共振周波数を劣化さ
せることなく、ミラー部の最大振幅を大きくとって、光
スキャナの動作の高速化を図ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】要するに、本発明の請求
項1記載の光スキャナは、入射光を反射させるミラー部
を回転軸回りに回転させて反射光を走査する光スキャナ
において、前記ミラー部の裏面に複数の凹部が形成され
ていることを特徴とする。
項1記載の光スキャナは、入射光を反射させるミラー部
を回転軸回りに回転させて反射光を走査する光スキャナ
において、前記ミラー部の裏面に複数の凹部が形成され
ていることを特徴とする。
【0011】本発明の請求項2記載の光スキャナは、請
求項1記載の光スキャナにおいて、前記凹部が、少なく
とも前記回転軸に対して直交する方向に沿った帯状であ
ることを特徴とする。
求項1記載の光スキャナにおいて、前記凹部が、少なく
とも前記回転軸に対して直交する方向に沿った帯状であ
ることを特徴とする。
【0012】本発明の請求項3記載の光スキャナは、請
求項1記載の光スキャナにおいて、前記凹部が、マトリ
クス状に配列されるように形成されていることを特徴と
する。
求項1記載の光スキャナにおいて、前記凹部が、マトリ
クス状に配列されるように形成されていることを特徴と
する。
【0013】本発明の請求項4記載の光スキャナは、請
求項1記載の光スキャナにおいて、前記凹部がハニカム
状に配列されるように形成されていることを特徴とす
る。
求項1記載の光スキャナにおいて、前記凹部がハニカム
状に配列されるように形成されていることを特徴とす
る。
【0014】本発明の請求項5記載の光スキャナは、請
求項3又は4記載の光スキャナにおいて、前記凹部の形
状が多角形であることを特徴とする。
求項3又は4記載の光スキャナにおいて、前記凹部の形
状が多角形であることを特徴とする。
【0015】本発明の請求項6記載の光スキャナは、請
求項3又は4記載の光スキャナにおいて、前記凹部の形
状が略円形であることを特徴とする。
求項3又は4記載の光スキャナにおいて、前記凹部の形
状が略円形であることを特徴とする。
【0016】本発明の請求項7記載の光スキャナは、請
求項3〜6のいずれかに記載の光スキャナにおいて、前
記凹部の大きさが、前記回転軸から該回転軸に対して直
交する方向に離れるにしたがって、相対的に小さくなる
ように形成されていることを特徴とする。
求項3〜6のいずれかに記載の光スキャナにおいて、前
記凹部の大きさが、前記回転軸から該回転軸に対して直
交する方向に離れるにしたがって、相対的に小さくなる
ように形成されていることを特徴とする。
【0017】本発明の請求項8記載の光スキャナは、請
求項3〜6のいずれかに記載の光スキャナにおいて、前
記凹部はICPエッチング法で形成されていることを特
徴とする。
求項3〜6のいずれかに記載の光スキャナにおいて、前
記凹部はICPエッチング法で形成されていることを特
徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明による光スキャナの第一実
施の形態を説明する。図1(a)は、光スキャナの正面
図,同図(b)はA−A’断面図,同図(c)はB−
B’断面図,図2は光スキャナの裏面からみた全体斜視
図である。
施の形態を説明する。図1(a)は、光スキャナの正面
図,同図(b)はA−A’断面図,同図(c)はB−
B’断面図,図2は光スキャナの裏面からみた全体斜視
図である。
【0019】Si基板はエッチング処理されて、図1及
び図2に示すように、フレーム2,梁3及びミラー部4
の外形が一体形成されている。光スキャナ1の厚みd1
は250〔μm〕〜400〔μm〕程度である。そし
て、梁3及びミラー部4に対しては、エッチング時間を
調整して、その厚みd2を100〔μm〕〜250〔μ
m〕程度にする。
び図2に示すように、フレーム2,梁3及びミラー部4
の外形が一体形成されている。光スキャナ1の厚みd1
は250〔μm〕〜400〔μm〕程度である。そし
て、梁3及びミラー部4に対しては、エッチング時間を
調整して、その厚みd2を100〔μm〕〜250〔μ
m〕程度にする。
【0020】ミラー部4は方形である。ミラー部4の外
形寸法は、縦2×a1000〔μm〕〜2000〔μ
m〕程度、横2×b2000〔μm〕〜4000〔μ
m〕程度である。一対の梁3,3はミラー部4の対向す
る辺に形成されてミラー部4を回転させる回転軸とな
る。梁3の外形寸法は、縦L200〔μm〕〜400
〔μm〕程度、横c100〔μm〕〜250〔μm〕程
度である。ミラー部4は回転軸に対し左右非対称の質量
分布を有する。
形寸法は、縦2×a1000〔μm〕〜2000〔μ
m〕程度、横2×b2000〔μm〕〜4000〔μ
m〕程度である。一対の梁3,3はミラー部4の対向す
る辺に形成されてミラー部4を回転させる回転軸とな
る。梁3の外形寸法は、縦L200〔μm〕〜400
〔μm〕程度、横c100〔μm〕〜250〔μm〕程
度である。ミラー部4は回転軸に対し左右非対称の質量
分布を有する。
【0021】ミラー部4の表面は研磨されて鏡面が形成
されている。ミラー部4の裏面には、複数の帯状の凹部
5が回転軸と直交する方向に形成されている。帯状の凹
部5は、エッチング処理により形成される。特に、IC
P(Inductively Coupled Plasma)装置を用いたプラズ
マエッチングによるエッチング処理は、通常のエッチン
グに比し、ミラー部4の裏面に対して垂直にエッチング
処理できるので、光スキャナ1の軽量化の点で好まし
い。ここで凹部5の深さd3は80〔μm〕〜230
〔μm〕程度にする。また、隣接する凹部5,5の間
隔、すなわち凸部の幅eは、50〔μm〕〜100〔μ
m〕程度にする。
されている。ミラー部4の裏面には、複数の帯状の凹部
5が回転軸と直交する方向に形成されている。帯状の凹
部5は、エッチング処理により形成される。特に、IC
P(Inductively Coupled Plasma)装置を用いたプラズ
マエッチングによるエッチング処理は、通常のエッチン
グに比し、ミラー部4の裏面に対して垂直にエッチング
処理できるので、光スキャナ1の軽量化の点で好まし
い。ここで凹部5の深さd3は80〔μm〕〜230
〔μm〕程度にする。また、隣接する凹部5,5の間
隔、すなわち凸部の幅eは、50〔μm〕〜100〔μ
m〕程度にする。
【0022】また、上記実施の形態において、ミラー部
4裏面をエッチング処理して凹部5を形成していたが、
図3に示すように、ミラー部4の厚さd1を薄くして、
ミラー部4裏面上に、回転軸と直交する方向に沿って、
複数の帯状の凸部5となる補強部材6を接合してもよ
い。これにより補強部材6と補強部材6との間が凹部5
となる。この場合、補強部材6の材質としては、光スキ
ャナ1の材質であるSiと同等又はそれ以下の質量とな
る材質、例えばエボキシ系,樹脂系の材質が選ばれる。
4裏面をエッチング処理して凹部5を形成していたが、
図3に示すように、ミラー部4の厚さd1を薄くして、
ミラー部4裏面上に、回転軸と直交する方向に沿って、
複数の帯状の凸部5となる補強部材6を接合してもよ
い。これにより補強部材6と補強部材6との間が凹部5
となる。この場合、補強部材6の材質としては、光スキ
ャナ1の材質であるSiと同等又はそれ以下の質量とな
る材質、例えばエボキシ系,樹脂系の材質が選ばれる。
【0023】次に、本発明による光スキャナの第二実施
の形態について説明する。なお、第一実施の形態と同等
部分の説明は省略する。図4及び図5に示すように、光
スキャナ11は、フレーム12,梁13及びミラー部1
4で構成されている。フレーム12,梁13及びミラー
部14はSiで一体成形されている。一対の梁13,1
3はミラー部14の対向する辺に形成されてミラー部1
4を回転させる回転軸となる。
の形態について説明する。なお、第一実施の形態と同等
部分の説明は省略する。図4及び図5に示すように、光
スキャナ11は、フレーム12,梁13及びミラー部1
4で構成されている。フレーム12,梁13及びミラー
部14はSiで一体成形されている。一対の梁13,1
3はミラー部14の対向する辺に形成されてミラー部1
4を回転させる回転軸となる。
【0024】ミラー部14の裏面には、図4及び図5に
示すように、マトリクス状に配列されている凹部15が
形成されている。各凹部15は、エッチング処理により
形成される。第一実施の形態と同様、ICP(Inductiv
ely Coupled Plasma)装置を用いたプラズマエッチング
によりミラー部の裏面に対して垂直にエッチング処理し
てもよい。
示すように、マトリクス状に配列されている凹部15が
形成されている。各凹部15は、エッチング処理により
形成される。第一実施の形態と同様、ICP(Inductiv
ely Coupled Plasma)装置を用いたプラズマエッチング
によりミラー部の裏面に対して垂直にエッチング処理し
てもよい。
【0025】隣接する凹部15,15の間隔eは、50
〔μm〕〜100〔μm〕程度にする。図4及び図5で
は、凹部15が正方形となっているが、円(楕円含む)
や多角形であってもよい。また、図4及び図5では、凹
部15の大きさはすべて同一であるが、図6に示すよう
に、回転軸近傍の凹部15を大きくして、回転軸の垂直
方向に離れるにしたがって、その大きさが小さくなるよ
うに形成してもよい。これにより、ミラー部14裏面の
回転軸に対して直交する方向に生じる反りをより抑える
ことができる。
〔μm〕〜100〔μm〕程度にする。図4及び図5で
は、凹部15が正方形となっているが、円(楕円含む)
や多角形であってもよい。また、図4及び図5では、凹
部15の大きさはすべて同一であるが、図6に示すよう
に、回転軸近傍の凹部15を大きくして、回転軸の垂直
方向に離れるにしたがって、その大きさが小さくなるよ
うに形成してもよい。これにより、ミラー部14裏面の
回転軸に対して直交する方向に生じる反りをより抑える
ことができる。
【0026】なお、図7に示すように、第一実施の形態
と同様ミラー部14裏面に補強部材16を接合させても
よい。この場合の補強部材16は格子形状となってお
り、格子に囲まれた部分がマトリクス状の凹部15とな
る。
と同様ミラー部14裏面に補強部材16を接合させても
よい。この場合の補強部材16は格子形状となってお
り、格子に囲まれた部分がマトリクス状の凹部15とな
る。
【0027】次に、本発明による光スキャナの第三実施
の形態について説明する。なお、第一及び第二実施の形
態と同等部分の説明は省略する。図8及び図9に示すよ
うに、光スキャナ21は、フレーム22,梁23及びミ
ラー部24で構成されている。フレーム22,梁23及
びミラー部24はSiで一体成形されている。一対の梁
23,23はミラー部24の対向する辺に形成されてミ
ラー部24を回転させる回転軸となる。
の形態について説明する。なお、第一及び第二実施の形
態と同等部分の説明は省略する。図8及び図9に示すよ
うに、光スキャナ21は、フレーム22,梁23及びミ
ラー部24で構成されている。フレーム22,梁23及
びミラー部24はSiで一体成形されている。一対の梁
23,23はミラー部24の対向する辺に形成されてミ
ラー部24を回転させる回転軸となる。
【0028】図8及び図9に示すように、ミラー部24
の裏面には、ハニカム状に配列されている凹部25が形
成されている。各凹部25は、エッチング処理により形
成されるが、第一及び第二実施の形態と同様、ICP
(Inductively Coupled Plasma)装置を用いたプラズマ
エッチングによりミラー部24の裏面に対して垂直にエ
ッチング処理するのが好ましい。
の裏面には、ハニカム状に配列されている凹部25が形
成されている。各凹部25は、エッチング処理により形
成されるが、第一及び第二実施の形態と同様、ICP
(Inductively Coupled Plasma)装置を用いたプラズマ
エッチングによりミラー部24の裏面に対して垂直にエ
ッチング処理するのが好ましい。
【0029】隣接する凹部25,25の間隔eは、50
〔μm〕〜100〔μm〕程度にする。図8及び図9で
は、凹部25が円となっているが、楕円や多角形であっ
てもよい。また、図8及び図9では、凹部25の大きさ
はすべて同一であるが、回転軸近傍の凹部25を大きく
して、回転軸の垂直方向に離れるにしたがって、その大
きさが小さくなるように形成してもよい。本実施の形態
は、凹部25の形状を円(楕円含む)又は方形以外の多
角形に形成する場合に、裏面全体に多く凹部25を形成
できる点でより一層軽量化を図ることができる。
〔μm〕〜100〔μm〕程度にする。図8及び図9で
は、凹部25が円となっているが、楕円や多角形であっ
てもよい。また、図8及び図9では、凹部25の大きさ
はすべて同一であるが、回転軸近傍の凹部25を大きく
して、回転軸の垂直方向に離れるにしたがって、その大
きさが小さくなるように形成してもよい。本実施の形態
は、凹部25の形状を円(楕円含む)又は方形以外の多
角形に形成する場合に、裏面全体に多く凹部25を形成
できる点でより一層軽量化を図ることができる。
【0030】なお、図10に示すように、第一実施の形
態と同様ミラー部24裏面に補強部材26を接合させて
もよい。この場合の補強部材26は、ハニカム状に凹部
25となる孔が形成されている補強部材となっている。
態と同様ミラー部24裏面に補強部材26を接合させて
もよい。この場合の補強部材26は、ハニカム状に凹部
25となる孔が形成されている補強部材となっている。
【0031】なお、上記いずれの実施の形態において
も、ミラー部4,14,24表面を研磨して鏡面とした
が、ミラー板を張り合わせてミラー部を構成してもよ
い。この場合、ミラー部4,14,24をミラー板の厚
さ分薄くすることとなる。
も、ミラー部4,14,24表面を研磨して鏡面とした
が、ミラー板を張り合わせてミラー部を構成してもよ
い。この場合、ミラー部4,14,24をミラー板の厚
さ分薄くすることとなる。
【0032】ここで、従来技術で示した光スキャナ51
と第二実施の形態の光スキャナ11との比較データを示
す。なお、光スキャナ51,11の材質はSi(密度ρ
=2.34×103 〔Kg/m3 〕)とし、その外形寸
法は、2a=4000〔μm〕,2b=2000〔μ
m〕,c=280〔μm〕,d=200〔μm〕,L=
255〔μm〕とする。
と第二実施の形態の光スキャナ11との比較データを示
す。なお、光スキャナ51,11の材質はSi(密度ρ
=2.34×103 〔Kg/m3 〕)とし、その外形寸
法は、2a=4000〔μm〕,2b=2000〔μ
m〕,c=280〔μm〕,d=200〔μm〕,L=
255〔μm〕とする。
【0033】スキャナ51の質量Mは(1)式より3.
744×10-6〔Kg〕,慣性モーメントI1 は(2)
式より4.90×10-11 〔N・m〕となり、バネ定数
K1は(3)式より7.74×10-1〔N/m〕であ
る。ここで、スキャナ11は凹部15によりスキャナ5
1の質量Mよりも軽くなっている。質量Mとバネ定数K
は比例関係にあるため、光スキャナ11のバネ定数K2
が、バネ定数K1 の1/2である3.87×10-1〔N
・m〕となったとする。図13に示すように、共振周波
数fを20〔KHz〕に保つ場合、(4)式の関係より
慣性モーメントIとバネ定数Kは比例関係にあるため、
光スキャナ11の慣性モーメントI2 は、慣性モーメン
トI1 の1/2である2.45×10-11 〔N・m〕と
なる。したがって、光スキャナ11の方が、小さい駆動
エネルギーで安定した振動を得ることがわかる。
744×10-6〔Kg〕,慣性モーメントI1 は(2)
式より4.90×10-11 〔N・m〕となり、バネ定数
K1は(3)式より7.74×10-1〔N/m〕であ
る。ここで、スキャナ11は凹部15によりスキャナ5
1の質量Mよりも軽くなっている。質量Mとバネ定数K
は比例関係にあるため、光スキャナ11のバネ定数K2
が、バネ定数K1 の1/2である3.87×10-1〔N
・m〕となったとする。図13に示すように、共振周波
数fを20〔KHz〕に保つ場合、(4)式の関係より
慣性モーメントIとバネ定数Kは比例関係にあるため、
光スキャナ11の慣性モーメントI2 は、慣性モーメン
トI1 の1/2である2.45×10-11 〔N・m〕と
なる。したがって、光スキャナ11の方が、小さい駆動
エネルギーで安定した振動を得ることがわかる。
【0034】また、図14に示すように、共振周波数f
をともに20〔KHz〕として一定にした場合、光スキ
ャナ51の慣性モーメントI1 は4.90×10
-11 〔N・m〕である。このときの最大偏向角度θは、 θ=k・{τ/(d・G)}・L・・・・・(8) で求められる。なお、ここでk=1.2164,Siの
材料定数G=73〔GPa〕,Siの破壊応力τ=10
〔GPa〕とする。(8)式から光スキャナ51の最大
偏向角度θ1 は0.15〔rad〕である。
をともに20〔KHz〕として一定にした場合、光スキ
ャナ51の慣性モーメントI1 は4.90×10
-11 〔N・m〕である。このときの最大偏向角度θは、 θ=k・{τ/(d・G)}・L・・・・・(8) で求められる。なお、ここでk=1.2164,Siの
材料定数G=73〔GPa〕,Siの破壊応力τ=10
〔GPa〕とする。(8)式から光スキャナ51の最大
偏向角度θ1 は0.15〔rad〕である。
【0035】一方、スキャナ11は凹部15によりスキ
ャナ51の質量Mよりも軽くなっている。光スキャナ1
1のバネ定数K2 が、バネ定数K1 の1/2である3.
87×10-1〔N・m〕となったとする。すると、上記
のように光スキャナ11の慣性モーメントI2 は2.4
5×10-11 〔N・m〕となる。ここで質量Mとバネ定
数Kは比例関係にあるため、バネ定数K1 がバネ定数K
2 の1/2になると、最大偏向角度θ2 は0.3〔ra
d〕となる。したがって、光スキャナ11の方が、小さ
い駆動エネルギーで大きな振幅を得ることがわかる。
ャナ51の質量Mよりも軽くなっている。光スキャナ1
1のバネ定数K2 が、バネ定数K1 の1/2である3.
87×10-1〔N・m〕となったとする。すると、上記
のように光スキャナ11の慣性モーメントI2 は2.4
5×10-11 〔N・m〕となる。ここで質量Mとバネ定
数Kは比例関係にあるため、バネ定数K1 がバネ定数K
2 の1/2になると、最大偏向角度θ2 は0.3〔ra
d〕となる。したがって、光スキャナ11の方が、小さ
い駆動エネルギーで大きな振幅を得ることがわかる。
【0036】次に、第一〜第三実施の形態の光スキャナ
を用いた外形測定装置について、図11及び図12を用
いて説明する。外形測定装置30は、光スキャナ1,1
1,21にミラー32を介してレーザ光を照射するレー
ザ光源31、光スキャナ1,11,21を回転振動させ
る圧電素子33、光スキャナ1,11,21、光スキャ
ナ1,11,21で走査されたレーザ光を平行光にする
レンズ35、平行光を集光する集光レンズ36、レーザ
光の一部をミラー34で取り出して位相と振幅を検出す
るモニタ回路38、集光されたレーザ光を検出する受光
器37、受光器37からの電気信号とモニタ回路38か
らのモニタ信号が入力される信号処理回路39で構成さ
れている。
を用いた外形測定装置について、図11及び図12を用
いて説明する。外形測定装置30は、光スキャナ1,1
1,21にミラー32を介してレーザ光を照射するレー
ザ光源31、光スキャナ1,11,21を回転振動させ
る圧電素子33、光スキャナ1,11,21、光スキャ
ナ1,11,21で走査されたレーザ光を平行光にする
レンズ35、平行光を集光する集光レンズ36、レーザ
光の一部をミラー34で取り出して位相と振幅を検出す
るモニタ回路38、集光されたレーザ光を検出する受光
器37、受光器37からの電気信号とモニタ回路38か
らのモニタ信号が入力される信号処理回路39で構成さ
れている。
【0037】光スキャナ1,11,21のフレーム2,
12,22の裏面には、図12に示すように、圧電素子
33が接合されている。圧電素子33に電圧が印加され
ると、圧電素子33は伸縮して振動し、光スキャナ1,
11,21のフレーム2,12,22に振動が伝達され
る。フレーム2,12,22に伝達された振動によりフ
レーム2,12,22自身が駆動するとともに、ミラー
部4,14,24は相対運動を起こす。ミラー部4,1
4,24は回転軸に対し左右非対称の質量分布を有する
ため、梁3,13,23に回転モーメントが生じ、ミラ
ー部4,14,24を回転軸回りに回転させる。
12,22の裏面には、図12に示すように、圧電素子
33が接合されている。圧電素子33に電圧が印加され
ると、圧電素子33は伸縮して振動し、光スキャナ1,
11,21のフレーム2,12,22に振動が伝達され
る。フレーム2,12,22に伝達された振動によりフ
レーム2,12,22自身が駆動するとともに、ミラー
部4,14,24は相対運動を起こす。ミラー部4,1
4,24は回転軸に対し左右非対称の質量分布を有する
ため、梁3,13,23に回転モーメントが生じ、ミラ
ー部4,14,24を回転軸回りに回転させる。
【0038】光スキャナ1,11,21が回転動作をし
ているときに、レーザ光源から照射されたレーザ光はミ
ラー部4,14,24で反射され、一定の振幅(最大振
れ角θ)で走査される。レーザ光は、レンズ35により
平行なビームとなって被測定物Wを走査する。被測定物
W上を走査したレーザ光は遮光され、通過したレーザ光
のみが集光レンズ36で集光されて受光器37で検出さ
れる。検出されたレーザ光は、光電変換により電気信号
に変換され、信号処理回路39に入力される。また、走
査されているレーザ光の一部はモニタ回路38によって
取り出され、レーザ光の位相と振幅を検出するためのモ
ニタ信号に変換される。モニタ信号は信号処理回路39
に入力される。信号処理回路39では電気信号とモニタ
信号の基づいて被測定物Wの外径が測定される。
ているときに、レーザ光源から照射されたレーザ光はミ
ラー部4,14,24で反射され、一定の振幅(最大振
れ角θ)で走査される。レーザ光は、レンズ35により
平行なビームとなって被測定物Wを走査する。被測定物
W上を走査したレーザ光は遮光され、通過したレーザ光
のみが集光レンズ36で集光されて受光器37で検出さ
れる。検出されたレーザ光は、光電変換により電気信号
に変換され、信号処理回路39に入力される。また、走
査されているレーザ光の一部はモニタ回路38によって
取り出され、レーザ光の位相と振幅を検出するためのモ
ニタ信号に変換される。モニタ信号は信号処理回路39
に入力される。信号処理回路39では電気信号とモニタ
信号の基づいて被測定物Wの外径が測定される。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように本発明による光スキ
ャナでは、ミラー部の裏面に、少なくとも回転軸に対し
て直交する方向に複数の凹部を形成することにより、ミ
ラー部の軽量化を図るとともに、反りが生じにくくする
ことができる。これにより、共振周波数を劣化させるこ
となく、ミラー部の振幅を大きくとって、光スキャナの
動作の高速化を図ることができる。
ャナでは、ミラー部の裏面に、少なくとも回転軸に対し
て直交する方向に複数の凹部を形成することにより、ミ
ラー部の軽量化を図るとともに、反りが生じにくくする
ことができる。これにより、共振周波数を劣化させるこ
となく、ミラー部の振幅を大きくとって、光スキャナの
動作の高速化を図ることができる。
【図1】(a)本発明による第一実施形態の光スキャナ
の裏面図である。 (b)上記裏面図のA−A’断面図である。 (c)上記裏面図のB−B’断面図である。
の裏面図である。 (b)上記裏面図のA−A’断面図である。 (c)上記裏面図のB−B’断面図である。
【図2】本発明による第一実施形態の光スキャナの概略
斜視図である。
斜視図である。
【図3】本発明による第一実施形態の光スキャナの変形
例を示す概略図である。
例を示す概略図である。
【図4】(a)本発明による第二実施形態の光スキャナ
の裏面図である。 (b)上記裏面図のA−A’断面図である。 (c)上記裏面図のB−B’断面図である。
の裏面図である。 (b)上記裏面図のA−A’断面図である。 (c)上記裏面図のB−B’断面図である。
【図5】本発明による第二実施形態の光スキャナの概略
斜視図である。
斜視図である。
【図6】本発明による第二実施形態の光スキャナの変形
例を示す概略図である。
例を示す概略図である。
【図7】本発明による第二実施形態の光スキャナの他の
変形例を示す概略図である。
変形例を示す概略図である。
【図8】(a)本発明による第三実施形態の光スキャナ
の裏面図である。 (b)上記裏面図のA−A’断面図である。 (c)上記裏面図のB−B’断面図である。
の裏面図である。 (b)上記裏面図のA−A’断面図である。 (c)上記裏面図のB−B’断面図である。
【図9】本発明による第三実施形態の光スキャナの概略
斜視図である。
斜視図である。
【図10】本発明による第三実施形態の光スキャナの変
形例を示す概略図である。
形例を示す概略図である。
【図11】第一〜第三実施の形態の光スキャナを用いた
外径測定装置の概略構成図である。
外径測定装置の概略構成図である。
【図12】外径測定装置に設けられた光スキャナの拡大
図である。
図である。
【図13】バネ定数と慣性モーメントの関係を示すグラ
フである。
フである。
【図14】最大偏向角度と慣性モーメントの関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図15】(a)従来の光スキャナの裏面図である。 (b)上記裏面図のA−A’断面図である。 (c)上記裏面図のB−B’断面図である。
【図16】従来の光スキャナの概略斜視図である。
1,11,21…光スキャナ 2,12,22…フレーム 3,13,23…梁 4,14,24…ミラー部 5,15,25…凹部 6,16,26…補強部材
Claims (8)
- 【請求項1】 入射光を反射させるミラー部(4,1
4,24)を回転軸回りに回転させて反射光を走査する
光スキャナ(1,11,21)において、 前記ミラー部の裏面に複数の凹部(5,15,25)が
形成されていることを特徴とする光スキャナ。 - 【請求項2】 前記凹部が、少なくとも前記回転軸に対
して直交する方向に沿った帯状に形成されていることを
特徴とする請求項1記載の光スキャナ。 - 【請求項3】 前記凹部が、マトリクス状に配列される
ように形成されていることを特徴とする請求項1記載の
光スキャナ。 - 【請求項4】 前記凹部が、ハニカム状に配列されるよ
うに形成されていることを特徴とする請求項1記載の光
スキャナ。 - 【請求項5】 前記凹部の形状が多角形であることを特
徴とする請求項3又は4記載の光スキャナ。 - 【請求項6】 前記凹部の形状が略円形であることを特
徴とする請求項3又は4記載の光スキャナ。 - 【請求項7】 前記凹部の大きさが、前記回転軸から該
回転軸に対して直交する方向に離れるにしたがって、相
対的に小さくなるように形成されていることを特徴とす
る請求項3〜6のいずれかに記載の光スキャナ。 - 【請求項8】 前記凹部はICPエッチング法で形成さ
れていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記
載の光スキャナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000060742A JP2001249300A (ja) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | 光スキャナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000060742A JP2001249300A (ja) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | 光スキャナ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001249300A true JP2001249300A (ja) | 2001-09-14 |
Family
ID=18581000
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000060742A Pending JP2001249300A (ja) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | 光スキャナ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001249300A (ja) |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004325578A (ja) * | 2003-04-22 | 2004-11-18 | Fujitsu Ltd | 偏向ミラー |
US6840642B2 (en) | 2002-06-28 | 2005-01-11 | Sony Corporation | Thermally actuated micro mirror and electronic device |
US6995885B2 (en) | 2003-06-30 | 2006-02-07 | Ricoh Company, Ltd. | Vibrating mirror, optical scanner using vibrating mirror, and image reproducing and forming apparatus |
JP2006239842A (ja) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Seiko Epson Corp | アクチュエータの共振周波数の調整方法およびアクチュエータ |
KR100636348B1 (ko) * | 2004-08-18 | 2006-10-19 | 엘지전자 주식회사 | 스캐닝 마이크로미러 |
JP2007535290A (ja) * | 2004-04-27 | 2007-11-29 | インテル・コーポレーション | 2段階の可動性を実現する電子機械駆動体 |
JP2008178173A (ja) * | 2007-01-16 | 2008-07-31 | Seiko Epson Corp | アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置 |
WO2009028517A1 (en) * | 2007-08-30 | 2009-03-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Oscillating body apparatus and manufacturing method thereof, optical deflector and image forming apparatus |
US7593029B2 (en) | 2001-08-20 | 2009-09-22 | Ricoh Company, Ltd. | Optical scanning device and image forming apparatus using the same |
WO2011152215A1 (ja) * | 2010-06-02 | 2011-12-08 | 日本電気株式会社 | 光走査素子およびそれを用いた画像表示装置 |
JP2012133242A (ja) * | 2010-12-22 | 2012-07-12 | Mitsumi Electric Co Ltd | 光走査装置 |
EP2706394A1 (en) | 2012-09-11 | 2014-03-12 | Stanley Electric Co., Ltd. | Optical deflector including mirror with recessed rib on its rear surface |
US8681410B2 (en) | 2009-07-23 | 2014-03-25 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Optical scanner, image forming apparatus and image display apparatus |
EP2857347A1 (en) | 2013-09-17 | 2015-04-08 | Stanley Electric Co., Ltd. | Optical deflecting mirror device having figure "8"-shaped rib and optical deflector |
EP2868624A1 (en) * | 2013-10-30 | 2015-05-06 | KYOCERA Document Solutions Inc. | Optical scanning apparatus, and method of adjusting resonance frequency at oscillating mirror unit in the optical scanning apparatus |
US9158107B2 (en) | 2011-10-21 | 2015-10-13 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Semiconductor device |
WO2018109908A1 (ja) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | オリンパス株式会社 | 光偏向器 |
JP7485348B2 (ja) | 2019-08-23 | 2024-05-16 | 国立大学法人東北大学 | ミラー装置、該ミラー装置を備える走査型レーザ装置、走査型ディスプレイ、及びミラー装置の製造方法 |
-
2000
- 2000-03-06 JP JP2000060742A patent/JP2001249300A/ja active Pending
Cited By (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7593029B2 (en) | 2001-08-20 | 2009-09-22 | Ricoh Company, Ltd. | Optical scanning device and image forming apparatus using the same |
US8054327B2 (en) | 2001-08-20 | 2011-11-08 | Ricoh Company, Ltd. | Optical scanning device and image forming apparatus using the same |
US6840642B2 (en) | 2002-06-28 | 2005-01-11 | Sony Corporation | Thermally actuated micro mirror and electronic device |
CN1310057C (zh) * | 2002-06-28 | 2007-04-11 | 索尼公司 | 热驱动的微反射镜和电子装置 |
JP2004325578A (ja) * | 2003-04-22 | 2004-11-18 | Fujitsu Ltd | 偏向ミラー |
US6995885B2 (en) | 2003-06-30 | 2006-02-07 | Ricoh Company, Ltd. | Vibrating mirror, optical scanner using vibrating mirror, and image reproducing and forming apparatus |
JP2007535290A (ja) * | 2004-04-27 | 2007-11-29 | インテル・コーポレーション | 2段階の可動性を実現する電子機械駆動体 |
KR100636348B1 (ko) * | 2004-08-18 | 2006-10-19 | 엘지전자 주식회사 | 스캐닝 마이크로미러 |
JP2006239842A (ja) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Seiko Epson Corp | アクチュエータの共振周波数の調整方法およびアクチュエータ |
JP2008178173A (ja) * | 2007-01-16 | 2008-07-31 | Seiko Epson Corp | アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置 |
WO2009028517A1 (en) * | 2007-08-30 | 2009-03-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Oscillating body apparatus and manufacturing method thereof, optical deflector and image forming apparatus |
US8681410B2 (en) | 2009-07-23 | 2014-03-25 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Optical scanner, image forming apparatus and image display apparatus |
WO2011152215A1 (ja) * | 2010-06-02 | 2011-12-08 | 日本電気株式会社 | 光走査素子およびそれを用いた画像表示装置 |
US9046643B2 (en) | 2010-06-02 | 2015-06-02 | Nec Corporation | Optical scanning element and image display device using the same |
JP2012133242A (ja) * | 2010-12-22 | 2012-07-12 | Mitsumi Electric Co Ltd | 光走査装置 |
US8837029B2 (en) | 2010-12-22 | 2014-09-16 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Optical scanning device |
US8654426B2 (en) | 2010-12-22 | 2014-02-18 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Optical scanning device |
US9158107B2 (en) | 2011-10-21 | 2015-10-13 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Semiconductor device |
EP2706394A1 (en) | 2012-09-11 | 2014-03-12 | Stanley Electric Co., Ltd. | Optical deflector including mirror with recessed rib on its rear surface |
US9097895B2 (en) | 2012-09-11 | 2015-08-04 | Stanley Electric Co., Ltd. | Optical deflector including mirror with recessed rib on its rear surface |
EP2857347A1 (en) | 2013-09-17 | 2015-04-08 | Stanley Electric Co., Ltd. | Optical deflecting mirror device having figure "8"-shaped rib and optical deflector |
EP2868624A1 (en) * | 2013-10-30 | 2015-05-06 | KYOCERA Document Solutions Inc. | Optical scanning apparatus, and method of adjusting resonance frequency at oscillating mirror unit in the optical scanning apparatus |
US9150030B2 (en) | 2013-10-30 | 2015-10-06 | Kyocera Document Solutions Inc. | Optical scanning apparatus, image forming apparatus including the optical scanning apparatus, and method of adjusting resonance frequency at oscillating mirror unit in the optical scanning apparatus |
CN104597597B (zh) * | 2013-10-30 | 2017-03-29 | 京瓷办公信息***株式会社 | 光扫描装置、图象形成装置、以及光扫描装置的振动反射镜部的共振频率的调整方法 |
WO2018109908A1 (ja) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | オリンパス株式会社 | 光偏向器 |
JPWO2018109908A1 (ja) * | 2016-12-15 | 2019-10-31 | オリンパス株式会社 | 光偏向器 |
JP7485348B2 (ja) | 2019-08-23 | 2024-05-16 | 国立大学法人東北大学 | ミラー装置、該ミラー装置を備える走査型レーザ装置、走査型ディスプレイ、及びミラー装置の製造方法 |
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