JP2006154490A - Optical scanner - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the following problem; in an optical scanner (galvanometer mirror) which performs scanning with light emitted from a light source by rotationally vibrating a reflecting mirror, it is necessary to vibrate the mirror with a resonance frequency (natural frequency) in order to reduce power consumption and enlarge a scan width by suppressing an influence of heat generation, but the resonance frequency varies due to the influences of dimensional errors of a movable plate part and a torsion bar, the quality of the material, heat, and the like and the amplitude varies, therefore, fluctuation of the scan width arises and quality of printed characters by a printer is degraded. <P>SOLUTION: The optical scanner is so structured that the movable plate part is supported by two or more supporting beam parts 3a to 3d arranged near the rotation axis of the movable plate 2 on which the reflecting mirror 1 is formed, and is provided with a mechanism capable of controlling axial force applied to the supporting beam parts by an actuator or a screw such as a laminated type piezo-electric element. With such a structure, the natural frequency increases/decreases approximately in proportion to the axial force applied to the supporting beam parts, therefore, the natural frequency can be adjusted to a predetermined value by controlling the axial force. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、特定の振動数で反射ミラーを回転振動させることにより光源から照射された光を走査する光スキャナ装置（ガルバノミラー）において、共振振動数の精密調整方式および駆動方式に関する。   The present invention relates to a precise adjustment method and a driving method of a resonance frequency in an optical scanner device (galvanometer mirror) that scans light emitted from a light source by rotating and vibrating a reflection mirror at a specific frequency.

光を走査するための代表的な従来技術として、多角形の側面を反射ミラーとし、モータで回転させて入射光を走査するポリゴンミラーが挙げられ、プリンタ等に使用されている。   As a typical conventional technique for scanning light, a polygon mirror that scans incident light by using a polygonal side surface as a reflection mirror and rotated by a motor is used, and is used in a printer or the like.

また、可動鉄片を介して磁力やモータで反射ミラーをメカニカルに揺動させて光を走査する従来型ガルバノミラーはデータレコーダ、光造形システム、レーザ顕微鏡等に使用されている。   A conventional galvanometer mirror that scans light by mechanically swinging a reflection mirror with a magnetic force or a motor through a movable iron piece is used in a data recorder, an optical modeling system, a laser microscope, and the like.

光スキャナ装置はガルバノミラーの一種であるが、マイクロマシニング技術を用いて、単結晶シリコン基板などからエッチングにより可動板部（反射ミラー）、トーションバー（ねじり梁）、固定部を一体加工したもので、内視鏡への実用例もあり、今後はカラーレーザプリンタ、バーコードリーダ、ディスプレイ装置等への応用が期待される。しかしながら、この光スキャナ装置は開発途上にあり、下記特許文献例のように構造や駆動方式について種々のアイデアが提案されている。
特許第２７２２３１４号公報 特開２００２−１８９１８７号公報 特開２００２−３１１３７２号公報 An optical scanner device is a type of galvanometer mirror, but it is a micro-machining technology that uses a single crystal silicon substrate or other material to etch a movable plate (reflection mirror), torsion bar (torsion beam), and fixed part. There are also practical examples for endoscopes, and application to color laser printers, barcode readers, display devices, etc. is expected in the future. However, this optical scanner device is under development, and various ideas regarding the structure and drive system have been proposed as in the following patent document examples.
Japanese Patent No. 2722314 JP 2002-189187 A JP 2002-311372 A

マイクロマシン技術を用いた光スキャナ装置は、メカニカル要素を用いたポリゴンミラーや従来型ガルバノミラーに較べて省電力化、小型化や高速化が期待されるが、種々の解決すべき問題がある。特許文献１記載の方式は、駆動コイルが反射ミラーとともに可動板部に形成されているために、ねじり軸上に敷設されたコイルヘの導線が破断したり、発熱の影響で反射ミラーが変形したり共振振動数が変化して走査幅が一定にならないなどの問題がある。また、特許文献２記載の方式は、可動板部に薄板伏永久磁石を設け板厚方向に着磁し、これと対向するように固定側にコイルを配置して発熱の問題を改良しているが、コイルが空心であるため駆動力が小さい。   Optical scanner devices using micromachine technology are expected to save power, reduce size, and increase speed as compared with polygon mirrors using mechanical elements and conventional galvanometer mirrors, but have various problems to be solved. In the method described in Patent Document 1, since the drive coil is formed on the movable plate portion together with the reflection mirror, the conducting wire to the coil laid on the torsion shaft is broken, or the reflection mirror is deformed due to heat generation. There is a problem that the resonance frequency changes and the scanning width does not become constant. Further, the method described in Patent Document 2 improves the problem of heat generation by providing a thin plate permanent magnet on the movable plate portion, magnetizing it in the plate thickness direction, and arranging a coil on the fixed side so as to face this. However, since the coil is air-centered, the driving force is small.

特許文献３記載の方式は、特許文献２記載の方式のコイルにコアを設けて磁力を強化してあるが、可動板部の振れ角が大きくなるとコアに接触するため、走査幅を大きくできない欠点がある。   The method described in Patent Document 3 is provided with a core in the coil of the method described in Patent Document 2 to enhance the magnetic force. However, since the movable plate portion comes into contact with the core when the deflection angle increases, the scanning width cannot be increased. There is.

ところで、電磁駆動コイルの加振振動数を可動板部の慣性モーメントとトーションバーのねじれ剛性で定まる固有振動数と同じにして共振させると、消費電力を小さくし、走査幅（可動板部の振幅）を大きくすることが可能となる。しかしながら、共振振動数（固有振動数）は可動板部およびトーションバーの寸法、材質や熱などの影響によって変化する。   By the way, if the excitation frequency of the electromagnetic drive coil is made the same as the natural frequency determined by the moment of inertia of the movable plate and the torsional rigidity of the torsion bar, the power consumption is reduced and the scanning width (the amplitude of the movable plate is reduced). ) Can be increased. However, the resonance frequency (natural frequency) varies depending on the dimensions, material, heat, and the like of the movable plate portion and the torsion bar.

共振振動数が変化すると所定の振幅で走査することができなくなり、また、走査幅のゆらぎ（ジッタ）が生じ、プリンタなどでは印字品質が低下する。特に、カラーレーザプリンタなどでは色別に４つの光スキャナを使用するが、これらの走査幅を高精度に合わせる必要があるため、不具合が生じる。   If the resonance frequency changes, scanning with a predetermined amplitude cannot be performed, and fluctuations in the scanning width (jitter) occur, resulting in a decrease in print quality in a printer or the like. In particular, in a color laser printer or the like, four optical scanners are used for each color, but a problem arises because it is necessary to adjust the scanning width with high accuracy.

本発明の目的は、可動板部の固有振動数を制御することにより、常に所定の振動数で共振し、大振幅で安定に一定の走査幅が得られる光スキャナ装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical scanner device that always resonates at a predetermined frequency by controlling the natural frequency of a movable plate part, and can stably obtain a constant scanning width with a large amplitude.

上記目的を達成するために本発明は、以下（１）〜（５）の構成を備える。   In order to achieve the above object, the present invention comprises the following configurations (1) to (5).

（１）固定部で両側を支持させた可動板部の反射ミラーを、磁界の変動を介して回転振動させることにより光源から照射された光を反射走査する光スキャナ装置であって、前記可動板部の少なくとも一側の回転軸付近に複数の支持梁部を配置して支持する構造とし、この複数の支持梁部を介して回転振動させるようにして成ることを特徴とする光スキャナ装置。   (1) An optical scanner device that reflects and scans light emitted from a light source by rotating and vibrating a reflecting mirror of a movable plate supported on both sides by a fixed portion through a change in a magnetic field, the movable plate An optical scanner device having a structure in which a plurality of support beam portions are arranged and supported in the vicinity of a rotation axis on at least one side of the portion, and is configured to rotate and vibrate through the plurality of support beam portions.

（２）支持梁部には、軸力を働かせて、可動板部の共振振動数（固有振動数）を制御調整できるようにして成ることを特徴とする前記（１）記載の光スキャナ装置。   (2) The optical scanner device according to (1), wherein an axial force is applied to the support beam portion to control and adjust the resonance frequency (natural frequency) of the movable plate portion.

（３）可動板部の共振振動数の制御調整は、可動板部の回転角を検出して行うようにして成ることを特徴とする前記（２）記載の光スキャナ装置。   (3) The optical scanner device according to (2), wherein the control adjustment of the resonance frequency of the movable plate portion is performed by detecting the rotation angle of the movable plate portion.

（４）軸力は、支持梁部に対して圧電素子、リニアモータなどのアクチュエータまたはネジで附与できるようにして成ることを特徴とする前記（２）記載の光スキャナ装置。   (4) The optical scanner device according to (2), wherein the axial force can be applied to the support beam portion by an actuator such as a piezoelectric element or a linear motor or a screw.

（５）固定部で両側を支持させた可動板部の反射ミラーを、磁界の変動を介して回転振動させることにより光源から照射された光を反射走査する光スキャナ装置であって、可動板部に回転軸と直交する垂直な長手方向に着磁した磁石体を設け、この磁石体に対して固定部を介して対称位置に電磁石で磁気方向が変化できる磁極を配設して成ることを特徴とする光スキャナ装置。   (5) An optical scanner device that reflects and scans light emitted from a light source by rotating and vibrating a reflecting mirror of a movable plate supported on both sides by a fixed portion through a change in a magnetic field. A magnet body magnetized in a vertical longitudinal direction perpendicular to the rotation axis is provided, and a magnetic pole whose magnetic direction can be changed by an electromagnet is arranged at a symmetrical position via a fixed portion with respect to this magnet body. Optical scanner device.

本発明の光スキャナ装置においては、共振振動数（固有振動数）を精密に制御することが可能であるので、小さい消費電力で振幅が大きくまた安定した走査を行うことが可能となる。また、製造上の寸法誤差や材質のばらつきによる固有振動数のばらつきも補正できるので、寸法精度や材料の品質管理の許容範囲を厳しくする必要がなく、製造コストが低減される効果もある。   In the optical scanner device of the present invention, the resonance frequency (natural frequency) can be precisely controlled, so that stable scanning can be performed with a large amplitude with low power consumption. In addition, since variations in the natural frequency due to manufacturing dimensional errors and material variations can be corrected, it is not necessary to tighten the tolerances of dimensional accuracy and material quality control, and the manufacturing cost can be reduced.

以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

図１は本発明の光スキャナの実施形態の一例の概略を示す斜視図、図２は図１の平面図、正面図および右側面図で、図３、図４はそれぞれ図２のＡＡ断面、ＢＢ断面およびＣＣ断面の図である。   1 is a perspective view schematically showing an example of an embodiment of an optical scanner of the present invention, FIG. 2 is a plan view, a front view, and a right side view of FIG. 1, and FIGS. 3 and 4 are AA cross sections of FIG. It is a figure of a BB cross section and CC cross section.

図２において、反射ミラー１が形成された可動板部２は支持梁部３ａ、３ｂおよび３ｃ、３ｄに接続され、さらに、これらの支持梁部は梁保持部４ａ、４ｂに接続されている。   In FIG. 2, the movable plate portion 2 on which the reflection mirror 1 is formed is connected to support beam portions 3a, 3b and 3c, 3d, and these support beam portions are connected to beam holding portions 4a, 4b.

梁保持部４ａ、４ｂにはヒンジ部５ａ〜５ｄが設けられており、さらに、ヒンジ部６ａ〜６ｄを介して、変位拡大レバー７ａ〜７ｄに接続されている。   The beam holding portions 4a and 4b are provided with hinge portions 5a to 5d, and are further connected to the displacement enlarging levers 7a to 7d via the hinge portions 6a to 6d.

これらの変位拡大レバー７ａ〜７ｄはヒンジ部８ａ〜８ｄを介して軸力伝達部１０ａ、１０ｂに接続され、さらに、軸力伝達部１０ａ、１０ｂは積層型圧電素子１２ａ、１２ｂに接続されている。なお、変位拡大レバー７ａ〜７ｄはヒンジ部９ａ〜９ｄを介して、固定部１１ａ、１１ｂにも接続されている。   These displacement enlarging levers 7a to 7d are connected to the axial force transmission units 10a and 10b via the hinges 8a to 8d, and the axial force transmission units 10a and 10b are connected to the stacked piezoelectric elements 12a and 12b. . The displacement enlarging levers 7a to 7d are also connected to the fixing portions 11a and 11b via the hinge portions 9a to 9d.

可動板部２から固定部１１亘る部分は、単結晶シリコンなどの薄板からエッチングなどのマイクロマシン技術により一体加工する。   A portion extending from the movable plate portion 2 to the fixed portion 11 is integrally processed from a thin plate such as single crystal silicon by a micromachine technique such as etching.

さらに図３に示すように、可動板部２には磁性体（薄板状永久磁石）１３が形成されており、図示のようにＮ、Ｓ極が着磁された磁性体１３の端部と対向するようにコア１４の両端部が配置され、図２に示すようにコア１４にはコイル１５が巻かれて電磁石を構成している。なお、コア１４の端部の一方は、磁性体１３から磁性体１３の厚さの２倍程度の距離の図面上方向に離れた位置に配置され、コア１４の端部の他方は同じ距離だけ図面下方向の位置に配置されている。また、磁性体１３とコア１４の端部との図面水平方向隙間は、互いに接触しない範囲で出来るだけ狭くする。   Further, as shown in FIG. 3, a magnetic body (thin plate-like permanent magnet) 13 is formed on the movable plate portion 2 and faces the end of the magnetic body 13 with N and S poles magnetized as shown. Thus, both ends of the core 14 are arranged, and as shown in FIG. 2, a coil 15 is wound around the core 14 to constitute an electromagnet. One of the end portions of the core 14 is arranged at a position away from the magnetic body 13 in the upward direction in the drawing by a distance of about twice the thickness of the magnetic body 13, and the other end portion of the core 14 is the same distance. It is arranged at a position in the downward direction of the drawing. Further, the horizontal gap in the drawing between the magnetic body 13 and the end of the core 14 is made as narrow as possible within a range where they do not contact each other.

次に、本装置の作用について説明する。先ず、可動板部２に効率的に大振幅の回転振動を与える電磁力駆動方式について説明する。図５は図２のＡＡ断面の可動板部２付近の詳細を示す。可動板部２の下面には磁性体１３が形成され図示のようにＮ、Ｓ極が着磁されているので、コイル１５に電流を流しコア１４の両端部の極性を図５（ａ）のようにすると、磁性体１３とコア１４の端部には吸引力（トルク）が生じて可動板部２は左回り回転運動を開始する。   Next, the operation of this apparatus will be described. First, an electromagnetic force drive system that efficiently applies large-amplitude rotational vibration to the movable plate portion 2 will be described. FIG. 5 shows details of the vicinity of the movable plate portion 2 in the AA cross section of FIG. Since the magnetic body 13 is formed on the lower surface of the movable plate portion 2 and the N and S poles are magnetized as shown in the drawing, a current is passed through the coil 15 so that the polarities at both ends of the core 14 are as shown in FIG. If it does so, attraction | suction force (torque) will arise in the edge part of the magnetic body 13 and the core 14, and the movable plate part 2 will start a counterclockwise rotational motion.

磁性体１３とコア１４の端部が最も接近した瞬間に、電流の方向を切り替えてコア１４の極性を逆にすると、図５（ｂ）に示すように磁性体１３とコア１４の端部には反発力が生じて、可動板部２は左回り回転運動が加速される。   At the moment when the ends of the magnetic body 13 and the core 14 are closest, if the direction of the current is switched and the polarity of the core 14 is reversed, the ends of the magnetic body 13 and the core 14 are moved as shown in FIG. The repulsive force is generated, and the movable plate portion 2 is accelerated in the counterclockwise rotational motion.

この間、回転角に比例して、支持梁部３ａ〜３ｄによる復原トルクが増大し、磁力によるトルクが減少するため、ある角度だけ振れて一且停止した後、右回りの回転運動に変化する。   During this time, the restoring torque by the support beam portions 3a to 3d increases in proportion to the rotation angle, and the torque by the magnetic force decreases. Therefore, after a certain angle swings and stops, the rotation torque changes clockwise.

この瞬間に、再び電流の方向を切り替えてコア１４の極性を逆にすると、図５（ｃ）に示すように磁性体１３とコア１４の端部には吸引力が発生して右回り回転運動が加速される。   At this moment, when the direction of the current is switched again and the polarity of the core 14 is reversed, an attractive force is generated at the ends of the magnetic body 13 and the core 14 as shown in FIG. Is accelerated.

さらに、磁性体１３とコア１４の端部が最も接近した瞬間に、電流の方向を切り替えてコア１４の極性を逆にすると、図５（ｄ）に示すように磁性体１３とコア１４の端部には反発力が生じて、右回り回転運動が継続する。   Furthermore, when the direction of the current is switched and the polarity of the core 14 is reversed at the moment when the end portions of the magnetic body 13 and the core 14 are closest, the ends of the magnetic body 13 and the core 14 are reversed as shown in FIG. A repulsive force is generated in the part, and the clockwise rotation continues.

以上の動作を繰り返すことによって、可動板部２に効率的に大振幅の回転振動を発生させることができる。なお、コイル１５の電流の切替は、正弦波や矩形波などの交流電流を流すことによって行われるが、加振振動数を可動板部と支持梁部の系の固有振動数に合わせて共振させると、最大振幅が得られる。   By repeating the above operation, it is possible to efficiently generate a large amplitude rotational vibration in the movable plate portion 2. The current of the coil 15 is switched by passing an alternating current such as a sine wave or a rectangular wave. The excitation frequency is resonated in accordance with the natural frequency of the system of the movable plate portion and the support beam portion. And the maximum amplitude is obtained.

ところで、可動板部と支持梁部の系の固有振動数は、主に可動板部の慣性モーメントと支持梁部の剛性によって定まるが、これらは製造時の寸法誤差、材質のばらつきや熱発生による温度変化などによって変化するため、固有振動数を所定の値に精度良く設定して一定に保つのは非常に難しい。   By the way, the natural frequency of the system of the movable plate part and the support beam part is mainly determined by the moment of inertia of the movable plate part and the rigidity of the support beam part, but these are due to dimensional errors during manufacturing, material variations and heat generation. Since it changes due to a temperature change or the like, it is very difficult to accurately set the natural frequency to a predetermined value and keep it constant.

一方、図２に示すように、可動板部２の回転軸付近に平行に配置された２本の支持梁部２組３ａ〜３ｄ（合計４本の支持梁部）で可動板部２を支持する構造とすると、図６に示すように可動板部２が回転することによって、支持梁部３ａ〜３ｄにはねじれとともに面外方向のたわみ変形が生じる。   On the other hand, as shown in FIG. 2, the movable plate portion 2 is supported by two support beam portions 2 a set 3 a to 3 d (a total of four support beam portions) arranged in parallel near the rotation axis of the movable plate portion 2. As shown in FIG. 6, when the movable plate portion 2 rotates as shown in FIG. 6, the support beam portions 3a to 3d are warped and deformed in the out-of-plane direction.

このような場合、支持梁部に引っ張りの軸力Ｆを加えると復原力が大きくなり、この結果ねじれ剛性が大きくなったことと同等の効果になり、固有振動数が増加する。また、逆に圧縮の軸力を加えると復原力が小さくなり、固有振動数は減少する。これらの関係を詳細に把握するためには理論解析や有限要素法などによる計算を行う必要があるが、定性的に簡略な説明を以下に行う。   In such a case, when a tensile axial force F is applied to the support beam portion, the restoring force is increased, and as a result, the effect equivalent to the increased torsional rigidity is obtained, and the natural frequency is increased. On the other hand, when a compression axial force is applied, the restoring force decreases and the natural frequency decreases. In order to grasp these relationships in detail, it is necessary to perform calculations by theoretical analysis, the finite element method, etc., but a qualitatively brief explanation will be given below.

図７は図６のＤＤ断面を示し、支持梁部３ａ、３ｃが図面上方向にｙだけたわみ、軸力Ｆが梁保持部４ａ、４ｂを介して図面水平方向に作用している様子を表す。この場合、ミラー１を形成された可動板部２と支持梁部３ｃの接続部に作用する図面上下方向の力Ｑは、図８（ａ）に示すような両端の回転を拘束された梁の一端がｙだけ変位した場合のせん断力Ｑ１と、図８（ｂ）に示すような両端をピン支持された梁を介して作用する軸力Ｎの図面上下方向成分Ｑ２の和、
Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２・・・・・・・・・・・・・（１）
と考えられる。なお軸力Ｎは、図７に示したような梁保持部４ｂを介して作用する水平方向軸力Ｆと、梁保持部４ｂが図面上下方向に動かないように拘束されているために生じる反力Ｓの合力であり、支持梁部の傾き角度をθとすると、
Ｎ＝Ｆ／ｃｏｓθ・・・・・・・・・・・・（２）
であるが、θは小さいのでＮ≒Ｆと近似しても良い。 FIG. 7 shows a DD cross section of FIG. 6 and shows that the support beam portions 3a and 3c are bent by y in the upper direction of the drawing, and the axial force F acts in the horizontal direction of the drawing via the beam holding portions 4a and 4b. . In this case, the vertical force Q acting on the connecting portion of the movable plate portion 2 and the support beam portion 3c on which the mirror 1 is formed is the force of the beam restrained from rotating at both ends as shown in FIG. Sum of the shearing force Q1 when one end is displaced by y and the axial component Q2 of the axial force N acting through the beam supported at both ends as shown in FIG.
Q = Q1 + Q2 (1)
it is conceivable that. Note that the axial force N is a reaction caused by the horizontal axial force F acting through the beam holding portion 4b as shown in FIG. 7 and the beam holding portion 4b being restrained so as not to move in the vertical direction of the drawing. If the inclination angle of the support beam part is θ,
N = F / cos θ (2)
However, since θ is small, it may be approximated as N≈F.

ここで、支持梁部のヤング率をＥ、断面二次モーメントをＩ、長さをＬとすると、
Ｑ１＝１２×Ｅ×Ｉ×ｙ／Ｌ^３・・・・・・・・（３）
Ｑ２＝Ｎ×ｙ／Ｌ・・・・・・・・・・・・・・（４）
である。なお図８（ａ）において、Ｍ１は梁断面に作用する曲げモーメントを表すが、ここでは特に考慮する必要はない。せん断力Ｑ１の導出においては、森北出版「材料力学演習第２巻」、野口尚一編、ｐ５５、１９７１年発行などが参考になり、力Ｑ２の導出においては、張力Ｎが作用する弦のばね定数の導出過程が参考になり、コロナ社「機械力学入門」、長屋幸助著、ｐ２０、１９９６年発行などの参考文献がある。 Here, when the Young's modulus of the support beam is E, the moment of inertia of the cross section is I, and the length is L,
Q1 = 12 × E × I × y / L ³ (3)
Q2 = N × y / L (4)
It is. In FIG. 8A, M1 represents a bending moment acting on the beam cross section, but there is no need to consider it here. For the derivation of the shearing force Q1, Morikita Publishing “Material Mechanics Exercise Vol. 2”, Shoichi Noguchi, p55, published in 1971, etc. is helpful. For the derivation of the force Q2, the spring of the string on which the tension N acts The derivation process of the constant is helpful, and there are references such as Corona “Introduction to Mechanical Mechanics”, Kosuke Nagaya, p20, 1996.

さらに、図９は図６のＥＥ断面を示す。可動板部２の回転角がａの場合、支持梁部も同じ角度だけねじれを生じ、モーメント
Ｍ＝Ｂ×α／Ｌ・・・・・・・・・・・・・・・（５）
が作用する。ここに、Ｂはねじり剛性であり断面形状と横弾性係数Ｇで定まる。また、式（１）で説明した力Ｑが支持梁部３ｃには下向きに、支持梁部３ｄには上向きに作用するので、回転軸から支持梁部３ａ〜３ｄまでの距離をＨとすると、これらの支持梁部から可動板部２に作用する復元トルク（モーメント）の合計Ｔは
Ｔ＝４×（Ｍ＋Ｑ×Ｈ）
＝４×Ｂ×α／Ｌ＋（４８×Ｅ×Ｉ／Ｌ^３＋４×Ｎ／Ｌ）×ｙ×Ｈ・・・（６）
となる。また、図９において、
ｙ＝α×Ｈ・・・・・・・・・・・（７）
と近似できるので、式（６）は
Ｔ＝Ｋ×α・・・・・・・・・・・（８）
ここに、
Ｋ＝４×Ｂ／Ｌ＋（４８×Ｅ×Ｉ／Ｌ^３＋４×Ｎ／Ｌ）×Ｈ^２・・・・・・（９）
のように整理され、Ｋは支持梁部のたわみ変形も考慮に入れたねじれ剛性となる。式（８）、（９）より、復元トルクＴは軸力Ｎ（軸力Ｆとほぼ同じ）に比例することが分かる。 Further, FIG. 9 shows an EE cross section of FIG. When the rotation angle of the movable plate 2 is a, the support beam is also twisted by the same angle, and the moment M = B × α / L (5)
Works. Here, B is torsional rigidity and is determined by the cross-sectional shape and the lateral elastic modulus G. Further, since the force Q described in the equation (1) acts downward on the support beam portion 3c and upward on the support beam portion 3d, if the distance from the rotation axis to the support beam portions 3a to 3d is H, The total T of the restoring torque (moment) acting on the movable plate 2 from these support beams is T = 4 × (M + Q × H)
= 4 × B × α / L + (48 × E × I / L ³ + 4 × N / L) × y × H (6)
It becomes. In FIG.
y = α × H (7)
Since equation (6) can be approximated as T = K × α (8)
here,
K = 4 × B / L + (48 × E × I / L ³ + 4 × N / L) × H ² (9)
K is the torsional rigidity taking into account the deflection deformation of the support beam. From equations (8) and (9), it can be seen that the restoring torque T is proportional to the axial force N (substantially the same as the axial force F).

式（８）を考慮するとともに、支持梁部の質量を無視し、ミラー１を形成された可動板部２を慣性モーメントＪの剛体と見なして１自由度の回転振動で近似すると、固有振動数ｆが
ｆ＝（Ｋ／Ｊ）^１／２／（２×π）・・・・・・・・・・・（１０）
で表される。式（９）、（１０）より、固有振動数は軸力Ｎ（軸力Ｆとほぼ同じ）の平方根に比例することが分かる。 Considering the equation (8), ignoring the mass of the support beam, and considering the movable plate 2 formed with the mirror 1 as a rigid body having the moment of inertia J and approximating it with rotational vibration of one degree of freedom, the natural frequency f is f = (K / J) ^1/2 / (2 × π) (10)
It is represented by From equations (9) and (10), it can be seen that the natural frequency is proportional to the square root of the axial force N (substantially the same as the axial force F).

なお、必ずしも、平行に配置された２本の支持梁部を２組にする必要はなく、図１０（ａ）のように一方のみ支持梁部を３ａ、３ｂの２本にし、他方は３ｅの１本にしだ場合でも軸力によって固有振動数は変化する。また、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、支持梁部３ａと３ｂあるいは３ｃと３ｄが平行に配置されていなくとも効果があり、この場合には図面横方向に外乱が作用しても影響されにくくなる。   It is not always necessary to make two sets of two support beam portions arranged in parallel. As shown in FIG. 10 (a), only one of the support beam portions is 3a and 3b, and the other is 3e. Even if only one is used, the natural frequency varies depending on the axial force. Further, as shown in FIGS. 10B and 10C, it is effective even if the support beam portions 3a and 3b or 3c and 3d are not arranged in parallel. In this case, a disturbance acts in the lateral direction of the drawing. Even less affected.

以上、複数の支持梁部を回転軸付近に配置して軸力Ｆを作用させた場合の効果について説明してきたが、図１１に示すように回転軸上に支持梁部３ａ、３ｃのみを配置した従来の光スキャナーの構造で軸力Ｆを作用させた場合についての説明を補足する。この場合には図１１から明らかなように、支持梁部はねじれのみ生じ、図７に示した変位ｙは常に０であり、図９の距離Ｈも０である。したがって、式（６）、（９）の第２項目以降は０になり、復元トルクＴや固有振動数ｆは軸力Ｆによって変化しないことが分かる。なお以上の説明は材料力学の線形理論を元にしたもので、実際には非線形性やポアソン比などのために、図１１の場合でも軸力の影響がある可能性もあるが、影響の大きさは微小であると予測される。   As described above, the effect when the plurality of support beam portions are arranged near the rotation axis and the axial force F is applied has been described. However, only the support beam portions 3a and 3c are arranged on the rotation shaft as shown in FIG. A supplementary explanation will be given for the case where the axial force F is applied in the structure of the conventional optical scanner. In this case, as is apparent from FIG. 11, only the torsion of the support beam portion occurs, the displacement y shown in FIG. 7 is always 0, and the distance H in FIG. 9 is also 0. Therefore, it turns out that it becomes 0 after the 2nd item of a formula (6) and (9), and restoration torque T and natural frequency f do not change with axial force F. The above explanation is based on the linear theory of material mechanics. Actually, due to nonlinearity and Poisson's ratio, there is a possibility that there is an influence of axial force even in the case of FIG. The height is expected to be small.

次に、固有振動数を所定の値に正確に合わせるために、積層型圧電素子を用いて軸力を制御する方法について詳細に説明する。   Next, a method for controlling the axial force using the laminated piezoelectric element in order to accurately match the natural frequency with a predetermined value will be described in detail.

一般的に、積層型圧電素子の発生力は固有振動数を変化させるのに充分な性能であるが、ストロークは不足するおそれがある。すなわち、可動板部２の回転に伴う変形や軸力の作用のために支持梁部３ａ〜３ｄが伸縮するので、積層型圧電素子が充分な力を発生するためには積層型圧電素子のストロークが支持梁部の伸縮量より大きくなる必要がある。   In general, the generated force of the laminated piezoelectric element is sufficient to change the natural frequency, but the stroke may be insufficient. That is, since the support beam portions 3a to 3d expand and contract due to the deformation caused by the rotation of the movable plate portion 2 and the action of the axial force, the stroke of the multilayer piezoelectric element is sufficient for the multilayer piezoelectric element to generate sufficient force. Needs to be larger than the amount of expansion and contraction of the support beam.

そこで本発明では、図２に示すように変位拡大レバー７ａ〜７ｄなどから成る変位拡大機構を設けてある。   Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 2, a displacement enlarging mechanism including displacement enlarging levers 7a to 7d is provided.

図１２によって変位拡大機構の作用について説明する。積層型圧電素子１２ａと１２ｂ（図１２では記載を省略している）に電圧を加えた場合の軸力伝達部１０ａの図面上方向変位をｕとすると、ヒンジ部８ａも上にｕ移動する。一方、ヒンジ部９ａは固定部１１ａに拘束されているため動かない。   The operation of the displacement enlarging mechanism will be described with reference to FIG. Assuming that the axial displacement of the axial force transmission portion 10a when a voltage is applied to the stacked piezoelectric elements 12a and 12b (not shown in FIG. 12) is u, the hinge portion 8a also moves u upward. On the other hand, the hinge portion 9a does not move because it is restrained by the fixed portion 11a.

したがって、変位拡大レバー７ａは右回りに僅かに回転し、ヒンジ部６ａが上に変位ｗ持ち上げられ、梁保持部４ａも同様に持ち上げられて支持梁部３ａ〜３ｄに軸力が作用する。ヒンジ部９ａと８ａの図面水平方向距離をｒ、ヒンジ部９ａと６ａの水平方向距離をｓとすると、ｗ＝（ｓ／ｒ）ｕの関係になり、ｓ＞ｒとすると変位ｗは変位ｕのｓ／ｒ倍になる。したがって、積層型圧電素子のストロークがｓ／ｒ倍に拡大されることになる。   Therefore, the displacement magnifying lever 7a rotates slightly clockwise, the hinge 6a is displaced upward and the beam holding portion 4a is similarly lifted, and an axial force acts on the support beams 3a to 3d. Assuming that the horizontal distance in the drawing of the hinge portions 9a and 8a is r and the horizontal distance between the hinge portions 9a and 6a is s, the relationship is w = (s / r) u, and the displacement w is the displacement u when s> r. S / r times. Therefore, the stroke of the multilayer piezoelectric element is enlarged by s / r times.

なおこの関係は、ヒンジ部では曲げ変形のみ生じ、変位拡大レバーは変形しない場合の幾何学的な関係で、実際にはこれ以外の変形が生じるために、拡大倍率は若干小さめになると予測される。   Note that this relationship is a geometrical relationship in which only the bending deformation occurs in the hinge portion and the displacement magnifying lever does not deform. Actually, other deformations occur, so the magnification is expected to be slightly smaller. .

また、ヒンジ部５ａおよび５ｂは、変位拡大レバー７ａが回転した場合にヒンジ部６ａが僅かに左右に動いても、梁保持部４ａに無理な力が生じないように設けている。   Further, the hinge portions 5a and 5b are provided so that an excessive force is not generated in the beam holding portion 4a even if the hinge portion 6a slightly moves left and right when the displacement enlarging lever 7a rotates.

支持梁部に軸力を作用させる実施形態は図１、２の構成に限られることなく、種々の変形が可能である。   The embodiment in which the axial force is applied to the support beam portion is not limited to the configuration of FIGS. 1 and 2 and various modifications are possible.

例えば、図２では支持梁部３ａ〜３ｄが伸縮しても反射ミラー１が支持梁部の方向に移動することがないように、断面ＡＡに関し対称な構造となっているが、支持梁部３ａ〜３ｄの伸縮による反射ミラー１の移動が走査に及ぼす影響が小さく、また積層型圧電素子のストロークに余裕がある場合には図１３のような実施形態も考えられる。なお、図１３の平面図、正面図、右側面図を図１４に示し、図１４のＢＢ断面とＣＣ断面を図１５に示す。   For example, in FIG. 2, the reflection beam 1 has a symmetric structure with respect to the cross section AA so that the reflection mirror 1 does not move in the direction of the support beam even when the support beam 3 a to 3 d expands and contracts. In the case where the movement of the reflecting mirror 1 due to the expansion and contraction of ˜3d has little influence on scanning, and there is a margin in the stroke of the multilayer piezoelectric element, an embodiment as shown in FIG. 13 is also conceivable. A plan view, a front view, and a right side view of FIG. 13 are shown in FIG. 14, and a BB cross section and a CC cross section of FIG. 14 are shown in FIG.

この実施形態は図１、２において、梁保持部４ｂ〜軸力伝達部１０ｂの部分が固定部１１ａおよび１１ｂと一体になった固定部１６を形成した構造になっている。ヒンジ部が少ない単純な構造であるため、外乱に対して強い利点がある。   1 and 2, the beam holding portion 4b to the axial force transmission portion 10b have a structure in which a fixing portion 16 is formed in which the fixing portions 11a and 11b are integrated. Since it has a simple structure with few hinge parts, it has a strong advantage against disturbance.

さらに、積層型圧電素子のストロークが充分大きい場合には、変位拡大機構を用いる必要はなく、図１６に示すように単純な構造でよい。この構成では、積層型圧電素子１２ａ、１２ｂで発生した力が軸力伝達部１６、１７を介して支持梁部３ａ〜３ｄに作用する。   Further, when the stroke of the multilayer piezoelectric element is sufficiently large, it is not necessary to use a displacement magnifying mechanism, and a simple structure as shown in FIG. In this configuration, the force generated by the laminated piezoelectric elements 12a and 12b acts on the support beam portions 3a to 3d via the axial force transmission portions 16 and 17.

また、光スキャナを使用している最中に継続的に固有振動数を調整する必要がなく、製造上の寸法誤差や材料のばらつきによる固有振動数の誤差のみを調整するだけで充分な場合には、図１６の積層型圧電素子１２ａ、１２ｂの代わりに調整ネジを設けて手動で支持梁部に軸力を作用させることも考えられる。この際、ネジの部分をマイクロメーターのような構造にすると、軸力の精密な調整が可能である。   In addition, there is no need to continuously adjust the natural frequency while using the optical scanner, and it is sufficient to adjust only the natural frequency error due to manufacturing dimensional errors and material variations. It is also conceivable that an adjustment screw is provided instead of the laminated piezoelectric elements 12a and 12b in FIG. 16 to manually apply an axial force to the support beam portion. At this time, if the screw portion is structured like a micrometer, the axial force can be precisely adjusted.

一方、走査幅（可動板部の振幅）を更に大きくする必要がある場合には、図１７に示すように図２の構成にコア１８およびコイル１９を追加することが考えられる。この場合、新たに追加されたコア１８の磁極が図１８に示すように切り替わるようにコイル１９に交流電流を流すことにより、可動板部に作用するトルクが約２倍になって、図５の場合より大きい振幅が得られる。   On the other hand, when it is necessary to further increase the scanning width (amplitude of the movable plate portion), it is conceivable to add a core 18 and a coil 19 to the configuration of FIG. 2 as shown in FIG. In this case, by applying an alternating current to the coil 19 so that the magnetic pole of the newly added core 18 is switched as shown in FIG. 18, the torque acting on the movable plate portion is approximately doubled, and FIG. Greater amplitude is obtained.

これまでの説明では、軸力を発生するアクチュエータとして積層型圧電素子を用いた実施形態を中心に述べてきたが、他のアクチュエータを用いることも可能である。   In the description so far, the embodiments using the laminated piezoelectric element as the actuator for generating the axial force have been mainly described. However, other actuators can be used.

特に、発生力とストロークが大きいリニアモータを用いた場合には図１６において積層型圧電素子をリニアモータで置き換えた簡素な構成となる。   In particular, when a linear motor having a large generated force and stroke is used, the simple structure is obtained by replacing the stacked piezoelectric element with a linear motor in FIG.

なお、ストロークは充分であるが発生力が小さい小型のリニアモータを用いる場合には、図１９に示すように、力拡大機構を用いると良い。   In addition, when using a small linear motor having a sufficient stroke but a small generated force, a force expanding mechanism is preferably used as shown in FIG.

力拡大機構の作用について図２０によって説明する。リニアモータ２０ａと２０ｂ（図２０では記載を省略）によって軸力伝達部２３に力Ｐが作用すると、ヒンジ部２２ａを介して力拡大レバー２１ａに力が伝達されるが、ヒンジ部２４ａにおいて固定部１６から図面上下方向に拘束されているため反力Ｒが発生し、また梁保持部４ａでは支持梁部３ａ、３ｂからの反力Ｆが発生する。一方、支持梁部はＦと逆方向に軸力を受ける。   The operation of the force expanding mechanism will be described with reference to FIG. When the force P is applied to the axial force transmitting portion 23 by the linear motors 20a and 20b (not shown in FIG. 20), the force is transmitted to the force expanding lever 21a via the hinge portion 22a. 16 is restrained in the vertical direction of the drawing, a reaction force R is generated, and a reaction force F from the support beam portions 3a and 3b is generated in the beam holding portion 4a. On the other hand, the support beam portion receives an axial force in a direction opposite to F.

力Ｒの作用点であるヒンジ部２４ａから力Ｐ、Ｆの作用線までの距離をそれぞれｒ、ｓとすると、ヒンジ部２４ａまわりのモーメントの釣り合い式はＰ×ｒ−Ｆ×ｓ＝０となる。これよりＦ＝（ｒ／ｓ）Ｐとなり、ｒ＞ｓとすると力Ｆは力Ｐのｒ／ｓ倍になる。なお、この関係式はヒンジ部２４ａの曲げモーメントを無視した場合であり、実際には曲げモーメントの影響により拡大倍率は小さめになると予測される。また、ヒンジ部２２ａ、２４ａ、２５ａ、５ａ、６ａ等は、力が作用した場合に力拡大レバー２１ａが多少回転できるように設けてある。   Assuming that the distances from the hinge portion 24a, which is the point of action of the force R, to the action lines of the forces P and F are r and s, respectively, the moment balance equation around the hinge portion 24a is P × r−F × s = 0. . From this, F = (r / s) P, and when r> s, the force F is r / s times the force P. This relational expression is a case where the bending moment of the hinge portion 24a is ignored, and it is predicted that the enlargement magnification will actually be smaller due to the influence of the bending moment. Further, the hinge portions 22a, 24a, 25a, 5a, 6a and the like are provided so that the force expanding lever 21a can be rotated somewhat when a force is applied.

次に、可動板部の回転振動状態を検出して支持梁部の軸力を調整し、固有振動数を所定の値に制御する方式について説明する。   Next, a method of detecting the rotational vibration state of the movable plate portion, adjusting the axial force of the support beam portion, and controlling the natural frequency to a predetermined value will be described.

図２１は可動板部２の動きを検出する実施形態の一例を示す。可動板部２に形成された反射ミラー１によって反射されたレーザ光２６の一部をハーフミラー（ビームスプリッタ）２７によって光検出器２８に当てる。可動板部２が回転するとレーザ光の当たる位置が変わるため、光検出器２８の出力信号２９が変化する。   FIG. 21 shows an example of an embodiment for detecting the movement of the movable plate portion 2. A part of the laser beam 26 reflected by the reflecting mirror 1 formed on the movable plate portion 2 is applied to the photodetector 28 by a half mirror (beam splitter) 27. When the movable plate portion 2 rotates, the position where the laser light strikes changes, so that the output signal 29 of the photodetector 28 changes.

なおハーフミラー２７を使用する代わりに、図２２に示すように参照光３０を反射ミラー３１に当てて、その反射光を光検出器２８で検出する実施形態も考えられる。   Instead of using the half mirror 27, an embodiment in which the reference light 30 is applied to the reflection mirror 31 and the reflected light is detected by the photodetector 28 as shown in FIG.

上述のように反射ミラー１で反射されたレーザ光の動きを検出する方法は直接的で最も正確であるが経費や設置スペース等の面からこのような方法を採用できない場合は他の方法も考えられる。例えば、図１７では振幅を大きくする目的で２組のコアとコイルを用いたのであるが、同様の構成でコイルの一方のみに電流を流して可動板部を加振すると、もう一つのコイルには可動板部の動きに応じた起電電流が流れるため、これを増幅して検出することができる。   As described above, the method of detecting the movement of the laser beam reflected by the reflecting mirror 1 is direct and most accurate. However, when such a method cannot be adopted from the viewpoint of cost, installation space, etc., other methods are also considered. It is done. For example, in FIG. 17, two sets of cores and coils are used for the purpose of increasing the amplitude, but when a movable plate portion is vibrated by passing a current through only one of the coils with the same configuration, another coil is used. Since an electromotive current according to the movement of the movable plate portion flows, it can be amplified and detected.

上記のようにして検出された信号より軸力を制御する方式は、状態フィードバツタやモデルマッチングなど種々の制御理論を応用することが考えられるが、実施形態の一例として、検出信号の振幅と位相差を利用する方法について以下に説明する。   As a method for controlling the axial force from the signal detected as described above, various control theories such as state feedback and model matching can be applied. As an example of the embodiment, the amplitude and level of the detection signal are considered. A method using the phase difference will be described below.

図２３（ａ）、（ｂ）は振幅Ａおよび加振力に対する位相差φと加振振動数ｆの関係を示し、実際の固有振動数ｆ１が所定の固有振動数ｆ０より大きい場合を想定している。図において、実線３２ａ、３２ｂおよび破線３３ａ、３３ｂはそれぞれ固有振動数ｆ１および固有振動数ｆ０に対応する振幅および位相差の曲線を示す。   23A and 23B show the relationship between the amplitude A and the phase difference φ with respect to the excitation force and the excitation frequency f, and assume that the actual natural frequency f1 is greater than the predetermined natural frequency f0. ing. In the figure, solid lines 32a and 32b and broken lines 33a and 33b indicate amplitude and phase difference curves corresponding to the natural frequency f1 and the natural frequency f0, respectively.

一般的に、振幅Ａは図２３（ａ）のように固有振動数の付近で最大になり、加振力に対する位相差φは図２３（ｂ）のように固有振動数より小さい範囲ではほぼ０度、固有振動数付近では９０度、これより大きい振動数範囲では１８０度である。   In general, the amplitude A becomes maximum near the natural frequency as shown in FIG. 23A, and the phase difference φ with respect to the excitation force is almost 0 in the range smaller than the natural frequency as shown in FIG. It is 90 degrees near the natural frequency and 180 degrees in the higher frequency range.

したがって、実際の固有振動数ｆ１が所定の固有振動数ｆ０（駆動しようとする加振振動数付近）より大きい場合、所定の振動数ｆ０において振幅Ａ１は小さく位相差φはほぼ０であるので、軸力を減少させると固有振動数が減少して図２３（ａ）の曲線３２ａが左側に移動するにしたがって所定の固有振動数ｆ０における振幅が増加する。振幅が所定の大きさＡ０に達したところで軸力を一定に保つ。   Therefore, when the actual natural frequency f1 is larger than the predetermined natural frequency f0 (near the excitation frequency to be driven), the amplitude A1 is small and the phase difference φ is almost 0 at the predetermined frequency f0. When the axial force is decreased, the natural frequency decreases, and the amplitude at a predetermined natural frequency f0 increases as the curve 32a in FIG. When the amplitude reaches a predetermined magnitude A0, the axial force is kept constant.

一方、位相差φがほぼ１８０度の場合には、軸力を増加させ振幅が所定の大きさＡ０に達したところで軸力を一定に保つ。なお、軸力を増減させる割合は、振幅の所定の大きさＡ０と光検出器２８で検出された大きさＡ１の差に比例するように設定すると良い。   On the other hand, when the phase difference φ is approximately 180 degrees, the axial force is increased and the axial force is kept constant when the amplitude reaches a predetermined magnitude A0. The ratio of increasing or decreasing the axial force is preferably set so as to be proportional to the difference between the predetermined amplitude A0 and the magnitude A1 detected by the photodetector 28.

以上の制御の実施例の手順を図２４に示す。検出器３４で検出した可動板部２の回転角の信号を信号処理部３６に入力する。信号処理部３６では、検出された回転角の信号と可動板部２にトルクを与えて加振するための電磁石のコイル１５（図２）を駆動する加振信号３５から位相差を求め、位相差φがφ≧９０度の場合はｄ＝１、φ＜９０度の場合はｄ＝−１を設定するとともに、振幅設定値である目標信号Ａ０と振幅解析で得られた振幅信号Ａ１との差ｅ＝Ａ０−Ａ１にｄを乗じ、さらに積分して駆動ドライバ３７への指令信号を出力する。駆動ドライバ３７によって圧電素子あるいはリニアモータなどのアクチュエータ３８が作動すると支持梁部の軸力が変化して可動板部２の振幅が所定の大きさに保たれる。なお信号処理部は、デジタルシグナルプロセッサあるいは専用のアナログ回路で構成することが考えられる。また、積分器と並列に微分器を追加して応答性を速めるなど、実施形態の種々の変形がある。   The procedure of the embodiment of the above control is shown in FIG. A signal of the rotation angle of the movable plate unit 2 detected by the detector 34 is input to the signal processing unit 36. The signal processing unit 36 obtains the phase difference from the detected rotation angle signal and the excitation signal 35 that drives the coil 15 (FIG. 2) of the electromagnet for applying the torque to the movable plate part 2 for excitation. When the phase difference φ is φ ≧ 90 degrees, d = 1, and when φ <90 degrees, d = −1 is set, and the target signal A0 that is an amplitude setting value and the amplitude signal A1 obtained by the amplitude analysis are set. The difference e = A0−A1 is multiplied by d and further integrated to output a command signal to the drive driver 37. When an actuator 38 such as a piezoelectric element or a linear motor is actuated by the drive driver 37, the axial force of the support beam changes, and the amplitude of the movable plate 2 is maintained at a predetermined magnitude. The signal processing unit may be configured by a digital signal processor or a dedicated analog circuit. There are various modifications of the embodiment, such as adding a differentiator in parallel with the integrator to speed up the response.

本発明の構成の概略を示す斜視図The perspective view which shows the outline of the structure of this invention 本発明の構成を示す平面図、正面図および右側面図The top view which shows the structure of this invention, a front view, and a right view 図２のＡＡ断面図AA sectional view of FIG. 図２のＢＢ断面図およびＣＣ断面図BB sectional view and CC sectional view of FIG. 電磁力駆動方式の説明図Illustration of electromagnetic force drive system 支持梁部の変形状態のイメージ図Image of deformation state of support beam 図６のＤＤ断面図DD sectional view of FIG. 支持梁部から可動板部に作用する力の説明図Explanatory diagram of force acting on movable plate from support beam 図６のＥＥ断面図EE sectional view of FIG. 支持梁部構成の他の実施形態を示す図The figure which shows other embodiment of a support beam part structure. 従来型光スキャナの支持梁部変形状態のイメージ図Image diagram of deformed state of support beam of conventional optical scanner 変位拡大機構の説明図Explanatory drawing of displacement enlargement mechanism 別の実施形態の概略を示す斜視図The perspective view which shows the outline of another embodiment 図１３の平面図、正面図および右側面図The top view, front view, and right side view of FIG. 図１４のＢＢおよびＣＣ断面図BB and CC sectional views of FIG. 変位拡大機構を用いない実施形態を示す平面図The top view which shows embodiment which does not use a displacement expansion mechanism コアとコイルを２組用いた実施形態を示す図The figure which shows embodiment using 2 sets of cores and coils コアとコイルを２組用いた場合の電磁力駆動方式の説明図Explanatory drawing of electromagnetic force drive system when two sets of core and coil are used リニアモータと力拡大機構を用いて軸力を与える実施形態の図The figure of embodiment which gives axial force using a linear motor and a force expansion mechanism 力拡大機構の説明図Illustration of force expansion mechanism 可動板部運動状態検出方式の実施形態一例の説明図Explanatory drawing of an example of embodiment of a movable plate part movement state detection system 可動板部運動状態検出方式の他の実施例の説明図Explanatory drawing of another Example of a movable plate part movement state detection system 振幅、位相差と加振振動数の関係の説明図Illustration of the relationship between amplitude, phase difference and excitation frequency 軸力の制御実施例を示すブロック図Block diagram showing a control example of axial force

符号の説明Explanation of symbols

１ 反射ミラー
２ 可動板部
３ａ〜３ｅ 支持梁部
４ａ、４ｂ 梁保持部
５ａ〜６ｄ ヒンジ部
７ａ〜７ｄ 変位拡大レバー
８ａ〜９ｄ ヒンジ部
１０ａ、１０ｂ 軸力伝達部
１１ａ、１１ｂ 固定郎
１２ａ、１２ｂ 積層型圧電素子
１３ 磁性体（薄板状永久磁石）
１４ コア
１５ コイル
１６ 固定部
１７ 軸力仏達部
１８ コア
１９ コイル
２０ａ、２０ｂ リニアモータ（ボイスコイルモータ）
２１ａ、２１ｂ 力拡大レバー
２２ａ、２２ｂ ヒンジ部
２３ 軸力伝達部
２４ａ〜２５ｂ ヒンジ部
２６ レーザ光
２７ ハーフミラー（ビームスプリツタ）
２８ 光検出器
２９ 出力信号
３０ 参照光
３１ 反射ミラー
３２ａ、３３ａ 振幅応答曲線
３２ｂ、３３ｂ 位相差曲線
３４ 回転角検出器
３５ 加振信号
３６ 信号処理部
３７ 駆動ドライバ
３８ アクチュエータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reflection mirror 2 Movable plate part 3a-3e Support beam part 4a, 4b Beam holding part 5a-6d Hinge part 7a-7d Displacement expansion lever 8a-9d Hinge part 10a, 10b Axial force transmission part 11a, 11b Fixer 12a, 12b Multilayer piezoelectric element 13 Magnetic body (thin plate permanent magnet)
14 Core 15 Coil 16 Fixed part 17 Axial force Buddha part 18 Core 19 Coils 20a, 20b Linear motor (voice coil motor)
21a, 21b Force expanding levers 22a, 22b Hinge part 23 Axial force transmission parts 24a-25b Hinge part 26 Laser light 27 Half mirror (beam splitter)
28 Photodetector 29 Output signal 30 Reference light 31 Reflection mirrors 32a and 33a Amplitude response curves 32b and 33b Phase difference curve 34 Rotation angle detector 35 Excitation signal 36 Signal processor 37 Drive driver 38 Actuator

Claims (5)

固定部で両側を支持させた可動板部の反射ミラーを、磁界の変動を介して回転振動させることにより光源から照射された光を反射走査する光スキャナ装置であって、前記可動板部の少なくとも一側の回転軸付近に複数の支持梁部を配置して支持する構造とし、この複数の支持梁部を介して回転振動させるようにして成ることを特徴とする光スキャナ装置。   An optical scanner device that reflects and scans light irradiated from a light source by rotating and vibrating a reflection mirror of a movable plate supported on both sides by a fixed portion through a change in a magnetic field, wherein at least one of the movable plate An optical scanner device characterized in that a plurality of support beam portions are arranged and supported in the vicinity of a rotation shaft on one side, and are rotated and oscillated through the plurality of support beam portions. 支持梁部には、軸力を働かせて、可動板部の共振振動数（固有振動数）を制御調整できるようにして成ることを特徴とする請求項１記載の光スキャナ装置。   2. The optical scanner device according to claim 1, wherein an axial force is applied to the support beam portion so that the resonance frequency (natural frequency) of the movable plate portion can be controlled and adjusted. 可動板部の共振振動数の制御調整は、可動板部の回転角を検出して行うようにして成ることを特徴とする請求項２記載の光スキャナ装置。   3. The optical scanner device according to claim 2, wherein the control adjustment of the resonance frequency of the movable plate portion is performed by detecting the rotation angle of the movable plate portion. 軸力は、支持梁部に対して圧電素子、リニアモータなどのアクチュエータまたはネジで附与できるようにして成ることを特徴とする請求項２記載の光スキャナ装置。   3. The optical scanner device according to claim 2, wherein the axial force can be applied to the support beam portion by an actuator such as a piezoelectric element or a linear motor or a screw. 固定部で両側を支持させた可動板部の反射ミラーを、磁界の変動を介して回転振動させることにより光源から照射された光を反射走査する光スキャナ装置であって、可動板部に回転軸と直交する垂直な長手方向に着磁した磁石体を設け、この磁石体に対して固定部を介して対称位置に電磁石で磁気方向が変化できる磁極を配設して成ることを特徴とする光スキャナ装置。   An optical scanner device that reflects and scans light emitted from a light source by rotating and vibrating a reflecting mirror of a movable plate supported on both sides by a fixed portion through fluctuations in a magnetic field, and having a rotating shaft on the movable plate A magnetic body magnetized in a vertical longitudinal direction perpendicular to the magnetic body, and a magnetic pole whose magnetic direction can be changed by an electromagnet is disposed at a symmetrical position via a fixed portion with respect to the magnet body. Scanner device.

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