JP2013114015A - Optical scanner - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanner capable of reducing vibration of an unnecessary frequency generated in a structure.SOLUTION: An optical scanner 1 comprises a structure 2, a piezoelectric element 5, a base 4, and a projected part 44. The structure 2 includes a mirror part 21, a pair of twist beam parts 22, and a body part 23. The mirror part 21 is rockably supported around a rocking axis O. The pair of twist beam parts 22 rockably supports the mirror part 21. To the body part 23, an end opposite to an end which is connected to the mirror part 21 in the pair of respective twist beam parts 22 is connected. The piezoelectric element 5 is joined to one plate surface of the body part 23, and generates vibration force to resonantly rock the mirror part 21. The projected part 44 is projected from the base 4, and is fixed to a plate surface opposite to the plate surface to which the piezoelectric element 5 in the body part 23 is joined.

Description

本発明は、ミラー部を振動させることでレーザ等の光を走査する光スキャナに関する。   The present invention relates to an optical scanner that scans light such as a laser by vibrating a mirror portion.

従来、光スキャナの品質を向上させるための種々の技術が開示されている。例えば、特許文献１が開示している光スキャナは、構造体と一対の基台とを備える。構造体は、光を走査するミラー部を中央部に備える。ミラー部は、構造体に接合された駆動部（例えば、圧電素子）によって共振状態で振動（揺動）する。一対の基台は、共に、ミラー部から延びる一対の捩れ梁部に対して垂直な方向に延びており、互いに離間した状態で構造体を支持する。特許文献１が開示している光スキャナでは、一対の基台に対する構造体の固定位置がずれた場合でも、ミラー部の回転誤差が生じにくい。   Conventionally, various techniques for improving the quality of an optical scanner have been disclosed. For example, an optical scanner disclosed in Patent Document 1 includes a structure and a pair of bases. The structure includes a mirror section that scans light at the center. The mirror unit vibrates (oscillates) in a resonance state by a driving unit (for example, a piezoelectric element) joined to the structure. The pair of bases both extend in a direction perpendicular to the pair of torsion beam portions extending from the mirror portion, and support the structure in a state of being separated from each other. In the optical scanner disclosed in Patent Document 1, even when the fixing position of the structure relative to the pair of bases is deviated, a rotation error of the mirror portion is unlikely to occur.

特開２０１１−１５８５４６号公報JP2011-158546A

特許文献１が開示している光スキャナでは、構造体の外周の全てが基台に接触する場合に比べて、構造体と基台の間の接触面積が減少する。従って、構造体が振動しやすくなり、不要な周波数の振動が増加する。その結果、光の走査精度の悪化、騒音の発生等の不具合が生じる場合があった。   In the optical scanner disclosed in Patent Document 1, the contact area between the structure and the base is reduced as compared with the case where the entire outer periphery of the structure is in contact with the base. Therefore, the structure is likely to vibrate, and unnecessary frequency vibration increases. As a result, problems such as deterioration of light scanning accuracy and generation of noise may occur.

本発明は、構造体において発生する不要な周波数の振動を低減することができる光スキャナを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an optical scanner capable of reducing unnecessary frequency vibrations generated in a structure.

本発明に係る光スキャナは、光を反射する反射面を含み、揺動軸を中心として揺動可能に支持されるミラー部と、前記揺動軸と平行に前記ミラー部の両側から延び、前記ミラー部を揺動可能に支持する一対の捩れ梁部と、前記一対の捩れ梁部の各々のうち、前記ミラー部に接続する端部とは反対側の端部が接続される本体部とを有する平板状の構造体と、前記構造体における前記本体部の一方の板面に接合され、前記ミラー部を共振揺動させるための振動力を発生させる駆動部と、前記本体部の少なくとも一部を支持する基台と、前記基台から突出し、前記本体部のうち前記駆動部が接合される板面の反対側の板面に固定される突出部とを備える。   An optical scanner according to the present invention includes a mirror surface that includes a reflecting surface that reflects light, and is supported so as to be swingable about a swing shaft, and extends from both sides of the mirror portion in parallel with the swing shaft, A pair of torsion beam portions that support the mirror portion in a swingable manner, and a main body portion to which an end portion opposite to an end portion connected to the mirror portion of each of the pair of torsion beam portions is connected. A flat plate-like structure body, a driving section that is joined to one plate surface of the main body section of the structure body and generates a vibration force for resonant oscillation of the mirror section, and at least a part of the main body section And a protrusion that protrudes from the base and that is fixed to a plate surface on the opposite side of the plate surface to which the drive unit is joined.

本発明に係る光スキャナでは、駆動部が接合される本体部の板面に、基台から突出する突出部が固定される。従って、本体部は、突出部が固定されない場合に比べて振動し難くなる。よって、本発明に係る光スキャナは、構造体において発生する不要な周波数の共振振動（不要振動モード）を低減することができ、光の走査精度の悪化、騒音の発生等の不具合を抑制することができる。   In the optical scanner according to the present invention, the protruding portion protruding from the base is fixed to the plate surface of the main body portion to which the driving portion is joined. Therefore, the main body portion is less likely to vibrate compared to the case where the protruding portion is not fixed. Therefore, the optical scanner according to the present invention can reduce the resonance vibration (unnecessary vibration mode) of the unnecessary frequency generated in the structure, and suppress problems such as deterioration of light scanning accuracy and generation of noise. Can do.

前記突出部は、前記本体部において発生する共振振動のうち、前記ミラー部を共振振動させる駆動周波数に対応する共振振動とは異なる共振振動の共振周波数と、前記駆動周波数の倍波周波数の各々との差の最小値が閾値以上となる形状に形成されてもよい。この場合、駆動周波数の倍波周波数によって不要振動モードが励起されることが抑制される。よって、光スキャナは、不要振動モードによる不具合の発生をより確実に防止することができる。   The projecting portion includes a resonance frequency of a resonance vibration different from a resonance vibration corresponding to a drive frequency that causes the mirror portion to resonate among the resonance vibrations generated in the main body portion, and a harmonic frequency of the drive frequency. It may be formed in a shape in which the minimum value of the difference is equal to or greater than a threshold value. In this case, the unnecessary vibration mode is suppressed from being excited by the harmonic frequency of the drive frequency. Therefore, the optical scanner can more reliably prevent the occurrence of problems due to the unnecessary vibration mode.

前記突出部は、前記基台から、前記ミラー部と前記本体部との間に形成された中空部まで延びてもよい。中空部まで届かない形状の突出部を設ける場合に比べて、本体部の不要振動モードの発生はさらに抑制される。また、基台に対する構造体の固定位置がずれた場合でも、ミラー部の回転誤差の原因となる突出部と構造体の間の不良接触が生じにくい。   The protruding portion may extend from the base to a hollow portion formed between the mirror portion and the main body portion. The generation of the unnecessary vibration mode of the main body portion is further suppressed as compared with the case where the protruding portion having a shape not reaching the hollow portion is provided. In addition, even when the fixed position of the structure relative to the base is shifted, poor contact between the protrusion and the structure, which causes a rotation error of the mirror portion, hardly occurs.

前記本体部のうち、前記揺動軸に垂直な方向において前記ミラー部に対向する部位と反対側の部位が、前記基台に固定されてもよい。この場合、本体部は、ミラー部に対向する部位と反対側の部位が固定されない場合に比べて振動し難くなる。よって、不要振動モードをさらに抑制することができる。   A portion of the main body portion opposite to the portion facing the mirror portion in a direction perpendicular to the swing axis may be fixed to the base. In this case, the main body portion is less likely to vibrate compared to the case where the portion opposite to the portion facing the mirror portion is not fixed. Therefore, the unnecessary vibration mode can be further suppressed.

前記本体部は、前記揺動軸に垂直な平面のうち、前記ミラー部の中心を通る仮想平面に対して対称に配置され、各々が前記揺動軸から離間する方向に延びる一対の長孔を備えてもよい。前記長孔の長手方向端部と前記基台との接触部位において、前記基台の前記ミラー部側の端部が、前記長孔の長手方向端部よりも前記長孔の中心側へ向けて張り出した状態で、前記本体部が前記基台に固定されてもよい。この場合、基台に対する構造体の固定位置にずれが発生しても、ミラー部の回転誤差の原因となる基台と構造体の不良接触（板状の構造体の一部が基台から浮いた状態）が生じ難い。よって、不要振動モードを低減しつつ、回転誤差の発生を抑制することができる。   The main body portion is arranged symmetrically with respect to a virtual plane passing through the center of the mirror portion among the planes perpendicular to the swing shaft, and each of the main body portions includes a pair of elongated holes extending in a direction away from the swing shaft. You may prepare. At the contact portion between the longitudinal end of the long hole and the base, the end of the base on the mirror part side is directed toward the center of the long hole rather than the longitudinal end of the long hole. The main body may be fixed to the base in an overhanging state. In this case, even if a displacement occurs in the fixing position of the structure with respect to the base, a bad contact between the base and the structure causing a rotation error of the mirror portion (a part of the plate-like structure floats from the base). Is unlikely to occur. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of a rotation error while reducing the unnecessary vibration mode.

前記本体部のうち、前記揺動軸に垂直な方向において前記ミラー部に対向する部位と反対側の端部と、前記基台の前記ミラー部側の端部との間に隙間が形成された状態で、前記本体部が前記基台に固定されてもよい。この場合、本体部の振動が過度に抑制されることが防止される。よって、駆動電圧を低下させることができる。   A gap is formed between an end portion of the main body portion opposite to the portion facing the mirror portion in a direction perpendicular to the swing axis and an end portion of the base on the mirror portion side. In the state, the main body may be fixed to the base. In this case, the vibration of the main body is prevented from being excessively suppressed. Therefore, the drive voltage can be reduced.

光スキャナ１の斜視図である。1 is a perspective view of an optical scanner 1. FIG. 光スキャナ１の底面図である。2 is a bottom view of the optical scanner 1. FIG. 図１におけるＡ−Ａ線矢視方向断面図である。It is AA arrow direction sectional drawing in FIG. 図１における領域Ｗの拡大図である。It is an enlarged view of the area | region W in FIG. 突出部４４の形状と光スキャナ１の特性との関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the shape of the protrusion 44 and the characteristics of the optical scanner 1. 光スキャナ５１の斜視図である。2 is a perspective view of an optical scanner 51. FIG. Ｔ固定およびＩ固定によって不要振動モードの数が減少することを確認するための評価シミュレーションの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the evaluation simulation for confirming that the number of unnecessary vibration modes reduces by T fixation and I fixation. 光スキャナ６１の斜視図である。2 is a perspective view of an optical scanner 61. FIG.

以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、参照する図面は、本発明が採用し得る技術的特徴を説明するために用いられるものである。図面に記載されている光スキャナの構成等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。   Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings to be referred to are used for explaining technical features that can be adopted by the present invention. The configuration and the like of the optical scanner shown in the drawings are not intended to be limited to this, but are merely illustrative examples.

図１から図４を参照して、第一実施形態に係る光スキャナ１の構成について説明する。図１に示すように、光スキャナ１は構造体２および基台４を有する。構造体２のミラー部２１は、圧電素子５によって、揺動軸Ｏを中心として共振状態で振動（揺動）する。揺動するミラー部２１は、入射した光を走査する。図１〜図４では、揺動軸Ｏが延びる方向をＹ軸方向とする。板状である光スキャナ１の厚み方向をＺ軸方向とする。よって、Ｘ軸方向は、構造体２の板面に平行、且つ揺動軸Ｏに垂直な方向となる。   The configuration of the optical scanner 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. As shown in FIG. 1, the optical scanner 1 has a structure 2 and a base 4. The mirror portion 21 of the structure 2 vibrates (oscillates) in a resonance state about the oscillation axis O by the piezoelectric element 5. The oscillating mirror unit 21 scans the incident light. 1-4, the direction in which the swing axis O extends is the Y-axis direction. The thickness direction of the plate-shaped optical scanner 1 is defined as the Z-axis direction. Therefore, the X-axis direction is a direction parallel to the plate surface of the structure 2 and perpendicular to the swing axis O.

構造体２について説明する。構造体２は、ＳＵＳ等の金属によって形成される平面視矩形の板状部材である。図１および図２に示すように、構造体２は、ミラー部２１、一対の捩れ梁部２２、および本体部２３を有する。   The structure 2 will be described. The structure 2 is a plate-like member having a rectangular shape in plan view and formed of a metal such as SUS. As shown in FIGS. 1 and 2, the structure 2 includes a mirror portion 21, a pair of torsion beam portions 22, and a main body portion 23.

ミラー部２１は、レーザ等の光を反射する反射面を含む。本実施形態では、ミラー部２１の形状は平面視において矩形である。しかし、ミラー部２１の形状は矩形に限定されない。例えば、ミラー部２１を平面視円形、楕円形、多角形等に形成してもよい。反射面は、ミラー部２１の表面が鏡面研磨されることで形成される。しかし、反射面の形成方法も変更できる。例えば、アルミニウム、銀等の金属薄膜が成膜されたサファイヤ、ダイヤモンド等の誘電体を、ミラー部２１の表面に貼り付けることで、反射面を形成してもよい。   The mirror unit 21 includes a reflecting surface that reflects light such as a laser. In this embodiment, the shape of the mirror part 21 is a rectangle in planar view. However, the shape of the mirror part 21 is not limited to a rectangle. For example, the mirror unit 21 may be formed in a circular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, or the like in plan view. The reflection surface is formed by mirror-polishing the surface of the mirror unit 21. However, the method of forming the reflecting surface can also be changed. For example, the reflective surface may be formed by attaching a dielectric such as sapphire or diamond on which a metal thin film such as aluminum or silver is formed to the surface of the mirror portion 21.

一対の捩れ梁部２２の各々の一端は、ミラー部２１のＹ軸方向における両端部に接続される。一対の捩れ梁部２２の各々は、ミラー部２１から離間する方向に延びる。本実施形態では、一対の捩れ梁部２２が延びる方向はＹ軸方向であり、一対の捩れ梁部２２と揺動軸Ｏとが一致する。一対の捩れ梁部２２は、ミラー部２１の両端部を、揺動軸Ｏ回りに揺動可能に弾性的に支持する。つまり、一対の捩れ梁部２２は、ミラー部２１を揺動軸Ｏ回りに揺動可能に支持するトーションバーとして機能する。   One end of each of the pair of torsion beam portions 22 is connected to both end portions of the mirror portion 21 in the Y-axis direction. Each of the pair of torsion beam portions 22 extends in a direction away from the mirror portion 21. In the present embodiment, the direction in which the pair of torsion beam portions 22 extends is the Y-axis direction, and the pair of torsion beam portions 22 and the swing axis O coincide with each other. The pair of torsion beam portions 22 elastically support both end portions of the mirror portion 21 so as to be swingable about the swing axis O. That is, the pair of torsion beam portions 22 functions as a torsion bar that supports the mirror portion 21 so as to be swingable about the swing axis O.

本体部２３は、ミラー部２１が揺動するための空間である中空部２４を中央に形成し、ミラー部２１および一対の捩れ梁部２２を中空部２４において保持する。本実施形態では、中空部２４は平面視矩形状である。しかし、中空部２４の形状は変更してもよい。図１に示すように、本体部２３は、一対の対辺２５と、一対の素子固定部２７とを備える。中空部２４は、一対の対辺２５と一対の素子固定部２７とによって囲まれた空間となる。   The main body part 23 forms a hollow part 24 at the center, which is a space for the mirror part 21 to oscillate, and holds the mirror part 21 and the pair of torsion beam parts 22 in the hollow part 24. In the present embodiment, the hollow portion 24 has a rectangular shape in plan view. However, the shape of the hollow portion 24 may be changed. As shown in FIG. 1, the main body portion 23 includes a pair of opposite sides 25 and a pair of element fixing portions 27. The hollow portion 24 is a space surrounded by the pair of opposite sides 25 and the pair of element fixing portions 27.

一対の対辺２５は、ミラー部２１を両者の間に挟むように配置され、共にＸ軸方向（揺動軸Ｏに垂直な方向）に延びる。一対の対辺２５の各々とミラー部２１との距離は等しい。一対の対辺２５の各々の内側（中空部２４に面する側）には、一対の捩れ梁部２２の各々における外側の端部が固定される。その結果、ミラー部２１および一対の捩れ梁部２２が、一対の対辺２５によって保持される。   The pair of opposite sides 25 are disposed so as to sandwich the mirror portion 21 therebetween, and both extend in the X-axis direction (a direction perpendicular to the swing axis O). The distance between each of the pair of opposite sides 25 and the mirror portion 21 is equal. The outer ends of each of the pair of torsion beam portions 22 are fixed to the inner side (the side facing the hollow portion 24) of each of the pair of opposite sides 25. As a result, the mirror portion 21 and the pair of torsion beam portions 22 are held by the pair of opposite sides 25.

一対の対辺２５の各々には、揺動軸Ｏから離間する方向（Ｘ軸方向）に延びる長孔２６が形成されている。本実施形態における長孔２６は平面視矩形状であるが、長孔２６の形状は変更してもよい。一対の対辺２５および一対の長孔２６は、揺動軸Ｏに垂直な平面のうちミラー部２１の中心を通る仮想平面に対して対称である。よって、一対の長孔２６の幅、長手方向の長さ、ミラー部２１との間の距離は、全て等しい。また、一対の長孔２６の各々は、揺動軸Ｏに対して対称である。よって、揺動軸Ｏは長孔２６の中心を横切る。   Each of the pair of opposite sides 25 is formed with a long hole 26 extending in a direction away from the swing axis O (X-axis direction). Although the long hole 26 in the present embodiment is rectangular in plan view, the shape of the long hole 26 may be changed. The pair of opposite sides 25 and the pair of long holes 26 are symmetric with respect to a virtual plane passing through the center of the mirror portion 21 among the planes perpendicular to the swing axis O. Therefore, the width of the pair of long holes 26, the length in the longitudinal direction, and the distance from the mirror portion 21 are all equal. Further, each of the pair of long holes 26 is symmetric with respect to the swing axis O. Therefore, the swing axis O crosses the center of the long hole 26.

なお、一対の対辺２５は、長孔２６のミラー部２１側（内側）の長辺と、ミラー部２１とは反対側（外側）の長辺とを連結する柱状の節連結部（図示せず）を、長手方向の中心に備えてもよい。節連結部は、１つの長孔２６に１つ設けてもよいし、複数設けてもよい。節連結部を１つとする場合、節連結部と揺動軸Ｏとを同一直線状に配置する。節連結部を複数設ける場合、複数の節連結部を、揺動軸Ｏに対して対称に配置するとよい。節連結部を設けることで、捩れ梁部２２およびミラー部２１のＺ軸方向の変位は抑制される。   The pair of opposite sides 25 is a columnar node connecting portion (not shown) that connects the long side of the long hole 26 on the mirror portion 21 side (inner side) and the long side on the opposite side (outer side) of the mirror portion 21. ) May be provided at the center in the longitudinal direction. One node connecting portion may be provided in one long hole 26, or a plurality of node connecting portions may be provided. When there is one node connecting portion, the node connecting portion and the swing shaft O are arranged in the same straight line. In the case where a plurality of node coupling portions are provided, the plurality of node coupling portions may be arranged symmetrically with respect to the swing axis O. By providing the node connecting portion, the displacement of the torsion beam portion 22 and the mirror portion 21 in the Z-axis direction is suppressed.

一対の素子固定部２７は、中空部２４のＸ軸正方向側、およびＸ軸負方向側の各々に位置する平板状の部位である。図１および図３に示すように、素子固定部２７の上面には、駆動部としての圧電素子５が接合されている。図１に示すように、２つの圧電素子５は、素子固定部２７のＹ軸方向中間位置において、揺動軸Ｏに対して対称となるように配置される。圧電素子５は、例えば、厚さ３０μｍ〜１００μｍの平板状に成形されたチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電材料の両面に、０．２μｍ〜０．６μｍの金、白金等が電極層として積層されることで形成される。圧電素子５は、導電性接着剤で素子固定部２７の板面に接着される。圧電素子５の上面には、金等の金属細線（図示せず）がワイヤボンディング等で接続される。   The pair of element fixing portions 27 are flat plate-like portions located on the X axis positive direction side and the X axis negative direction side of the hollow portion 24. As shown in FIGS. 1 and 3, the piezoelectric element 5 as a drive unit is bonded to the upper surface of the element fixing unit 27. As shown in FIG. 1, the two piezoelectric elements 5 are arranged so as to be symmetric with respect to the swing axis O at an intermediate position in the Y-axis direction of the element fixing portion 27. For example, the piezoelectric element 5 is formed by laminating 0.2 μm to 0.6 μm of gold, platinum or the like as an electrode layer on both surfaces of a piezoelectric material such as lead zirconate titanate formed into a flat plate having a thickness of 30 μm to 100 μm. Is formed. The piezoelectric element 5 is bonded to the plate surface of the element fixing portion 27 with a conductive adhesive. A thin metal wire (not shown) such as gold is connected to the upper surface of the piezoelectric element 5 by wire bonding or the like.

光スキャナ１の動作について説明する。本実施形態では、構造体２は金属で形成される。よって、圧電素子５の上面の電極層と構造体２との間に電圧を印加することで、圧電素子５を変形させることができる。揺動軸Ｏに対して一方の側に設けられた圧電素子５と、他方の側に設けられた圧電素子５には、交流電圧が逆位相となるように印加される。印加される交流電圧の周波数が、光スキャナ１の共振周波数に相当する場合、圧電素子５の変形に伴って本体部２３に板波が励起される。励起された板波が、本体部２３および一対の捩れ梁部２２を介してミラー部２１に伝達されることで、ミラー部２１は所定の共振周波数で揺動軸Ｏを中心に揺動する。従って、ミラー部２１を共振振動させるための共振周波数を駆動周波数として光スキャナ１を駆動することで、光スキャナ１は安定した光走査を行うことができる。   The operation of the optical scanner 1 will be described. In the present embodiment, the structure 2 is made of metal. Therefore, the piezoelectric element 5 can be deformed by applying a voltage between the electrode layer on the upper surface of the piezoelectric element 5 and the structure 2. An alternating voltage is applied to the piezoelectric element 5 provided on one side with respect to the swing axis O and the piezoelectric element 5 provided on the other side so as to have an opposite phase. When the frequency of the applied AC voltage corresponds to the resonance frequency of the optical scanner 1, a plate wave is excited in the main body 23 with the deformation of the piezoelectric element 5. The excited plate wave is transmitted to the mirror part 21 via the main body part 23 and the pair of torsion beam parts 22, so that the mirror part 21 swings around the swing axis O at a predetermined resonance frequency. Therefore, the optical scanner 1 can perform stable optical scanning by driving the optical scanner 1 using the resonance frequency for resonantly vibrating the mirror unit 21 as a driving frequency.

板状である本体部２３のうち、後述する基台４に接触していない部分は、宙に浮いた状態となる。本体部２３のうち宙に浮いた部分は、光スキャナ１の駆動時に上下方向に変位する。従って、構造体２の本体部２３と基台４との間の接触面積が小さすぎると、構造体２が振動しやすくなり、駆動周波数に対応する共振振動とは異なる不要な共振振動（以下、「不要振動モード」という。）が発生し易くなる。不要振動モードの励起がピークとなる共振周波数（以下、「不要振動モードの共振周波数」という。）と、駆動周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数（以下、「倍波周波数」という。）とが近いと、不要振動モードが励起されて、光スキャナ１における光の走査精度の悪化、騒音の発生等の不具合が生じる。特に、人間の可聴域である２０ｋＨｚ以下の不要振動モードは、騒音の直接的な原因となる。従って、不要振動モードの共振周波数の個数自体が少なくなるように（つまり、不要振動モードの数が減少するように）、光スキャナ１を設計することが重要となる。また、不要振動モードの数を「０」にすることは困難である。従って、不要振動モードの励起を抑制するために、不要振動モードの共振周波数と駆動周波数の倍波周波数との差が極力大きくなるように、光スキャナ１を設計することがより望ましい。   Of the plate-like main body 23, a portion that is not in contact with the base 4 described later is in a floating state. A portion of the main body 23 that floats in the air is displaced in the vertical direction when the optical scanner 1 is driven. Therefore, if the contact area between the main body 23 of the structure 2 and the base 4 is too small, the structure 2 is likely to vibrate, and unnecessary resonance vibration (hereinafter referred to as resonance vibration corresponding to the drive frequency). "Unnecessary vibration mode") is likely to occur. A resonance frequency (hereinafter referred to as “resonance frequency of unnecessary vibration mode”) at which excitation of the unnecessary vibration mode reaches a peak and a frequency n times (n is a natural number) of the drive frequency (hereinafter referred to as “double frequency”). Is near, the unnecessary vibration mode is excited, and problems such as deterioration of light scanning accuracy and generation of noise occur in the optical scanner 1. In particular, an unnecessary vibration mode of 20 kHz or less, which is a human audible range, directly causes noise. Therefore, it is important to design the optical scanner 1 so that the number of resonance frequencies of the unnecessary vibration mode itself is reduced (that is, the number of unnecessary vibration modes is reduced). Moreover, it is difficult to set the number of unnecessary vibration modes to “0”. Therefore, in order to suppress the excitation of the unnecessary vibration mode, it is more desirable to design the optical scanner 1 so that the difference between the resonance frequency of the unnecessary vibration mode and the harmonic frequency of the drive frequency is as large as possible.

基台４について説明する。図２に示すように、基台４の外形は底面視矩形状である。基台４の外形と、構造体２の外形とは一致する。図３に示すように、基台４の厚みは構造体２の厚みに比べて大きい。従って、構造体２が振動しても、基台４は殆ど変形しない。基台４は、ＳＵＳ等によって形成されればよい。   The base 4 will be described. As shown in FIG. 2, the outer shape of the base 4 is rectangular when viewed from the bottom. The outer shape of the base 4 and the outer shape of the structure 2 are the same. As shown in FIG. 3, the thickness of the base 4 is larger than the thickness of the structure 2. Therefore, even if the structure 2 vibrates, the base 4 hardly deforms. The base 4 may be formed of SUS or the like.

図２に示すように、基台４は、矩形枠状の部材である枠部４１を備える。枠部４１は、４つの直線状の辺によって構成される。枠部４１の４つの辺のうち、Ｙ軸方向に延びる一対の辺の各々には、突出部４４が設けられている。突出部４４は、一対の辺の各々の中央部から、ミラー部２１に近づくように内側へ突出する。突出部４４は、本体部２３における素子固定部２７の板面のうち、圧電素子５（図１および図３参照）が接合される側の反対側の板面に固定される。従って、本体部２３のうち宙に浮いた状態となる部分は、突出部４４が固定されていない場合に比べて減少する。その結果、構造体２において発生する不要振動モードの数が減少し、走査精度の悪化と騒音の発生とが抑制される。   As shown in FIG. 2, the base 4 includes a frame portion 41 that is a rectangular frame-shaped member. The frame part 41 is constituted by four straight sides. Of the four sides of the frame portion 41, a protruding portion 44 is provided on each of a pair of sides extending in the Y-axis direction. The protruding portion 44 protrudes inward from the central portion of each of the pair of sides so as to approach the mirror portion 21. The protruding portion 44 is fixed to the plate surface on the opposite side of the plate surface of the element fixing portion 27 in the main body portion 23 to the side to which the piezoelectric element 5 (see FIGS. 1 and 3) is bonded. Accordingly, the portion of the main body portion 23 that is in a suspended state is reduced compared to the case where the protruding portion 44 is not fixed. As a result, the number of unnecessary vibration modes generated in the structure 2 is reduced, and deterioration of scanning accuracy and generation of noise are suppressed.

突出部４４は、ミラー部２１と本体部２３との間に形成された中空部２４まで延びる。換言すると、突出部４４の内側（ミラー部２１に近い側）の端部４５は、本体部２３における素子固定部２７のうち中空部２４に面する側の端部２９よりもさらに内側まで延びる。従って、突出部４４の端部４５が中空部２４まで届かない場合に比べて、本体部２３と突出部４４との間の接触面積は大きくなる。よって、光スキャナ１は、本体部における不要振動モードの発生をさらに抑制することができる。また、基台４に対する構造体２の固定位置がＸ軸方向に多少ずれた場合でも、一対の素子固定部２７の一方の端部２９のみが突出部４４から浮いた状態とはなり難い。一対の素子固定部２７の間で、突出部４４から浮いた部分の面積に差が生じる不良接触状態となると、揺動軸Ｏ（図１参照）に対する対称性が乱れ、ミラー部２１の回転誤差が発生する可能性がある。光スキャナ１は、端部４５が端部２９よりも内側に延びることにより、不良接触に起因した回転誤差の発生を抑制することができる。   The protruding portion 44 extends to the hollow portion 24 formed between the mirror portion 21 and the main body portion 23. In other words, the end 45 on the inner side (the side closer to the mirror portion 21) of the protruding portion 44 extends further to the inner side than the end 29 on the side facing the hollow portion 24 of the element fixing portion 27 in the main body portion 23. Therefore, the contact area between the main body 23 and the protruding portion 44 is larger than when the end portion 45 of the protruding portion 44 does not reach the hollow portion 24. Therefore, the optical scanner 1 can further suppress the occurrence of unnecessary vibration modes in the main body. Even when the fixing position of the structure 2 with respect to the base 4 is slightly shifted in the X-axis direction, it is difficult for only one end portion 29 of the pair of element fixing portions 27 to be lifted from the protruding portion 44. If a poor contact state occurs in which the area of the portion floating from the protruding portion 44 is different between the pair of element fixing portions 27, the symmetry with respect to the swing axis O (see FIG. 1) is disturbed, and the rotation error of the mirror portion 21 occurs. May occur. In the optical scanner 1, the end portion 45 extends inward from the end portion 29, so that it is possible to suppress the occurrence of a rotation error due to poor contact.

基台４に対する構造体２の固定構造について説明する。図１に示すように、第一実施形態の光スキャナ１では、構造体２の本体部２３のうち、揺動軸Ｏと垂直な方向においてミラー部２１に対向する部位と反対側の部位（Ｘ軸方向における両端部であり、Ｙ軸方向に延びる一対の端辺）の全体が、基台４に固定される。つまり、図２に示すように、本体部２３の素子固定部２７の底面は、Ｙ軸方向中央部において突出部４４に固定されると共に、Ｘ軸方向における外側の端部全体において基台４の枠部４１に固定される。従って、構造体２と基台４の接触領域は、アルファベットの「Ｔ」が２つ含まれた形状となる。以下、第一実施形態における固定構造を「Ｔ固定」という。Ｔ固定の光スキャナ１では、構造体２の本体部２３は、Ｘ軸方向における両端部の全体が基台４に固定されない場合に比べて振動し難くなる。よって、不要振動モードの数をさらに減少させることができる。   A structure for fixing the structure 2 to the base 4 will be described. As shown in FIG. 1, in the optical scanner 1 according to the first embodiment, the portion (X) of the main body 23 of the structure 2 on the opposite side to the portion facing the mirror portion 21 in the direction perpendicular to the swing axis O. The whole of a pair of end sides that are both ends in the axial direction and extend in the Y-axis direction is fixed to the base 4. That is, as shown in FIG. 2, the bottom surface of the element fixing portion 27 of the main body portion 23 is fixed to the protruding portion 44 at the central portion in the Y-axis direction, and at the entire outer end portion in the X-axis direction. It is fixed to the frame part 41. Therefore, the contact area between the structure 2 and the base 4 has a shape including two alphabetic “T” characters. Hereinafter, the fixing structure in the first embodiment is referred to as “T fixing”. In the T-fixed optical scanner 1, the main body portion 23 of the structure 2 is less likely to vibrate compared to the case where the entire both ends in the X-axis direction are not fixed to the base 4. Therefore, the number of unnecessary vibration modes can be further reduced.

構造体２の長孔２６と基台４の枠部４１との位置関係について説明する。図２に示すように、枠部４１の４つの辺のうちＹ軸方向に延びる一対の辺の距離は、長孔２６の長手方向（Ｘ軸方向）の長さよりも短い。従って、図４に示すように、構造体２を基台４に固定すると、長孔２６の長手方向端部３１と基台４の枠部４１との接触部位では、枠部４１の内側（つまり、ミラー部２１側。図１参照）の端部４２が、長孔２６の長手方向端部３１よりも、長孔２６の中心側へ向けて張り出す。よって、基台４に対する構造体２の固定位置がＸ軸方向に多少ずれた場合でも、長孔２６の長手方向端部３１が基台４から浮いた状態とはなり難い。長孔２６における一対の端部３１の間で、基台４から浮いた部分の面積に差が生じる不良接触状態となると、揺動軸Ｏ（図１参照）に対する対称性が乱れ、ミラー部２１の回転誤差が発生する可能性がある。光スキャナ１は、不要振動モードを低減しつつ、不良接触による回転誤差の発生を抑制することができる。   The positional relationship between the long hole 26 of the structure 2 and the frame part 41 of the base 4 will be described. As shown in FIG. 2, the distance between the pair of sides extending in the Y-axis direction among the four sides of the frame portion 41 is shorter than the length of the long hole 26 in the longitudinal direction (X-axis direction). Therefore, as shown in FIG. 4, when the structure 2 is fixed to the base 4, the contact portion between the longitudinal end 31 of the long hole 26 and the frame 41 of the base 4 is inside the frame 41 (that is, The end portion 42 on the mirror portion 21 side (see FIG. 1) projects toward the center side of the long hole 26 from the longitudinal end portion 31 of the long hole 26. Therefore, even when the fixing position of the structure 2 with respect to the base 4 is slightly shifted in the X-axis direction, the longitudinal end 31 of the long hole 26 is unlikely to be lifted from the base 4. When a poor contact state occurs in which the area of the portion floating from the base 4 is different between the pair of end portions 31 in the long hole 26, the symmetry with respect to the swing axis O (see FIG. 1) is disturbed, and the mirror portion 21 Rotation error may occur. The optical scanner 1 can suppress the occurrence of a rotation error due to defective contact while reducing unnecessary vibration modes.

光スキャナ１の最適な形状について説明する。前述したように、不要振動モードの共振周波数と、駆動周波数の倍波周波数とが近いと、不要振動モードが励起されて不具合が生じる。従って、不要振動モードの共振周波数と駆動周波数の倍波周波数との差が極力大きくなるように、光スキャナ１の材質、形状、大きさを設定するのが望ましい。特に、２０ｋＨｚ以下の不要振動モードが励起されると騒音が発生する。従って、２０ｋＨｚ以下の不要振動モードの共振周波数と、駆動周波数の倍波周波数との差を大きくすると、不具合の影響（例えば、走査精度の低下量、騒音量）を低減できる。   The optimum shape of the optical scanner 1 will be described. As described above, if the resonance frequency of the unnecessary vibration mode is close to the harmonic frequency of the drive frequency, the unnecessary vibration mode is excited and a problem occurs. Therefore, it is desirable to set the material, shape, and size of the optical scanner 1 so that the difference between the resonance frequency of the unnecessary vibration mode and the harmonic frequency of the drive frequency is as large as possible. In particular, noise is generated when an unnecessary vibration mode of 20 kHz or less is excited. Therefore, if the difference between the resonance frequency of the unnecessary vibration mode of 20 kHz or less and the harmonic frequency of the drive frequency is increased, the influence of the problem (for example, the amount of decrease in scanning accuracy and the amount of noise) can be reduced.

図５は、図１〜図４に示した光スキャナ１における突出部４４の形状と、光スキャナ１の特性との関係を、シミュレーションによって求めた結果を示す。まず、シミュレーションの内容について説明する。図２に示すように、ｘ（ｍｍ）およびｙ（ｍｍ）は、本体部２３における素子固定部２７のうち、枠部４１および突出部４４が固定されていない４つの領域（宙に浮いた部分の領域）の各々の大きさを示すパラメータである。詳細には、ｘ（ｍｍ）は、素子固定部２７の中空部２４に面する側の端部２９から枠部４１までのＸ軸方向の距離である。ｙ（ｍｍ）は、突出部４４のＹ軸方向の端部から長孔２６までの距離である。   FIG. 5 shows results obtained by simulation of the relationship between the shape of the protrusion 44 in the optical scanner 1 shown in FIGS. 1 to 4 and the characteristics of the optical scanner 1. First, the contents of the simulation will be described. As shown in FIG. 2, x (mm) and y (mm) are four regions (parts floating in the air) of the element fixing portion 27 in the main body portion 23 where the frame portion 41 and the protruding portion 44 are not fixed. This is a parameter indicating the size of each area. Specifically, x (mm) is a distance in the X-axis direction from the end portion 29 on the side facing the hollow portion 24 of the element fixing portion 27 to the frame portion 41. y (mm) is the distance from the end of the protrusion 44 in the Y-axis direction to the long hole 26.

このシミュレーションでは、光スキャナ１におけるｘ（ｍｍ）およびｙ（ｍｍ）のみを変化させて、２０ｋＨｚ以下の不要振動モードの共振周波数と、光スキャナ１の駆動電圧（Ｖ）を解析した。次いで、解析した不要振動モードの共振周波数と、この共振周波数に隣接する２つの倍波周波数との間の周波数差（Ｈｚ）を算出した。ここで、「周波数差１」は、解析した不要振動モードの共振周波数よりも大きい倍波周波数のうち、値が最も小さい倍波周波数との間の周波数差を示す。「周波数差２」は、解析した不要振動モードの共振周波数よりも小さい倍波周波数のうち、値が最も大きい倍波周波数との間の周波数差を示す。図５に示すシミュレーションの結果は、「ｘ、ｙと周波数差１の関係」、「ｘ、ｙと周波数差２の関係」、「ｘ、ｙと駆動電圧の関係」である。   In this simulation, only x (mm) and y (mm) in the optical scanner 1 were changed, and the resonance frequency of the unnecessary vibration mode of 20 kHz or less and the driving voltage (V) of the optical scanner 1 were analyzed. Next, a frequency difference (Hz) between the analyzed resonance frequency of the unnecessary vibration mode and two harmonic frequencies adjacent to the resonance frequency was calculated. Here, “frequency difference 1” indicates a frequency difference between the harmonic frequency having the smallest value among the harmonic frequencies larger than the resonance frequency of the analyzed unnecessary vibration mode. “Frequency difference 2” indicates a frequency difference between the harmonic frequency having the largest value among the harmonic frequencies smaller than the resonance frequency of the analyzed unnecessary vibration mode. The simulation results shown in FIG. 5 are “relationship between x, y and frequency difference 1”, “relationship between x, y and frequency difference 2”, and “relationship between x, y and drive voltage”.

なお、本実施形態における光スキャナ１では、不要振動モードが非常に近接した４つのモードのみとなるので、それぞれの不要振動モードに対して「周波数差１」および「周波数差２」を算出し、全ての「周波数差１」の平均値と、全ての「周波数差２」の平均値とをシミュレーションの結果として用いている。また、光スキャナ１における捩れ梁部２２のＹ軸方向の長さは７．３ｍｍ、Ｘ軸方向の幅は０．９ｍｍである。圧電素子５のＹ軸方向の長さは１６．０ｍｍ、Ｘ軸方向の幅は６．０ｍｍである。   In the optical scanner 1 according to this embodiment, the unnecessary vibration modes are only four modes that are very close to each other. Therefore, “frequency difference 1” and “frequency difference 2” are calculated for each unnecessary vibration mode, The average value of all “frequency differences 1” and the average value of all “frequency differences 2” are used as simulation results. The length of the torsion beam portion 22 in the optical scanner 1 in the Y-axis direction is 7.3 mm, and the width in the X-axis direction is 0.9 mm. The length of the piezoelectric element 5 in the Y-axis direction is 16.0 mm, and the width in the X-axis direction is 6.0 mm.

図５に示すように、突出部４４のＹ軸方向の幅を狭くしてｙ（ｍｍ）を大きくする程、「周波数差１」は大きくなり、「周波数差２」は小さくなる。不要振動モードの共振周波数と、駆動周波数の倍波周波数との差の最小値（つまり、「周波数差１」および「周波数差２」のうち小さい方の値）は、「周波数差１」のグラフと「周波数差２」のグラフの交点において最大となる。つまり、２つのグラフの交点では、不要振動モードの共振周波数が、隣接する２つの倍波周波数の中間値と一致する。この場合、「周波数差１」および「周波数差２」は、共に駆動周波数の２分の１となる。   As shown in FIG. 5, the “frequency difference 1” increases and the “frequency difference 2” decreases as the width of the protrusion 44 in the Y-axis direction is reduced and y (mm) is increased. The minimum value of the difference between the resonance frequency of the unnecessary vibration mode and the harmonic frequency of the drive frequency (that is, the smaller value of “frequency difference 1” and “frequency difference 2”) is a graph of “frequency difference 1”. And the “frequency difference 2” graph at the intersection. That is, at the intersection of the two graphs, the resonance frequency of the unnecessary vibration mode matches the intermediate value of the two adjacent harmonic frequencies. In this case, both “frequency difference 1” and “frequency difference 2” are half of the drive frequency.

以上のように、突出部４４の形状を変更することで、「周波数差１」および「周波数差２」が変化する。従って、駆動周波数の倍波周波数との差の最小値が最大（駆動周波数の２分の１）に近づくように突出部４４の形状を規定し、「周波数差１」および「周波数差２」を共に閾値以上とすることで、不要振動モードの発生を効果的に抑制することができる。閾値は、走査異常および騒音を許容できる程度によって変化する。従って、閾値は、光スキャナ１の走査異常および騒音を許容できる程度に応じて適宜定めればよい。なお、本実施形態の光スキャナ１では、「周波数差１」または「周波数差２」が０．５ｋＨｚ未満となった場合に走査異常が発生することが実験によって確認された。従って、本実施形態では、閾値を０．５ｋＨｚに設定した。   As described above, the “frequency difference 1” and the “frequency difference 2” are changed by changing the shape of the protrusion 44. Therefore, the shape of the protrusion 44 is defined so that the minimum value of the difference between the drive frequency and the harmonic frequency approaches the maximum (1/2 of the drive frequency), and “frequency difference 1” and “frequency difference 2” are set. By setting both to the threshold value or more, generation of unnecessary vibration modes can be effectively suppressed. The threshold varies depending on the degree to which scanning abnormalities and noise can be tolerated. Therefore, the threshold value may be appropriately determined according to the degree to which the scanning abnormality and noise of the optical scanner 1 can be tolerated. In the optical scanner 1 of the present embodiment, it has been confirmed through experiments that scanning abnormality occurs when the “frequency difference 1” or the “frequency difference 2” is less than 0.5 kHz. Therefore, in this embodiment, the threshold is set to 0.5 kHz.

なお、図５に示すように、突出部４４のＹ軸方向の幅を狭くしてｙ（ｍｍ）を大きくする程、必要な駆動電圧は低下する。この理由は、ｙ（ｍｍ）を大きくする程、本体部２３の素子固定部２７と突出部４４との間の接触面積が小さくなり、本体部２３のうち自由に振動できる部分が増加するためである。基台４の枠部４１の幅を狭くしてｘ（ｍｍ）を大きくしても、必要な駆動電圧は低下する。   As shown in FIG. 5, the required drive voltage decreases as the width of the protrusion 44 in the Y-axis direction is reduced and y (mm) is increased. The reason for this is that the larger the y (mm), the smaller the contact area between the element fixing portion 27 and the protruding portion 44 of the main body 23, and the more the portion of the main body 23 that can vibrate freely increases. is there. Even if the width of the frame portion 41 of the base 4 is reduced and x (mm) is increased, the required drive voltage is lowered.

図６を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態の光スキャナ５１は、基台４に対する構造体２の固定構造のみが、前述した第一実施形態の光スキャナ１と異なるのみである。従って、第一実施形態の構成と同一の構成については、第一実施形態と同一の番号を付し、説明を省略または簡略化する。   A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The optical scanner 51 of the second embodiment is different from the optical scanner 1 of the first embodiment described above only in the structure for fixing the structure 2 to the base 4. Therefore, about the same structure as the structure of 1st embodiment, the same number as 1st embodiment is attached | subjected and description is abbreviate | omitted or simplified.

図６に示すように、第二実施形態の光スキャナ５１では、構造体２のＸ軸方向における長さは、基台４のＸ軸方向における長さよりも短い。従って、本体部２３の素子固定部２７のうち、揺動軸Ｏと垂直な方向（Ｘ軸方向）においてミラー部２１に対向する部位と反対側の端部と、基台４の枠部４１におけるミラー部側（内側）の端部との間に、隙間５３が形成される。つまり、第二実施形態の光スキャナ５１では、素子固定部２７には突出部４４のみが固定され、枠部４１は固定されない。従って、構造体２と基台４の接触領域は、アルファベットの「Ｉ」が２つ含まれた形状となる。以下、第二実施形態における固定構造を「Ｉ固定」という。   As shown in FIG. 6, in the optical scanner 51 of the second embodiment, the length of the structure 2 in the X-axis direction is shorter than the length of the base 4 in the X-axis direction. Therefore, in the element fixing portion 27 of the main body portion 23, the end portion on the opposite side to the portion facing the mirror portion 21 in the direction perpendicular to the swing axis O (X-axis direction) and the frame portion 41 of the base 4. A gap 53 is formed between the end on the mirror part side (inner side). That is, in the optical scanner 51 of the second embodiment, only the protruding portion 44 is fixed to the element fixing portion 27 and the frame portion 41 is not fixed. Therefore, the contact area between the structure 2 and the base 4 has a shape including two alphabetic characters “I”. Hereinafter, the fixing structure in the second embodiment is referred to as “I fixing”.

Ｉ固定の光スキャナ５１では、本体部２３の振動が過度に抑制されることが防止される。本体部２３の振動が過度に抑制されると、高い駆動電圧が必要になる。光スキャナ５１は、不要振動モードの数を突出部４４によって減少させつつ、低い駆動電圧で駆動することができる。なお、第二実施形態でも、突出部４４の形状と光スキャナ５１の特性との関係は、第一実施形態と同様である（図５参照）。従って、不要振動モードの共振周波数と、駆動周波数の倍波周波数との差が閾値以上となるように、突出部４４の形状を設定するのが望ましい。   In the I-fixed optical scanner 51, vibration of the main body 23 is prevented from being excessively suppressed. When vibration of the main body 23 is excessively suppressed, a high drive voltage is required. The optical scanner 51 can be driven with a low drive voltage while reducing the number of unnecessary vibration modes by the protrusions 44. In the second embodiment, the relationship between the shape of the protruding portion 44 and the characteristics of the optical scanner 51 is the same as in the first embodiment (see FIG. 5). Therefore, it is desirable to set the shape of the protrusion 44 so that the difference between the resonance frequency of the unnecessary vibration mode and the harmonic frequency of the drive frequency is equal to or greater than the threshold value.

［評価シミュレーション］
Ｔ固定（第一実施形態）およびＩ固定（第二実施形態）によって不要振動モードの数が減少することを確認するために、評価シミュレーションを行った。評価シミュレーションの結果を図７に示す。この評価シミュレーションでは、「従来」、「Ｔ固定」、「Ｉ固定」の３つの光スキャナについて、振動モードの解析を行った。「従来」の光スキャナは、従来の固定構造で構造体２を基台に固定した光スキャナ（図示せず）である。従来の固定構造によると、特開２０１１−１５８５４６号公報に例示されるように、揺動軸Ｏに垂直な方向に延びる一対の基台が、互いに離間した状態で構造体２を支持する。「Ｔ固定」の光スキャナは、第一実施形態の光スキャナ１である（図１から図４参照）。「Ｉ固定」の光スキャナは、第二実施形態の光スキャナ５１である（図６参照）。解析を行った３つの光スキャナは、全て同一の構造体２を備えており、基台の形状のみが互いに異なる。図７では、左右に縦のラインが入った枠で示される振動モードは、本体部２３において生じる不要振動モードであることを示す。左右にラインが無い枠で示される振動モードは、ミラー部２１および一対の捩れ梁部２２において生じる振動モードであることを示す。 [Evaluation simulation]
In order to confirm that the number of unnecessary vibration modes is reduced by T fixation (first embodiment) and I fixation (second embodiment), an evaluation simulation was performed. The result of the evaluation simulation is shown in FIG. In this evaluation simulation, vibration modes were analyzed for three optical scanners of “conventional”, “T-fixed”, and “I-fixed”. The “conventional” optical scanner is an optical scanner (not shown) in which the structure 2 is fixed to a base with a conventional fixing structure. According to the conventional fixing structure, as exemplified in JP 2011-158546 A, a pair of bases extending in a direction perpendicular to the swing axis O supports the structure 2 in a state of being separated from each other. The “T-fixed” optical scanner is the optical scanner 1 of the first embodiment (see FIGS. 1 to 4). The “I-fixed” optical scanner is the optical scanner 51 of the second embodiment (see FIG. 6). The three optical scanners that have been analyzed are all provided with the same structure 2, and only the shapes of the bases are different from each other. In FIG. 7, the vibration mode indicated by a frame with vertical lines on the left and right indicates that it is an unnecessary vibration mode generated in the main body 23. The vibration mode indicated by the frame having no line on the left and right indicates that the vibration mode is generated in the mirror portion 21 and the pair of torsion beam portions 22.

図７に示すように、不要振動モードの数は、「従来」が２６、「Ｔ固定」が８、「Ｉ固定」が２０となった。以上より、Ｔ固定およびＩ固定を採用することで、不要振動モードの数を減少させることができることが確認できた。なお、「Ｔ固定」では、「Ｉ固定」よりもさらに不要振動モードの数を減少させることができる。「Ｉ固定」の光スキャナ５１は、前述のように、低い電圧で駆動できるという利点を有する。   As shown in FIG. 7, the number of unnecessary vibration modes is 26 for “conventional”, 8 for “T fixed”, and 20 for “I fixed”. From the above, it has been confirmed that the number of unnecessary vibration modes can be reduced by adopting T fixing and I fixing. In “T fixation”, the number of unnecessary vibration modes can be further reduced as compared with “I fixation”. The “I-fixed” optical scanner 51 has an advantage that it can be driven at a low voltage as described above.

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、様々な変形が可能であることは言うまでもない。図８を参照して、上記実施形態の変形例について説明する。本変形例に係る光スキャナ６１では、一対の捩れ梁部２２を支持する本体部７３が、揺動軸Ｏに垂直な方向におけるミラー部２１の一方の側にのみ存在する。詳細には、光スキャナ６１の構造体７０は、ミラー部２１、一対の捩れ梁部２２、本体部７３、および一対の支持部７２を備える。ミラー部２１および一対の捩れ梁部２２の構造は、上記実施形態と同一である。本体部７３は平面視矩形の板状であり、Ｙ軸方向中央の上面に圧電素子５を接合する。一対の支持部７２は棒状の部材であり、本体部７３におけるミラー部２１側の２つの角部から、Ｘ軸方向に平行に突出する。各支持部７２のＸ軸方向中心には、一対の捩れ梁部２２の各々における外側の端部が固定される。その結果、ミラー部２１は、本体部７３および一対の支持部７２によって弾性的に支持される。光スキャナ６１の基台８０は、枠部８１と突出部８４を備える。枠部８１はＹ軸方向に直線状に延びる。突出部８４は、枠部８１のＹ軸方向中心からミラー部２１側に突出し、本体部７３のうち圧電素子５が接合される側の反対側の板面に固定される。以上のように、ミラー部２１の片側にのみ本体部７３を有する光スキャナ６１においても、突出部８４を設けることで、本体部７３で発生する不要振動モードの数を減少させることができる。   It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. A modification of the above embodiment will be described with reference to FIG. In the optical scanner 61 according to this modification, the main body portion 73 that supports the pair of torsion beam portions 22 exists only on one side of the mirror portion 21 in the direction perpendicular to the swing axis O. Specifically, the structure 70 of the optical scanner 61 includes a mirror part 21, a pair of torsion beam parts 22, a main body part 73, and a pair of support parts 72. The structures of the mirror portion 21 and the pair of torsion beam portions 22 are the same as those in the above embodiment. The main body 73 is a plate having a rectangular shape in plan view, and the piezoelectric element 5 is joined to the upper surface at the center in the Y-axis direction. The pair of support portions 72 are rod-shaped members, and project from two corners on the mirror portion 21 side of the main body portion 73 in parallel with the X-axis direction. The outer end of each of the pair of torsion beam portions 22 is fixed to the center of each support portion 72 in the X-axis direction. As a result, the mirror part 21 is elastically supported by the main body part 73 and the pair of support parts 72. The base 80 of the optical scanner 61 includes a frame portion 81 and a protruding portion 84. The frame part 81 extends linearly in the Y-axis direction. The protruding portion 84 protrudes from the center in the Y-axis direction of the frame portion 81 toward the mirror portion 21 and is fixed to a plate surface on the opposite side of the main body portion 73 to the side to which the piezoelectric element 5 is bonded. As described above, also in the optical scanner 61 having the main body portion 73 only on one side of the mirror portion 21, the number of unnecessary vibration modes generated in the main body portion 73 can be reduced by providing the protruding portion 84.

上記実施形態はその他の変形も可能である。例えば、上記実施形態の光スキャナ１，５１では、ミラー部２１を挟むように２つの圧電素子５が配置されている。つまり、上記実施形態の光スキャナ１，５１の形状は、揺動軸Ｏに対して対称となる。しかし、揺動軸Ｏに垂直な方向におけるミラー部の一方の側に、１つの圧電素子が配置された光スキャナに対しても、本発明は適用できる。１つの圧電素子を備えた光スキャナであっても、基台から突出する突出部を本体部に固定することで、本体部における不要な振動を抑制することができる。   Other variations are possible for the above embodiment. For example, in the optical scanners 1 and 51 of the above-described embodiment, the two piezoelectric elements 5 are arranged so as to sandwich the mirror unit 21. That is, the shapes of the optical scanners 1 and 51 of the above embodiment are symmetric with respect to the swing axis O. However, the present invention can also be applied to an optical scanner in which one piezoelectric element is arranged on one side of the mirror portion in a direction perpendicular to the swing axis O. Even in an optical scanner including one piezoelectric element, unnecessary vibrations in the main body can be suppressed by fixing the protrusion protruding from the base to the main body.

突出部４４の形状および数は変更できる。上記実施形態の突出部４４は、基台４の枠部４１から垂直な方向（Ｘ軸方向）に真っ直ぐに延びる形状である。しかし、突出部４４は枠部４１から斜めに延びてもよいし、湾曲した形状でもよい。また、上記実施形態では、枠部４１のうち、揺動軸Ｏと平行に延びる一対の辺に突出部４４が設けられる。しかし、突出部４４は、枠部４１のうち揺動軸Ｏと垂直に延びる一対の辺に設けてもよい。上記実施形態では、揺動軸Ｏに対して対称となるように２つの突出部４４が設けられるが、突出部４４の数は２つに限られない。つまり、突出部４４は、基台４の枠部４１から突出して本体部２３の板面に固定されるものであればよい。また、前述したように、突出部４４は枠部４１から中空部２４まで延びるのが望ましい。しかし、中空部２４まで延びていない突出部４４を用いることも可能である。   The shape and number of the protrusions 44 can be changed. The protruding portion 44 of the above embodiment has a shape that extends straight from the frame portion 41 of the base 4 in the direction perpendicular to the X-axis direction (X-axis direction). However, the protruding portion 44 may extend obliquely from the frame portion 41 or may have a curved shape. In the above-described embodiment, the projecting portions 44 are provided on the pair of sides extending in parallel with the swing axis O in the frame portion 41. However, the protrusions 44 may be provided on a pair of sides extending perpendicular to the swing axis O in the frame portion 41. In the above embodiment, the two protruding portions 44 are provided so as to be symmetric with respect to the swing axis O, but the number of the protruding portions 44 is not limited to two. That is, the protruding portion 44 may be anything that protrudes from the frame portion 41 of the base 4 and is fixed to the plate surface of the main body portion 23. Further, as described above, it is desirable that the protruding portion 44 extends from the frame portion 41 to the hollow portion 24. However, it is also possible to use a protruding portion 44 that does not extend to the hollow portion 24.

ミラー部２１、捩れ梁部２２、本体部２３等の形状も変更できる。例えば、本体部に接続する箇所が二股に分かれた捩れ梁部を用いてミラー部を支持してもよい。構造体２および基台４の材質も金属に限られず、シリコン等を用いることも可能である。つまり、ミラー部、捩れ梁部、および本体部を有する平板状の構造体が、基台に対して固定される光スキャナであれば、本発明は適用できる。また、上記実施形態では、本発明に係る「駆動部」として圧電素子５が用いられる。しかし、磁石とコイルパターンとの組み合わせによる電磁駆動方式、極板間に働く静電気力による静電駆動方式等、他の駆動方式を採用した光スキャナにも本発明は適用できる。   The shapes of the mirror part 21, the torsion beam part 22, the main body part 23, etc. can also be changed. For example, you may support a mirror part using the torsion beam part into which the location connected to a main-body part was divided into two forks. The material of the structure 2 and the base 4 is not limited to metal, and silicon or the like can be used. That is, the present invention can be applied to any optical scanner in which a flat plate-like structure having a mirror part, a torsion beam part, and a main body part is fixed to a base. In the above embodiment, the piezoelectric element 5 is used as the “drive unit” according to the present invention. However, the present invention can also be applied to an optical scanner that employs another driving method, such as an electromagnetic driving method using a combination of a magnet and a coil pattern, or an electrostatic driving method using an electrostatic force acting between electrode plates.

１，５１，６１ 光スキャナ
２，７０ 構造体
４，８０ 基台
５ 圧電素子
２１ ミラー部
２２ 捩れ梁部
２３，７３ 本体部
２４ 中空部
２６ 長孔
２７ 素子固定部
４１，８１ 枠部
４４，８４ 突出部
５３ 隙間 1, 51, 61 Optical scanner 2, 70 Structure 4, 80 Base 5 Piezoelectric element 21 Mirror part 22 Torsion beam part 23, 73 Body part 24 Hollow part 26 Long hole 27 Element fixing part 41, 81 Frame part 44, 84 Protrusion 53 gap

Claims (6)

光を反射する反射面を含み、揺動軸を中心として揺動可能に支持されるミラー部と、
前記揺動軸と平行に前記ミラー部の両側から延び、前記ミラー部を揺動可能に支持する一対の捩れ梁部と、
前記一対の捩れ梁部の各々のうち、前記ミラー部に接続する端部とは反対側の端部が接続される本体部と
を有する平板状の構造体と、
前記構造体における前記本体部の一方の板面に接合され、前記ミラー部を共振揺動させるための振動力を発生させる駆動部と、
前記本体部の少なくとも一部を支持する基台と、
前記基台から突出し、前記本体部のうち前記駆動部が接合される板面の反対側の板面に固定される突出部と
を備えたことを特徴とする光スキャナ。 A mirror part that includes a reflecting surface that reflects light and is supported so as to be swingable about a swing axis;
A pair of torsion beam portions that extend from both sides of the mirror portion in parallel with the swing shaft and support the mirror portion so as to be swingable;
A plate-like structure having a main body portion to which an end portion opposite to an end portion connected to the mirror portion of each of the pair of torsion beam portions is connected;
A drive unit that is bonded to one plate surface of the main body in the structure and generates a vibration force for resonant oscillation of the mirror unit;
A base supporting at least a part of the main body,
An optical scanner comprising: a protruding portion that protrudes from the base and is fixed to a plate surface opposite to a plate surface to which the drive unit is bonded, of the main body portion. 前記突出部は、前記本体部において発生する共振振動のうち、前記ミラー部を共振振動させる駆動周波数に対応する共振振動とは異なる共振振動の共振周波数と、前記駆動周波数の倍波周波数の各々との差の最小値が閾値以上となる形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。   The projecting portion includes a resonance frequency of a resonance vibration different from a resonance vibration corresponding to a drive frequency that causes the mirror portion to resonate among the resonance vibrations generated in the main body portion, and a harmonic frequency of the drive frequency. The optical scanner according to claim 1, wherein the optical scanner is formed in a shape in which a minimum value of the difference is equal to or greater than a threshold value. 前記突出部は、前記基台から、前記ミラー部と前記本体部との間に形成された中空部まで延びることを特徴とする請求項１または２に記載の光スキャナ。   3. The optical scanner according to claim 1, wherein the protruding portion extends from the base to a hollow portion formed between the mirror portion and the main body portion. 前記本体部のうち、前記揺動軸に垂直な方向において前記ミラー部に対向する部位と反対側の部位が、前記基台に固定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光スキャナ。   The part of the main body part opposite to the part facing the mirror part in a direction perpendicular to the swing axis is fixed to the base. The optical scanner described. 前記本体部は、
前記揺動軸に垂直な平面のうち、前記ミラー部の中心を通る仮想平面に対して対称に配置され、各々が前記揺動軸から離間する方向に延びる一対の長孔を備え、
前記長孔の長手方向端部と前記基台との接触部位において、前記基台の前記ミラー部側の端部が、前記長孔の長手方向端部よりも前記長孔の中心側へ向けて張り出した状態で、前記本体部が前記基台に固定されることを特徴とする請求項４に記載の光スキャナ。 The main body is
Of the plane perpendicular to the swing axis, a pair of elongated holes that are arranged symmetrically with respect to a virtual plane that passes through the center of the mirror portion, each extending in a direction away from the swing axis,
At the contact portion between the longitudinal end of the long hole and the base, the end of the base on the mirror part side is directed toward the center of the long hole rather than the longitudinal end of the long hole. The optical scanner according to claim 4, wherein the main body is fixed to the base in an overhanging state. 前記本体部のうち、前記揺動軸に垂直な方向において前記ミラー部に対向する部位と反対側の端部と、前記基台の前記ミラー部側の端部との間に隙間が形成された状態で、前記本体部が前記基台に固定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光スキャナ。   A gap is formed between an end portion of the main body portion opposite to the portion facing the mirror portion in a direction perpendicular to the swing axis and an end portion of the base on the mirror portion side. The optical scanner according to claim 1, wherein the main body is fixed to the base in a state.

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