JP3605899B2 - 光スキャナ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーコードリーダ，レーザプリンタ，レーザレーダ等において、レーザ光等の所定の光を走査対象物に対して１次元方向に走査するのに使用される光スキャナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の光スキャナ装置として、例えば特開昭６３−８５７６５号公報に開示されているように、反射ミラーと、振動発生用の平面コイルと、これら各部を両側から支持する捩り振動部とを、水晶板等からなる同一の板材上に形成した光偏向素子を備え、この光偏向素子の平面コイルへの通電により、捩り振動部を捩り振動させてミラーを所定方向に回動させることにより、レーザ光を走査するようにしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、こうした従来の光スキャナ装置では、所謂両持ち梁を形成する一対の捩り振動部により、反射ミラーと平面コイルとを支持し、捩り振動部の振動によりこれら各部が共に回動するように構成されていたため、走査時に捩り振動部にかかる応力が大きく、捩り振動部の幅等をその応力に耐え得るよう大きくする必要があった。そして、このように捩り振動部の幅等を大きくすると、振動の幅，延いては走査角度を大きくすることができなくなるため、ミラー部を大きな走査角度で回動させるためには、必然的に捩り振動部の長さを長くしなければならず、装置の大型化を招くという問題がある。
【０００４】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、反射ミラーを一対の捩り振動部にて支持し、捩り振動部の捩り振動により反射ミラーを所定の走査方向に回動させる光スキャナ装置において、装置の大型化を招くことなく、走査角度を大きくできるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の光スキャナ装置では、一対の捩り振動部により、光を反射する反射面が形成されるミラー部を、その両側から直接支持すると共に、各捩り振動部を、ミラー部の回転軸を中心に矩形波状に変化する折り返し形状に形成し、更に、捩り振動部を振動させてミラー部を回動させる加振手段は、捩り振動部と外枠とを連結する一方の連結部に設けるようにしている。
【０００６】
このため、本発明によれば、捩り振動部により加振手段を支持する必要がなく、捩り振動部にはミラー部の回動に伴う応力のみが加わることから、従来装置のようにミラー部の回動に加えて加振手段の回動に伴う応力に耐え得るように捩り振動部の幅を大きくする必要はなく、従って、所望の走査角度を得るために捩り振動部を長くする必要はない。また、本発明では、この捩り振動部を折り返し形状にしているため、捩り振動部の実質的な長さを確保しながら、捩り振動部全体の長さを短くできる。従って、本発明によれば、光偏向素子において捩り振動部が占める面積を小さくすることができ、光スキャナ装置の小型化を図ることができる。
【０００７】
但し、各捩り振動部の折り返し形状を、単に直線部分からなる矩形波状にすると、各捩り振動部の折り返し部分の角部（特に内側角部）に応力が集中し易くなる。
そこで、請求項１に記載の光スキャナ装置では、各捩り振動部の折り返し形状を、矩形波の角部に丸みをつけた正弦波状にした。このように各捩り振動部を形成すれば、捩り振動部の角部にかかる応力を低減して、その強度を向上できる。
その他、請求項２に記載のように、各捩り振動部を、ミラー部の回転軸を中心に矩形波状に変化する折り返し形状であって、ミラー部の回転軸と直交する部分の幅に対して回転軸に平行な部分の幅が大きくなるように形成してもよい。このように捩り振動部を形成しても、捩り振動部の角部にかかる応力を低減して、その強度を向上できる。
【０００８】
また、捩り振動部は、折り返し形状になっているため、スキャナ装置の走査角度を確保しつつその小型化を図る上では極めて有効な手段となるが、こうした折り返し形状では外力を受けると変形し易いことから、その取り扱いに充分注意しなければならない。
【０００９】
そこで、光偏向素子には、請求項３に記載のように、各捩り振動部とミラー部とを囲む内枠を設け、この内枠にて各捩り振動部と連結部との結合部分を連結するとよい。このようにすれば、各捩り振動部を内枠によって保護することができ、取り扱いも容易に行えるようになるので、より望ましい。
【００１０】
また、このように光偏向素子に内枠を設けた場合、ミラー部の回転軸上の位置にて、捩り振動部の両端をミラー部及び内枠に夫々結合するようにしてもよいが、この場合、捩り振動部の両端をミラー部の回転軸上の位置まで折り返し、更にその位置にてミラー部及び内枠に結合するようにしなければならず、捩り振動部が回転軸方向に不必要に長くなってしまうことがある。
【００１１】
そこで、このように捩り振動部が不必要に長くなるような場合には、請求項４に記載のように、各捩り振動部の両端を、夫々、ミラー部と内枠との対向部の内の互いに対角となる位置に結合するようにしてもよい。つまり、このような構成は、光偏向素子に内枠を設けた場合に光スキャナ装置の小型化を図る上で極めて有効な手段となり得る。
【００１２】
一方、連結部に設ける加振手段は、従来装置のように通電により電磁力を発生するコイルを使用することもできるが、この場合、コイルを固定磁界内に配置しなければならず、固定磁界形成用の永久磁石等を別途設けなければならない。
そこで、加振手段としては、請求項５に記載のように、連結部に接着した板状の圧電素子からなる圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフにて構成することが望ましい。つまりこのように加振手段を圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフにて構成すれば、加振手段への印加電圧を変化させるだけで捩り振動部を所望周波数で捩り振動させることができることから、光スキャナ装置をより小型化することが可能になる。
【００１３】
なお、このように加振手段を圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフにて構成する場合には、請求項５に記載のように、連結部を、外枠の内側から回転軸に向かって突出された一対の装着部と、その両端を接続すると共に略中心位置にて捩り振動部が結合される接続部とから構成し、しかも板状の圧電素子が接着される一対の装着部は、圧電素子の電極となり得るように、少なくともその表面が導電性を有するようにする必要があるが、このためには、ミラー部，捩り振動部，連結部等を構成する板材自体に、導電性の金属板を用いるようにしてもよく、或は、板材には非導電性の板状部材を用い、上記各部形成後、板状部材全体又は装着部のみに導電性被膜を形成するようにしてもよい。
【００１４】
また、このように圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフにて捩り振動部を振動させるには、圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフの外枠側端部を固定して、各圧電ユニモルフ又は各圧電バイモルフを互いに異なる方向に変位させるための駆動電圧を印加する必要があるが、この場合、請求項６に記載のように、圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフの外枠側端部を、電圧印加用の配線をパターニングした基板と、導電性の金属板とにより挟持するようにすればよい。
【００１５】
つまり、このようにすれば、圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフを基板と金属板とにより固定できると共に、金属板側を共通電極としてグランドライン等に接地した状態で、基板に形成された電圧印加用の配線を介して各圧電ユニモルフ又は各圧電バイモルフに駆動電圧を印加することにより、各圧電ユニモルフ又は各圧電バイモルフを変位させることができ、加振手段を固定する固定手段及びその駆動系を、極めて簡単な構成にて実現できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
なお、以下の説明において、図１は、本発明が適用された実施例の光スキャナ装置全体の構成を表わし、（ａ）はその裏面図、（ｂ）はその表面図を表わす。また図２は、本実施例の光スキャナ装置１の光偏向素子を構成するプレートの形状を表わし、（ａ）はその全体図、（ｂ）は捩り振動部としてのバネ部の拡大図である。
【００１７】
図１に示す如く、光スキャナ装置１は、薄板バネ材にて形成された光偏向素子としてのプレート３と、プレート３の表面側の中央に設置された反射ミラー５と、同じくプレート３の表面側の四隅に配置された板状の圧電素子６ａ，７ａ，８ａ，９ａからなる圧電ユニモルフ６，７，８，９と、これら各圧電ユニモルフ６〜９の外側端部をプレート３の表面側から覆うように配設された中空の基板１１と、該基板１１との間で圧電ユニモルフ６〜９及びプレート３を挟持する導電性の金属板からなる中空の押え板１３とを備えている。
【００１８】
プレート３は、薄板状（厚さ０．０５ｍｍ程度）の導電性金属からなるバネ材料（ベリリウム銅，バネ用ステンレス等）を、エッチング、放電加工等を利用して打ち抜くことにより、図２（ａ）に示すように形成されている。
即ち、プレート３は、押え板１３と略同じ大きさ（外形：２０ｍｍ×２０ｍｍ程度）の外枠３１と、外枠３１の略中心に位置し、表面に反射ミラー５が設けられる略正方形のミラー部３３と、ミラー部３３の対角部から上下方向に延出され、ミラー部３３の左右幅方向の中心を通る中心軸（回転軸）Ｚを中心に矩形波状に変化する折り返し形状をした、捩り振動部としての一対のバネ部３５，３７（図１，２においてハッチングを付した部分）と、バネ部３５，３７の外側端部に各々結合され、バネ部３５，３７及びミラー部３３を囲む内枠３９と、外枠３１の中空部左右の上下両端部からミラー部３３の回転軸Ｚに向かって延出された圧電ユニモルフ６〜９形成用の装着部４６，４７，４８，４９と、これら４個の装着部４６〜４９の内、互いに対向する装着部４６，４７及び４８，４９と、内枠３９の上下両端部とを、夫々、ミラー部３３の回転軸Ｚ上で連結するＴ字状の接続部４１，４３とから構成されている。
【００１９】
ここで、バネ部３５，３７は、ミラー部３３を両側から支持して、自らの捩り振動によりミラー部３３を回転軸Ｚを中心に回動させるものである。このため、振動時には、図２（ｂ）に示すＣのような折り返しの内側角部（コーナ）において応力が集中し易い。そこで、各コーナには、若干丸み（所謂Ｒ）が付けられるが、本実施例では、集中応力をより低減するために、回転軸Ｚと直交する部分の幅Ａに対して、回転軸Ｚに平行な部分の幅Ｂが大きくされている。これは、矩形波状に形成したバネ部３５，３７においては、回転軸Ｚに平行な矩形波の頂点部分が大きく捩れるためであり、本実施例では、このように構成することにより、バネ部３５，３７の強度を高めているのである。
【００２０】
また、各バネ部３５，３７は、ミラー部３３及び内枠３９の対向面上にて互いに対角となる位置に連結されている。これは、各バネ部３５，３７に不要な折り返しを設けることなく、ミラー部３３と内枠３９とを連結できるようにするためであり、こうすることにより、プレート３が上下方向に大きくなるのを防止している。
【００２１】
また本実施例では、ミラー部３３に設けられる反射ミラー５に、アルミ蒸着で高反射コ一ティングを施したシリコン製のミラーが使用され、ミラー部３３には、反射ミラー５が接着剤等を用いて接着される。
次に、上記４個の圧電ユニモルフ６〜９は、装着部４６〜４９に板状の圧電素子６ａ〜９ａを接着することにより形成されており、その内、プレート３上方の装着部４６，４７に形成される圧電ユニモルフ６，７は、接続部４１に捩り振動のための駆動力を与えてバネ部３５を捩り振動させる、加振手段としての駆動用圧電ユニモルフとして使用され、プレート３下方の装着部４８，４９に形成される圧電ユニモルフ８，９は、バネ部３７の捩り振動を接続部４３を介して検出するセンサ用圧電ユニモルフとして使用される。
【００２２】
つまり、本実施例では、プレート３が導電性金属からなるバネ材料にて形成されているため、各装着部４６〜４９に板状の圧電素子６ａ〜９ａを接着すれば、プレート３がこれら各圧電素子６ａ〜９ａの共通電極となる。そして、図３（ａ）に示すように、各圧電素子６ａ〜９ａの装着部４６〜４９とは反対側面に電極２６〜２９を設けて、この電極２６〜２９とプレート３との間に電圧を印加すれば、圧電ユニモルフ６〜９は、図３（ｂ）に示す如く所定方向に変位し、逆にその電極２６〜２９とプレート３との間に発生した電圧を検出すれば、圧電ユニモルフ６〜９の変位量を検出できる。
【００２３】
そこで、本実施例では、各圧電素子６ａ〜９ａの両面に電極形成用の導電材（例えば銀ペースト）を塗布すると共に、駆動用圧電ユニモルフ６，７及びセンサ用圧電ユニモルフ８，９を夫々構成する一対の圧電素子６ａ，７ａ及び８ａ，９ａの分極方向が、図３（ａ）に矢印で示すように、装着部４６〜４９に対して直交し且つ互いに逆向きとなるように、各圧電素子６ａ〜９ａを装着部４６〜４９に接着し、更に、図１（ａ）に示す如く、基板１１の各圧電素子６ａ〜９ａとの対応位置に、電圧印加用の電極２６〜２９となる電極パターンを施し、基板１１と押え板１３とをねじ１３ａ〜１３ｄにて締め付けることにより、基板１１と押え板１３とで各圧電ユニモルフ６〜９の外側端部を挟持させている。
【００２４】
従って、本実施例の光スキャナ装置１においては、図１（ａ）に示す如く、ねじ１３ｄに通したアース端子２５に、接地用のリード線２５ａを半田付け等にて接続し、基板１１に形成された電極２６，２７に、駆動電圧印加用のリード線２６ａ，２７ａを半田付け等にて接続し、このリード線２６ａ，２７ａを介して、各電極２６，２７と共通電極となる押え板１３（延いてはプレート３）との間に駆動用の高電圧を印加すれば、図３（ｂ）に矢印で示す如く、駆動用圧電ユニモルフ６，７を、その固定部を中心に互いに逆方向に変位させて、接続部４１の回転軸Ｚ回りにトルクを発生させることができる。このため、駆動用電圧を交流にすれば、接続部４１の回転軸Ｚ回りに振動トルクを発生させて、バネ部３５，延いては反射ミラー５を、回転軸Ｚを中心に振動させることができる。
【００２５】
また、図１（ａ）に示す如く、基板１１に形成された電極２８，２９に、電圧検出用のリード線２８ａ，２９ａを半田付け等により接続し、このリード線２８ａ，２９ａを介して、各電極２８，２９と共通電極となる押え板１３との間に発生した電圧を検出すれば、バネ部３７，接続部４３を介して反射ミラー５側より伝達される捩り振動を検出できる。
【００２６】
なお、基板１１は、光スキャナ装置１全体を保持するものであるため、これには、例えばガラスエポキシ樹脂のような硬質の絶縁体基板が使用される。また、図１，図２から明らかな如く、プレート３において、接続部４１，４３は、装着部４６〜４９の幅より細くなっているが、これは、接続部４１，４３を変形（換言すれば伸縮）し易くするためである。つまり、こうすることにより、駆動用圧電ユニモルフ６，７からの駆動力を効率よくバネ部３５に伝達でき、また、センサ用圧電ユニモルフ８，９に、バネ部３７の振動を効率よく伝達できるようにしているのである。
【００２７】
次に図４は、本実施例の光スキャナ装置１を実際に動作させる駆動回路５０の構成を表わす。なお、この駆動回路は、光スキャナ装置１を、その共振周波数にて振動させる所謂自励発振回路である。
図４に示す如く、リード線２８ａ，２９ａにて取り出したセンサ用圧電ユニモルフ８，９からの検出信号（電圧）は、共通の信号線５１にて合成されて駆動回路５０まで導かれる。そして、駆動回路５０内では、その合成された検出信号が２系統に分岐される。
【００２８】
この分岐された検出信号の内、一方は、増幅器５３，整流回路５５，及び平滑回路５７を通過することにより、光スキャナ装置１の振動波形の振幅に応じた直流電圧に変換される。そして、この直流電圧は、差動増幅器５９に入力され、差動増幅器５９において、基準電圧発生源６１から出力される基準電圧との差分に応じた直流電圧に変換される。また上記分岐された検出信号のもう一方は、増幅器６３，位相シフタ６５，ローパスフィルタ６７，及び増幅器６９を通過することにより、高調波成分が除去され、しかも当該駆動回路５０により光スキャナ装置１の実際の振動と位相同期した駆動信号を生成するための振動信号に変換される。
【００２９】
そして、この振動信号と差動増幅器５９からの出力信号（直流電圧）とは、掛け算器７１に入力されて、これら各信号の積に対応した信号に変換される。またこの信号は、更に、増幅器７３を介して、変圧器７５に入力され、変圧器７５において圧電ユニモルフ６，７を駆動可能な電圧（交流３５Ｖ程度）にまで昇圧される。そして、この昇圧された電圧信号（交流）は、信号線７７を介して、駆動用圧電ユニモルフ６，７のリード線２６ａ，２７ａにまで導かれ、駆動信号として、各圧電ユニモルフ６，７に印加される。
【００３０】
この結果、光スキャナ装置１は、自己の共振周波数にて自励振動すると共に、その走査角度は基準電圧にて一定の走査角度に規定されることになる。そして、信号線５１に端子７９を接続し、この端子７９からセンサ用圧電ユニモルフ８，９からの検出信号を取り出すようにすれば、光スキャナ装置１の振動状態，延いては反射ミラー５の走査位置をモニタでき、例えば、光スキャナ装置１をバーコードリーダに用いる場合には、バーコード読取時のデコードタイミングの検出等に利用できる。
【００３１】
なお、このように駆動回路５０を自励発振回路としたのは、光スキャナ装置１は共振型であり、その共振周波数は雰囲気温度の変化等により変化するためである。つまり、光スキャナ装置１を予め設定した共振周波数の駆動信号にて駆動するようにすると、周囲の環境変化によってその駆動信号の周波数が光スキャナ装置１の共振周波数とずれてしまい、光スキャナ装置１を良好に駆動できないことから、本実施例では、駆動回路５０を自励発振回路とすることにより、駆動信号を光スキャナ装置１の共振周波数の変化に追従させて、光スキャナ装置１を常に共振周波数にて振動させることができるようにしているのである。
【００３２】
以上説明したように、本実施例の光スキャナ装置１では、光偏向素子を構成するプレート３において、反射ミラー５を形成するミラー部３３の両側に、捩り振動部としてのバネ部３５，３７を形成すると共に、バネ部３５，３７を矩形波状に形成し、更に、バネ部３５と外枠３１とを連結する連結部の一部を構成する装着部４７，４６に圧電ユニモルフ６，７を形成することにより加振手段を構成している。
【００３３】
このため、本実施例によれば、従来装置のように、バネ部３５，３７により振動発生用の加振手段（コイル）を支持させる必要がなく、バネ部３５，３７を小さくできる。また特に本実施例では、バネ部３５，３７を矩形波状に形成しているので、バネ部３５，３７の実質的な長さを確保したまま、バネ部３５，３７の全体の長さを短くできる。従って本実施例によれば、走査角度を確保しつつ、プレート３，延いては光スキャナ装置１の小型化を図ることができる。
【００３４】
またバネ部３５，３７は、回転軸Ｚと直交する部分の幅Ａに対して、回転軸Ｚに平行な部分の幅Ｂが大きくされているため、バネ部３５，３７の強度を高めることができ、しかも、バネ部３５，３７は、ミラー部３３及び内枠３９の対向面上にて互いに対角となる位置に連結されているため、バネ部３５，３７に不要な折り返しを設けることなく、ミラー部３３と内枠３９とを連結できる。従って、本実施例によれば、このような構成からも、バネ部３５，３７の強度及び振動特性を確保しつつバネ部３５，３７を小さくでき、プレート３，延いては光スキャナ装置１を小型化できる。
【００３５】
またバネ部３５，３７は、矩形波状に形成されているので、外力を受けると変形し易いが、本実施例では、プレート３全体を外枠３１にて囲み、更に、バネ部３５，３７及びミラー部３３については、内枠３９で囲むようにしているので、光スキャナ装置１の組立時等に、外力によりプレート３自体が座屈したり、バネ部３５，３７が変形したりするのを防止できる。従って、組立時等のプレート３の取り扱いを容易に行うことができ、作業性を向上できる。
【００３６】
また更に、本実施例では、加振手段として、プレート３の装着部４７，４６に形成した圧電ユニモルフ６，７を用いるため、コイルを用いた従来装置のように別途振動発生用の部材を設ける必要がなく、装置構成を簡素化し、小型化を図ることができる。そして、特に、本実施例では、プレート３に、加振手段を構成する駆動用圧電ユニモルフ６，７だけでなく、光スキャナ装置１の振動状態を検出する検出手段としてのセンサ用圧電ユニモルフ８，９を設けているため、上記のように駆動回路に自励発振回路を用いることにより、光スキャナ装置１を自励振動させることができるだけでなく、光スキャナ装置１の振動状態をモニタして、その走査位置や動作異常等を検出することもできる。
【００３７】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施例では、バネ部３５，３７を矩形波状の折り返し形状にしたが、図５（ａ）に示す如く、矩形波の角部全体に丸みをつけて正弦波状（図では上記実施例と同様、折り返しが２箇所であるため、Ｓ字状になっている）の折り返し形状としてもよい。そしてこの場合、バネ部３５，３７の折り返し部分で各コーナにかかる応力をより低減でき、バネ部３５，３７の強度をより高めることができる。
【００３８】
また、上記実施例においては、内枠３９が、バネ部３５，３７の補強用として設けられているが、取り扱い上特に問題がなければ、図５（ｂ）に示すように内枠３９を取り外し、バネ部３５，３７を直接、接続部４１，４３に連結するようにしてもよい。なおこの場合、ミラー部３３を、その中心軸を回転軸Ｚとして回転させるために、バネ部３５，３７のミラー部３３及び接続部４１，４３への連結位置は、ミラー部３３の中心軸（つまり回転軸）上の位置にする必要はある。
【００３９】
一方、上記実施例においては、基板１１に、各圧電ユニモルフ６〜９に対する駆動電圧印加或は電圧検出用の電極２６〜２９を形成し、これにリード線２６ａ〜２９ａを接続することにより、これら各リード線２６ａ〜２９ａを用いて各圧電ユニモルフ６〜９と駆動回路５０とを接続するように構成したが、図６（ａ）に示す如く、電極２６〜２９が形成される基板１１の裏面に、上記各リード線２５ａ〜２９ａに対応した配線パターン２５ａ′〜２９ａ′及びアース端子２５に対応した電極パターン２５′を形成すると共に、基板１１の下方に、各配線パターン２５ａ′〜２９ａ′への接続端子となる電極パターン２５ｂ〜２９ｂを集中させ、基板１１の表面には、図６（ｂ）に示す如く、アース端子２５としての電極パターン２５′に接続された電極パターン２５″を形成することにより、圧電ユニモルフ６〜９と駆動回路５０との接続を、基板１１の下方に集中させた各電極パターン２５ｂ〜２９ｂを介して行うようにしてもよい。
【００４０】
つまり、このように基板１１を上記各リード線２５ａ〜２９ａをプリント配線にて形成したプリント基板として構成した場合、図７（ａ），（ｂ）に示すように、基板１１と押え板１３との間にプレート３を挟み、アース端子２５となる電極パターン２５′，２５″を形成した部分を含む複数箇所（図では２箇所）にて、基板１１側から導電性のねじ１１ａ，１１ｂを通して、基板１１と押え板１３とを締付固定すれば、基板１１の下方に集中させた各電極パターン２６ｂ〜２９ｂと各圧電ユニモルフ６〜９の表面側とを接続できると共に、接地用の電極パターン２５ｂと各圧電ユニモルフ６〜９の共通端子となる押え板１３とを、ねじ１１ａ，電極パターン２５″，２５′，配線パターン２５ａ′を介して接続できる。
【００４１】
そして、この場合、例えば、図７（ｂ）に示すように、基板１１の下方の表面側に、各電極パターン２５ｂ〜２９ｂに接続された端子８５〜８９を有するコネクタ８０を設け、図８に示すように、このコネクタ８０を、駆動回路５０が形成されたプリント基板９１側に固定したコネクタ９０に接続するようにすれば、光スキャナ装置１と駆動回路５０との接続を、リード線を用いることなく簡単に行うことができ、製造時の工数を低減することができると共に、配線の信頼性を高めることができる。
【００４２】
なおこの場合、基板１１にコネクタ８０を設けず、駆動回路５０が形成されたプリント基板９１或は光スキャナ装置１の任意の取付位置に設けたコネクタに、基板１１の電極パターン２５ｂ〜２９ｂ側を直接差込み、そのコネクタを介して駆動回路５０と各電極パターン２５ｂ〜２９ｂとを接続するようにしてもよい。
【００４３】
また次に、上記実施例では、光偏向素子を構成するプレート３を、導電性金属からなるバネ材料にて形成したが、このバネ材料については、シリコン等の半導体材料を用いることもできる。そしてこのようにすれば、プレート上に駆動回路を形成することも可能になり、駆動回路を含めて光スキャナ装置全体をより小型化できる。またこの場合、エッチングを利用することにより、プレート３の大量生産を図ることができ、その製造コストも低減できる。但し、この場合は、圧電ユニモルフ６〜９を形成する装着部４６〜４９については、導電性の金属（例えば銀ペースト等）により被膜する必要はある。
【００４４】
また更に、上記実施例では、プレート３のミラー部３３に、シリコンからなる反射ミラー５を設けるものとして説明したが、この反射ミラー５としては、ガラスや樹脂等に鏡面加工を施したものを使用してもよい。また、ミラー部３３自体に鏡面加工を施し、その上に、直接、アルミ蒸着等で高反射コーティングを施すことにより、反射ミラーを形成してもよい。
【００４５】
また、上記実施例では、加振手段及び振動検出用の検出手段として、プレート３の装着部４６〜４９の片面に圧電素子６ａ〜９ａを接着することにより形成される圧電ユニモルフ６〜９を用いるものとして説明したが、これら各手段には、例えば、装着部４６〜４９の両面に圧電素子を接着することにより形成可能な圧電バイモルフを用いるようにしてもよい。なお、この場合、各圧電素子の分極方向は、上記実施例と同様にすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の光スキャナ装置全体の構成を表わす概略構成図であり、（ａ）はその裏面図、（ｂ）はその表面図である。
【図２】実施例の光スキャナ装置のプレートの形状を説明する説明図であり、（ａ）はその全体図、（ｂ）はバネ部の拡大図である。
【図３】実施例の圧電ユニモルフの構成（ａ）及びその動作（ｂ）を説明する説明図である。
【図４】実施例の駆動回路の構成を表わすブロック図である。
【図５】光偏向素子を構成するプレートの他の構成例を表わす説明図である。
【図６】プリント配線を施した基板の構成例を表わし、（ａ）はその裏面図、（ｂ）はその表面図である。
【図７】図６の基板を用いた光スキャナ装置全体の構成を表わす概略構成図であり、（ａ）はその裏面図、（ｂ）はその表面図である。
【図８】図７に示した光スキャナ装置と駆動回路とをコネクタを介して接続した場合の説明図である。
【符号の説明】
１…光スキャナ装置 ３…プレート（光偏向素子） ５…反射ミラー
６，７…圧電ユニモルフ（駆動用） ８，９…圧電ユニモルフ（センサ用）６ａ〜９ａ…圧電素子 １１…基板 １３…押え板 ２５…アース端子２６〜２９…電極 ３１…外枠 ３３…ミラー部 ３５，３７…バネ部
３９…内枠 ４１，４３…接続部 ４６〜４９…装着部
５０…駆動回路 ８０…コネクタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーコードリーダ，レーザプリンタ，レーザレーダ等において、レーザ光等の所定の光を走査対象物に対して１次元方向に走査するのに使用される光スキャナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の光スキャナ装置として、例えば特開昭６３−８５７６５号公報に開示されているように、反射ミラーと、振動発生用の平面コイルと、これら各部を両側から支持する捩り振動部とを、水晶板等からなる同一の板材上に形成した光偏向素子を備え、この光偏向素子の平面コイルへの通電により、捩り振動部を捩り振動させてミラーを所定方向に回動させることにより、レーザ光を走査するようにしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、こうした従来の光スキャナ装置では、所謂両持ち梁を形成する一対の捩り振動部により、反射ミラーと平面コイルとを支持し、捩り振動部の振動によりこれら各部が共に回動するように構成されていたため、走査時に捩り振動部にかかる応力が大きく、捩り振動部の幅等をその応力に耐え得るよう大きくする必要があった。そして、このように捩り振動部の幅等を大きくすると、振動の幅，延いては走査角度を大きくすることができなくなるため、ミラー部を大きな走査角度で回動させるためには、必然的に捩り振動部の長さを長くしなければならず、装置の大型化を招くという問題がある。
【０００４】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、反射ミラーを一対の捩り振動部にて支持し、捩り振動部の捩り振動により反射ミラーを所定の走査方向に回動させる光スキャナ装置において、装置の大型化を招くことなく、走査角度を大きくできるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の光スキャナ装置では、一対の捩り振動部により、光を反射する反射面が形成されるミラー部を、その両側から直接支持すると共に、各捩り振動部を、ミラー部の回転軸を中心に矩形波状に変化する折り返し形状に形成し、更に、捩り振動部を振動させてミラー部を回動させる加振手段は、捩り振動部と外枠とを連結する一方の連結部に設けるようにしている。
【０００６】
このため、本発明によれば、捩り振動部により加振手段を支持する必要がなく、捩り振動部にはミラー部の回動に伴う応力のみが加わることから、従来装置のようにミラー部の回動に加えて加振手段の回動に伴う応力に耐え得るように捩り振動部の幅を大きくする必要はなく、従って、所望の走査角度を得るために捩り振動部を長くする必要はない。また、本発明では、この捩り振動部を折り返し形状にしているため、捩り振動部の実質的な長さを確保しながら、捩り振動部全体の長さを短くできる。従って、本発明によれば、光偏向素子において捩り振動部が占める面積を小さくすることができ、光スキャナ装置の小型化を図ることができる。
【０００７】
但し、各捩り振動部の折り返し形状を、単に直線部分からなる矩形波状にすると、各捩り振動部の折り返し部分の角部（特に内側角部）に応力が集中し易くなる。
そこで、請求項１に記載の光スキャナ装置では、各捩り振動部の折り返し形状を、矩形波の角部に丸みをつけた正弦波状にした。このように各捩り振動部を形成すれば、捩り振動部の角部にかかる応力を低減して、その強度を向上できる。
その他、請求項２に記載のように、各捩り振動部を、ミラー部の回転軸を中心に矩形波状に変化する折り返し形状であって、ミラー部の回転軸と直交する部分の幅に対して回転軸に平行な部分の幅が大きくなるように形成してもよい。このように捩り振動部を形成しても、捩り振動部の角部にかかる応力を低減して、その強度を向上できる。
【０００８】
また、捩り振動部は、折り返し形状になっているため、スキャナ装置の走査角度を確保しつつその小型化を図る上では極めて有効な手段となるが、こうした折り返し形状では外力を受けると変形し易いことから、その取り扱いに充分注意しなければならない。
【０００９】
そこで、光偏向素子には、請求項３に記載のように、各捩り振動部とミラー部とを囲む内枠を設け、この内枠にて各捩り振動部と連結部との結合部分を連結するとよい。このようにすれば、各捩り振動部を内枠によって保護することができ、取り扱いも容易に行えるようになるので、より望ましい。
【００１０】
また、このように光偏向素子に内枠を設けた場合、ミラー部の回転軸上の位置にて、捩り振動部の両端をミラー部及び内枠に夫々結合するようにしてもよいが、この場合、捩り振動部の両端をミラー部の回転軸上の位置まで折り返し、更にその位置にてミラー部及び内枠に結合するようにしなければならず、捩り振動部が回転軸方向に不必要に長くなってしまうことがある。
【００１１】
そこで、このように捩り振動部が不必要に長くなるような場合には、請求項４に記載のように、各捩り振動部の両端を、夫々、ミラー部と内枠との対向部の内の互いに対角となる位置に結合するようにしてもよい。つまり、このような構成は、光偏向素子に内枠を設けた場合に光スキャナ装置の小型化を図る上で極めて有効な手段となり得る。
【００１２】
一方、連結部に設ける加振手段は、従来装置のように通電により電磁力を発生するコイルを使用することもできるが、この場合、コイルを固定磁界内に配置しなければならず、固定磁界形成用の永久磁石等を別途設けなければならない。
そこで、加振手段としては、請求項５に記載のように、連結部に接着した板状の圧電素子からなる圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフにて構成することが望ましい。つまりこのように加振手段を圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフにて構成すれば、加振手段への印加電圧を変化させるだけで捩り振動部を所望周波数で捩り振動させることができることから、光スキャナ装置をより小型化することが可能になる。
【００１３】
なお、このように加振手段を圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフにて構成する場合には、請求項５に記載のように、連結部を、外枠の内側から回転軸に向かって突出された一対の装着部と、その両端を接続すると共に略中心位置にて捩り振動部が結合される接続部とから構成し、しかも板状の圧電素子が接着される一対の装着部は、圧電素子の電極となり得るように、少なくともその表面が導電性を有するようにする必要があるが、このためには、ミラー部，捩り振動部，連結部等を構成する板材自体に、導電性の金属板を用いるようにしてもよく、或は、板材には非導電性の板状部材を用い、上記各部形成後、板状部材全体又は装着部のみに導電性被膜を形成するようにしてもよい。
【００１４】
また、このように圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフにて捩り振動部を振動させるには、圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフの外枠側端部を固定して、各圧電ユニモルフ又は各圧電バイモルフを互いに異なる方向に変位させるための駆動電圧を印加する必要があるが、この場合、請求項６に記載のように、圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフの外枠側端部を、電圧印加用の配線をパターニングした基板と、導電性の金属板とにより挟持するようにすればよい。
【００１５】
つまり、このようにすれば、圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフを基板と金属板とにより固定できると共に、金属板側を共通電極としてグランドライン等に接地した状態で、基板に形成された電圧印加用の配線を介して各圧電ユニモルフ又は各圧電バイモルフに駆動電圧を印加することにより、各圧電ユニモルフ又は各圧電バイモルフを変位させることができ、加振手段を固定する固定手段及びその駆動系を、極めて簡単な構成にて実現できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
なお、以下の説明において、図１は、本発明が適用された実施例の光スキャナ装置全体の構成を表わし、（ａ）はその裏面図、（ｂ）はその表面図を表わす。また図２は、本実施例の光スキャナ装置１の光偏向素子を構成するプレートの形状を表わし、（ａ）はその全体図、（ｂ）は捩り振動部としてのバネ部の拡大図である。
【００１７】
図１に示す如く、光スキャナ装置１は、薄板バネ材にて形成された光偏向素子としてのプレート３と、プレート３の表面側の中央に設置された反射ミラー５と、同じくプレート３の表面側の四隅に配置された板状の圧電素子６ａ，７ａ，８ａ，９ａからなる圧電ユニモルフ６，７，８，９と、これら各圧電ユニモルフ６〜９の外側端部をプレート３の表面側から覆うように配設された中空の基板１１と、該基板１１との間で圧電ユニモルフ６〜９及びプレート３を挟持する導電性の金属板からなる中空の押え板１３とを備えている。
【００１８】
プレート３は、薄板状（厚さ０．０５ｍｍ程度）の導電性金属からなるバネ材料（ベリリウム銅，バネ用ステンレス等）を、エッチング、放電加工等を利用して打ち抜くことにより、図２（ａ）に示すように形成されている。
即ち、プレート３は、押え板１３と略同じ大きさ（外形：２０ｍｍ×２０ｍｍ程度）の外枠３１と、外枠３１の略中心に位置し、表面に反射ミラー５が設けられる略正方形のミラー部３３と、ミラー部３３の対角部から上下方向に延出され、ミラー部３３の左右幅方向の中心を通る中心軸（回転軸）Ｚを中心に矩形波状に変化する折り返し形状をした、捩り振動部としての一対のバネ部３５，３７（図１，２においてハッチングを付した部分）と、バネ部３５，３７の外側端部に各々結合され、バネ部３５，３７及びミラー部３３を囲む内枠３９と、外枠３１の中空部左右の上下両端部からミラー部３３の回転軸Ｚに向かって延出された圧電ユニモルフ６〜９形成用の装着部４６，４７，４８，４９と、これら４個の装着部４６〜４９の内、互いに対向する装着部４６，４７及び４８，４９と、内枠３９の上下両端部とを、夫々、ミラー部３３の回転軸Ｚ上で連結するＴ字状の接続部４１，４３とから構成されている。
【００１９】
ここで、バネ部３５，３７は、ミラー部３３を両側から支持して、自らの捩り振動によりミラー部３３を回転軸Ｚを中心に回動させるものである。このため、振動時には、図２（ｂ）に示すＣのような折り返しの内側角部（コーナ）において応力が集中し易い。そこで、各コーナには、若干丸み（所謂Ｒ）が付けられるが、本実施例では、集中応力をより低減するために、回転軸Ｚと直交する部分の幅Ａに対して、回転軸Ｚに平行な部分の幅Ｂが大きくされている。これは、矩形波状に形成したバネ部３５，３７においては、回転軸Ｚに平行な矩形波の頂点部分が大きく捩れるためであり、本実施例では、このように構成することにより、バネ部３５，３７の強度を高めているのである。
【００２０】
また、各バネ部３５，３７は、ミラー部３３及び内枠３９の対向面上にて互いに対角となる位置に連結されている。これは、各バネ部３５，３７に不要な折り返しを設けることなく、ミラー部３３と内枠３９とを連結できるようにするためであり、こうすることにより、プレート３が上下方向に大きくなるのを防止している。
【００２１】
また本実施例では、ミラー部３３に設けられる反射ミラー５に、アルミ蒸着で高反射コ一ティングを施したシリコン製のミラーが使用され、ミラー部３３には、反射ミラー５が接着剤等を用いて接着される。
次に、上記４個の圧電ユニモルフ６〜９は、装着部４６〜４９に板状の圧電素子６ａ〜９ａを接着することにより形成されており、その内、プレート３上方の装着部４６，４７に形成される圧電ユニモルフ６，７は、接続部４１に捩り振動のための駆動力を与えてバネ部３５を捩り振動させる、加振手段としての駆動用圧電ユニモルフとして使用され、プレート３下方の装着部４８，４９に形成される圧電ユニモルフ８，９は、バネ部３７の捩り振動を接続部４３を介して検出するセンサ用圧電ユニモルフとして使用される。
【００２２】
つまり、本実施例では、プレート３が導電性金属からなるバネ材料にて形成されているため、各装着部４６〜４９に板状の圧電素子６ａ〜９ａを接着すれば、プレート３がこれら各圧電素子６ａ〜９ａの共通電極となる。そして、図３（ａ）に示すように、各圧電素子６ａ〜９ａの装着部４６〜４９とは反対側面に電極２６〜２９を設けて、この電極２６〜２９とプレート３との間に電圧を印加すれば、圧電ユニモルフ６〜９は、図３（ｂ）に示す如く所定方向に変位し、逆にその電極２６〜２９とプレート３との間に発生した電圧を検出すれば、圧電ユニモルフ６〜９の変位量を検出できる。
【００２３】
そこで、本実施例では、各圧電素子６ａ〜９ａの両面に電極形成用の導電材（例えば銀ペースト）を塗布すると共に、駆動用圧電ユニモルフ６，７及びセンサ用圧電ユニモルフ８，９を夫々構成する一対の圧電素子６ａ，７ａ及び８ａ，９ａの分極方向が、図３（ａ）に矢印で示すように、装着部４６〜４９に対して直交し且つ互いに逆向きとなるように、各圧電素子６ａ〜９ａを装着部４６〜４９に接着し、更に、図１（ａ）に示す如く、基板１１の各圧電素子６ａ〜９ａとの対応位置に、電圧印加用の電極２６〜２９となる電極パターンを施し、基板１１と押え板１３とをねじ１３ａ〜１３ｄにて締め付けることにより、基板１１と押え板１３とで各圧電ユニモルフ６〜９の外側端部を挟持させている。
【００２４】
従って、本実施例の光スキャナ装置１においては、図１（ａ）に示す如く、ねじ１３ｄに通したアース端子２５に、接地用のリード線２５ａを半田付け等にて接続し、基板１１に形成された電極２６，２７に、駆動電圧印加用のリード線２６ａ，２７ａを半田付け等にて接続し、このリード線２６ａ，２７ａを介して、各電極２６，２７と共通電極となる押え板１３（延いてはプレート３）との間に駆動用の高電圧を印加すれば、図３（ｂ）に矢印で示す如く、駆動用圧電ユニモルフ６，７を、その固定部を中心に互いに逆方向に変位させて、接続部４１の回転軸Ｚ回りにトルクを発生させることができる。このため、駆動用電圧を交流にすれば、接続部４１の回転軸Ｚ回りに振動トルクを発生させて、バネ部３５，延いては反射ミラー５を、回転軸Ｚを中心に振動させることができる。
【００２５】
また、図１（ａ）に示す如く、基板１１に形成された電極２８，２９に、電圧検出用のリード線２８ａ，２９ａを半田付け等により接続し、このリード線２８ａ，２９ａを介して、各電極２８，２９と共通電極となる押え板１３との間に発生した電圧を検出すれば、バネ部３７，接続部４３を介して反射ミラー５側より伝達される捩り振動を検出できる。
【００２６】
なお、基板１１は、光スキャナ装置１全体を保持するものであるため、これには、例えばガラスエポキシ樹脂のような硬質の絶縁体基板が使用される。また、図１，図２から明らかな如く、プレート３において、接続部４１，４３は、装着部４６〜４９の幅より細くなっているが、これは、接続部４１，４３を変形（換言すれば伸縮）し易くするためである。つまり、こうすることにより、駆動用圧電ユニモルフ６，７からの駆動力を効率よくバネ部３５に伝達でき、また、センサ用圧電ユニモルフ８，９に、バネ部３７の振動を効率よく伝達できるようにしているのである。
【００２７】
次に図４は、本実施例の光スキャナ装置１を実際に動作させる駆動回路５０の構成を表わす。なお、この駆動回路は、光スキャナ装置１を、その共振周波数にて振動させる所謂自励発振回路である。
図４に示す如く、リード線２８ａ，２９ａにて取り出したセンサ用圧電ユニモルフ８，９からの検出信号（電圧）は、共通の信号線５１にて合成されて駆動回路５０まで導かれる。そして、駆動回路５０内では、その合成された検出信号が２系統に分岐される。
【００２８】
この分岐された検出信号の内、一方は、増幅器５３，整流回路５５，及び平滑回路５７を通過することにより、光スキャナ装置１の振動波形の振幅に応じた直流電圧に変換される。そして、この直流電圧は、差動増幅器５９に入力され、差動増幅器５９において、基準電圧発生源６１から出力される基準電圧との差分に応じた直流電圧に変換される。また上記分岐された検出信号のもう一方は、増幅器６３，位相シフタ６５，ローパスフィルタ６７，及び増幅器６９を通過することにより、高調波成分が除去され、しかも当該駆動回路５０により光スキャナ装置１の実際の振動と位相同期した駆動信号を生成するための振動信号に変換される。
【００２９】
そして、この振動信号と差動増幅器５９からの出力信号（直流電圧）とは、掛け算器７１に入力されて、これら各信号の積に対応した信号に変換される。またこの信号は、更に、増幅器７３を介して、変圧器７５に入力され、変圧器７５において圧電ユニモルフ６，７を駆動可能な電圧（交流３５Ｖ程度）にまで昇圧される。そして、この昇圧された電圧信号（交流）は、信号線７７を介して、駆動用圧電ユニモルフ６，７のリード線２６ａ，２７ａにまで導かれ、駆動信号として、各圧電ユニモルフ６，７に印加される。
【００３０】
この結果、光スキャナ装置１は、自己の共振周波数にて自励振動すると共に、その走査角度は基準電圧にて一定の走査角度に規定されることになる。そして、信号線５１に端子７９を接続し、この端子７９からセンサ用圧電ユニモルフ８，９からの検出信号を取り出すようにすれば、光スキャナ装置１の振動状態，延いては反射ミラー５の走査位置をモニタでき、例えば、光スキャナ装置１をバーコードリーダに用いる場合には、バーコード読取時のデコードタイミングの検出等に利用できる。
【００３１】
なお、このように駆動回路５０を自励発振回路としたのは、光スキャナ装置１は共振型であり、その共振周波数は雰囲気温度の変化等により変化するためである。つまり、光スキャナ装置１を予め設定した共振周波数の駆動信号にて駆動するようにすると、周囲の環境変化によってその駆動信号の周波数が光スキャナ装置１の共振周波数とずれてしまい、光スキャナ装置１を良好に駆動できないことから、本実施例では、駆動回路５０を自励発振回路とすることにより、駆動信号を光スキャナ装置１の共振周波数の変化に追従させて、光スキャナ装置１を常に共振周波数にて振動させることができるようにしているのである。
【００３２】
以上説明したように、本実施例の光スキャナ装置１では、光偏向素子を構成するプレート３において、反射ミラー５を形成するミラー部３３の両側に、捩り振動部としてのバネ部３５，３７を形成すると共に、バネ部３５，３７を矩形波状に形成し、更に、バネ部３５と外枠３１とを連結する連結部の一部を構成する装着部４７，４６に圧電ユニモルフ６，７を形成することにより加振手段を構成している。
【００３３】
このため、本実施例によれば、従来装置のように、バネ部３５，３７により振動発生用の加振手段（コイル）を支持させる必要がなく、バネ部３５，３７を小さくできる。また特に本実施例では、バネ部３５，３７を矩形波状に形成しているので、バネ部３５，３７の実質的な長さを確保したまま、バネ部３５，３７の全体の長さを短くできる。従って本実施例によれば、走査角度を確保しつつ、プレート３，延いては光スキャナ装置１の小型化を図ることができる。
【００３４】
またバネ部３５，３７は、回転軸Ｚと直交する部分の幅Ａに対して、回転軸Ｚに平行な部分の幅Ｂが大きくされているため、バネ部３５，３７の強度を高めることができ、しかも、バネ部３５，３７は、ミラー部３３及び内枠３９の対向面上にて互いに対角となる位置に連結されているため、バネ部３５，３７に不要な折り返しを設けることなく、ミラー部３３と内枠３９とを連結できる。従って、本実施例によれば、このような構成からも、バネ部３５，３７の強度及び振動特性を確保しつつバネ部３５，３７を小さくでき、プレート３，延いては光スキャナ装置１を小型化できる。
【００３５】
またバネ部３５，３７は、矩形波状に形成されているので、外力を受けると変形し易いが、本実施例では、プレート３全体を外枠３１にて囲み、更に、バネ部３５，３７及びミラー部３３については、内枠３９で囲むようにしているので、光スキャナ装置１の組立時等に、外力によりプレート３自体が座屈したり、バネ部３５，３７が変形したりするのを防止できる。従って、組立時等のプレート３の取り扱いを容易に行うことができ、作業性を向上できる。
【００３６】
また更に、本実施例では、加振手段として、プレート３の装着部４７，４６に形成した圧電ユニモルフ６，７を用いるため、コイルを用いた従来装置のように別途振動発生用の部材を設ける必要がなく、装置構成を簡素化し、小型化を図ることができる。そして、特に、本実施例では、プレート３に、加振手段を構成する駆動用圧電ユニモルフ６，７だけでなく、光スキャナ装置１の振動状態を検出する検出手段としてのセンサ用圧電ユニモルフ８，９を設けているため、上記のように駆動回路に自励発振回路を用いることにより、光スキャナ装置１を自励振動させることができるだけでなく、光スキャナ装置１の振動状態をモニタして、その走査位置や動作異常等を検出することもできる。
【００３７】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施例では、バネ部３５，３７を矩形波状の折り返し形状にしたが、図５（ａ）に示す如く、矩形波の角部全体に丸みをつけて正弦波状（図では上記実施例と同様、折り返しが２箇所であるため、Ｓ字状になっている）の折り返し形状としてもよい。そしてこの場合、バネ部３５，３７の折り返し部分で各コーナにかかる応力をより低減でき、バネ部３５，３７の強度をより高めることができる。
【００３８】
また、上記実施例においては、内枠３９が、バネ部３５，３７の補強用として設けられているが、取り扱い上特に問題がなければ、図５（ｂ）に示すように内枠３９を取り外し、バネ部３５，３７を直接、接続部４１，４３に連結するようにしてもよい。なおこの場合、ミラー部３３を、その中心軸を回転軸Ｚとして回転させるために、バネ部３５，３７のミラー部３３及び接続部４１，４３への連結位置は、ミラー部３３の中心軸（つまり回転軸）上の位置にする必要はある。
【００３９】
一方、上記実施例においては、基板１１に、各圧電ユニモルフ６〜９に対する駆動電圧印加或は電圧検出用の電極２６〜２９を形成し、これにリード線２６ａ〜２９ａを接続することにより、これら各リード線２６ａ〜２９ａを用いて各圧電ユニモルフ６〜９と駆動回路５０とを接続するように構成したが、図６（ａ）に示す如く、電極２６〜２９が形成される基板１１の裏面に、上記各リード線２５ａ〜２９ａに対応した配線パターン２５ａ′〜２９ａ′及びアース端子２５に対応した電極パターン２５′を形成すると共に、基板１１の下方に、各配線パターン２５ａ′〜２９ａ′への接続端子となる電極パターン２５ｂ〜２９ｂを集中させ、基板１１の表面には、図６（ｂ）に示す如く、アース端子２５としての電極パターン２５′に接続された電極パターン２５″を形成することにより、圧電ユニモルフ６〜９と駆動回路５０との接続を、基板１１の下方に集中させた各電極パターン２５ｂ〜２９ｂを介して行うようにしてもよい。
【００４０】
つまり、このように基板１１を上記各リード線２５ａ〜２９ａをプリント配線にて形成したプリント基板として構成した場合、図７（ａ），（ｂ）に示すように、基板１１と押え板１３との間にプレート３を挟み、アース端子２５となる電極パターン２５′，２５″を形成した部分を含む複数箇所（図では２箇所）にて、基板１１側から導電性のねじ１１ａ，１１ｂを通して、基板１１と押え板１３とを締付固定すれば、基板１１の下方に集中させた各電極パターン２６ｂ〜２９ｂと各圧電ユニモルフ６〜９の表面側とを接続できると共に、接地用の電極パターン２５ｂと各圧電ユニモルフ６〜９の共通端子となる押え板１３とを、ねじ１１ａ，電極パターン２５″，２５′，配線パターン２５ａ′を介して接続できる。
【００４１】
そして、この場合、例えば、図７（ｂ）に示すように、基板１１の下方の表面側に、各電極パターン２５ｂ〜２９ｂに接続された端子８５〜８９を有するコネクタ８０を設け、図８に示すように、このコネクタ８０を、駆動回路５０が形成されたプリント基板９１側に固定したコネクタ９０に接続するようにすれば、光スキャナ装置１と駆動回路５０との接続を、リード線を用いることなく簡単に行うことができ、製造時の工数を低減することができると共に、配線の信頼性を高めることができる。
【００４２】
なおこの場合、基板１１にコネクタ８０を設けず、駆動回路５０が形成されたプリント基板９１或は光スキャナ装置１の任意の取付位置に設けたコネクタに、基板１１の電極パターン２５ｂ〜２９ｂ側を直接差込み、そのコネクタを介して駆動回路５０と各電極パターン２５ｂ〜２９ｂとを接続するようにしてもよい。
【００４３】
また次に、上記実施例では、光偏向素子を構成するプレート３を、導電性金属からなるバネ材料にて形成したが、このバネ材料については、シリコン等の半導体材料を用いることもできる。そしてこのようにすれば、プレート上に駆動回路を形成することも可能になり、駆動回路を含めて光スキャナ装置全体をより小型化できる。またこの場合、エッチングを利用することにより、プレート３の大量生産を図ることができ、その製造コストも低減できる。但し、この場合は、圧電ユニモルフ６〜９を形成する装着部４６〜４９については、導電性の金属（例えば銀ペースト等）により被膜する必要はある。
【００４４】
また更に、上記実施例では、プレート３のミラー部３３に、シリコンからなる反射ミラー５を設けるものとして説明したが、この反射ミラー５としては、ガラスや樹脂等に鏡面加工を施したものを使用してもよい。また、ミラー部３３自体に鏡面加工を施し、その上に、直接、アルミ蒸着等で高反射コーティングを施すことにより、反射ミラーを形成してもよい。
【００４５】
また、上記実施例では、加振手段及び振動検出用の検出手段として、プレート３の装着部４６〜４９の片面に圧電素子６ａ〜９ａを接着することにより形成される圧電ユニモルフ６〜９を用いるものとして説明したが、これら各手段には、例えば、装着部４６〜４９の両面に圧電素子を接着することにより形成可能な圧電バイモルフを用いるようにしてもよい。なお、この場合、各圧電素子の分極方向は、上記実施例と同様にすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の光スキャナ装置全体の構成を表わす概略構成図であり、（ａ）はその裏面図、（ｂ）はその表面図である。
【図２】実施例の光スキャナ装置のプレートの形状を説明する説明図であり、（ａ）はその全体図、（ｂ）はバネ部の拡大図である。
【図３】実施例の圧電ユニモルフの構成（ａ）及びその動作（ｂ）を説明する説明図である。
【図４】実施例の駆動回路の構成を表わすブロック図である。
【図５】光偏向素子を構成するプレートの他の構成例を表わす説明図である。
【図６】プリント配線を施した基板の構成例を表わし、（ａ）はその裏面図、（ｂ）はその表面図である。
【図７】図６の基板を用いた光スキャナ装置全体の構成を表わす概略構成図であり、（ａ）はその裏面図、（ｂ）はその表面図である。
【図８】図７に示した光スキャナ装置と駆動回路とをコネクタを介して接続した場合の説明図である。
【符号の説明】
１…光スキャナ装置 ３…プレート（光偏向素子） ５…反射ミラー
６，７…圧電ユニモルフ（駆動用） ８，９…圧電ユニモルフ（センサ用）６ａ〜９ａ…圧電素子 １１…基板 １３…押え板 ２５…アース端子２６〜２９…電極 ３１…外枠 ３３…ミラー部 ３５，３７…バネ部
３９…内枠 ４１，４３…接続部 ４６〜４９…装着部
５０…駆動回路 ８０…コネクタ
Claims (6)
- 光を反射する反射面が形成されるミラー部と、該ミラー部を両側から支持する一対の捩り振動部と、該ミラー部及び捩り振動部を囲む外枠と、前記各捩り振動部の前記ミラー部とは反対側端部と前記外枠とを連結する連結部とを、１枚の板材にて形成してなる光偏向素子を備え、前記捩り振動部の捩り振動により、前記ミラー部を、前記各捩り振動部と連結部との接続点を結ぶ回転軸を中心に回動させて、光を走査する光スキャナ装置であって、
前記各捩り振動部を、前記回転軸を中心に矩形波状に変化する折り返し形状にすると共に、前記捩り振動部と前記外枠とを連結する一方の連結部に、前記捩り振動部を振動させる加振手段を設け、
更に、前記各捩り振動部を、前記矩形波の角部に丸みをつけた正弦波状の折り返し形状に形成してなることを特徴とする光スキャナ装置。 - 光を反射する反射面が形成されるミラー部と、該ミラー部を両側から支持する一対の捩り振動部と、該ミラー部及び捩り振動部を囲む外枠と、前記各捩り振動部の前記ミラー部とは反対側端部と前記外枠とを連結する連結部とを、１枚の板材にて形成してなる光偏向素子を備え、前記捩り振動部の捩り振動により、前記ミラー部を、前記各捩り振動部と連結部との接続点を結ぶ回転軸を中心に回動させて、光を走査する光スキャナ装置であって、
前記各捩り振動部を、前記回転軸を中心に矩形波状に変化する折り返し形状であって、前記回転軸と直交する部分の幅に対して前記回転軸に平行な部分の幅が大きい形状にすると共に、前記捩り振動部と前記外枠とを連結する一方の連結部に、前記捩り振動部を振動させる加振手段を設けたことを特徴とする光スキャナ装置。 - 前記光偏向素子は、更に、前記各捩り振動部と連結部との結合部分に結合され、前記各捩り振動部と前記ミラー部とを囲む内枠を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光スキャナ装置。
- 光を反射する反射面が形成されるミラー部と、該ミラー部を両側から支持する一対の捩り振動部と、該ミラー部及び捩り振動部を囲む外枠と、前記各捩り振動部の前記ミラー部とは反対側端部と前記外枠とを連結する連結部とを、１枚の板材にて形成してなる光偏向素子を備え、前記捩り振動部の捩り振動により、前記ミラー部を、前記各捩り振動部と連結部との接続点を結ぶ回転軸を中心に回動させて、光を走査する光スキャナ装置であって、
前記光偏向素子は、更に、前記各捩り振動部と連結部との結合部分に結合され、前記各捩り振動部と前記ミラー部とを囲む内枠を備え、
前記各捩り振動部は、前記回転軸を中心に矩形波状に変化する折り返し形状にされ、
前記各捩り振動部の両端は、夫々、前記ミラー部と内枠との対向部の内、互いに対角となる位置に結合され、
前記捩り振動部と前記外枠とを連結する一方の連結部には、前記捩り振動部を振動させる加振手段が設けられていることを特徴とする光スキャナ装置。 - 前記連結部は、前記外枠の内側から前記回転軸に向かって突出され、前記加振手段を装着するための一対の装着部と、該装着部の両端を接続すると共に略中心位置にて前記捩り振動部が結合される接続部とを備え、
少なくとも前記一対の装着部の表面は導電性を有し、
前記加振手段は、前記一対の装着部の片面又は両面に各々接着され、電圧の印加によって各装着部を互いに異なる方向に変位させる圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフを構成する板状の圧電素子からなることを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか記載の光スキャナ装置。 - 光を反射する反射面が形成されるミラー部と、該ミラー部を両側から支持する一対の捩り振動部と、該ミラー部及び捩り振動部を囲む外枠と、前記各捩り振動部の前記ミラー部とは反対側端部と前記外枠とを連結する連結部とを、１枚の板材にて形成してなる光偏向素子を備え、前記捩り振動部の捩り振動により、前記ミラー部を、前記各捩り振動部と連結部との接続点を結ぶ回転軸を中心に回動させて、光を走査する光スキャナ装置であって、
前記各捩り振動部は、前記回転軸を中心に矩形波状に変化する折り返し形状にされ、
前記捩り振動部と前記外枠とを連結する一方の連結部には、前記捩り振動部を振動させる加振手段が設けられ、
前記連結部は、前記外枠の内側から前記回転軸に向かって突出され、前記加振手段を装着するための一対の装着部と、該装着部の両端を接続すると共に略中心位置にて前記捩り振動部が結合される接続部とを備え、
少なくとも前記一対の装着部の表面は導電性を有し、
前記加振手段は、前記一対の装着部の片面又は両面に各々接着され、電圧の印加によって各装着部を互いに異なる方向に変位させる圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフを構成する板状の圧電素子からなり、
前記圧電ユニモルフ又は圧電バイモルフの外枠側端部は、電圧印加用の配線がパターニングされた基板と、導電性の金属板とにより挟持されていることを特徴とする光スキャナ装置。
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