JPH04336522A - 光スキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレ−ザビームプ
リンタやバーコードリーダ等において光ビームを線状に
走査させる光スキャナに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に従来例の光スキャナの構造を示す
。これは、ポリゴンミラー３１を用いた光スキャナであ
り、正多角形状をしたポリゴンミラー３１の外周面には
ミラー面３１ａ，３１ａ，…が形成されており、ポリゴ
ンミラー３１はドライバ回路３５で制御された直流サー
ボモータ３２によって一定角速度で回転させられている
。そして、半導体レーザ装置３６から出射されたレーザ
ビームαは結像レンズ３３によって集光され、ポリゴン
ミラー３１のミラー面３１ａに照射される。そして、ポ
リゴンミラー３１のミラー面３１ａで反射されたレーザ
ビームαは、ビームスキャンレンズ３４を透過し、例え
ば感光ドラム３７の表面に照射される。ここでポリゴン
ミラー３１が一定角速度で回転していると、レーザビー
ムαを照射されているミラー面３１ａの角度が変化する
ので、ポリゴンミラー３１で反射されたレーザビームα
の出射方向が変化し、レーザビームαが例えば感光ドラ
ム３７の表面を走査される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなタイプの光スキャナにあっては、ポリゴンミラーと
回転駆動用の直流サーボモータが必要不可欠であるため
、光スキャナの小型化を図るのが困難で、その小型化に
も限界があった。また、光スキャナによる走査幅や走査
速度等を精度良く得ようとすれば、ポリゴンミラーの各
ミラー面の寸法や各ミラー面間の角度等の精度が厳しく
要求され、加工コスト及び組み立て調整コストが高価と
なり、低コスト化が困難であった。また、レーザビーム
のスキャン角は、ポリゴンミラーの面数で決定されるた
め、各光スキャナのスキャン角は一定であり、そのスキ
ャン角を変更することは不可能であった。

【０００４】さらに、従来の光スキャナでは、レーザビ
ームのスキャン方向は１方向のみであり、１台の光スキ
ャナによってスキャン方向を切り換えたり、２方向で同
時にスキャンさせたりすることはできなかった。

【０００５】本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、新規な原
理に基づく小型で安価な光スキャナを提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光スキャナは、
少なくとも１つの弾性変形モードを有する弾性変形部と
、弾性変形部の一端に設けられた加振部と、前記弾性変
形部の各弾性変形モードに対する共振周波数の振動を加
振部に付与するための駆動源と、弾性変形部の他端に設
けられ、加振部に振動が印加された時に少なくともいず
れかの弾性変形モードで弾性変形部を弾性振動させるよ
うに配置され、弾性変形部の弾性振動によって少なくと
も１方向に回動できるようになったスキャン部と、スキ
ャン部に設けられた曲率を持つミラー面とからなること
を特徴としている。

【０００７】

【作用】弾性変形部の特定の弾性変形モードに対する共
振周波数の振動を加振部に加えると、弾性変形部が当該
弾性変形モードで弾性振動し、スキャン部が特定の方向
で回動する。このため、スキャン部のミラー面に光ビー
ムを照射させていると、ミラー面で反射された光ビーム
がスキャン部の回転によってスキャンされる。

【０００８】また、スキャン部、弾性変形部及び加振部
は、プレート状に形成することができ、駆動源としては
圧電振動子のような小型のアクチュエータを使用するこ
とができるので、光スキャナを超小形化することができ
る。しかも、構造も簡略であるので、製作コストや組立
て調整コスト等も安価となり、低コストの光スキャナを
提供できる。

【０００９】さらに、駆動源によって加振部の振幅を変
化させれば、弾性変形部における弾性振動の振幅（スキ
ャン部の回動角）を変化させることができ、光ビームの
スキャン角の調整も可能である。

【００１０】加えて、本発明の光スキャナにあっては、
ミラー面が曲率を持つので、光ビームのスキャン角をス
キャン部の回動角の２倍の角度よりも大きくすることが
できる。

【００１１】

【実施例】図２は本発明の一実施例による光スキャナの
斜視図である。この光スキャナ１は、薄板状のプレート
７と圧電振動子や磁歪振動子等の微小振動を発生する小
形の駆動源６とから構成されている。プレート７は、図
３及び図４に示すような形状をしており、長い細幅の弾
性変形部２の下端に、駆動源６から振動を印加させるた
めの加振部５が一体に設けられ、弾性変形部２の上端に
、レーザビームαをスキャンさせるためのスキャン部３
が一体に設けられている。ここで、弾性変形部２は、図
３に示すように軸心Ｐの回りにねじれ変形するねじれ変
形モードと、図４に示すように軸心Ｐに沿って曲げ変形
する曲げ変形モードが可能になっており、ねじれ変形モ
ードの弾性振動についてはｆＴの共振周波数を有し、曲
げ変形モードの弾性振動についてはｆＢの共振周波数を
有している。スキャン部３は、弾性変形部２の軸心Ｐに
関してアンバランスな形状に形成されており、弾性変形
部２の軸心Ｐから離れた部分にウエイト部８が形成され
ている。したがって、スキャン部３の重心は、弾性変形
部２の軸心Ｐから外れた位置にあり、さらに、弾性変形
部２の上端よりも上方に位置している。また、スキャン
部３には、レーザビームαを反射させるための曲率を持
ったミラー面４が形成されている。加振部５は、圧電振
動子等の駆動源６に接着もしくは接合されて駆動源６に
固定されており、スキャン部３は弾性変形部２によって
フリーに支持されている。

【００１２】図５は曲率を持った（非平面の）ミラー面
４の種々の実施例を示している。図５（ａ）は凸球面状
をしたミラー面４をスキャン部３の一部（軸心Ｐの近傍
）に設けたもの、同（ｂ）は凹球面状をしたミラー面４
をスキャン部３の一部に設けたもの、同（ｃ）はスキャ
ン部３の全体を湾曲させ、スキャン部の全体に凸曲面状
をしたミラー面４を形成したもの、同（ｄ）はスキャン
部３の全体を湾曲させ、スキャン部３の全体に凹曲面状
をしたミラー面４を形成したものである。

【００１３】これらのミラー面４は、切削、エッチング
等によりスキャン部３と一体に形成してもよく、平板状
をしたスキャン部３の表面に接着固定してもよい。また
、ミラー面４は研磨やエッチングの他、金やアルミニウ
ムを蒸着させることによって作製してもよい。

【００１４】加振部２へ高周波振動（例えば、数１００
Ｈｚ）を加える圧電振動子等の駆動源６は、駆動回路（
図示せず）によって制御されており、ねじれ変形モード
の共振周波数ｆＴもしくは曲げ変形モードの共振周波数
ｆＢの振動を励起される。

【００１５】しかして、本発明に係る光スキャナ１は、
駆動回路によって駆動源６をある周波数で振動させ、こ
の振動を加振部５に印加させて図２のｘ方向に往復振動
させると、スキャン部３に慣性力が作用し、この慣性力
によって弾性変形部２は、慣性力の加わった方向に弾性
変形し振動する。しかも、加振部５に印加される駆動周
波数ｆが、弾性変形部２のばね剛性や慣性モーメント等
から決まるねじれ変形モードの共振周波数ｆＴまたは曲
げ変形モードの共振周波数ｆＢに一致すると、当該変形
モードの弾性振動が弾性変形部２で増幅され、スキャン
部３が大きな回動角で駆動される。したがって、加振部
５をねじれ変形モードの共振周波数ｆＴで振動させると
、弾性変形部２でねじれ変形モードの振動が増幅され、
スキャン部３は図３に示すようにθＴの回動角で軸心Ｐ
の回りに回動させられる。また、加振部５を曲げ変形モ
ードの共振周波数ｆＢで振動させると、弾性変形部２で
曲げ変形モードの振動が増幅され、スキャン部３は図４
に示すようにθＢの回動角で軸心Ｐと直交する方向Ｑの
回りに回動させられる。

【００１６】図１は曲率を持ったミラー面４を有する本
発明のスキャン部３の作用を示す作用説明図、図７は平
面状のミラー面４Ａを有する比較例のスキャン部の作用
を示す作用説明図である。いま、図７の比較例のように
、θの角度で回動している平面状のミラー面４Ａにレー
ザビームαが照射されると、レーザビームαは、スキャ
ン部の回動角θの２倍の回動角２θでスキャンされる。

【００１７】これに対し、図１に示す本発明の場合のよ
うに、ミラー面４が例えば凸球面状をしていて図１のよ
うにレーザビームαが照射されていると、ミラー面４が
図１の実線の状態から破線の状態へ角度θだけ回転した
場合、レーザビームαの反射点がずれるので、回転前の
反射点Ｒ１と回転後の反射点Ｒ２におけるミラー面４の
接線方向が回転角θよりも大きな角度φだけ変化し、レ
ーザビームαの反射方向は２φ変化する。即ち、レーザ
ビームαは、ミラー面４の回動角θの２倍よりも大きな
スキャン角２φ（＞２θ）でスキャンされ、大きなスキ
ャン角を得ることができるようになる。

【００１８】もっとも、レーザビームαの照射位置を適
当に選択すれば、レーザビームαのスキャン角をミラー
面４の回動角θの２倍よりも小さくすることができる。 したがって、ミラー面４の回動角θの２倍よりも大きな
スキャン角を得るためには、レーザビームαの照射位置
を正しく選択する必要がある。また、レーザビームαの
照射位置を変えるだけで、スキャン角２φと回動角θの
比２φ／θを２より大きくも小さくもできる。

【００１９】上記作用は、以上の説明からも明らかなよ
うに、凹球面状のミラー面の場合も同様である。

【００２０】なお、上記実施例では、２方向に光ビーム
をスキャンさせるタイプの光スキャナについて説明した
が、本発明は例えば特願平２−２０９８０３号（出願日
：平成２年８月７日）として特許出願したような１方向
にのみ光ビームをスキャンさせるタイプの光スキャナに
も適用できる。その場合、ミラー面は円筒面状（カマボ
コ型）でもよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、新規な原理による光ス
キャナを提供することができる。すなわち、圧電振動子
のような駆動源の振動を弾性変形部によってスキャン部
の回動運動に変換させることができ、スキャン部のミラ
ー面に光ビームを照射させていれば、ミラー面で反射さ
れた光ビームがスキャニングされる。

【００２２】しかも、弾性変形部は、少なくとも２つの
弾性変形モードを有しているので、いずれかのモードの
共振周波数で加振部を励振させれば、当該モードで弾性
変形部を弾性振動させることができ、スキャン部の回動
方向を変更させることができる。したがって、２軸以上
のスキャン方向を持つ光スキャナを作成することができ
、１台の光スキャナで２方向以上に光ビームをスキャン
させることができる。

【００２３】また、光スキャナを超小形化することがで
き、かつ、安価な光スキャナを提供できる。

【００２４】さらに、加振部の振幅を調整することによ
り、スキャン部の回動する角度を変化させることができ
、１台の光スキャナによって光ビームを自由なスキャン
角で走査させることができる。

【００２５】そのうえ、ミラー面が曲率を持っているの
で、光ビームのスキャン角をスキャン部の回動角の２倍
の角度よりも大きくすることができ、光ビームのスキャ
ン角を拡大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作用説明図である。

【図２】本発明の一実施例による光スキャナを示す斜視
図である。

【図３】同上の実施例におけるプレートのねじれ変形モ
ードを示す斜視図である。

【図４】同上の実施例におけるプレートの曲げ変形モー
ドを示す斜視図である。

【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、それぞれ、スキ
ャン部に設けられた曲率を持ったミラー面の異なる実施
例を示す断面図である。

【図６】従来例の斜視図である。

【図７】本発明と比較して説明するための比較例の作用
説明図である。

【符号の説明】

２　　弾性変形部 ３　　スキャン部 ４　　ミラー面 ５　　加振部 ６　　駆動源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも１つの弾性変形モードを有
   する弾性変形部と、弾性変形部の一端に設けられた加振
   部と、前記弾性変形部の各弾性変形モードに対する共振
   周波数の振動を加振部に付与するための駆動源と、弾性
   変形部の他端に設けられ、加振部に振動が印加された時
   に少なくともいずれかの弾性変形モードで弾性変形部を
   弾性振動させるように配置され、弾性変形部の弾性振動
   によって少なくとも１方向に回動できるようになったス
   キャン部と、スキャン部に設けられた曲率を持つミラー
   面とからなることを特徴とする光スキャナ。