JP2015210453A - Vibration element, optical scanner, image forming apparatus, image projection device, and optical pattern reading device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザー走査などに用いられる振動素子、および、それを用いた光走査装置、画像形成装置、画像投影装置および光学パターン読み取り装置に関する。 The present invention relates to a vibration element used for laser scanning and the like, and an optical scanning device, an image forming apparatus, an image projection apparatus, and an optical pattern reading apparatus using the vibration element.
近年、シリコンウエハを用いた所謂MEMS技術による振動素子が実用化され、レーザービームプリンターやレーザープロジェクターなどに応用されることが期待されている。また、シリコンウエハを用いた振動素子と比較して簡易なプロセスで作製することができ、また、耐衝撃性に優れるという利点から、各種の金属材料を用いた振動素子が提案されている(特許文献1)。これらの振動素子は、ミラーを捻り梁で支持する構成の振動子を備え、ミラーの慣性モーメントと捻り梁のばね定数で決まる共振周波数を考慮して使用される。 In recent years, a vibration element using a so-called MEMS technology using a silicon wafer has been put into practical use, and is expected to be applied to a laser beam printer, a laser projector, and the like. In addition, vibration elements using various metal materials have been proposed because they can be manufactured by a simple process compared to a vibration element using a silicon wafer and have excellent impact resistance (patents). Reference 1). These vibration elements include a vibrator configured to support a mirror with a torsion beam, and are used in consideration of a resonance frequency determined by a moment of inertia of the mirror and a spring constant of the torsion beam.
しかし、ミラー部に金属材料を用いた場合にはミラー部の重量が大きくなり、振動特性の安定性を確保することが難しい。さらに、捻じり梁は金属材料の弾性限界以下の応力範囲で使用されなければならない。この応力を下げるためには捻り梁をより長くしなければならない。重いミラー部を長い捻り梁で支持する振動素子では、撓み振動モードの共振周波数が低くなり、外部からの衝撃によって撓み振動が発生し易くなってしまう。また、一度撓み振動が発生すると振動の減衰に時間がかかる。撓み振動は、走査線を副走査方向へ変動させるため、好ましくない。また、回転振動モードに撓み振動モードが加わって、振動素子に異常振動が発生しうる。 However, when a metal material is used for the mirror portion, the weight of the mirror portion increases and it is difficult to ensure the stability of the vibration characteristics. Furthermore, torsion beams must be used in a stress range below the elastic limit of the metal material. To reduce this stress, the torsion beam must be made longer. In a vibration element that supports a heavy mirror portion with a long torsion beam, the resonance frequency of the bending vibration mode becomes low, and bending vibration is likely to occur due to an external impact. Further, once bending vibration occurs, it takes time to attenuate the vibration. The bending vibration is not preferable because the scanning line is changed in the sub-scanning direction. Further, the bending vibration mode is added to the rotational vibration mode, and abnormal vibration may occur in the vibration element.
そこで、本発明は、撓み振動や異常振動などが発生し難い、信頼性の高い振動素子を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a highly reliable vibration element that is unlikely to generate bending vibration or abnormal vibration.
本発明は、たとえば、
ミラー部材を有する回転振動体と、
前記回転振動体を回転振動可能に支持する複数の捻り梁とを備え、
前記複数の捻り梁は、前記ミラー部材のミラー面の法線方向に並べて配置されていることを特徴とする振動素子を提供する。
The present invention is, for example,
A rotary vibrator having a mirror member;
A plurality of torsion beams that support the rotational vibration body so as to be capable of rotational vibration;
The plurality of torsion beams are arranged side by side in the normal direction of the mirror surface of the mirror member.
また、本発明の他の態様は、
第1ミラー部材と、
第2ミラー部材と、
中間部材と、
第1面に前記第1ミラー部材が固定され、第2面に前記中間部材が固定された第1保持部材と、
前記第1保持部材に結合し、前記第1ミラー部材および前記第2ミラー部材を回転可能に支持する第1の捻り梁と、
第1面に前記中間部材が固定され、第2面に前記第2ミラー部材が固定された第2保持部材と、
前記第2保持部材に結合し、前記第1ミラー部材および前記第2ミラー部材を回転可能に支持する第2の捻り梁と
を有し、
静止状態において、前記第1ミラー部材のミラー面と前記第2ミラー部材のミラー面とが平行であり、かつ、前記第1の捻り梁および前記第2の捻り梁が前記第1ミラー部材のミラー面の法線方向において並べて配置されていることを特徴とする振動素子を提供する。
Another aspect of the present invention is as follows:
A first mirror member;
A second mirror member;
An intermediate member;
A first holding member having the first mirror member fixed to the first surface and the intermediate member fixed to the second surface;
A first torsion beam coupled to the first holding member and rotatably supporting the first mirror member and the second mirror member;
A second holding member in which the intermediate member is fixed to the first surface and the second mirror member is fixed to the second surface;
A second torsion beam coupled to the second holding member and rotatably supporting the first mirror member and the second mirror member;
In a stationary state, the mirror surface of the first mirror member and the mirror surface of the second mirror member are parallel, and the first torsion beam and the second torsion beam are mirrors of the first mirror member. Provided is a vibrating element that is arranged side by side in a normal direction of a surface.
本発明によれば、複数の捻り梁がミラー面の法線方向に並べて配置されているため、捻り梁の撓み剛性が高くなって撓み振動モードの共振周波数が向上し、撓み振動による走査線の変動や異常振動の発生を抑制することができる。 According to the present invention, since a plurality of torsion beams are arranged side by side in the normal direction of the mirror surface, the bending rigidity of the torsion beam is increased, the resonance frequency of the bending vibration mode is improved, and the scanning line due to the bending vibration is improved. Occurrence of fluctuations and abnormal vibrations can be suppressed.
以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
[光走査装置]
図1Aに光走査装置1の一例を示す。図1Bに振動素子11の構成を示す。振動素子11は、回転振動体である振動部21とそれを回転振動可能に支持する2本の捻り梁である第1の捻り梁101と第2の捻り梁102を有している。振動素子11には振動部21を片側から支持する片持ち支持構造が採用されている。片持ち支持構造は、振動素子11のサイズをコンパクト化する上で役に立つ。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[Optical scanning device]
FIG. 1A shows an example of the
振動部21は、第1ミラー部材301、第2ミラー部材302、第1保持部材201、第2保持部材202、その間に配置された中間部材としての磁石601を有している。第1保持部材201の第1面に第1ミラー部材301が固定され、第2面に中間部材が固定されている。各部材の固定には、たとえば、接着剤が使用されてもよいし、場所によっては溶接が使用されてもよい。第1の捻り梁101は、第1保持部材201に結合し、第1ミラー部材301および第2ミラー部材302を回転可能に支持している。第2保持部材202の第1面には磁石601が固定され、第2面に第2ミラー部材302が固定されている。第2の捻り梁102は第2保持部材202に結合し、第1ミラー部材301および第2ミラー部材302を回転可能に支持している。第1の捻り梁101および第2の捻り梁102はともにz軸方向に延在している。振動素子11の磁石601としては、永久磁石や電磁石など磁界発生手段であればよい。第1の捻り梁101は第1保持部材201に結合している。第2の捻り梁102は第2保持部材202に結合している。
The
振動素子11が静止している状態において、第1ミラー部材301のミラー面と第2ミラー部材302のミラー面とは実質的に平行状態となる。これらのミラー面はxz平面と平行である。また、この静止状態において、第1の捻り梁101および第2の捻り梁102が第1ミラー部材301のミラー面の法線方向(y軸の+方向や−方向)において並べて配置されている。並行するように配置された第1の捻り梁101と第2の捻り梁102の各端部は光走査装置1の筐体などに固定される。よって、第1の捻り梁101と第2の捻り梁102は一体の捻り梁として捻り変形する。捻り変形によって振動部21の方向(ミラー面の法線方向)が変化し、振動部21はミラー部として機能して主走査方向において光走査を行う。静止状態において、第1の捻り梁101および第2の捻り梁102が第1ミラー部材301のミラー面の法線方向において並べて配置されているため、捻り梁の撓み剛性が高くなって撓み振動モードの共振周波数が向上し、撓み振動による走査線の変動や異常振動の発生を抑制することができる。
In a state where the
駆動回路801は振動素子11の回転振動モードの共振周波数に近い周波数の駆動信号を磁界発生部701に出力する。磁界発生部701は駆動信号に基づいて磁界を発生する。磁界発生部701からの磁界によって磁石601に回転トルクが発生し、振動素子11に回転振動が励起される。磁界発生部701を永久磁石とし、磁石601の替わりにコイルパターンの形成された基材などの磁界発生手段が配置されてもよい。コイルパターンには駆動回路801から駆動信号が通電される。その結果、振動素子11に回転振動が励起される。
The
図1Cは反り変形がある第1の捻り梁101と第2の捻り梁102との一例を示している。金属材料を用いた振動素子では、加工による材料の変形や加工誤差などによる回転振動の重心ずれが発生しやすいため、これも異常振動の原因となりうる。たとえば、第1の捻り梁101と第2の捻り梁102の製作工程においてこのような反り変形が発生することがある。ただし、大量生産の結果、第1の捻り梁101に発生した反りと第2の捻り梁102に発生した反りとはほぼ同一であることが多い。また、反りに等しい2本の捻り梁が組み立て工程において選別ないし選択されてもよい。そこで、第1の捻り梁101の反りと、第2の捻り梁102の反りとが振動素子11の回転振動の軸に対して対称になるように、第1の捻り梁101と第2の捻り梁102とが配置される。つまり、第1の捻り梁101の反りの向きがy軸の+方向となり、第2の捻り梁102の反りの向きがy軸の−方向となっている。なお、回転振動の軸はz軸と平行である。通常、捻り梁に反りがある場合、振動部21の重心が捻り梁の回転振動の軸からずれてしまい、異常振動の原因となる。本実施形態では、第1の捻り梁101の反りと第2の捻り梁102の反りとが回転振動の軸に対して対称に配置されるため、振動部21の重心ずれを低減できる。
FIG. 1C shows an example of the
図2Aおよび図2B他の実施形態である振動素子12を有する光走査装置2を示す。振動素子12については振動素子11と比較して異なる点のみを詳細に説明する。第1保持部材201および第2保持部材202はともに導電性を有する材料で構成された導電性部材である。図2Aや図2B(a)が示すように、振動素子11と比較して振動素子12には、第1保持部材201に結合した第3の捻り梁103と、第2保持部材202に結合した第4の捻り梁104とが追加されている。静止状態において、第3の捻り梁103および第4の捻り梁104が第1ミラー部材301のミラー面の法線方向において並べて配置されている。
2A and 2B show an
駆動回路802は、第1の捻り梁101、第1保持部材201および第3の捻り梁103に第1の電流I1を流し、第2の捻り梁102、第2保持部材202および第4の捻り梁104に第2の電流I2を流す。図2B(b)に通電状態の一例を示す。第2の捻り梁102から第4の捻り梁104へのみ電流を流すと(I1=0、I2≠0)、通電による発熱により第1の捻り梁102と第4の捻り梁104のヤング率は通電前のEからE−ΔEへ低下する。このとき、第1の捻り梁101と第3の捻り梁103のヤング率はEのままである。そのため、第1の捻り梁101と第3の捻り梁103の捻り剛性が相対的に高くなり、回転振動の軸がAからA’へ移動する。これは、振動部21の重心を回転振動の軸に近づけることに役立つ。すなわち、捻り梁の変形や各部材の加工誤差などにより振動部21の重心が捻り梁の回転振動の軸からずれていることがある。そこで、駆動回路802が、並行する2つの捻り梁への電流の大きさに差異を設けることにより、振動部21の重心と回転振動の軸を合わせやすくなる。なお、電流I1、I2を同じにすると、全ての捻り梁で同様にヤング率が変化するため、振動素子12の共振周波数を調整することが可能となる。
The
なお、振動素子12は両持ち構造を採用しているため、片持ち支持構造と比較して、撓み剛性が高くなり、走査線の副走査方向への変動を抑えやすくなる。
In addition, since the
[振動素子]
図3ないし図6に振動素子の他の実施形態を示す。図3(a)および図3(b)では第1の捻り梁101、第2の捻り梁102、第3の捻り梁103および第4の捻り梁104が線材(導電性部材)で構成されている。第1保持部材201および第2保持部材202は、線材の中央にプレス加工などで形成された平坦部である。第1ミラー部材301の第2面側に溝部303が形成されており、そこに第1保持部材201が収容される。同様に、第2ミラー部材302の第1面側に溝部304が形成されており、そこに第2保持部材202が収容される。振動素子13は、振動素子11、12と比較して保持部材が軽量化されている。また、質量体である第1ミラー部材301や第2ミラー部材302を回転振動の軸の近くに配置することが可能となる。これにより、振動素子13の軽量化を実現できるとともに、振動素子13の回転振動をさらに安定させることが可能となる。また、捻じり梁や保持部材を線材から形成できるため、製造コストを低下させることができ、さらに製造も容易となる。
[Vibration element]
3 to 6 show other embodiments of the vibration element. In FIG. 3A and FIG. 3B, the
図4(a)および図4(b)は、保持部材に接続される2本の捻り梁が並行するように配置された振動素子14の一例を示している。第1の捻り梁101および第3の捻り梁103は、x軸方向において一定の空間を開けて第1保持部材201に結合している。第2の捻り梁102および第4の捻り梁104は、x軸方向において一定の空間を開けて第2保持部材202に結合している。振動素子14も振動素子12と同様に、駆動回路802が、第1の捻り梁101、第1保持部材201および第3の捻り梁103に第1の電流I1を流し、第2の捻り梁102、第2保持部材202および第4の捻り梁104に第2の電流I2を流してもよい。電流I1の大きさと電流I2の大きさを変えることで、振動部21の重心を回転振動の軸に近づけることが可能となる。電流I1と電流I2の制御方法についてはすでに説明したとおりである。なお、振動素子14は片持ち構造を採用しているため、振動素子12と比較してコンパクト化の点で有利である。
FIG. 4A and FIG. 4B show an example of the
図5(a)および図5(b)が示す振動素子15では振動部21の中間部材として絶縁部材611が配置されている。さらに、第1の捻り梁101に沿って第1磁石621が配置され、第2の捻り梁102に沿って第2磁石622が配置され、第3の捻り梁103に沿って第3磁石623が配置され、第4の捻り梁104に沿って第4磁石624が配置されている。駆動回路802は、第1の捻り梁101、第1保持部材201および第3の捻り梁103に第1の駆動信号を流す。この駆動信号と、磁石621、622、623、624の磁界が作用することにより、回転振動の軸回りの捻りトルクが捻り梁に発生する。つまり、振動素子15に回転振動が励起される。
In the
駆動回路802は、第2の捻り梁102、第2保持部材202および第4の捻り梁104に第2の駆動信号を流す。第2の駆動信号は、たとえば、振動素子15の共振周波数と異なる周波数であって、第1の駆動信号の振幅とは大きさの異なる振幅の駆動信号である。これにより、振動部21の重心を回転振動の軸に近づけることが可能となる。
The
振動素子15では振動素子12と比較して駆動回路801や磁界発生部701を省略できる。
In the
図6(a)および図6(b)は振動素子14を変形した振動素子16を示している。振動素子14の磁石601が絶縁部材611に置換されている。さらに、駆動回路801や磁界発生部701が省略され、その代わりに、捻り梁に沿って磁石626と磁石625とが対向するように配置されている。図6(b)が示すように、磁石626と磁石625はx軸方向において並んで配置されている。
6A and 6B show a
振動素子16は振動素子15と同様に駆動信号が捻り梁に印加される。つまり、駆動回路802は、第1の捻り梁101、第1保持部材201および第3の捻り梁103に第1の駆動信号を流す。この駆動信号と、磁石625、626の磁界が作用することにより、回転振動の軸回りの捻りトルクが捻り梁に発生する。つまり、振動素子15に回転振動が励起される。また、駆動回路802は、第2の捻り梁102、第2保持部材202および第4の捻り梁104に第2の駆動信号を流してもよい。これにより、振動部21の重心を回転振動の軸に近づけることが可能となる。また、振動素子16は振動素子15と比較してコンパクト化を図ることができる。
In the
本発明に依れば、2本の捻り梁がミラー面の法線方向に並べて配置されているため、捻り梁の撓み剛性が高くなって撓み振動モードの共振周波数が向上し、撓み振動による走査線の変動や異常振動の発生を抑制することができる。また、金属材料の形状加工の際に変形が生じても、その変形が回転振動の軸に対して対称になるように複数の捻り梁が配置されるため、振動部の重心ずれを抑えることができる。さらに、重心ずれが発生したとしても、複数の捻り梁に異なる大きさの電流を印加することで、複数の捻り梁の弾性率を変化させてばね定数に差異を設け、回転振動の軸を重心に合わせやすくなる。これにより、信頼性の高い振動素子を提供することができる。また、この振動素子を用いることで、安定した光走査ができる高精度な光走査装置を提供することができる。 According to the present invention, since the two torsion beams are arranged side by side in the normal direction of the mirror surface, the bending rigidity of the torsion beam is increased, the resonance frequency of the bending vibration mode is improved, and scanning by bending vibration is performed. Line fluctuations and abnormal vibrations can be suppressed. In addition, even if deformation occurs during shape processing of the metal material, a plurality of torsion beams are arranged so that the deformation is symmetric with respect to the axis of rotational vibration, so that the displacement of the center of gravity of the vibration part can be suppressed. it can. Furthermore, even if a center of gravity shift occurs, applying different currents to the torsion beams changes the elastic modulus of the torsion beams to provide a difference in the spring constant, and the rotational vibration axis is set to the center of gravity. It becomes easy to match. Thereby, a highly reliable vibration element can be provided. Further, by using this vibration element, it is possible to provide a highly accurate optical scanning device that can perform stable optical scanning.
[材料など]
捻り梁に用いられる材料としては、金属材料の他、カーボンを混合した樹脂材料など導電性材料であれば特に限定されるものではないが、繰り返し耐久性や耐衝撃性の観点から、SUS301やSUS631等のステンレスや銅合金、Co−Ni基合金などの金属材料が好ましい。その中でもセイコーインスツル製SPRON510に代表されるCo−Ni−Cr−Mo合金などの時効硬化型Co−Ni基合金は特に疲労限が高く、繰り返し応力が加わる本発明の光走査装置には好適に用いられる。また、Co−Ni基合金は耐熱性や耐食性も高いため、通電やそれによる発熱が材料特性に影響を与えることはなく、その点においても捻り梁に通電を行う本発明の光走査装置には好適である。さらに、Co−Ni基合金は内部摩擦が小さいという特徴もあり、振動素子を共振させて回転振動させる際のQ値が高く、駆動に要する消費電力を低減できる利点もある。Co−Ni−Cr−Mo合金を用いる場合には、加工率50%以上、より好ましくは90%以上の圧延加工、または、線引き加工により加工硬化処理を施した後、形状加工を行い、500〜600℃程度の温度で時効硬化処理が施される。最終的なヤング率や硬度は、加工率と時効熱処理の温度および時間で調整も可能である。形状加工には、エッチング加工やプレス加工、レーザー加工、ワイヤ放電加工等を用いることができる。加工硬化処理や形状加工において、その仕上がり具合によっては表面付近の内部摩擦が増加し、振動素子のQ値が低下してしまうことがある。そのような場合には、時効硬化処理前にエッチング処理を行うのが良く、目標寸法に対して大きめに形状加工を施したのち、硝酸系のエッチャントなどを用いて仕上げの形状加工を施すのが好ましい。また、加工硬化処理や形状加工時に生じた微少なクラックや表面の荒れがある場合にも、振動素子のQ値低下や耐久性低下の問題が生じる。そのような場合には、時効硬化処理前に電界研磨処理を行うのが良く、リン酸系やエチレングリコール系の液を用いた電界研磨処理によって表面を平滑化するのが好ましい。
[Materials]
The material used for the torsion beam is not particularly limited as long as it is a conductive material such as a resin material mixed with carbon in addition to a metal material, but from the viewpoint of repeated durability and impact resistance, SUS301 and SUS631. A metal material such as stainless steel, a copper alloy, or a Co—Ni base alloy is preferable. Among them, age-hardening type Co—Ni based alloys such as Co—Ni—Cr—Mo alloys represented by Seiko Instruments' SPRON 510 have a particularly high fatigue limit and are suitable for the optical scanning device of the present invention in which repeated stress is applied. Used. In addition, since the Co—Ni based alloy has high heat resistance and corrosion resistance, the current and heat generated by the Co—Ni base alloy do not affect the material characteristics. Is preferred. Further, the Co—Ni base alloy has a feature that the internal friction is small, and has a high Q value when the vibration element is caused to resonate and rotationally vibrate, and there is an advantage that power consumption required for driving can be reduced. In the case of using a Co—Ni—Cr—Mo alloy, after a work hardening treatment is performed by rolling or drawing at a working rate of 50% or more, more preferably 90% or more, shape processing is performed, Age hardening treatment is performed at a temperature of about 600 ° C. The final Young's modulus and hardness can be adjusted by the processing rate and the aging heat treatment temperature and time. For the shape processing, etching processing, press processing, laser processing, wire electric discharge processing, or the like can be used. In work hardening processing and shape processing, depending on the finish, internal friction near the surface may increase and the Q value of the vibration element may decrease. In such a case, it is better to perform an etching process before age-hardening treatment, and after performing shape processing larger than the target dimension, finish shape processing is performed using a nitric acid-based etchant or the like. preferable. In addition, even when there are minute cracks or surface roughness that occur during work hardening or shape processing, problems such as a decrease in Q value and durability of the vibration element occur. In such a case, electropolishing is preferably performed before age hardening, and the surface is preferably smoothed by electropolishing using a phosphoric acid-based or ethylene glycol-based liquid.
導電性部材は、生産性の観点から、夫々捻り梁と同一材料で一体構造であるのが好ましい。しかしこれに限定されるものではなく、金属材料など導電性材料で形成して捻り梁と接合しても良い。接合する際には、形状加工を簡素化できることから捻り梁に線材を用いるのが好ましく、また、接合部の耐久性向上のために接合する線材の端部に鍛造などによって接合面を形成するのが好ましい。 From the viewpoint of productivity, the conductive member is preferably made of the same material as the twisted beam and has an integral structure. However, the present invention is not limited to this, and it may be formed of a conductive material such as a metal material and joined to the torsion beam. When joining, it is preferable to use a wire rod for the torsion beam because the shape processing can be simplified, and for the purpose of improving the durability of the joint portion, a joining surface is formed by forging etc. Is preferred.
ミラー部材は、シリコンウエハや薄板ガラスなどの表面平坦性の良い基材に反射膜や増反射膜を形成したものの他、導電性部材に直接形成された反射膜等であってもよい。反射膜としては、蒸着等で形成されるAu、Ag、Al等の膜が挙げられる。また、必要に応じてその上に増反射膜が形成される。また、導電性部材の研磨によって鏡面を形成することも可能であり、この場合にはミラー部材は不要となる。 The mirror member may be a reflection film directly formed on a conductive member, in addition to a reflection film or a reflection enhancement film formed on a substrate having good surface flatness such as a silicon wafer or thin glass. Examples of the reflective film include films of Au, Ag, Al, etc. formed by vapor deposition. Further, a reflective reflection film is formed thereon as necessary. Further, it is possible to form a mirror surface by polishing the conductive member. In this case, the mirror member is unnecessary.
磁石は、特に限定されるものではないが、捻り振動に係わる慣性モーメントを小さくするために出来るだけ小型で磁力の強いものが好ましく、磁力の強いNd−Fe−B系磁石やSm−Co系磁石等や、小型形状形成が可能な加工性に優れたFe−Cr−Co系磁石などが好適に用いられる。 The magnet is not particularly limited, but is preferably as small and strong as possible in order to reduce the moment of inertia related to torsional vibration. Nd—Fe—B magnets and Sm—Co magnets with strong magnetism are preferable. Etc., Fe-Cr-Co-based magnets with excellent workability capable of forming small shapes are preferably used.
[画像形成装置]
図7に光走査装置の実施例である画像形成装置7を示す。振動素子10は上述した振動素子11〜16のいずれか1つであり、振動部周辺の構成は省略してある。光源971は、画像データに応じて制御回路970が出力した駆動信号に基づき強度変調した光を射出する。射出された光は射出光学系972を通って振動素子10のミラー部材301で反射され、像担持体の一例である感光体975上を走査する。走査された光は、BDセンサ973、974で検出される。制御回路970は、BDセンサ973、974が出力する検出信号を基に走査角を制御するための制御信号を生成して出力する。制御信号は振動素子10の駆動回路870の駆動回路801にフィードバックされる。これにより駆動回路801は振動素子10の最大走査角を安定的に適切な値に維持する。また、駆動回路870に含まれている駆動回路802は検出信号に基づいてミラー曲率を制御するための制御信号を出力する。これにより、感光体975上でのビームスポット径がほぼ一定の大きさに維持される。
[Image forming apparatus]
FIG. 7 shows an
振動素子11〜16を用いた画像形成装置7は、振動素子の撓み振動や異常振動などによる走査線の変動が生じ難く、安定した光走査により高精度な画像形成が可能である。
The
[画像投影装置]
図8(a)に光走査装置の実施例である画像投影装置8を示す。振動素子10は上記の振動素子11〜16のいずれか1つである。RGB3原色を含む光源装置981は、画像データに基づいて制御回路980から出力された信号にしたがって強度変調した光を射出する。振動素子10および垂直走査装置982により光は2次元走査され、スクリーン983に映像として投射される。垂直走査装置982の走査速度は振動素子10よりも遅い。垂直走査装置982には、たとえば、非共振駆動で高精度な位置決めができるガルバノミラーが用いられる。制御回路980から出力される制御信号に基づいて駆動回路880に含まれる駆動回路801は振動素子10の走査角を制御する。また、垂直走査装置982も同様に、制御回路980からの出力に基づいて走査角が制御される。さらに、駆動回路880の駆動回路802がミラー曲率制御信号(駆動信号)を出力することで、スクリーン983上でのビームスポット径がほぼ一定の大きさに維持される。また、制御回路980は、入力部984を通じて画像の台形補正が設定されると、垂直走査装置982の駆動信号の変化に応じてミラー曲率制御信号を変化させる。これにより、図8(b)のように斜め投影を行う際にも、スクリーン上部の走査では焦点距離を長く、下部では焦点距離を短くしてスクリーン上のビームスポット径をほぼ一定の大きさに維持することができる。
[Image projection device]
FIG. 8A shows an image projection apparatus 8 which is an embodiment of the optical scanning apparatus. The
このように振動素子11〜16のいずれかを用いた画像投影装置8は、振動素子の撓み振動や異常振動などによる走査線の変動が生じ難く、安定した光走査により高精度な画像投影が可能である。
As described above, the image projection apparatus 8 using any one of the
[光学パターン読み取り装置]
図9に光走査装置の実施例である光学パターン読み取り装置9を示す。振動素子10は振動素子11〜16のいずれか1つである。光源991から射出された光は射出光学系992を通って振動素子10のミラー部材301で反射され、光学パターン上を走査する。光学パターンに応じて強度が変化する反射光は、振動素子10で再び反射された後に検出光学系994によって集光され、光センサ995で検出される。デコーダ996は、光センサ995が出力する検出信号を2値化する。これにより光学パターンの情報が読み取られる。駆動回路890は制御回路990からの信号に基づいて振動素子10の回転振動の駆動信号およびミラー曲率制御信号を出力する。これにより、光学パターンのある投射面上でビームスポット径がほぼ一定の大きさに維持される。
[Optical pattern reader]
FIG. 9 shows an optical pattern reading device 9 which is an embodiment of the optical scanning device. The
振動素子11〜16のいずれかを用いた光学パターン読み取り装置9は、振動素子の撓み振動や異常振動などによる走査線の変動が生じ難く、安定した光走査により高精度な読み取りが可能となる。
The optical pattern reading device 9 using any one of the
[まとめ]
図1Aないし図6を用いて説明したように、静止状態において、第1ミラー部材301のミラー面と第2ミラー部材302のミラー面とが平行であり、かつ、第1の捻り梁101および第2の捻り梁102が第1ミラー部材301のミラー面の法線方向において並べて配置されている。捻り梁の撓み剛性が高くなって撓み振動モードの共振周波数が向上し、撓み振動による走査線の変動や異常振動の発生を抑制することができる。
[Summary]
As described with reference to FIGS. 1A to 6, in a stationary state, the mirror surface of the
図1Cを用いて説明したように、第1の捻り梁101および第2の捻り梁102は、回転振動の軸に対して対称に反っている。よって、異常振動が発生しにくくなる。なお、第1の捻り梁101および第2の捻り梁102は金属材料により構成されていてもよい。たとえば、金属材料の形状加工の際に変形が生じても、その変形が回転振動の軸に対して対称になるように第1の捻り梁101および第2の捻り梁102が配置されているため、振動部21の重心ずれが軽減される。
As described with reference to FIG. 1C, the
図3を用いて説明したように、第1ミラー部材301の第2面側には溝部303が形成されており、当該溝部303に第1保持部材201が収容されていてもよい。これにより、第1ミラー部材301を回転振動の軸の近くに配置しやすくなるため、異常振動が発生しにくくなる。第2ミラー部材302の第1面側には溝部304が形成されており、当該溝部304に第2保持部材202が収容されていてもよい。これにより同様の効果が期待できる。
As described with reference to FIG. 3, the
図2A、図2B、図3ないし図6を用いて説明したように、第1保持部材201に結合した第3の捻り梁103と、第2保持部材202に結合した第4の捻り梁104とがさらに設けられてもよい。とりわけ、静止状態において、第3の捻り梁103および第4の捻り梁104が第1ミラー部材301のミラー面の法線方向において並べて配置されていてもよい。捻り梁の撓み剛性が高くなって撓み振動モードの共振周波数が向上し、撓み振動による走査線の変動や異常振動の発生を抑制することができる。
As described with reference to FIGS. 2A, 2B, and 3 to 6, the
図4や図6を用いて説明したように、第1の捻り梁101および第3の捻り梁103は第1保持部材201を片持ち支持しており、第2の捻り梁102および第4の捻り梁104は第2保持部材202を片持ち支持していてもよい。片持ち支持構造は振動素子のコンパクト化の点で有利である。
As described with reference to FIGS. 4 and 6, the
図2、図3および図5を用いて説明したように、第1の捻り梁101および第3の捻り梁103は第1保持部材201を両持ち支持しており、第2の捻り梁102および第4の捻り梁104は第2保持部材202を両持ち支持していてもよい。両持ち支持構造は、片持ち支持と比較して、回転振動の安定化にさらに寄与するであろう。
As described with reference to FIGS. 2, 3, and 5, the
図1Aないし図4を用いて説明したように、第1保持部材201および第2保持部材202によって挟持される中間部材は、磁石601や電磁石などの磁界発生手段であってもよい。
As described with reference to FIGS. 1A to 4, the intermediate member sandwiched between the first holding
一方で、図5および図6を用いて説明したように、中間部材は絶縁部材611であってもよい。一般に、絶縁部材611は、永久磁石などと比較して軽量である。よって、絶縁部材611は振動素子の軽量化に寄与するであろう。なお、振動素子の駆動源としては、図5や図6を用いて説明したように、第1の捻り梁101に沿って配置された第1磁石602、625と、第2の捻り梁102に沿って配置された第2磁石622、626とが機能する。第1の捻り梁101に供給される駆動信号と第1磁石602、625および第2磁石622、626が発生する磁界とが作用して第1の捻り梁101および第2の捻り梁102に捻り振動が発生する。
On the other hand, as described with reference to FIGS. 5 and 6, the intermediate member may be the insulating
図2Aないし図6を用いて説明したように、第2の捻り梁102に駆動信号を供給することで、第1ミラー部材301、第1保持部材201、中間部材、第2保持部材202および第2ミラー部材302を有する振動部の重心を、振動素子の回転振動の軸に近づけることが可能となる。とりわけ、図2Bを用いて説明したように、第1保持部材201、第2保持部材202、第1の捻り梁101、第2の捻り梁102、第3の捻り梁103および第4の捻り梁104はいずれも導電性を有しており、第1の捻り梁101、第1保持部材201および第3の捻り梁103を流れる第1の電流I1の大きさと、第2の捻り梁102、第2保持部材202および第4の捻り梁104を流れる第2の電流I2の大きさとが異なっている。これにより、振動部21の重心を振動素子の回転振動の軸に近づけやすくなる。
As described with reference to FIGS. 2A to 6, by supplying a drive signal to the
振動素子11〜16を用いた光走査装置は安定した光り走査を実現しやすくなる。振動素子11〜16を用いた画像形成装置7は、振動素子の撓み振動や異常振動などによる走査線の変動が生じ難く、安定した光走査により高精度な画像形成が可能となろう。このように振動素子11〜16のいずれかを用いた画像投影装置8は、振動素子の撓み振動や異常振動などによる走査線の変動が生じ難く、安定した光走査により高精度な画像投影が可能となろう。振動素子11〜16のいずれかを用いた光学パターン読み取り装置9は、振動素子の撓み振動や異常振動などによる走査線の変動が生じ難く、安定した光走査により高精度な読み取りが可能となろう。
The optical scanning device using the
上述した実施形態では2つのミラー部材を有する振動素子について例示したが、ミラー部材は1つであってもよい。この場合、第2ミラー部材302は省略されてもよいし、第1ミラー部材301の質量と等しい質量の質量体に置換されてもよい。とりわけ、後者の場合、振動部21は回転振動の軸に対して質量が均等に分散されやすくなり、振動部21の副走査方向への倒れ込みを低減しやすくなろう。
In the above-described embodiment, the vibration element having two mirror members is illustrated, but the number of mirror members may be one. In this case, the
Claims (18)
前記回転振動体を回転振動可能に支持する複数の捻り梁とを備え、
前記複数の捻り梁は、前記ミラー部材のミラー面の法線方向に並べて配置されていることを特徴とする振動素子。 A rotary vibrator having a mirror member;
A plurality of torsion beams that support the rotational vibration body so as to be capable of rotational vibration;
The vibration element, wherein the plurality of torsion beams are arranged side by side in a normal direction of a mirror surface of the mirror member.
第2ミラー部材と、
中間部材と、
第1面に前記第1ミラー部材が固定され、第2面に前記中間部材が固定された第1保持部材と、
前記第1保持部材に結合し、前記第1ミラー部材および前記第2ミラー部材を回転可能に支持する第1の捻り梁と、
第1面に前記中間部材が固定され、第2面に前記第2ミラー部材が固定された第2保持部材と、
前記第2保持部材に結合し、前記第1ミラー部材および前記第2ミラー部材を回転可能に支持する第2の捻り梁と
を有し、
静止状態において、前記第1ミラー部材のミラー面と前記第2ミラー部材のミラー面とが実質的な平行状態となり、かつ、前記第1の捻り梁および前記第2の捻り梁が前記第1ミラー部材のミラー面の法線方向において並べて配置されていることを特徴とする振動素子。 A first mirror member;
A second mirror member;
An intermediate member;
A first holding member having the first mirror member fixed to the first surface and the intermediate member fixed to the second surface;
A first torsion beam coupled to the first holding member and rotatably supporting the first mirror member and the second mirror member;
A second holding member in which the intermediate member is fixed to the first surface and the second mirror member is fixed to the second surface;
A second torsion beam coupled to the second holding member and rotatably supporting the first mirror member and the second mirror member;
In a stationary state, the mirror surface of the first mirror member and the mirror surface of the second mirror member are in a substantially parallel state, and the first torsion beam and the second torsion beam are the first mirror. A vibrating element that is arranged side by side in a normal direction of a mirror surface of a member.
前記第2保持部材に結合した第4の捻り梁と
をさらに有し、
静止状態において、前記第3の捻り梁および前記第4の捻り梁が前記第1ミラー部材のミラー面の法線方向において並べて配置されていることを特徴とする請求項2ないし5のいずれか1項に記載の振動素子。 A third torsion beam coupled to the first holding member;
A fourth torsion beam coupled to the second holding member;
6. The device according to claim 2, wherein in a stationary state, the third torsion beam and the fourth torsion beam are arranged side by side in a normal direction of a mirror surface of the first mirror member. The vibrating element according to item.
前記第2の捻り梁に沿って配置された第2磁石と、
を有し、
前記第1の捻り梁に供給される駆動信号と前記第1磁石および前記第2磁石が発生する磁界とが作用して前記第1の捻り梁および前記第2の捻り梁に捻り振動が発生することを特徴とする請求項11に記載の振動素子。 A first magnet disposed along the first torsion beam;
A second magnet disposed along the second torsion beam;
Have
The drive signal supplied to the first torsion beam and the magnetic field generated by the first magnet and the second magnet act to generate torsional vibration in the first torsion beam and the second torsion beam. The vibrating element according to claim 11.
前記第1の捻り梁、前記第1保持部材および前記第3の捻り梁を流れる第1の電流の大きさと、前記第2の捻り梁、前記第2保持部材および前記第4の捻り梁を流れる第2の電流の大きさとが異なっていることを特徴とする請求項6に記載の振動素子。 The first holding member, the second holding member, the first torsion beam, the second torsion beam, the third torsion beam, and the fourth torsion beam all have conductivity.
The first current flowing through the first torsion beam, the first holding member, and the third torsion beam, and the second torsion beam, the second holding member, and the fourth torsion beam. The vibration element according to claim 6, wherein the magnitude of the second current is different.
前記振動素子が回転振動し、前記振動素子の第1ミラー部材または前記振動素子の第2ミラー部材の少なくとも一方に形成されたミラー面によって光が走査されることを特徴とする光走査装置。 It has a vibration element given in any 1 paragraph of Claims 1 thru / or 14,
The optical scanning device characterized in that the vibration element rotates and vibrates, and light is scanned by a mirror surface formed on at least one of the first mirror member of the vibration element or the second mirror member of the vibration element.
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DE102016012823A1 (en) | 2015-10-27 | 2017-04-27 | Suzuki Motor Corporation | VEHICLE WITH TROLLEY |
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