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JP2015210453A - Vibration element, optical scanner, image forming apparatus, image projection device, and optical pattern reading device - Google Patents

Vibration element, optical scanner, image forming apparatus, image projection device, and optical pattern reading device Download PDF

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JP2015210453A
JP2015210453A JP2014093161A JP2014093161A JP2015210453A JP 2015210453 A JP2015210453 A JP 2015210453A JP 2014093161 A JP2014093161 A JP 2014093161A JP 2014093161 A JP2014093161 A JP 2014093161A JP 2015210453 A JP2015210453 A JP 2015210453A
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Japan
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torsion beam
mirror
vibration
holding member
vibration element
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JP2014093161A
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Japanese (ja)
Inventor
鈴木 成己
Shigemi Suzuki
成己 鈴木
若林 孝幸
Takayuki Wakabayashi
孝幸 若林
克美 新井
Katsumi Arai
克美 新井
慶吾 安藤
Keigo Ando
慶吾 安藤
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Canon Electronics Inc
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Canon Electronics Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reliable vibration element that prevents the occurrence of flexural vibration and abnormal vibration.SOLUTION: In a stationary state, a mirror surface of a first mirror member 301 and a mirror surface of a second mirror member 302 are parallel to each other, and a first torsion beam 101 and a second torsion beam 102 are arranged side by side in the normal direction of the mirror surface of the first mirror member 301.

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.

特開平07−181414号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-181414

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.

光走査装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an optical scanning device. 振動素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a vibration element. 振動素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a vibration element. 光走査装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an optical scanning device. 振動素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a vibration element. 振動素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a vibration element. 振動素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a vibration element. 振動素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a vibration element. 振動素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a vibration element. 画像形成装置の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of an image forming apparatus. 画像投影装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an image projector. 光学パターン読み取り装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an optical pattern reader.

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 optical scanning device 1. FIG. 1B shows the configuration of the vibration element 11. The vibration element 11 includes a vibration portion 21 that is a rotary vibration body, and a first torsion beam 101 and a second torsion beam 102 that are two torsion beams that support the vibration unit 21 so as to be capable of rotating vibration. The vibration element 11 employs a cantilever support structure that supports the vibration part 21 from one side. The cantilever support structure is useful for reducing the size of the vibration element 11.

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 vibration unit 21 includes a first mirror member 301, a second mirror member 302, a first holding member 201, a second holding member 202, and a magnet 601 as an intermediate member disposed therebetween. The first mirror member 301 is fixed to the first surface of the first holding member 201, and the intermediate member is fixed to the second surface. For example, an adhesive may be used for fixing each member, and welding may be used depending on the location. The first torsion beam 101 is coupled to the first holding member 201 and rotatably supports the first mirror member 301 and the second mirror member 302. The magnet 601 is fixed to the first surface of the second holding member 202, and the second mirror member 302 is fixed to the second surface. The second torsion beam 102 is coupled to the second holding member 202 and rotatably supports the first mirror member 301 and the second mirror member 302. Both the first torsion beam 101 and the second torsion beam 102 extend in the z-axis direction. The magnet 601 of the vibration element 11 may be a magnetic field generating unit such as a permanent magnet or an electromagnet. The first torsion beam 101 is coupled to the first holding member 201. The second torsion beam 102 is coupled to the second holding member 202.

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 vibration element 11 is stationary, the mirror surface of the first mirror member 301 and the mirror surface of the second mirror member 302 are substantially parallel. These mirror surfaces are parallel to the xz plane. In this stationary state, the first torsion beam 101 and the second torsion beam 102 are arranged side by side in the normal direction of the mirror surface of the first mirror member 301 (the + direction or the − direction of the y axis). The ends of the first torsion beam 101 and the second torsion beam 102 arranged in parallel are fixed to the housing of the optical scanning device 1 or the like. Therefore, the first torsion beam 101 and the second torsion beam 102 are torsionally deformed as an integral torsion beam. The direction of the vibrating part 21 (the normal direction of the mirror surface) changes due to torsional deformation, and the vibrating part 21 functions as a mirror part and performs optical scanning in the main scanning direction. Since the first torsion beam 101 and the second torsion beam 102 are arranged side by side in the normal direction of the mirror surface of the first mirror member 301 in the stationary state, the bending rigidity of the torsion beam is increased and the bending vibration mode is increased. Therefore, the fluctuation of the scanning line and the occurrence of abnormal vibration due to flexural vibration can be suppressed.

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 drive circuit 801 outputs a drive signal having a frequency close to the resonance frequency in the rotational vibration mode of the vibration element 11 to the magnetic field generation unit 701. The magnetic field generator 701 generates a magnetic field based on the drive signal. Rotational torque is generated in the magnet 601 by the magnetic field from the magnetic field generator 701, and rotational vibration is excited in the vibration element 11. The magnetic field generation unit 701 may be a permanent magnet, and a magnetic field generation unit such as a base material on which a coil pattern is formed may be disposed instead of the magnet 601. A drive signal is energized from the drive circuit 801 to the coil pattern. As a result, rotational vibration is excited in the vibration element 11.

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 first torsion beam 101 and the second torsion beam 102 having warp deformation. In a vibration element using a metal material, the center of gravity of a rotational vibration is likely to be shifted due to deformation of the material due to processing or a processing error, and this can also cause abnormal vibration. For example, such warpage deformation may occur in the manufacturing process of the first torsion beam 101 and the second torsion beam 102. However, as a result of mass production, the warp generated in the first twisted beam 101 and the warp generated in the second twisted beam 102 are often almost the same. Further, two twisted beams equal to the warp may be selected or selected in the assembly process. Therefore, the first torsion beam 101 and the second torsion beam 101 and the second torsion beam 102 are symmetric with respect to the rotational vibration axis of the vibration element 11 so that the warp of the first torsion beam 101 and the second torsion beam 102 are symmetrical. The beam 102 is arranged. That is, the warp direction of the first torsion beam 101 is the + direction of the y axis, and the warp direction of the second torsion beam 102 is the − direction of the y axis. Note that the axis of rotational vibration is parallel to the z-axis. Normally, when the torsion beam is warped, the center of gravity of the vibration part 21 is displaced from the rotational vibration axis of the torsion beam, causing abnormal vibration. In the present embodiment, since the warp of the first torsion beam 101 and the warp of the second torsion beam 102 are arranged symmetrically with respect to the axis of rotational vibration, the center of gravity shift of the vibration part 21 can be reduced.

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 optical scanning device 2 having a vibration element 12 according to another embodiment. Only the differences between the vibration element 12 and the vibration element 11 will be described in detail. Both the first holding member 201 and the second holding member 202 are conductive members made of a conductive material. As shown in FIG. 2A and FIG. 2B (a), the vibration element 12 is coupled to the first holding member 201 and the third holding member 202 as compared to the vibration element 11. A fourth torsion beam 104 is added. In the stationary state, the third torsion beam 103 and the fourth torsion beam 104 are arranged side by side in the normal direction of the mirror surface of the first mirror member 301.

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 drive circuit 802 causes the first current I1 to flow through the first torsion beam 101, the first holding member 201, and the third torsion beam 103, and the second torsion beam 102, the second holding member 202, and the fourth torsion beam. A second current I2 is passed through the beam 104. FIG. 2B (b) shows an example of the energized state. When a current is passed only from the second torsion beam 102 to the fourth torsion beam 104 (I1 = 0, I2 ≠ 0), the Young's modulus of the first torsion beam 102 and the fourth torsion beam 104 is due to heat generated by energization. It decreases from E before energization to E-ΔE. At this time, the Young's modulus of the first torsion beam 101 and the third torsion beam 103 remains E. Therefore, the torsional rigidity of the first torsion beam 101 and the third torsion beam 103 becomes relatively high, and the axis of rotational vibration moves from A to A ′. This helps to bring the center of gravity of the vibration part 21 closer to the axis of rotational vibration. That is, the center of gravity of the vibration part 21 may be displaced from the rotational vibration axis of the torsion beam due to deformation of the torsion beam, processing errors of each member, or the like. Therefore, the drive circuit 802 makes it easy to align the center of gravity of the vibration part 21 and the axis of rotational vibration by providing a difference in the magnitude of the current to the two twisted beams in parallel. If the currents I1 and I2 are the same, the Young's modulus similarly changes in all the torsion beams, so that the resonance frequency of the vibration element 12 can be adjusted.

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 vibration element 12 employs a double-sided structure, the bending rigidity is higher than that of the cantilevered support structure, and the fluctuation of the scanning line in the sub-scanning direction can be easily suppressed.

[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 first torsion beam 101, the second torsion beam 102, the third torsion beam 103, and the fourth torsion beam 104 are formed of a wire (conductive member). Yes. The first holding member 201 and the second holding member 202 are flat portions formed by pressing or the like at the center of the wire. The groove part 303 is formed in the 2nd surface side of the 1st mirror member 301, and the 1st holding member 201 is accommodated there. Similarly, the groove part 304 is formed in the 1st surface side of the 2nd mirror member 302, and the 2nd holding member 202 is accommodated there. The vibration element 13 is lighter in holding member than the vibration elements 11 and 12. In addition, the first mirror member 301 and the second mirror member 302, which are mass bodies, can be disposed near the axis of rotational vibration. As a result, the weight of the vibration element 13 can be reduced, and the rotational vibration of the vibration element 13 can be further stabilized. Further, since the torsion beam and the holding member can be formed from a wire rod, the manufacturing cost can be reduced, and the manufacturing is facilitated.

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 vibration element 14 in which two torsion beams connected to the holding member are arranged in parallel. The first torsion beam 101 and the third torsion beam 103 are coupled to the first holding member 201 by opening a certain space in the x-axis direction. The second torsion beam 102 and the fourth torsion beam 104 are coupled to the second holding member 202 by opening a certain space in the x-axis direction. In the vibration element 14, similarly to the vibration element 12, the drive circuit 802 causes the first current I 1 to flow through the first torsion beam 101, the first holding member 201, and the third torsion beam 103, and the second torsion beam 102. The second current I2 may flow through the second holding member 202 and the fourth torsion beam 104. By changing the magnitude of the current I1 and the magnitude of the current I2, it is possible to bring the center of gravity of the vibration part 21 closer to the axis of rotational vibration. The method for controlling the currents I1 and I2 has already been described. In addition, since the vibration element 14 employs a cantilever structure, it is advantageous in terms of downsizing compared to the vibration element 12.

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 vibration element 15 shown in FIGS. 5A and 5B, an insulating member 611 is disposed as an intermediate member of the vibration portion 21. Further, the first magnet 621 is arranged along the first torsion beam 101, the second magnet 622 is arranged along the second torsion beam 102, and the third magnet 623 is arranged along the third torsion beam 103. The fourth magnet 624 is arranged along the fourth torsion beam 104. The drive circuit 802 sends a first drive signal to the first torsion beam 101, the first holding member 201, and the third torsion beam 103. When this drive signal and the magnetic fields of the magnets 621, 622, 623, and 624 act, a torsion torque around the axis of rotational vibration is generated in the torsion beam. That is, rotational vibration is excited in the vibration element 15.

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 drive circuit 802 sends a second drive signal to the second torsion beam 102, the second holding member 202, and the fourth torsion beam 104. The second drive signal is, for example, a drive signal having a frequency different from the resonance frequency of the vibration element 15 and having an amplitude different from the amplitude of the first drive signal. This makes it possible to bring the center of gravity of the vibration unit 21 closer to the axis of rotational vibration.

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 vibration element 15, the drive circuit 801 and the magnetic field generation unit 701 can be omitted as compared with the vibration element 12.

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 vibration element 16 obtained by modifying the vibration element 14. The magnet 601 of the vibration element 14 is replaced with an insulating member 611. Further, the drive circuit 801 and the magnetic field generation unit 701 are omitted, and instead, the magnet 626 and the magnet 625 are arranged to face each other along the torsion beam. As shown in FIG. 6B, the magnet 626 and the magnet 625 are arranged side by side in the x-axis direction.

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 vibration element 16, a drive signal is applied to the torsion beam in the same manner as the vibration element 15. That is, the drive circuit 802 causes the first drive signal to flow through the first torsion beam 101, the first holding member 201, and the third torsion beam 103. When this drive signal and the magnetic field of the magnets 625 and 626 act, a torsion torque around the axis of rotational vibration is generated in the torsion beam. That is, rotational vibration is excited in the vibration element 15. The drive circuit 802 may cause the second drive signal to flow through the second torsion beam 102, the second holding member 202, and the fourth torsion beam 104. This makes it possible to bring the center of gravity of the vibration unit 21 closer to the axis of rotational vibration. Further, the vibration element 16 can be made more compact than the vibration element 15.

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 image forming apparatus 7 which is an embodiment of an optical scanning device. The vibration element 10 is any one of the vibration elements 11 to 16 described above, and the configuration around the vibration unit is omitted. The light source 971 emits light whose intensity is modulated based on the drive signal output from the control circuit 970 according to the image data. The emitted light is reflected by the mirror member 301 of the vibration element 10 through the emission optical system 972, and scans on the photoconductor 975 which is an example of an image carrier. The scanned light is detected by BD sensors 973 and 974. The control circuit 970 generates and outputs a control signal for controlling the scanning angle based on detection signals output from the BD sensors 973 and 974. The control signal is fed back to the drive circuit 801 of the drive circuit 870 of the vibration element 10. As a result, the drive circuit 801 stably maintains the maximum scanning angle of the vibration element 10 at an appropriate value. A drive circuit 802 included in the drive circuit 870 outputs a control signal for controlling the mirror curvature based on the detection signal. Thereby, the beam spot diameter on the photosensitive member 975 is maintained at a substantially constant size.

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 image forming apparatus 7 using the vibrating elements 11 to 16 hardly causes fluctuations in scanning lines due to bending vibrations or abnormal vibrations of the vibrating elements, and can form an image with high accuracy by stable optical scanning.

[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 vibration element 10 is any one of the vibration elements 11 to 16 described above. The light source device 981 including the three primary colors of RGB emits light whose intensity is modulated in accordance with a signal output from the control circuit 980 based on the image data. The light is two-dimensionally scanned by the vibration element 10 and the vertical scanning device 982 and projected onto the screen 983 as an image. The scanning speed of the vertical scanning device 982 is slower than that of the vibration element 10. For the vertical scanning device 982, for example, a galvanometer mirror that can perform positioning with high accuracy by non-resonant driving is used. Based on the control signal output from the control circuit 980, the drive circuit 801 included in the drive circuit 880 controls the scanning angle of the vibration element 10. Similarly, the scanning angle of the vertical scanning device 982 is controlled based on the output from the control circuit 980. Further, the drive circuit 802 of the drive circuit 880 outputs a mirror curvature control signal (drive signal), whereby the beam spot diameter on the screen 983 is maintained at a substantially constant size. Further, when the trapezoidal correction of the image is set through the input unit 984, the control circuit 980 changes the mirror curvature control signal in accordance with the change in the drive signal of the vertical scanning device 982. As a result, even when oblique projection is performed as shown in FIG. 8B, the focal length is increased in the scanning of the upper part of the screen, and the focal length is reduced in the lower part of the screen, so that the beam spot diameter on the screen is set to a substantially constant size. Can be maintained.

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 vibration elements 11 to 16 hardly causes fluctuations in the scanning line due to bending vibration or abnormal vibration of the vibration element, and can project an image with high accuracy by stable optical scanning. It is.

[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 vibration element 10 is any one of the vibration elements 11 to 16. The light emitted from the light source 991 is reflected by the mirror member 301 of the vibration element 10 through the emission optical system 992, and scans the optical pattern. The reflected light whose intensity changes in accordance with the optical pattern is reflected again by the vibration element 10, collected by the detection optical system 994, and detected by the optical sensor 995. The decoder 996 binarizes the detection signal output from the optical sensor 995. Thereby, the information of the optical pattern is read. The drive circuit 890 outputs a drive signal for rotational vibration of the vibration element 10 and a mirror curvature control signal based on the signal from the control circuit 990. Thereby, the beam spot diameter is maintained at a substantially constant size on the projection surface having the optical pattern.

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 vibration elements 11 to 16 hardly causes fluctuations in the scanning line due to bending vibration or abnormal vibration of the vibration element, and enables high-precision reading by stable optical scanning.

[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 first mirror member 301 and the mirror surface of the second mirror member 302 are parallel, and the first torsion beam 101 and the second torsion beam 101 are the same. Two twisted beams 102 are arranged side by side in the normal direction of the mirror surface of the first mirror member 301. The bending rigidity of the torsion beam is increased, the resonance frequency of the bending vibration mode is improved, and fluctuations in scanning lines and abnormal vibration due to bending vibration can be suppressed.

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 first torsion beam 101 and the second torsion beam 102 warp symmetrically with respect to the axis of rotational vibration. Therefore, abnormal vibration is less likely to occur. The first torsion beam 101 and the second torsion beam 102 may be made of a metal material. For example, the first torsion beam 101 and the second torsion beam 102 are arranged so that the deformation is symmetric with respect to the axis of rotational vibration even when the metal material is deformed. The center of gravity deviation of the vibration part 21 is reduced.

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 groove part 303 is formed on the second surface side of the first mirror member 301, and the first holding member 201 may be accommodated in the groove part 303. As a result, the first mirror member 301 can be easily disposed near the axis of rotational vibration, so that abnormal vibration is less likely to occur. A groove 304 may be formed on the first surface side of the second mirror member 302, and the second holding member 202 may be accommodated in the groove 304. Thereby, the same effect can be expected.

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 third torsion beam 103 coupled to the first holding member 201 and the fourth torsion beam 104 coupled to the second holding member 202 May be further provided. In particular, in a stationary state, the third torsion beam 103 and the fourth torsion beam 104 may be arranged side by side in the normal direction of the mirror surface of the first mirror member 301. The bending rigidity of the torsion beam is increased, the resonance frequency of the bending vibration mode is improved, and fluctuations in scanning lines and abnormal vibration due to bending vibration can be suppressed.

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 first torsion beam 101 and the third torsion beam 103 cantilever-support the first holding member 201, and the second torsion beam 102 and the fourth torsion beam 102. The torsion beam 104 may support the second holding member 202 in a cantilever manner. The cantilever support structure is advantageous in terms of downsizing the vibration element.

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 first torsion beam 101 and the third torsion beam 103 both support the first holding member 201, and the second torsion beam 102 and The fourth torsion beam 104 may support the second holding member 202 at both ends. The double-sided support structure will further contribute to the stabilization of rotational vibration compared to the cantilevered support.

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 member 201 and the second holding member 202 may be a magnetic field generating means such as a magnet 601 or an electromagnet.

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 member 611. In general, the insulating member 611 is lighter than a permanent magnet or the like. Therefore, the insulating member 611 will contribute to weight reduction of the vibration element. As the driving source of the vibration element, as described with reference to FIGS. 5 and 6, the first magnets 602 and 625 arranged along the first torsion beam 101 and the second torsion beam 102 are used. The 2nd magnets 622 and 626 arranged along the line function. The drive signal supplied to the first torsion beam 101 and the magnetic fields generated by the first magnets 602 and 625 and the second magnets 622 and 626 act to twist the first torsion beam 101 and the second torsion beam 102. Vibration occurs.

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 second torsion beam 102, the first mirror member 301, the first holding member 201, the intermediate member, the second holding member 202, and the second It becomes possible to bring the center of gravity of the vibration part having the two mirror members 302 closer to the rotational vibration axis of the vibration element. In particular, as described with reference to FIG. 2B, the first holding member 201, the second holding member 202, the first torsion beam 101, the second torsion beam 102, the third torsion beam 103, and the fourth torsion beam. 104 has conductivity, and the magnitude of the first current I1 flowing through the first torsion beam 101, the first holding member 201 and the third torsion beam 103, the second torsion beam 102, 2 The magnitude of the second current I2 flowing through the holding member 202 and the fourth torsion beam 104 is different. This makes it easier to bring the center of gravity of the vibration part 21 closer to the rotational vibration axis of the vibration element.

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 vibration elements 11 to 16 can easily realize stable light scanning. The image forming apparatus 7 using the vibration elements 11 to 16 is unlikely to cause fluctuations in scanning lines due to bending vibrations or abnormal vibrations of the vibration elements, so that high-precision image formation can be performed by stable light scanning. As described above, the image projection apparatus 8 using any one of the vibration elements 11 to 16 hardly causes fluctuations in the scanning line due to bending vibration or abnormal vibration of the vibration element, and can project an image with high accuracy by stable optical scanning. It will be. The optical pattern reading device 9 using any one of the vibration elements 11 to 16 is unlikely to cause fluctuations in the scanning line due to bending vibration or abnormal vibration of the vibration element, and can be read with high accuracy by stable optical scanning. .

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 second mirror member 302 may be omitted, or may be replaced with a mass body having a mass equal to the mass of the first mirror member 301. In particular, in the latter case, the mass of the vibrating unit 21 is likely to be evenly distributed with respect to the axis of rotational vibration, and the tilting of the vibrating unit 21 in the sub-scanning direction can be easily reduced.

Claims (18)

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。
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1の捻り梁および前記第2の捻り梁は、回転振動の軸に対して対称に反っていることを特徴とする請求項2に記載の振動素子。   The vibration element according to claim 2, wherein the first torsion beam and the second torsion beam warp symmetrically with respect to a rotational vibration axis. 前記第1の捻り梁および前記第2の捻り梁は金属材料により構成されていることを特徴とする請求項2または3に記載の振動素子。   4. The vibration element according to claim 2, wherein the first torsion beam and the second torsion beam are made of a metal material. 前記第1ミラー部材の第2面側には溝部が形成されており、当該溝部に前記第1保持部材が収容されていることを特徴とする請求項2に記載の振動素子。   The vibration element according to claim 2, wherein a groove portion is formed on the second surface side of the first mirror member, and the first holding member is accommodated in the groove portion. 前記第1保持部材に結合した第3の捻り梁と、
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1の捻り梁および前記第3の捻り梁は前記第1保持部材を片持ち支持しており、前記第2の捻り梁および前記第4の捻り梁は前記第2保持部材を片持ち支持し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 torsion beam and the third torsion beam cantilever-support the first holding member, and the second torsion beam and the fourth torsion beam cantilever-support the second holding member. The vibrating element according to claim 6, wherein: 前記第1の捻り梁および前記第3の捻り梁は前記第1保持部材を両持ち支持しており、前記第2の捻り梁および前記第4の捻り梁は前記第2保持部材を両持ち支持し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 torsion beam and the third torsion beam both support the first holding member, and the second torsion beam and the fourth torsion beam both support the second holding member. The vibrating element according to claim 6, wherein: 前記中間部材は、磁界発生手段であることを特徴とする請求項2ないし8のいずれか1項に記載の振動素子。   The vibration element according to claim 2, wherein the intermediate member is a magnetic field generation unit. 前記中間部材は永久磁石であることを特徴とする請求項9に記載の振動素子。   The vibrating element according to claim 9, wherein the intermediate member is a permanent magnet. 前記中間部材は絶縁部材であることを特徴とする請求項2ないし10のいずれか1項に記載の振動素子。   The vibrating element according to claim 2, wherein the intermediate member is an insulating member. 前記第1の捻り梁に沿って配置された第1磁石と、
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2の捻り梁に駆動信号を供給することで、前記第1ミラー部材、前記第1保持部材、前記中間部材、前記第2保持部材および前記第2ミラー部材を有する振動部の重心を、前記振動素子の回転振動の軸に近づけることを特徴とする請求項12に記載の振動素子。   By supplying a drive signal to the second torsion beam, the center of gravity of the vibration part having the first mirror member, the first holding member, the intermediate member, the second holding member, and the second mirror member is obtained. The vibration element according to claim 12, wherein the vibration element is close to a rotational vibration axis of the vibration element. 前記第1保持部材、前記第2保持部材、前記第1の捻り梁、前記第2の捻り梁、前記第3の捻り梁および前記第4の捻り梁はいずれも導電性を有し、
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.
請求項1ないし14のいずれか1項に記載された振動素子を有し、
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.
請求項15に記載の光走査装置を備え、当該光走査装置によって走査された光によってスクリーンに画像を投影することを特徴とする画像投影装置。   An image projection apparatus comprising the optical scanning device according to claim 15, wherein an image is projected onto a screen by light scanned by the optical scanning device. 請求項15に記載の光走査装置と像担持体とを備え、当該光走査装置によって走査された光によって当該像担持体に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the optical scanning device according to claim 15 and an image carrier, and forming an image on the image carrier by light scanned by the optical scanning device. 請求項15に記載の光走査装置を備え、当該光走査装置によって走査された光によって光学パターンを読み取ることを特徴とする光学パターン読み取り装置。   An optical pattern reading device comprising the optical scanning device according to claim 15, wherein the optical pattern is read by light scanned by the optical scanning device.
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