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JP2006323001A - Oscillator device and optical deflector using the same - Google Patents

Oscillator device and optical deflector using the same Download PDF

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JP2006323001A
JP2006323001A JP2005144261A JP2005144261A JP2006323001A JP 2006323001 A JP2006323001 A JP 2006323001A JP 2005144261 A JP2005144261 A JP 2005144261A JP 2005144261 A JP2005144261 A JP 2005144261A JP 2006323001 A JP2006323001 A JP 2006323001A
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Japan
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movable member
scanning mirror
driving
restoring
oscillator device
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Application number
JP2005144261A
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Inventor
Koichi Hara
光一 原
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Canon Inc
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Canon Inc
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Publication date
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Abstract

【課題】光偏向器などの揺動体装置において、回転振動する走査ミラーなどの可動部材の回転角の時間に対する振動波形が正弦波形ではなく略三角波形になる様にすることである。
【解決手段】光偏向器などの揺動体装置は、支持手段11で略回転軸回りに回転して振動可能に支持される走査ミラーなどの可動部材10と、可動部材10を略回転軸回りに中央位置を中心に回転して振動する様に駆動する駆動手段と、可動部材10の回転振動範囲を決めるとともに可動部材10を中央位置の方向に戻そうとする復元力を発生する復元手段20を有する。
【選択図】 図3
In an oscillator device such as an optical deflector, a vibration waveform with respect to time of a rotation angle of a movable member such as a scanning mirror that rotates and vibrates is not a sine waveform but a substantially triangular waveform.
An oscillating device such as an optical deflector includes a movable member 10 such as a scanning mirror that is supported by a support means 11 so as to be able to vibrate by rotating about a rotation axis, and the movable member 10 about a rotation axis. Drive means for driving to vibrate by rotating around the center position, and restoring means 20 for determining a rotational vibration range of the movable member 10 and generating a restoring force for returning the movable member 10 toward the center position. Have.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、可動部材を略回転軸回りに回転して振動(回転振動)させる揺動体装置、それを用いた光偏向器などに関する。特に、マイクロメカニクス技術などにより作製される機械共振を用いた共振型光偏向器の技術分野に関連する技術、この共振型光偏向器を使用した走査型ディスプレイやレーザビームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an oscillator device that rotates a movable member about a rotation axis to vibrate (rotational vibration), an optical deflector using the same, and the like. In particular, technologies related to the technical field of resonant optical deflectors using mechanical resonance produced by micromechanics technology, scanning displays using this resonant optical deflector, laser beam printers, digital copying machines, etc. The present invention relates to an image forming apparatus.

近年、半導体デバイスの高集積化に代表されるように、マイクロエレクトロニクスの発展に伴い、様々な機器が高機能化と共に小型化されてきている。シリコンプロセスを用いたマイクロメカニクス技術によるマイクロマシンデバイス(例えば、捩り軸中心に捩り振動する可動部材を用いたマイクロ光偏向器、マイクロ力学量センサ、マイクロアクチュエータ等)を利用した装置も同様である。例えば、マイクロ光偏向器を用いて光走査を行うレーザビームプリンタ、ヘッドマウントディスプレイ等の走査型画像表示装置等においても高機能化、小型化がなされている。 In recent years, as represented by high integration of semiconductor devices, with the development of microelectronics, various devices have been miniaturized with high functionality. The same applies to an apparatus using a micromachine device (for example, a micro optical deflector, a micro mechanical quantity sensor, a micro actuator, etc. using a movable member that twists and vibrates around the torsion axis) by a micromechanical technology using a silicon process. For example, laser beam printers that perform optical scanning using a micro optical deflector, scanning image display devices such as head mounted displays, and the like have also been improved in function and size.

捩り振動する光偏向器の従来例として、電磁型の構成例では、ムービングマグネット型やムービングコイル型などが挙げられる。 As a conventional example of an optical deflector that vibrates torsion, a moving magnet type, a moving coil type, and the like can be cited as an example of an electromagnetic configuration.

ムービングマグネット型走査ミラーの構成例を図14に示す(特許文献1参照)。この例は、走査ミラー1001(ガラス基板1001a、鏡面部1001b、永久磁石1001cを有する)、支持部材1001d、駆動軸(回転軸)1001e、磁気発生部1002(電磁コイル1002a、コイル枠1002bを有する)を備える。これの動作は次の如く行われる。電磁コイル1002aに通電して、磁気発生部1002から発生する磁力により、永久磁石1001cの磁極に対して吸引力または復元力が働く。そして、走査ミラー1001は、支持部材1001dが捩られることで、駆動軸1001eを回転中心として図14に示す矢印のように回転振動する。この際、磁気発生部1002から発生する磁力に応じて、走査ミラー1001は任意の角度に角変位するよう駆動される。 A configuration example of the moving magnet type scanning mirror is shown in FIG. 14 (see Patent Document 1). In this example, a scanning mirror 1001 (having a glass substrate 1001a, a mirror surface portion 1001b, and a permanent magnet 1001c), a support member 1001d, a driving shaft (rotating shaft) 1001e, and a magnetism generating portion 1002 (having an electromagnetic coil 1002a and a coil frame 1002b). Is provided. This operation is performed as follows. By energizing the electromagnetic coil 1002a and the magnetic force generated from the magnetism generating unit 1002, an attractive force or a restoring force acts on the magnetic pole of the permanent magnet 1001c. Then, the scanning mirror 1001 rotates and vibrates as indicated by an arrow shown in FIG. 14 with the drive shaft 1001e as the rotation center by twisting the support member 1001d. At this time, the scanning mirror 1001 is driven to be angularly displaced at an arbitrary angle in accordance with the magnetic force generated from the magnetic generator 1002.

また、ムービングコイル型走査ミラーの構成例を図15に示す(特許文献2の従来例参照)ここでは各部が上下方向に分離して示されている)。この例は、ベース1101、左右一対の支持部1102、1103、振動体1104(外枠部1105、外枠部1105の開口部1105A、走査ミラー部1106、左右一対の梁部1107、駆動用電磁コイル1110を有する)、左右一対の永久磁石1108、1109、駆動手段Dを備える。この駆動手段Dは、ベース1101上に配置された左右一対の永久磁石1102、1103と走査ミラー部1106の外周部に配置された駆動用電磁コイル1110とから成り、この駆動用電磁コイル1110に正逆交互の駆動電流を通電するように構成されている。この構成において、駆動手段Dにより駆動用電磁コイル1110に正逆交互の駆動電流が通電されると、一対の永久磁石1102、1103の外部磁界と駆動用電磁コイル1110の電流とによるローレンツ力で走査ミラー部1106が一対の梁部1107、1108を回転軸として回転振動する。 Further, FIG. 15 shows a configuration example of the moving coil type scanning mirror (see the conventional example of Patent Document 2), where each part is shown separated in the vertical direction). This example includes a base 1101, a pair of left and right support portions 1102 and 1103, a vibrating body 1104 (an outer frame portion 1105, an opening portion 1105A of the outer frame portion 1105, a scanning mirror portion 1106, a pair of left and right beam portions 1107, and a driving electromagnetic coil. 1110), a pair of left and right permanent magnets 1108, 1109, and driving means D. The driving means D includes a pair of left and right permanent magnets 1102 and 1103 disposed on the base 1101 and a driving electromagnetic coil 1110 disposed on the outer peripheral portion of the scanning mirror unit 1106. A reverse alternating drive current is applied. In this configuration, when a drive current that is alternately forward and reverse is supplied to the drive electromagnetic coil 1110 by the drive means D, scanning is performed by the Lorentz force generated by the external magnetic field of the pair of permanent magnets 1102 and 1103 and the current of the drive electromagnetic coil 1110. The mirror 1106 rotates and vibrates about the pair of beams 1107 and 1108 as the rotation axis.

他にも、固定して配置された2つの駆動電極に交互に電圧を印加することで、可動部材に静電引力を作用させて、走査ミラーである可動部材を弾性支持部の回転軸の回りに捩り振動させる方式のものもある。なお、これら従来の光偏向器で用いられている駆動手段は、本発明の光偏向器などの揺動体装置でも採用できるものである。 In addition, by alternately applying a voltage to two fixedly arranged drive electrodes, an electrostatic attractive force is applied to the movable member, so that the movable member, which is a scanning mirror, rotates around the rotation axis of the elastic support portion. There is also a type of torsional vibration. The driving means used in these conventional optical deflectors can also be adopted in an oscillator device such as the optical deflector of the present invention.

上記走査ミラーは、走査ミラーに固有の共振周波数を持つ駆動信号を駆動手段に印加してやることにより、機械的な共振現象を起こし、比較的大きな偏向角(回転角、走査角)で効率的な駆動を行うことができる。この共振駆動を行うことにより、比較的低い投入エネルギで広振幅の光走査を行える。
特開平6−82711号公報 特開2001−117043号公報
The scanning mirror causes a mechanical resonance phenomenon by applying a driving signal having a resonance frequency inherent to the scanning mirror to the driving means, and efficiently drives with a relatively large deflection angle (rotation angle, scanning angle). It can be performed. By performing this resonance driving, optical scanning with a wide amplitude can be performed with relatively low input energy.
JP-A-6-82711 JP 2001-117043 A

しかし、共振周波数で回転振動する上記のミラーは、時間に対する回転角度の関係が正弦波形となる。そのため、回転振動範囲の一部の直線と見なされる範囲を利用したい場合は、その時間的な利用範囲及び振幅的な利用範囲が比較的狭く、画像を形成する手段として走査ミラーに用いることに多くの制約があった。 However, the above-mentioned mirror that rotates and vibrates at the resonance frequency has a sinusoidal relationship with respect to time. Therefore, when it is desired to use a range regarded as a part of the rotational vibration range, the temporal usage range and the amplitude usage range are relatively narrow and are often used for scanning mirrors as a means for forming an image. There were restrictions.

上記課題に鑑み、本発明の光偏向器などの揺動体装置は、支持手段で略回転軸回りに回転して振動可能に支持される可動部材と、可動部材を略回転軸回りに中央位置を中心に回転して振動する様に駆動する駆動手段と、可動部材の回転振動範囲を決めるとともに可動部材を中央位置の方向に戻そうとする復元力を発生する復元手段を有することを特徴とする。 In view of the above problems, an oscillating device such as an optical deflector according to the present invention has a movable member that is supported by a support means so as to be able to vibrate by rotating about a rotation axis, and the movable member has a central position about the rotation axis. A driving means for driving to vibrate by rotating to the center, and a restoring means for determining a rotational vibration range of the movable member and generating a restoring force for returning the movable member toward the center position. .

また、上記課題に鑑み、本発明の光偏向器などの揺動体装置は、支持手段で略回転軸回りに回転して振動可能に支持される可動部材と、可動部材の回転角度を検知する検知手段と、可動部材を略回転軸回りに中央位置を中心に回転して振動する様に駆動すると共に、検知手段からの信号に基づいて、可動部材の回転振動範囲を決め、可動部材を中央位置の方向に戻そうとする復元力を発生する駆動・復元手段を有することを特徴とする。 Further, in view of the above problems, an oscillator device such as an optical deflector according to the present invention has a movable member that is supported by a support means so as to be able to vibrate by rotating about a rotation axis, and a detection that detects a rotation angle of the movable member. And the movable member are driven to vibrate by rotating around the central position about the central position, and the rotational vibration range of the movable member is determined based on the signal from the detection means, and the movable member is moved to the central position. Drive / restoration means for generating a restoring force for returning to the direction.

また、上記課題に鑑み、本発明の光偏向器などの揺動体装置の制御方法は、上記の揺動体装置の制御方法において、前記可動部材の固有振動数と略等しい駆動周波数で前記駆動手段を駆動することで、可動部材を回転振動せしめ、その後、前記復元手段による復元力を得た後に駆動手段の駆動周波数と振幅を増大させて、所望の振動数と略三角波形の可動部材の回転振動を得ることを特徴とする。 Further, in view of the above problems, a control method for an oscillating body device such as an optical deflector according to the present invention is the control method for an oscillating body device according to the above aspect, wherein the driving means is driven at a driving frequency substantially equal to the natural frequency of the movable member. By driving, the movable member is rotated and oscillated, and after obtaining the restoring force by the restoring means, the driving frequency and amplitude of the driving means are increased, and the rotational vibration of the movable member having a desired frequency and a substantially triangular waveform is obtained. It is characterized by obtaining.

また、上記課題に鑑み、本発明の光偏向器などの揺動体装置の制御方法は、上記の揺動体装置の制御方法において、前記駆動・復元手段により、揺動体装置の始動時に、可動部材を回転振動せしめ、その後、可動部材の回転角度の検知手段からの信号に基づいて発生される復元力による可動部材の回転振動方法に切り替えることを特徴とする。 Further, in view of the above problems, the control method of the oscillator device such as the optical deflector according to the present invention is the above-described control method of the oscillator device, wherein the movable member is moved by the driving / restoring means when the oscillator device is started. Rotational vibration is performed, and thereafter, the method is switched to the rotational vibration method of the movable member by the restoring force generated based on the signal from the rotation angle detection means of the movable member.

また、上記課題に鑑み、本発明の画像形成装置は、光源と、光源を変調する光源変調手段と、上記の揺動体装置において可動部材を偏向ミラーとした光偏向器と、光源変調手段と光偏向器を制御する制御手段を有することを特徴とする。 In view of the above problems, an image forming apparatus of the present invention includes a light source, a light source modulation unit that modulates the light source, an optical deflector that uses a movable member as a deflection mirror in the oscillator device, a light source modulation unit, and light. Control means for controlling the deflector is provided.

本発明によれば、上記の如き復元手段または駆動・復元手段を備えるので、可動部材の回転角(偏向角、走査角)の時間に対する振動波形が正弦波形ではなく略三角波形になる構成を実現できる。すなわち、可動部材の回転振動における往路、復路の比較的広い領域においてそれぞれ角速度が略一定の駆動が実現できる。 According to the present invention, since the restoring means or the driving / restoring means as described above is provided, a configuration in which the vibration waveform with respect to time of the rotation angle (deflection angle, scanning angle) of the movable member becomes a substantially triangular waveform instead of a sine waveform is realized. it can. In other words, it is possible to realize driving in which the angular velocity is substantially constant in a relatively wide region of the forward path and the return path in the rotational vibration of the movable member.

本発明の揺動体装置の原理を図面を用いて説明しつつ、本発明の一実施形態を説明する。なお、回転軸の回りで回転振動する偏向ミラーを持つ共振型光偏向器の原理として説明するが、この原理は、揺動体を略回転軸回りに回転振動させる揺動体装置の駆動にも一般的に当てはまるものである。 An embodiment of the present invention will be described while explaining the principle of the oscillator device of the present invention with reference to the drawings. The principle of a resonant optical deflector having a deflection mirror that rotates and oscillates around a rotation axis will be described. This principle is also commonly used for driving an oscillating body device that oscillates an oscillating body about a rotation axis. This is true.

図3(a)は、本発明の揺動体装置の原理を説明するための一実施形態を示す概念図である。図2(a)は、比較の為に示す正弦波駆動の従来例の概念図である。 FIG. 3A is a conceptual diagram showing an embodiment for explaining the principle of the oscillator device of the present invention. FIG. 2A is a conceptual diagram of a conventional example of sinusoidal drive shown for comparison.

本実施形態の光偏向器においては、支持基板に、可動部材である走査ミラー10が回転軸11を中心に回転振動可能に支持されている(ここでは、回転軸11をトーションバーとした場合、その捩れ剛性は非常に小さいか殆どゼロである)。また、可動部材の一方面側にアルミニウム、誘電体多層膜などで反射率の高い膜を成膜して反射面が形成されている。そして、可動部材を外部から駆動することによって、支持基板に対して可動部材を相対的に駆動させて、反射面に入射する入射光を偏向する。この際、可動部材から離れた所定の位置に配置された反発ばね20などの復元手段を備えるので、可動部材は回転振動範囲の端近くで反発力ないし復元力を受ける。したがって、可動部材は図3(b)に示す様な特性の反発(復元)トルクを回転振動運動の中で受けることになる。このトルク特性は、非線形保存系を持つ非線形振動において不感帯(図3(b)でθ>θ>−θの水平な部分)を伴い傾斜がCの部分(図3(b)で第1象限と第3象限の斜線部)を持つ対称折れ線のばね特性と等価なものである。 In the optical deflector of the present embodiment, the scanning mirror 10 that is a movable member is supported on the support substrate so as to be able to rotate and vibrate about the rotation shaft 11 (here, when the rotation shaft 11 is a torsion bar, Its torsional stiffness is very small or almost zero). Also, a reflective surface is formed by forming a highly reflective film such as aluminum or a dielectric multilayer film on one side of the movable member. And by driving a movable member from the outside, a movable member is driven relatively with respect to a support substrate, and incident light which injects into a reflective surface is deflected. At this time, since a restoring means such as a repulsion spring 20 disposed at a predetermined position away from the movable member is provided, the movable member receives a repulsive force or a restoring force near the end of the rotational vibration range. Therefore, the movable member receives a repulsion (restoration) torque having characteristics as shown in FIG. This torque characteristic has a dead zone (a horizontal portion of θ L >θ> −θ L in FIG. 3B) in a non-linear vibration having a non-linear conserving system, and a first portion in FIG. This is equivalent to the spring characteristic of a symmetrical broken line having a quadrant and a hatched portion of the third quadrant.

これに対して、図2(a)の光偏向器においては、支持基板に、可動部材である走査ミラー10がトーションバーの回転軸11を中心に捩り回転振動可能に支持されているのみである。したがって、可動部材は、図2(b)に示す様なトーションバーの特性による復元トルクを回転振動運動の中で受けるのみである。 On the other hand, in the optical deflector of FIG. 2A, the scanning mirror 10 as a movable member is only supported on the support substrate so as to be able to twist and vibrate about the rotation shaft 11 of the torsion bar. . Therefore, the movable member only receives the restoring torque due to the characteristics of the torsion bar as shown in FIG.

図1に、本発明の揺動体装置の回転振動運動を従来例のそれと比較して示す。図中、(I)で示す正弦曲線は、従来の共振型光偏向器で得られる走査ミラーの角度変位(回転角)と時間の関係を示している。この正弦曲線では、略等角速度と見なされる範囲は図のAからAで示す範囲であり、この範囲の時間的な利用効率は低い。ここで、もしAとAのところで走査ミラーに復元力を加えれば、走査ミラーの動きは(IIa)及び(IIb)で示される運動をすることができる。その場合、(IIa)で示される範囲が略等角速度の範囲で、(IIb)で示される範囲が復元力を受けて走査ミラーが反転する範囲である。 FIG. 1 shows the rotational vibration motion of the oscillator device of the present invention in comparison with that of the conventional example. In the figure, a sine curve indicated by (I) indicates the relationship between the angular displacement (rotation angle) of the scanning mirror obtained with a conventional resonance type optical deflector and time. In this sine curve, the range regarded as substantially equiangular velocity is the range indicated by A to A in the figure, and the temporal utilization efficiency of this range is low. Here, if a restoring force is applied to the scanning mirror at A and A, the movement of the scanning mirror can move as indicated by (IIa) and (IIb). In this case, the range indicated by (IIa) is a range of substantially equal angular velocity, and the range indicated by (IIb) is a range where the scanning mirror is inverted upon receiving a restoring force.

図1に示す例でも、(I)の正弦波形の場合は、1サイクルに2回の略等角速度と見なせる範囲を得られるのみであるのに対し、略三角波形の駆動にした場合は、同じ時間に4回の等角速度範囲を得られ、時間的利用効率が高いことが分かる。略三角波形の駆動の場合、(I)で示す正弦波形の周期が大きければ大きいほど、利用できる回数は多くなり、(I)で示す正弦波の振幅が大きければ大きいほど、利用できる振幅範囲は広くなる。 In the example shown in FIG. 1 as well, in the case of the sine waveform (I), only a range that can be regarded as a substantially equiangular velocity twice in one cycle can be obtained, whereas in the case of driving a substantially triangular waveform, it is the same. It can be seen that the equiangular velocity range can be obtained four times in time, and the time utilization efficiency is high. In the case of a substantially triangular waveform drive, the larger the sine wave period shown in (I), the more times it can be used, and the larger the amplitude of the sine wave shown in (I), the larger the usable amplitude range. Become wider.

復元力を受けて走査ミラーが反転する(IIb)で示される範囲を作り出して略三角波形の駆動を実現するために、本発明では、非線形保存系を持つ非線形振動で不感帯を伴い傾斜がCの対称折れ線を持つ非線形ばねの特性と略等価なトルク特性を利用する。ここで、略等価とは、次のことを意味する。不感帯は完全な不感帯でなくてもよく、図2(b)の傾きを緩めた様な多少の傾きを持った領域でもよく(この場合、回転軸も復元手段を構成することになる)、また、対称折れ線特性は、対称性が多少壊れたものや、多少曲線的になった特性でもよい。要するに、本発明は、何らかの手段により回転振動範囲の端近傍で可動部材を中央位置の方向に戻そうとする復元力が発生される様にすれば、正弦曲線は、程度の差こそあれ、三角波形に近づいて、略等角速度の範囲が増大するという効果を得ようとするものである。 In order to create a range indicated by (IIb) in which the scanning mirror is inverted by receiving the restoring force and to realize driving of a substantially triangular waveform, in the present invention, a non-linear vibration having a non-linear preserving system and a dead band with a slope of C A torque characteristic substantially equivalent to the characteristic of a nonlinear spring having a symmetrical broken line is used. Here, “substantially equivalent” means the following. The dead zone does not have to be a complete dead zone, and may be a region having a slight inclination such as that shown in FIG. 2 (b) that is loosened (in this case, the rotation axis also constitutes a restoring means), and The symmetrical broken line characteristic may be a characteristic in which the symmetry is somewhat broken or a characteristic that is somewhat curved. In short, according to the present invention, if a restoring force is generated to return the movable member toward the center position in the vicinity of the end of the rotational vibration range by any means, the sinusoidal curve is triangular to some extent. It is intended to obtain an effect that the range of the substantially equiangular velocity increases as the waveform approaches.

この非線形ばね特性による振動の周期Tとすると、上記非線形保存系の振動方程式は次の式(1)の様になる。
I・d2θ/dt2+g(θ)=0 (1)
ここで、Iは走査ミラーの慣性モーメント、θは走査ミラーの振れ角度(回転角)である。
Assuming that the period T of vibration due to this non-linear spring characteristic is given, the vibration equation of the non-linear storage system is as shown in the following expression (1).
I · d 2 θ / dt 2 + g (θ) = 0 (1)
Here, I is the moment of inertia of the scanning mirror, and θ is the deflection angle (rotation angle) of the scanning mirror.

図3(b)に示すように、
g(θ)=C(θ−θ) θ≧θ(図3の例では、θは走査ミラーがばねに衝突する角度)

=0 θ>θ>−θ

=C(θ+θ) θ≧θ
とすれば、上記振動方程式の解θは時間に対して略三角波的に変化するものとなり、その周期Tは、
T=4√(I/C)・{π/2+θ/(A−θ)}、 A≧θ (Aは回転振動の振幅)
で表される。この周期Tは、g(θ)の形が上記したものに近いものであれば、回転振動の振幅Aに対して略同様な依存性(すなわち、Aが増大すれば、Tは小さくなる)を有する。なお、ここの説明では、回転振動範囲の中央位置を基準とする走査ミラーの回転角のプラスの方向と復元力(トルク)Tのプラスの方向を互いに逆方向としている。
As shown in FIG.
g (θ) = C (θ−θ L ) θ ≧ θ L (in the example of FIG. 3, θ L is an angle at which the scanning mirror collides with the spring)

= 0 θ L >θ> −θ L

= C (θ + θ L ) θ L ≧ θ
Then, the solution θ of the above vibration equation changes in a substantially triangular wave with respect to time, and its period T is
T = 4√ (I / C) · {π / 2 + θ L / (A−θ L )}, A ≧ θ L (A is the amplitude of rotational vibration)
It is represented by If the shape of g (θ) is close to that described above, this period T has substantially the same dependency on the amplitude A of the rotational vibration (that is, T increases as A increases). Have. In the description here, the positive direction of the rotation angle of the scanning mirror and the positive direction of the restoring force (torque) T with respect to the center position of the rotational vibration range are opposite to each other.

これに対して、図2の系では振動方程式は次式の様になる。
I・d2θ/dt2+T=0 (Tは、図2(b)で示すT(トルク)である)
この振動方程式の解を求めれば、θは時間に対して正弦波的に変化することが分かり、これでは上述した問題点があることになる。
On the other hand, in the system of FIG. 2, the vibration equation is as follows.
I · d 2 θ / dt 2 + T = 0 (T is T (torque) shown in FIG. 2B)
If a solution of this vibration equation is obtained, it can be seen that θ changes sinusoidally with respect to time, and this causes the above-mentioned problems.

以上に説明した様に、本発明では、上記の如き復元力特性を利用するので、−θ≦θ≦θの広い範囲で略均一角速度を有する回転振動特性が得られることになる。これを実現するために、上記実施形態では、走査ミラー10の慣性モーメントに対して回転軸11の捩れ剛性を下げ、長い周期と広い振幅を有する固有周波数での正弦振動を起こさせている。そして、略等角速度と見なせる広い振幅範囲と、復元力を受けて走査ミラーが反転するそれ以外の狭い範囲からなる略三角波形を得ている。 As described above, in the present invention, since the restoring force characteristic as described above is used, a rotational vibration characteristic having a substantially uniform angular velocity can be obtained in a wide range of −θ L ≦ θ ≦ θ L. In order to realize this, in the above-described embodiment, the torsional rigidity of the rotating shaft 11 is lowered with respect to the moment of inertia of the scanning mirror 10 to cause a sine vibration at a natural frequency having a long period and a wide amplitude. Then, a substantially triangular waveform having a wide amplitude range that can be regarded as a substantially equiangular velocity and a narrow range other than that in which the scanning mirror is inverted upon receiving a restoring force is obtained.

走査ミラー10の回転軸11として、捩れ剛性を殆ど持たない細い糸状の強度の強い物質、例えば、カーボンナノチューブ等を用いれば、上記の理想的遊び要素(不感帯)を持つ対称折れ線特性を得ることが可能となる。 If a thin thread-like strong material having little torsional rigidity, such as a carbon nanotube, is used as the rotating shaft 11 of the scanning mirror 10, a symmetrical broken line characteristic having the above ideal play element (dead zone) can be obtained. It becomes possible.

本実施形態では、光ビームを走査するにあたり、従来の正弦波形での共振型の往復走査に代えて、略三角波形での共振型の往復走査を実現しているが、走査ミラーを加振(共振モードを意識するときには加振というが、一般的には駆動という)するには2通りの方法がある。第1の方法は、走査ミラーを加振(駆動)する部分と、走査ミラーの振れ端で復元力を与える手段を分ける方法である(例えば、後記図4の実施例参照)。この場合、復元力を与える手段は走査ミラーの減衰を補うエネルギを与えない。第2の方法は、復元力を与える手段自体が走査ミラーの減衰を補うエネルギを供給する方法である。すなわち、走査ミラーの走査角度の情報を得て、その情報からのタイミングに合わせて一瞬の復元力を与える方法がその一つである(例えば、後記図10の実施例参照)。 In this embodiment, when scanning the light beam, instead of the conventional resonance type reciprocating scan with a sinusoidal waveform, the resonance type reciprocating scan with a substantially triangular waveform is realized. There are two methods for oscillating the resonance mode (generally referred to as excitation, but generally referred to as driving). The first method is a method in which a portion for exciting (driving) the scanning mirror and a means for applying a restoring force at the deflection end of the scanning mirror are separated (for example, refer to an embodiment of FIG. 4 described later). In this case, the means for providing a restoring force does not provide energy to compensate for the attenuation of the scanning mirror. The second method is a method in which the means for providing the restoring force itself supplies energy that compensates for the attenuation of the scanning mirror. That is, one of the methods is to obtain information on the scanning angle of the scanning mirror and give an instantaneous restoring force in accordance with the timing from the information (for example, see the embodiment in FIG. 10 described later).

また、上記両者とも、走査ミラーに復元力を与えるまでの始動を考える必要がある。第1の方法では、走査ミラーの固有の回転振動数に等しい周波数の外力を与え、振幅が増大して復元力を与える領域に達したならば、共振運動を成立させる条件の外力の振幅と周波数を合わせ込み、所望の周波数を得る(例えば、後記図4の実施例参照)。第2の方法では、走査ミラーの固有振動数に等しい周波数の外力を与えて走査ミラーを回転振動させ、その後、走査ミラーの走査角度情報を得て、外力を、その瞬間に復元力を与える方式に切り替えて、所望の振動数に合わせる(例えば、後記図10の実施例参照)。 In both cases, it is necessary to consider starting until a restoring force is applied to the scanning mirror. In the first method, when an external force having a frequency equal to the inherent rotational frequency of the scanning mirror is applied and the region where the amplitude increases and the restoring force is applied is reached, the amplitude and frequency of the external force under the condition for establishing the resonance motion. To obtain a desired frequency (for example, see the embodiment of FIG. 4 described later). In the second method, a scanning mirror is rotationally oscillated by applying an external force having a frequency equal to the natural frequency of the scanning mirror, and thereafter, scanning angle information of the scanning mirror is obtained, and external force is applied to the moment and restoring force at that moment. To match the desired frequency (for example, see the embodiment of FIG. 10 below).

以下に、図面を参照して本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施例1)
図3(a)は、走査ミラーの利用振幅範囲のすぐ外に弾性ばねを配置して、不感帯を持つ非線形ばね特性を生じさせた光偏向器の実施例1を示す概念図である。10は走査ミラーで、その表面側(図3(a)において上面側)に光反射面を構成している。11はトーションバーなどで形成される回転軸で、走査ミラー10の慣性モーメントに対し、十分弱い捩り剛性を有している。走査ミラー10は、大きな振幅と長い周期を持つ固有の捩れ共振振動特性を有している。
Example 1
FIG. 3A is a conceptual diagram showing Example 1 of the optical deflector in which an elastic spring is disposed just outside the use amplitude range of the scanning mirror to generate a nonlinear spring characteristic having a dead zone. A scanning mirror 10 has a light reflecting surface on the surface side (upper surface side in FIG. 3A). Reference numeral 11 denotes a rotating shaft formed of a torsion bar or the like, which has a sufficiently weak torsional rigidity against the moment of inertia of the scanning mirror 10. The scanning mirror 10 has inherent torsional resonance vibration characteristics having a large amplitude and a long period.

走査ミラー10は、始動時に、その固有振動数と等しい周波数の外力(駆動力)を駆動部(図3(a)では不図示)から受けてゆっくりと回転軸11の回りで中央位置を中心に回転振動し始める。この際、典型的には、駆動力は、走査ミラー10が略中央位置を通るタイミングで与えられる。そして、走査ミラー10の縁部が、やがて走査ミラー10から離れた所定の位置に配置された反発ばね20に衝突して復元力を受ける。 When the scanning mirror 10 is started, it receives an external force (driving force) having a frequency equal to its natural frequency from a driving unit (not shown in FIG. 3A) and slowly around the rotation shaft 11 around the center position. Starts rotating and vibrating. At this time, typically, the driving force is given at a timing when the scanning mirror 10 passes through a substantially central position. Then, the edge of the scanning mirror 10 eventually collides with the repulsion spring 20 disposed at a predetermined position away from the scanning mirror 10 and receives a restoring force.

こうして、回転振動範囲の両端での走査ミラー10のばね20への衝突後、ばね20は変位し、走査ミラー10は急減速して跳ね返され、これを繰り返して略三角波(略等角速度)の光走査が実現される。図3(b)は、この非線形ばねの特性を示したグラフである。走査ミラー10がばね20に回転角−θとθで衝突するまでは不感帯範囲となっていて、走査ミラー10は略等角速度で回転運動をする。 Thus, after the collision of the scanning mirror 10 with the spring 20 at both ends of the rotational vibration range, the spring 20 is displaced, the scanning mirror 10 is suddenly decelerated and rebounded, and this is repeated, and light having a substantially triangular wave (substantially equal angular velocity). Scanning is realized. FIG. 3B is a graph showing the characteristics of this nonlinear spring. Until the scanning mirror 10 collides with the spring 20 at the rotation angles −θ L and θ L , the dead zone is maintained, and the scanning mirror 10 rotates at a substantially constant angular velocity.

ここで、ばね定数を高く取れば(例えば、硬い部材を用いて、図3(b)のθ軸に略直交するような非線形ばね特性にすれば)、衝突した瞬間に走査ミラー10が跳ね返る現象が得られる。例えば、走査ミラー10との反発係数が略1と見なせる物性値を持つブロックに衝突した時がこれに相当する。 Here, if the spring constant is set high (for example, if a non-linear spring characteristic that is substantially orthogonal to the θ axis in FIG. 3B is used by using a hard member), the scanning mirror 10 rebounds at the moment of collision. Is obtained. For example, this corresponds to a case where a collision with a block having a physical property value with which the coefficient of restitution with the scanning mirror 10 can be regarded as approximately 1.

図4(a)にムービングマグネット型の本実施例の具体的形態を示す。図4(b)はその断面図を示す。図4において、400は走査ミラー枠、401は回転軸(上記回転軸11に対応)で、走査ミラー403(上記走査ミラー10に対応)を回転自在に保持している(すなわち、回転軸401の捩れ剛性は非常に小さいか殆どゼロである)。これらはシリコン板からマイクロマシニング技術で一体に形成されている。404は、シリコンの酸化膜で形成された反発ばね(上記反発ばね20に対応)で、走査ミラー枠400上に走査ミラー403から所定距離だけ離れて形成されている。 FIG. 4A shows a specific form of this embodiment of the moving magnet type. FIG. 4B shows a cross-sectional view thereof. In FIG. 4, 400 is a scanning mirror frame, 401 is a rotation axis (corresponding to the rotation axis 11), and rotatably holds a scanning mirror 403 (corresponding to the scanning mirror 10) (that is, the rotation axis 401). The torsional stiffness is very small or almost zero). These are integrally formed from a silicon plate by a micromachining technique. A repulsion spring 404 (corresponding to the repulsion spring 20) formed of a silicon oxide film is formed on the scanning mirror frame 400 at a predetermined distance from the scanning mirror 403.

また、405は駆動用電磁コイル、406は、走査ミラー403の裏面に構成されたバルクの永久磁石であり、回転軸401に対して略直角な方向に磁化されている。走査ミラー枠400と駆動用電磁コイル405は基板410に図示の様に取り付けられている。こうした構成において、永久磁石406は駆動用電磁コイル405から電磁力を受けて、走査ミラー403に回転振動力を与える。共振モードでは、走査ミラー403の固有周波数と等しい周波数の電磁力によって永久磁石406は加振され始める。加振力の強度を増やすにつれて回転振動の振幅が大きくなって、やがて走査ミラー403は反発ばね404に衝突する(図4(b)参照)。衝突を開始してから、その周期Tは上記(1)式に従って変化する。したがって、駆動用電磁コイル405への駆動電流を制御して、この周波数(1/T)と振幅Aを徐々に求める周波数に合致させていけば、求める三角波駆動と周波数を得ることができる。 Reference numeral 405 denotes a driving electromagnetic coil, and reference numeral 406 denotes a bulk permanent magnet formed on the back surface of the scanning mirror 403, which is magnetized in a direction substantially perpendicular to the rotating shaft 401. The scanning mirror frame 400 and the driving electromagnetic coil 405 are attached to the substrate 410 as shown. In such a configuration, the permanent magnet 406 receives electromagnetic force from the driving electromagnetic coil 405 and applies rotational vibration force to the scanning mirror 403. In the resonance mode, the permanent magnet 406 starts to be vibrated by an electromagnetic force having a frequency equal to the natural frequency of the scanning mirror 403. As the intensity of the excitation force increases, the amplitude of the rotational vibration increases, and the scanning mirror 403 eventually collides with the repulsion spring 404 (see FIG. 4B). After starting the collision, the period T changes according to the above equation (1). Therefore, if the drive current to the drive electromagnetic coil 405 is controlled and the frequency (1 / T) and the amplitude A are gradually matched with the frequency to be obtained, the desired triangular wave drive and frequency can be obtained.

図4では電磁力による走査ミラーの駆動方法としてムービングマグネット型の例を示したが、勿論、ムービングコイル型でも実現できる。この場合は、外部の固定側にバルクの永久磁石を設け、走査ミラー上に電磁コイルを構成する。また、電磁力に代えて、静電引力による駆動方法を利用することもできる。この場合は、走査ミラーの回転軸の両側に固定・配置された2つの駆動電極に交互に電圧を印加して走査ミラー上の回転軸を挟む電極に交互に静電引力を作用させ、走査ミラーを回転軸の回りで回転振動させる。 Although FIG. 4 shows an example of a moving magnet type as a method of driving the scanning mirror by electromagnetic force, it can of course be realized by a moving coil type. In this case, a bulk permanent magnet is provided on the external fixed side, and an electromagnetic coil is formed on the scanning mirror. Moreover, it can replace with electromagnetic force and can also use the drive method by electrostatic attraction. In this case, a voltage is alternately applied to the two drive electrodes fixed and arranged on both sides of the rotation axis of the scanning mirror to alternately apply an electrostatic attractive force to the electrodes sandwiching the rotation axis on the scanning mirror, Oscillates around the axis of rotation.

また、図4では外部に反発バネ404を設けたが、走査ミラー403側に反発ばね(ムービングばね)を設けてもよい。上記実施例1によれば、走査ミラーが大偏向角度かつ略三角波形で振動可能な光偏向器を実現できる。 In FIG. 4, the repulsion spring 404 is provided outside, but a repulsion spring (moving spring) may be provided on the scanning mirror 403 side. According to the first embodiment, an optical deflector in which the scanning mirror can vibrate with a large deflection angle and a substantially triangular waveform can be realized.

(実施例2)
図5(a)は、走査ミラーの利用振幅範囲外に電極を配置して、不感帯を生じさせた実施例2の概念図である。10は走査ミラーで、その表面側に光反射面を構成している。走査ミラー10は大きな振幅と長い振動周期を持った固有振動特性を有している。走査ミラー10には可動電極30が取り付けられていて、可動電極30には予め電荷が与えられている。11は回転軸で、31は、走査ミラー10から離れた所定の位置に配置された対向固定電極である。ここでは、両電極30、31は共に正に帯電されている。
(Example 2)
FIG. 5A is a conceptual diagram of Example 2 in which a dead zone is generated by arranging electrodes outside the usable amplitude range of the scanning mirror. A scanning mirror 10 forms a light reflecting surface on the surface side. The scanning mirror 10 has a natural vibration characteristic having a large amplitude and a long vibration period. A movable electrode 30 is attached to the scanning mirror 10, and the movable electrode 30 is previously charged. Reference numeral 11 denotes a rotating shaft, and 31 denotes a counter fixed electrode disposed at a predetermined position away from the scanning mirror 10. Here, both electrodes 30, 31 are positively charged.

本実施例でも、走査ミラー10は、始動時に、その固有振動数と等しい周波数の外力(駆動力)を駆動部(図5(a)では不図示)から受けてゆっくりと回転軸11の回りで中央位置を中心に回転振動し始める。この際も、典型的には、駆動力は、走査ミラー10が略中央位置を通るタイミングで与えられる。そして、その可動電極30が、回転振動範囲の両端近くで、対向固定電極31に近接して復元力を受ける。こうして、回転振動範囲の両端で、走査ミラー10は急減速して跳ね返され(すなわち、非線形ばね特性と等価のトルク特性に基づき復元力を受け)、これを繰り返して略三角波(略等角速度)の光走査が実現される。図5(b)は、この非線形ばね特性と等価の復元トルク特性を示したグラフである。ここでは、一般にT(トルク)∝1/(電極間距離)と考えられるので(n≧2)、可動電極30が対向固定電極31に最接近するまでは、トルクは略不感帯となった範囲にある。 Also in this embodiment, the scanning mirror 10 receives an external force (driving force) having a frequency equal to the natural frequency from the driving unit (not shown in FIG. 5A) at the time of starting and slowly rotates around the rotating shaft 11. Starts rotating vibration around the center position. Also in this case, typically, the driving force is given at a timing at which the scanning mirror 10 passes through a substantially central position. The movable electrode 30 receives a restoring force in the vicinity of the opposite fixed electrode 31 near both ends of the rotational vibration range. Thus, at both ends of the rotational vibration range, the scanning mirror 10 is suddenly decelerated and rebounded (that is, receiving a restoring force based on a torque characteristic equivalent to the non-linear spring characteristic), and this is repeated to obtain a substantially triangular wave (substantially equal angular velocity). Optical scanning is realized. FIG. 5B is a graph showing a restoring torque characteristic equivalent to the nonlinear spring characteristic. Here, since it is generally considered that T (torque) 電極 1 / (distance between electrodes) n (n ≧ 2), the torque is in a substantially dead zone until the movable electrode 30 comes closest to the counter fixed electrode 31. It is in.

ここにおいて、走査ミラー10の可動電極30が対向固定電極31に近接にするにつれて、対向固定電極31内の電子が電源側に遡って逃げない様にする為に、電荷の形で対向固定電極31に注入するのも良い。図5(a)では駆動部を省略しているが、可動電極30と対向固定電極31間の静電力と干渉しないように、静電引力でない駆動方式、例えば、電磁力による駆動方式が望ましい。 Here, as the movable electrode 30 of the scanning mirror 10 approaches the counter fixed electrode 31, the counter fixed electrode 31 is in the form of electric charges so that electrons in the counter fixed electrode 31 do not escape back to the power source side. It is also good to inject. Although the drive unit is omitted in FIG. 5A, a drive method that is not electrostatic attraction, for example, a drive method using electromagnetic force is desirable so as not to interfere with the electrostatic force between the movable electrode 30 and the counter fixed electrode 31.

図6に、ムービングマグネット型の本実施例の具体的形態の断面図を示す。400は走査ミラー枠、401は回転軸で、ミラー403を回転自在に保持している。これらはシリコン板からマイクロマシニング技術で一体に形成されている。600は、走査ミラー表面に形成された可動電極(上記可動電極30に対応)である。また、601は対向固定電極(上記対向固定電極31に対応)で、走査ミラー表面から所定の距離を離れて支持部材610上に構成されている。可動電極600には予め電荷(ここでは正の電荷)が与えられている。 FIG. 6 shows a cross-sectional view of a specific form of this embodiment of a moving magnet type. Reference numeral 400 denotes a scanning mirror frame, 401 denotes a rotation shaft, and a mirror 403 is rotatably held. These are integrally formed from a silicon plate by a micromachining technique. Reference numeral 600 denotes a movable electrode (corresponding to the movable electrode 30) formed on the surface of the scanning mirror. Reference numeral 601 denotes a counter fixed electrode (corresponding to the counter fixed electrode 31), which is formed on the support member 610 at a predetermined distance from the scanning mirror surface. The movable electrode 600 is preliminarily given a charge (in this case, a positive charge).

さらに、405は駆動用電磁コイル、406は、走査ミラー403の裏面に構成されたバルクの永久磁石である。走査ミラー枠400と駆動用電磁コイル405は基板410に図示の様に取り付けられている。こうした構成において、永久磁石406が駆動用電磁コイル405から電磁力を受けて、走査ミラー403に回転振動力が与えられる。走査ミラー403は、その固有周波数と等しい周波数の電磁力によって加振され、加振力を増やすにつれて、やがて走査ミラー403上の可動電極600と対向固定電極601が近接し可動電極600が跳ね返される。静電力は大きな非線形性を有しているので、図5(b)の如き不感帯領域を実現できる。ここでも、電極間の反発が開始されてから、その周期Tは上記(1)式に近似した式にほぼ従って変化する。したがって、駆動用電磁コイル405への駆動電流を制御して、この周波数(1/T)と振幅Aを徐々に求める周波数に合致させていけば、求める三角波駆動と周波数を得ることができる。 Reference numeral 405 denotes a driving electromagnetic coil, and reference numeral 406 denotes a bulk permanent magnet formed on the back surface of the scanning mirror 403. The scanning mirror frame 400 and the driving electromagnetic coil 405 are attached to the substrate 410 as shown. In such a configuration, the permanent magnet 406 receives electromagnetic force from the drive electromagnetic coil 405, and rotational vibration force is applied to the scanning mirror 403. The scanning mirror 403 is vibrated by an electromagnetic force having a frequency equal to its natural frequency. As the exciting force is increased, the movable electrode 600 and the counter fixed electrode 601 on the scanning mirror 403 approach each other and the movable electrode 600 rebounds. Since the electrostatic force has a large non-linearity, a dead zone region as shown in FIG. 5B can be realized. Here again, after the repulsion between the electrodes is started, the period T changes almost in accordance with the equation approximate to the above equation (1). Therefore, if the drive current to the drive electromagnetic coil 405 is controlled and the frequency (1 / T) and the amplitude A are gradually matched with the frequency to be obtained, the desired triangular wave drive and frequency can be obtained.

図6ではムービングマグネット型の例を示したが、勿論、ムービングコイル型でも実現できる。この場合は、外部にバルクの永久磁石、走査ミラー側に電磁コイルを構成する。上記実施例2によっても、走査ミラーが大偏向角度かつ略三角波形で振動可能な光偏向器を実現できる。 Although FIG. 6 shows an example of a moving magnet type, it can of course be realized by a moving coil type. In this case, a bulk permanent magnet is formed outside, and an electromagnetic coil is formed on the scanning mirror side. Also in the second embodiment, an optical deflector in which the scanning mirror can vibrate with a large deflection angle and a substantially triangular waveform can be realized.

(実施例3)
図7(a)は、走査ミラーの利用振幅範囲のすぐ外側に磁極を配置して、不感帯を持つばね特性と等価のトルク特性を生じさせた実施例3の概念図である。10は走査ミラーで、その表面側に光反射面を構成している。11は回転軸で、走査ミラー10の慣性モーメントに対し、弱い捩り剛性を有している。走査ミラー10は、大きな振幅と長い振動周期をもって固有共振運動をする。走査ミラー10には、図7(a)に示す如く磁化された固定磁石が取り付けられている。40はヨークであり、41は電磁コイルである。ヨーク40に形成される磁極は、走査ミラー10の利用振幅範囲のすぐ外側の所定の位置に配されている。本実施例では、ヨーク40と電磁コイル41と走査ミラー10の固定磁石が駆動・復元手段を構成する。
(Example 3)
FIG. 7A is a conceptual diagram of Example 3 in which a magnetic pole is disposed just outside the use amplitude range of the scanning mirror to generate a torque characteristic equivalent to a spring characteristic having a dead zone. A scanning mirror 10 forms a light reflecting surface on the surface side. Reference numeral 11 denotes a rotating shaft, which has a weak torsional rigidity against the moment of inertia of the scanning mirror 10. The scanning mirror 10 has a natural resonance motion with a large amplitude and a long vibration period. A fixed magnet magnetized as shown in FIG. 7A is attached to the scanning mirror 10. Reference numeral 40 denotes a yoke, and reference numeral 41 denotes an electromagnetic coil. The magnetic pole formed on the yoke 40 is disposed at a predetermined position just outside the use amplitude range of the scanning mirror 10. In the present embodiment, the yoke 40, the electromagnetic coil 41, and the fixed magnet of the scanning mirror 10 constitute a driving / restoring means.

また、42は光源、43は光ビーム、44、45は、走査ミラー10の振れ角度幅を検知するための光センサである。走査ミラー10は、電磁コイル41の巻かれたヨーク40による電磁力によって共振しながら始動される。この際、典型的には、電磁力は、走査ミラー10が回転振動の略中央位置を通るタイミングで与えられる。やがて、光センサ44、45によって走査ミラー10が所定の振れ角度幅になったのが検知された時点で、電磁コイル41への通電タイミングが切り替えられて、回転振動範囲の端近くで短時間の復元力がヨーク40の磁極から走査ミラー10の磁極に与えられる様になる。こうして、その後、走査ミラー10へ駆動力を与える方法は切り替わって、このヨーク40の磁極からの復元力ないし反発力によって与えられ、略三角波形の光走査が実現される。図7(b)は、この復元力について、非線形ばね特性と等価のトルク特性を示したグラフである。 Reference numeral 42 denotes a light source, 43 denotes a light beam, and 44 and 45 denote optical sensors for detecting the deflection angle width of the scanning mirror 10. The scanning mirror 10 is started while resonating by the electromagnetic force generated by the yoke 40 around which the electromagnetic coil 41 is wound. At this time, typically, the electromagnetic force is applied at a timing when the scanning mirror 10 passes through a substantially central position of the rotational vibration. Eventually, when it is detected by the optical sensors 44 and 45 that the scanning mirror 10 has reached a predetermined deflection angle width, the energization timing to the electromagnetic coil 41 is switched, and a short time is reached near the end of the rotational vibration range. A restoring force is applied from the magnetic pole of the yoke 40 to the magnetic pole of the scanning mirror 10. Thus, after that, the method of applying the driving force to the scanning mirror 10 is switched, and is applied by the restoring force or the repulsive force from the magnetic pole of the yoke 40, thereby realizing optical scanning with a substantially triangular waveform. FIG. 7B is a graph showing a torque characteristic equivalent to the non-linear spring characteristic for this restoring force.

図8に、ムービングマグネット型の本実施例の具体的形態を示す斜視図である。400は走査ミラー枠、401は回転軸で、走査ミラー403を回転自在に保持している。これらはシリコン板からマイクロマシニング技術で一体に形成されている。700は、走査ミラー表面から離れた所定の位置に形成された電磁石(上記ヨーク40に対応する)である。701は駆動用電磁コイル(上記電磁コイル41に対応する)である。702はバルクの永久磁石(上記走査ミラー10上の固定磁石に対応する)で、走査ミラー403に構成されている。走査ミラー403の動きと共に、電磁石700に永久磁石702が接近したタイミングで、電磁コイル701に流す電流が制御されて、電磁石700と永久磁石702が同極性とされて復元力が加えられる。 FIG. 8 is a perspective view showing a specific form of this embodiment of a moving magnet type. Reference numeral 400 denotes a scanning mirror frame, 401 denotes a rotation shaft, and the scanning mirror 403 is rotatably held. These are integrally formed from a silicon plate by a micromachining technique. Reference numeral 700 denotes an electromagnet (corresponding to the yoke 40) formed at a predetermined position away from the scanning mirror surface. Reference numeral 701 denotes a driving electromagnetic coil (corresponding to the electromagnetic coil 41). Reference numeral 702 denotes a bulk permanent magnet (corresponding to the fixed magnet on the scanning mirror 10), which is configured in the scanning mirror 403. Along with the movement of the scanning mirror 403, at the timing when the permanent magnet 702 approaches the electromagnet 700, the current flowing through the electromagnetic coil 701 is controlled so that the electromagnet 700 and the permanent magnet 702 have the same polarity and a restoring force is applied.

また、703は、走査ミラー403の走査角度を検知するために捩り軸(回転軸)401の足元に形成されたピエゾ抵抗部である。捩り軸401の捩れ応力の変化によってピエゾ抵抗値が変化する原理で、走査ミラー403の走査範囲角度を検知することができる。こうした構成において、光偏向器の始動時に、最初の駆動方法で走査ミラー403を回転振動せしめ、その後、走査ミラー403の回転振動角度のピエゾ抵抗部703からの信号に基づいて駆動方法が切り替えられる。この駆動方法では、異なるタイミング(電磁石700に永久磁石702が接近したタイミング)で電磁力が発生されて走査ミラー403の回転振動が行われる。 Reference numeral 703 denotes a piezoresistive portion formed at the foot of a torsion shaft (rotating shaft) 401 in order to detect the scanning angle of the scanning mirror 403. The scanning range angle of the scanning mirror 403 can be detected based on the principle that the piezoresistance value changes due to a change in torsional stress of the torsion shaft 401. In such a configuration, at the time of starting the optical deflector, the scanning mirror 403 is rotationally oscillated by the first driving method, and then the driving method is switched based on a signal from the piezoresistor 703 of the rotational oscillation angle of the scanning mirror 403. In this driving method, electromagnetic force is generated at different timing (timing when the permanent magnet 702 approaches the electromagnet 700), and the scanning mirror 403 is rotated and oscillated.

上記走査角度を検知する方法としては、光ビームを用いても良い。また、走査ミラーの下面と、この下面に対向する構造体部分に対向平面電極を配置して、その電気容量の変化を利用して走査角度を検知しても良い。 As a method for detecting the scanning angle, a light beam may be used. Alternatively, a counter-planar electrode may be disposed on the lower surface of the scanning mirror and the structure portion facing the lower surface, and the scanning angle may be detected using the change in the capacitance.

図9は、静電力の復元力を利用した本実施例の他の具体的な実施形態を示す断面図である。502と503は、支持基板510に取り付けられた対向電極で、所望の空間を保って支持基板510上に配置される。本例では、可動電極503が走査ミラー403の裏面に形成されていて、これに電荷が与えられている。ここでは、対向電極502、503と可動電極503が駆動・復元手段を構成する。 FIG. 9 is a cross-sectional view showing another specific embodiment of the present example using the restoring force of electrostatic force. Reference numerals 502 and 503 denote counter electrodes attached to the support substrate 510, and are arranged on the support substrate 510 while maintaining a desired space. In this example, the movable electrode 503 is formed on the back surface of the scanning mirror 403, and an electric charge is given thereto. Here, the counter electrodes 502 and 503 and the movable electrode 503 constitute a driving / restoring means.

この構成において、始動時には、走査ミラー403の固有の捩れ振動数と同じ周波数で電極502と503に交互の印加電圧が加えられて、低周波数での走査ミラー振動が開始される。この際も、典型的には、静電力は、走査ミラー10が回転振動の略中央位置を通るタイミングで与えられる。801はレーザビーム光源で、800はレーザビーム、802と803は、走査ミラー403の振幅角度範囲の両端を検知する検知手段である光センサである。走査ミラー403が所定の振幅に達したとき、光センサ802と803の信号に基づいて、走査ミラー403の駆動方式が切り替わる。すなわち、可動電極503の電荷に対して、対向電極502と503に大きな復元力となる交互の電圧が異なるタイミングで印加される駆動方式が採られる。その後、上記(1)式に近似した式にほぼ従って、所定の振動周波数に合わせられる。 In this configuration, at the time of start-up, alternating applied voltages are applied to the electrodes 502 and 503 at the same frequency as the inherent torsional frequency of the scanning mirror 403, and scanning mirror vibration at a low frequency is started. Also in this case, typically, the electrostatic force is given at a timing at which the scanning mirror 10 passes through a substantially central position of the rotational vibration. Reference numeral 801 denotes a laser beam light source, reference numeral 800 denotes a laser beam, and reference numerals 802 and 803 denote optical sensors which are detection means for detecting both ends of the amplitude angle range of the scanning mirror 403. When the scanning mirror 403 reaches a predetermined amplitude, the driving method of the scanning mirror 403 is switched based on the signals of the optical sensors 802 and 803. In other words, a driving method is employed in which alternating voltages that have a large restoring force are applied to the counter electrodes 502 and 503 at different timings with respect to the charge of the movable electrode 503. Thereafter, the vibration frequency is adjusted to a predetermined vibration frequency almost in accordance with an expression approximate to the expression (1).

図10は、ピエゾ振動素子を用いた本実施例の更に他の具体的な実施形態を示す断面図である。900は、支持基板510に取り付けられたバイモルフ型のピエゾ素子である。走査ミラー403がこの素子900に衝突した瞬間に、走査ミラー403に復元力が加えられる。始動時は、別の起動方式、例えば、電磁力を用いる方式や、静電力を用いる方式(図示なし)が採用される。 FIG. 10 is a cross-sectional view showing still another specific embodiment of the present example using a piezoelectric vibration element. Reference numeral 900 denotes a bimorph piezo element attached to the support substrate 510. At the moment when the scanning mirror 403 collides with the element 900, a restoring force is applied to the scanning mirror 403. At the time of starting, another starting method, for example, a method using electromagnetic force or a method using electrostatic force (not shown) is adopted.

また、901は、永久磁石902からの磁界の変化を検知するセンスコイルであり、走査ミラー402の振幅角度範囲を検知するためのものである。始動時の駆動手段を、この永久磁石902とコイル901が兼ねることもできる。この実施形態例では、ピエゾ素子900と始動時の駆動手段により駆動・復元手段が構成される。 Reference numeral 901 denotes a sense coil that detects a change in the magnetic field from the permanent magnet 902 and detects the amplitude angle range of the scanning mirror 402. The permanent magnet 902 and the coil 901 can also serve as driving means at the start. In this embodiment, the piezo element 900 and the starting driving means constitute driving / restoring means.

[実施例4]
上記実施例では、可動部材である走査ミラーを捩れ剛性が非常に小さいか殆どゼロである回転軸の回りで回転振動させていたが、可動部材を弾性体からなるカンチレバー式可動部材として、この可動部材を固定端付近の根元部550aの撓みで回転振動させることもできる。根元部550aの厚みを調整して、所望の非線形な復元トルク特性を実現する様にこの撓み剛性を調整してもよい。
[Example 4]
In the above embodiment, the scanning mirror, which is a movable member, is rotated and oscillated around a rotating shaft whose torsional rigidity is very small or almost zero. However, the movable member is a cantilever movable member made of an elastic body. The member can be rotated and vibrated by bending of the base portion 550a near the fixed end. The flexural rigidity may be adjusted by adjusting the thickness of the root portion 550a so as to realize a desired non-linear restoring torque characteristic.

図11は、こうした構成の実施例4の共振型光偏向器を示す断面図である。本実施例を示す図11において、550はカンチレバー式可動部材である走査ミラー、556は駆動コイル、558は走査ミラー550に着けられた磁性体、552は基台、551は走査ミラー550の一端部を固定・支持するスペーサである。この構成では、駆動手段が、走査ミラー550と一体に動くように取り付けられた磁性体558と、駆動コイル556から成る。磁性体558が駆動コイル556からの磁場に応じて磁化されて駆動コイル556から引力を受けたり、駆動コイル556への通電が切られて引力が消滅することで、走査ミラー550が回転振動させられる。本実施例では、復元手段は、反発ばね520と、支持手段の一部を構成する走査ミラー550の固定端付近の撓み可能な根元部551aからなる。ここでは、走査ミラー550に何も外力が働いていないときに走査ミラー550が水平な中央位置を保てる様に、撓み可能な根元部551aは、或る程度の撓み剛性を持つ。したがって、図3の不感帯が完全な不感帯ではなく、若干の傾きを持つ。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing a resonance type optical deflector according to the fourth embodiment having such a configuration. In FIG. 11 showing the present embodiment, a scanning mirror 550 is a cantilever movable member, 556 is a drive coil, 558 is a magnetic body attached to the scanning mirror 550, 552 is a base, and 551 is one end of the scanning mirror 550. Is a spacer for fixing and supporting In this configuration, the driving means includes a magnetic body 558 attached so as to move integrally with the scanning mirror 550 and a driving coil 556. The magnetic mirror 558 is magnetized in response to the magnetic field from the drive coil 556 and receives an attractive force from the drive coil 556, or the energization to the drive coil 556 is turned off and the attractive force disappears, whereby the scanning mirror 550 is rotated and oscillated. . In this embodiment, the restoring means includes a repulsion spring 520 and a flexible base portion 551a near the fixed end of the scanning mirror 550 that constitutes a part of the support means. Here, the deflectable root portion 551a has a certain degree of bending rigidity so that the scanning mirror 550 can maintain a horizontal central position when no external force is applied to the scanning mirror 550. Therefore, the dead zone in FIG. 3 is not a complete dead zone but has a slight inclination.

本実施例のカンチレバー式走査ミラー550の図11の矢印で示す回転振動は、加振ないし駆動手段である駆動コイル556と磁性体558により、上記した如く行われる。走査ミラー550が、復元手段である反発ばね520により略三角波駆動されることは、実施例1で述べた通りである。 The rotational vibration indicated by the arrow in FIG. 11 of the cantilever type scanning mirror 550 of this embodiment is performed as described above by the drive coil 556 and the magnetic body 558 which are vibration or drive means. As described in the first embodiment, the scanning mirror 550 is driven by a substantially triangular wave by the repulsion spring 520 as a restoring means.

この様な固定端付近の根元部550aの撓みを利用したカンチレバー式振動体を用いる実施例4でも、走査ミラーが大偏向角度かつ略三角波形で振動可能な光偏向器を実現できる。 Even in the fourth embodiment that uses the cantilever-type vibrating body utilizing the bending of the root portion 550a near the fixed end, an optical deflector capable of vibrating the scanning mirror with a large deflection angle and a substantially triangular waveform can be realized.

上記実施例では、復元手段または駆動・復元手段が、可動部材の回転振動範囲の両端の近傍に設けられていたが、可動部材の回転振動範囲の一方の端近傍のみにあって、他方の回転振動範囲の端は、例えば、回転軸に一定程度の捩り剛性を持たせて決める様にしてもよい。また、可動部材を中央位置の方向に戻そうとする復元力を発生する復元手段は、必ずしも、可動部材の回転振動範囲の端近くにある必要はなく、例えば、中央位置近くにあってもよい。そして、可動部材が回転振動範囲の端近傍に至るのを検知手段で検知する様にして、ここからの信号に基づいて復元手段が電磁力などを発生して可動部材を中央位置の方向に戻す様にしてもよい。 In the above embodiment, the restoring means or the driving / restoring means is provided in the vicinity of both ends of the rotational vibration range of the movable member, but only in the vicinity of one end of the rotational vibration range of the movable member and the other rotation. For example, the end of the vibration range may be determined by giving a certain degree of torsional rigidity to the rotating shaft. Further, the restoring means for generating the restoring force for returning the movable member toward the center position does not necessarily have to be near the end of the rotational vibration range of the movable member, and may be, for example, near the center position. . Then, the detection means detects that the movable member reaches the vicinity of the end of the rotational vibration range, and the restoring means generates electromagnetic force or the like based on the signal from the detection means to return the movable member to the central position. You may do it.

(実施例5)
図12は、本発明の光偏向器を用いたレーザビームプリンタの基本的な構成を示す本実施例の模式図である。図12において、2002はレーザ光源であり、2003はレンズ或いはレンズ群であり、2004は書き込みレンズまたはレンズ群(fθレンズを含む)であり、2006はドラム状感光体(画像表示面)である。2つのレンズ或いはレンズ群2003、2004の間には、本発明の共振型走査ミラーを用いた光偏向器2001が配置されている。この光偏向器2001では、上記実施例の駆動方式に加えて、回転振動タイミング情報を出力して、レーザ光源2002の点灯及び変調タイミングの制御、及び感光体2006の回転駆動の制御を行う。光偏向器2001は、ドラム状感光体2006の回転中心と平行な一次元方向に光を走査する光スキャナ装置として機能する。ここにおいて、レーザ光源2002から射出されたレーザ光は、光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けており、走査ミラー2001により略等角速度で偏向され、そしてfθレンズの存在により略等速度で感光体2006上を一次元的に走査される。
(Example 5)
FIG. 12 is a schematic diagram of this embodiment showing a basic configuration of a laser beam printer using the optical deflector of the present invention. In FIG. 12, 2002 is a laser light source, 2003 is a lens or a lens group, 2004 is a writing lens or lens group (including an fθ lens), and 2006 is a drum-shaped photoconductor (image display surface). Between the two lenses or lens groups 2003 and 2004, an optical deflector 2001 using the resonant scanning mirror of the present invention is disposed. In addition to the driving method of the above embodiment, the optical deflector 2001 outputs rotational vibration timing information to control the lighting and modulation timing of the laser light source 2002 and the rotational driving of the photoconductor 2006. The optical deflector 2001 functions as an optical scanner device that scans light in a one-dimensional direction parallel to the rotation center of the drum-shaped photoconductor 2006. Here, the laser light emitted from the laser light source 2002 is subjected to a predetermined intensity modulation related to the timing of optical scanning, is deflected at a substantially constant angular velocity by the scanning mirror 2001, and is substantially at a uniform speed due to the presence of the fθ lens. Thus, the photosensitive member 2006 is scanned one-dimensionally.

一方、ドラム状感光体2006は回転中心の回りで所定の回転速度で回転している。そして、感光体2006は図示しない帯電器により表面が一様に帯電されている。したがって、光偏向器2001による走査と感光体2006の回転とに基づき、走査されたレーザ光は書き込みレンズ2004により感光体2006の表面にパターン状に二次元状に入射されることになり、その光入射部分と光非入射部分とで静電潜像が形成される。さらに、図示しない現像器により、感光体2006の表面の静電潜像に対応したパターンのトナー像が形成され、これを例えば図示しない用紙に転写・定着することで用紙上に可視画像が形成される。 On the other hand, the drum-shaped photoconductor 2006 rotates at a predetermined rotation speed around the rotation center. The surface of the photoreceptor 2006 is uniformly charged by a charger (not shown). Therefore, based on the scanning by the optical deflector 2001 and the rotation of the photosensitive member 2006, the scanned laser light is incident on the surface of the photosensitive member 2006 in a two-dimensional pattern by the writing lens 2004. An electrostatic latent image is formed between the incident portion and the non-light incident portion. Further, a toner image having a pattern corresponding to the electrostatic latent image on the surface of the photoreceptor 2006 is formed by a developing device (not shown), and a visible image is formed on the paper by, for example, transferring and fixing the toner image on the paper (not shown). The

(実施例6)
図13は、本発明の光偏向器を用いた光学機器であるレーザディスプレイの基本的な構成を示す本実施例の模式図である。図13において、2002はレーザ光源であり、2003はレンズ或いはレンズ群であり、2004は書き込みレンズまたはレンズ群(fθレンズを含む)であり、2005は投影面(画像表示面)である。2つのレンズ或いはレンズ群2003、2004の間には、光偏向器群2001が配置されている。光偏向器群2001は、2つの走査ミラー2001a、2001bを備えている。レーザ光源2002からレンズ或いはレンズ群2003を経て到来する光は、走査ミラー2001aにより第1方向の回りでの偏向作用を受け、走査ミラー2001aにより偏向された光は、走査ミラー2001bにより第1方向と直交する第2方向の回りでの偏向作用を受ける。そして、書き込みレンズまたはレンズ群2004を経て投影面2005上へと投影されて画像を形成する。2つの走査ミラー2001a、2001bは本発明によるものであり、半導体作製プロセスを用いて作製される。レーザ光源2002から入射したレーザ光は、光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて、2つの走査ミラー2001a、2001bにより略等角速度で2次元的に走査される。
(Example 6)
FIG. 13 is a schematic diagram of this example showing a basic configuration of a laser display which is an optical apparatus using the optical deflector of the present invention. In FIG. 13, 2002 is a laser light source, 2003 is a lens or a lens group, 2004 is a writing lens or lens group (including an fθ lens), and 2005 is a projection surface (image display surface). An optical deflector group 2001 is disposed between the two lenses or lens groups 2003 and 2004. The optical deflector group 2001 includes two scanning mirrors 2001a and 2001b. The light coming from the laser light source 2002 through the lens or the lens group 2003 is deflected around the first direction by the scanning mirror 2001a, and the light deflected by the scanning mirror 2001a is changed to the first direction by the scanning mirror 2001b. A deflecting action around a second direction orthogonal to each other is received. Then, the image is projected onto the projection surface 2005 through the writing lens or lens group 2004 to form an image. The two scanning mirrors 2001a and 2001b are in accordance with the present invention and are fabricated using a semiconductor fabrication process. The laser light incident from the laser light source 2002 is subjected to predetermined intensity modulation related to the optical scanning timing, and is two-dimensionally scanned at two substantially equal angular speeds by the two scanning mirrors 2001a and 2001b.

そして、上記した様に、この走査されたレーザ光は書き込みレンズ2004を経て投影面2005上に等速度で画像を形成する。周波数追従制御及び振幅制御、回動タイミング情報出力は、水平走査用走査ミラーに対して用いられて、上記実施例と同様の処理が行われる。この結果、水平走査用と垂直走査用の走査ミラーの同期を取ることが可能となり、走査ビームの位置制御が可能となって、高画質な2次元画像を表示することができる。また、複雑な検出部が不要な走査ミラーを画像表示装置に用いられるため、超小型な画像表示装置を実現できる。さらに、高効率なミラー駆動と駆動状態検出を両立できるため、低消費電力の表示装置を実現することができる。 As described above, the scanned laser light passes through the writing lens 2004 to form an image on the projection surface 2005 at a constant speed. The frequency tracking control, amplitude control, and rotation timing information output are used for the horizontal scanning scanning mirror, and the same processing as in the above embodiment is performed. As a result, the horizontal scanning mirror and the vertical scanning mirror can be synchronized, the position of the scanning beam can be controlled, and a high-quality two-dimensional image can be displayed. In addition, since a scanning mirror that does not require a complicated detection unit is used in the image display device, an ultra-small image display device can be realized. Furthermore, since both high-efficiency mirror driving and driving state detection can be achieved, a display device with low power consumption can be realized.

この様に、本発明の光偏向器を用いることで、光走査の線形性が求められる用途、特にレーザプリンタや走査型画像形成装置等において、従来のポリゴンミラーに代えて小型で安価な光走査ユニットを実現できる。 In this way, by using the optical deflector of the present invention, small and inexpensive optical scanning can be used in place of conventional polygon mirrors in applications where optical scanning linearity is required, particularly in laser printers and scanning image forming apparatuses. A unit can be realized.

また、現在、マイクロマシンデバイスを用いて光走査を行うレーザビームプリンタ、ヘッドマウントディスプレイ等の走査型画像表示装置の高機能化のために、大偏向角度でかつ三角波形で振動する光偏向器が望まれる状況にある。こうした状況の中で、本発明の光偏向器の三角波形の等角速度走査範囲を利用できれば、例えば、レーザビームプリンタ等にこれを利用した場合、高速で回転するポリゴンミラーを使うことなく、従来のfθレンズを用いて感光ドラム上で比較的広い範囲の等速光走査が得られる。 In addition, an optical deflector that vibrates with a large deflection angle and a triangular waveform is now desired in order to enhance the functionality of scanning image display devices such as laser beam printers and head-mounted displays that perform optical scanning using micromachine devices. Is in a situation. Under such circumstances, if the equiangular velocity scanning range of the triangular waveform of the optical deflector of the present invention can be utilized, for example, when this is utilized for a laser beam printer or the like, a conventional polygon mirror can be used without rotating at high speed. A relatively wide range of constant speed light scanning is obtained on the photosensitive drum using the fθ lens.

図1は、本発明による非線形ばねに相当する復元手段を用いて略三角波駆動を実現する原理を説明する図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of realizing a substantially triangular wave drive using a restoring means corresponding to a nonlinear spring according to the present invention. 図2(a)は従来例を説明する断面図であり、図2(b)は捩りばね特性を示すグラフである。FIG. 2A is a sectional view for explaining a conventional example, and FIG. 2B is a graph showing torsion spring characteristics. 図3(a)は本発明の実施例1を実施するための構成原理を説明する断面図であり、図3(b)はその復元手段の非線形ばね特性を示すグラフである。FIG. 3A is a cross-sectional view illustrating the configuration principle for carrying out the first embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a graph showing the non-linear spring characteristics of the restoring means. 図4(a)は本発明の実施例1を説明する斜視図であり、図4(b)はその断面図である。4A is a perspective view for explaining the first embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a sectional view thereof. 図5(a)は本発明の実施例2を実施するための構成原理を説明する断面図であり、図5(b)はその復元手段の非線形ばね特性を示すグラフである。FIG. 5A is a cross-sectional view for explaining the configuration principle for carrying out the second embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a graph showing the nonlinear spring characteristic of the restoring means. 図6は本発明の実施例2を説明する断面図である。FIG. 6 is a sectional view for explaining a second embodiment of the present invention. 図7(a)は本発明の実施例3を実施するための構成原理を説明する断面図であり、図7(b)はその復元手段の非線形ばね特性を示すグラフである。FIG. 7A is a cross-sectional view for explaining the configuration principle for carrying out the third embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a graph showing the nonlinear spring characteristic of the restoring means. 図8は電磁力を用いた実施例3を説明する斜視図ある。FIG. 8 is a perspective view illustrating Example 3 using electromagnetic force. 図9は静電力を用いた実施例3を説明する断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating Example 3 using an electrostatic force. 図10は機械力を用いた実施例3を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating Example 3 using mechanical force. 図11はカンチレバー式の可動部材を用いた実施例4を説明する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating Example 4 using a cantilever type movable member. 図12は本発明の光偏向器を用いた実施例5の1次元画像形成装置の構成図である。FIG. 12 is a block diagram of a one-dimensional image forming apparatus of Embodiment 5 using the optical deflector of the present invention. 図13は本発明の光偏向器を用いた実施例6の2次元画像表示装置の構成図である。FIG. 13 is a block diagram of a two-dimensional image display apparatus according to Embodiment 6 using the optical deflector of the present invention. 図14は従来例のムービングマグネット電磁駆動方式を用いた光偏向器を示す斜視図である。FIG. 14 is a perspective view showing an optical deflector using a conventional moving magnet electromagnetic drive system. 図15は従来例のムービングコイル電磁駆動方式を用いた光偏向器を示す分解斜視図である。FIG. 15 is an exploded perspective view showing a conventional optical deflector using a moving coil electromagnetic drive system.

符号の説明Explanation of symbols

10、403 可動部材(走査ミラー)
11、401 支持手段(回転軸)
20、404 復元手段(反発ばね)
30、31、600、601 復元手段(対向電極)
40、41、700、701、702 駆動・復元手段(ヨーク、電磁コイル、電磁石、永久磁石)
42、44、45、801、802、803 検知手段(光源、光センサ)
405、406 駆動手段(駆動用電磁コイル、永久磁石)
502、503 駆動・復元手段(対向電極)
703 検知手段(ピエゾ抵抗部)
900 駆動・復元手段(ピエゾ素子)
901、902 検知手段(センスコイル、永久磁石)
2001 本発明の光偏向器
2002 光源(レーザ光源)
10, 403 Movable member (scanning mirror)
11, 401 Support means (rotating shaft)
20, 404 Restoration means (repulsion spring)
30, 31, 600, 601 Restoration means (counter electrode)
40, 41, 700, 701, 702 Driving / restoring means (yoke, electromagnetic coil, electromagnet, permanent magnet)
42, 44, 45, 801, 802, 803 Detection means (light source, optical sensor)
405, 406 Driving means (electromagnetic coil for driving, permanent magnet)
502, 503 Driving / restoring means (counter electrode)
703 Detection means (piezoresistive part)
900 Drive / restoration means (piezo element)
901, 902 Detection means (sense coil, permanent magnet)
2001 Optical deflector 2002 of the present invention Light source (laser light source)

Claims (10)

支持手段で略回転軸回りに回転して振動可能に支持される可動部材と、可動部材を略回転軸回りに中央位置を中心に回転して振動する様に駆動する駆動手段と、可動部材の回転振動範囲を決めるとともに可動部材を中央位置の方向に戻そうとする復元力を発生する復元手段を有することを特徴とする揺動体装置。 A movable member that is supported by the support means so as to be able to vibrate by rotating about a rotation axis; a drive means for driving the movable member to rotate about a central position about a central position; An oscillator device comprising: a restoring means for determining a rotational vibration range and generating a restoring force for returning the movable member toward the center position. 支持手段で略回転軸回りに回転して振動可能に支持される可動部材と、可動部材の回転角度を検知する検知手段と、可動部材を略回転軸回りに中央位置を中心に回転して振動する様に駆動すると共に、検知手段からの信号に基づいて、可動部材の回転振動範囲を決め、可動部材を中央位置の方向に戻そうとする復元力を発生する駆動・復元手段を有することを特徴とする揺動体装置。 A movable member that is supported by a support means so as to be able to vibrate by rotating about a rotation axis, a detection means that detects the rotation angle of the movable member, and a vibration that rotates the movable member around a rotation axis about a central position. And driving / restoring means for determining a rotational vibration range of the movable member based on a signal from the detection means and generating a restoring force for returning the movable member toward the center position. Oscillator device characterized. 前記復元手段または駆動・復元手段が、前記可動部材の回転振動範囲の両端の少なくとも一方の近傍に設けられている請求項1または2に記載の揺動体装置。 The oscillator device according to claim 1, wherein the restoring means or the driving / restoring means is provided in the vicinity of at least one of both ends of the rotational vibration range of the movable member. 前記支持手段が、前記回転軸を規定する捩り軸を中心に比較的弱い或いは殆どゼロの捩れ剛性でもって捩れ振動可能に前記可動部材を支持するトーションバーである請求項1乃至3のいずれかに記載の揺動体装置。 4. The torsion bar that supports the movable member so as to be capable of torsional vibration with a relatively weak or almost zero torsional rigidity around a torsion axis that defines the rotating shaft. The oscillator device described. 前記復元手段または駆動・復元手段の発生する復元力が、前記可動部材が衝突したときに生ずるばね部材の変形による機械的な反発力、或いは前記可動部材が近接したときに生ずる電磁力の反発力、或いは前記可動部材が近接したときに生ずる注入電荷による静電力の反発力である請求項1乃至4のいずれかに記載の揺動体装置。 The restoring force generated by the restoring means or the driving / restoring means is a mechanical repulsive force caused by deformation of a spring member generated when the movable member collides, or a repulsive force of electromagnetic force generated when the movable member approaches. The oscillator device according to any one of claims 1 to 4, wherein the oscillator device is a repulsive force of an electrostatic force caused by an injected charge generated when the movable member approaches. 前記可動部材に反射面が形成され、前記検知手段が反射面で反射される光の角度を検知することで可動部材の回転角度を検知する請求項2乃至5のいずれかに記載の揺動体装置。 6. The oscillator device according to claim 2, wherein a reflection surface is formed on the movable member, and the detection unit detects a rotation angle of the movable member by detecting an angle of light reflected by the reflection surface. . 前記可動部材が偏向ミラーであり、光偏向器を構成することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の揺動体装置。 The oscillator device according to any one of claims 1 to 6, wherein the movable member is a deflection mirror and constitutes an optical deflector. 請求項1及び3乃至7のいずれかに記載の揺動体装置の制御方法において、前記可動部材の固有振動数と略等しい駆動周波数で前記駆動手段を駆動することで、可動部材を回転振動せしめ、その後、前記復元手段による復元力を得た後に駆動手段の駆動周波数と振幅を増大させて、所望の振動数と略三角波形の可動部材の回転振動を得ることを特徴とする揺動体装置の制御方法。 In the control method of the oscillator device according to any one of claims 1 and 3 to 7, the movable member is rotationally vibrated by driving the drive means at a drive frequency substantially equal to the natural frequency of the movable member, Then, after obtaining the restoring force by the restoring means, the driving frequency and amplitude of the driving means are increased to obtain the desired vibration frequency and rotational vibration of the movable member having a substantially triangular waveform. Method. 請求項2乃至7のいずれかに記載の揺動体装置の制御方法において、前記駆動・復元手段により、揺動体装置の始動時に、可動部材を回転振動せしめ、その後、可動部材の回転角度の検知手段からの信号に基づいて発生される復元力による可動部材の回転振動方法に切り替えることを特徴とする揺動体装置の制御方法。 8. The method for controlling an oscillating body device according to claim 2, wherein the driving / restoring means causes the movable member to oscillate at the time of starting the oscillating body apparatus, and thereafter detects the rotational angle of the movable member. A control method for an oscillator device, characterized in that the method is switched to a rotational vibration method of a movable member by a restoring force generated on the basis of a signal from. 光源と、光源を変調する光源変調手段と、請求項7に記載の光偏向器と、光源変調手段と光偏向器を制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus comprising: a light source; a light source modulating unit that modulates the light source; an optical deflector according to claim 7; and a control unit that controls the light source modulating unit and the optical deflector.
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