JPH09243953A - 光走査装置 - Google Patents

光走査装置

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JPH09243953A
JPH09243953A JP4613496A JP4613496A JPH09243953A JP H09243953 A JPH09243953 A JP H09243953A JP 4613496 A JP4613496 A JP 4613496A JP 4613496 A JP4613496 A JP 4613496A JP H09243953 A JPH09243953 A JP H09243953A
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JP
Japan
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magnet
optical scanning
scanning device
mirror
coil
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Pending
Application number
JP4613496A
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English (en)
Inventor
Yasuisa Kobayashi
靖功 小林
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Brother Industries Ltd filed Critical Brother Industries Ltd
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Priority to US08/751,077 priority patent/US5982521A/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハウジングを除去し、部品数の削減及び組み
立て作業の軽減をはかるとともに、従来よりはるかに小
型軽量化された光走査装置を提供すること。 【解決手段】 超弾性合金ワイヤ2が適当な張力で引っ
張られた状態でコア1に固定治具3によって固定されて
いる。超弾性合金ワイヤ2のほぼ中央に、磁石付きミラ
ー4が、図示しない接着剤にて固定されている。コア1
にはコイル5が巻き付けられており、例えば300ター
ンほど巻かれている。そして、パルス電流発生器6によ
り、例えば3Vで100mA程度の電流をコイル5に流
すと交番磁界が発生し、磁石付きミラー4が振動する。
光源7より発射されたレーザー光線8は磁石付きミラー
4によって反射され、磁石付きミラー4が共振すること
により被走査面9に走査される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザープリン
タ、バーコードリーダ、レーザースキャンマイクロメー
タ等の事務機器、計測機に使用される光走査装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、磁石付きミラーと交流磁場を発生
させるためのコイルを備えた光走査装置としては、例え
ば図5に示す構成を有するものが知られている。その概
略を説明すると、超弾性合金等からなる弾性線状部材5
5が、適当な張力で引っ張られた状態でハウジング51
に固定治具52によって固定されている。弾性線状部材
55のほぼ中央に、磁石付きミラー53が、図示しない
接着剤で固定されている。
【0003】一方、コア56にはコイル57が巻き付け
られている。コイル57は、コア56に設けられたネジ
穴58、及び、ハウジング51に設けられた穴54を通
して図示しないネジによってハウジング51に固定され
ている。そして、パルス電流発生器59より所定の電流
をコイルに流すと交番磁界が発生し、磁石付きミラー5
3が振動する。光源61より発射されたレーザー光60
は、磁石付きミラー53によって反射され、磁石付きミ
ラー53が共振することにより被走査面62に走査され
るのである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光走査装置は、ハウジング51とコイル57をそれぞれ
別々に作製した後、ネジ止め等で一体化して構成される
ため、装置が大型化するという問題点があった。また、
ハウジング51には、通常非磁性金属材料のアルミ合金
やオーステナイト系ステンレス鋼等が用いられるため、
装置総重量が大きくなるという問題点もあった。
【0005】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、弾性線状部材及び磁石付きミラ
ーをコアを介してコイルに直接取り付けた構成とするこ
とにより、ハウジングを除去し、部品数の削減及び組み
立て作業の軽減をはかるとともに、従来よりはるかに小
型軽量化された光走査装置を提供することを目的として
いる。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項1に記載の光走査装置は、レーザー光
線を出射する光源と、交番磁界を発生させるコイルと、
そのコイルが巻き付けられたコアの端部もしくは内部に
張設された弾性線状部材と、その弾性線状部材を揺動軸
線として揺動可能に前記弾性線状部材に固着され、前記
コイルから発生された交番磁界によって振動して前記レ
ーザー光線を反射させる磁石付きミラーとから構成され
ている。従って、コアを介して弾性線状部材と磁石付き
ミラーとをコイルに直接取り付けたので、従来必要であ
ったハウジングが不要となり、著しく小型軽量化された
光走査装置を提供できる。
【0007】また、請求項2に記載の光走査装置は、前
記弾性線状部材に、疲労限の高いTi−Ni系、Cu−
Zn系等の超弾性合金を使用している。そのため、長時
間駆動しても破断することなく極めて耐久性のよい光走
査装置を提供できる。
【0008】さらに、請求項3に記載の光走査装置は、
前記弾性線状部材に、疲労限の向上を目的とした表面処
理が施されている。そのため、極めて耐久性に優れた光
走査装置を提供できる。
【0009】また、請求項4に記載の光走査装置は、前
記弾性線状部材の、前記磁石付きミラーを支持している
支持部分に対して、前記コアに固定した固定部分の線径
を太く設定している。このため、弾性線状部材が固定部
分で破断することなく、極めて耐久性に優れた光走査装
置を提供できる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0011】図1は、本実施形態の光走査装置の構造を
示すものである。弾性線状部材としての、Ti−Ni合
金からなる超弾性合金ワイヤ2が、適当な張力で引っ張
られた状態で、固定治具3によってコア1に固定されて
いる。超弾性合金ワイヤ2のほぼ中央に、磁石付きミラ
ー4が、図示しない接着剤にて固定されている。コア1
にはコイル5が巻き付けられており、例えば300ター
ンほど巻かれている。そして、パルス電流発生器6によ
り、例えば3Vで100mA程度の電流をコイル5に流
すと、交番磁界が発生し、交番磁界と超弾性合金ワイヤ
2の復元力により磁石付きミラー4が振動する。光源7
より発射されたレーザー光線8は、磁石付きミラー4に
よって反射され、磁石付きミラー4が共振することによ
り被走査面9に走査される。
【0012】次に、動作について説明する。
【0013】今、コイル5に図1に示すようなパルス電
流を流すと、コイル5前方及び後方には、図2の(a)
及び(b)に示すように、いわゆる交番磁界ができる。
そして、中心が超弾性合金ワイヤ2に固定され、かつ、
コイル5前方に設置されている磁石付きミラー4は、交
番磁界によりMHcosθのトルクを受ける(Mは磁石
付きミラーの磁気モーメント、Hは磁界の強さ、θはふ
れ角。)。また、ねじれ角θの場合、超弾性合金ワイヤ
2による復元力、kθも同時に受ける(k:バネ定
数)。
【0014】さらに、磁石付きミラー4が高速に振動す
る場合、空気との摩擦抵抗及び超弾性合金ワイヤ2内部
の摩擦抵抗等によって、dθ/dtに比例した減衰力も
受けることになる。そして前記トルクが周期的(角振動
数ω)に加わると、磁石付きミラー4はねじり振動を始
める。この振動系を方程式で表すと、次に示す数式1の
ようになる。
【0015】
【数1】
【0016】これは、減衰振動系に強制力が加わった場
合の方程式で、その一般解は以下の数式2で表される。
【0017】
【数2】
【0018】つまり、電流の周波数ωと、磁石付きミラ
ー4及び超弾性合金ワイヤ2からなる機械系の固有振動
数ω0が一致した場合、いわゆる共振状態となり、最大
のふれ角が得られる。本実施形態の場合、コイル5にか
ける電圧が3V、コイル電流が約100mAで、約80
0Hzで共振し、そのふれ角は約50度、すなわち、走
査角約100度でレーザー光を走査するのである。
【0019】本実施形態では、走査角約100度、走査
周波数800Hzを例にとって説明したが、超弾性合金
ワイヤ2の線径φ及び磁石付きミラー4の質量mを変え
ることによって、様々な周波数の光走査装置をつくるこ
とができる。例えば、400Hzの光走査装置を製作す
る場合、周波数fは(k/m)1/2に比例し、バネ定数
kはφ4に比例することから、φの2乗が周波数に比例
することになる。φ=400μmで共振周波数が800
Hzであったことから、おおよそφ=100μmの超弾
性合金ワイヤ2を上記と同様な条件で用いれば、およそ
400Hzの光走査装置を製作することができる。
【0020】さらに、数式2の係数MH/Iからわかる
ように、色々な強さ(M)の磁石付きミラーを用いるこ
とにより、あるいは様々な振幅の磁界(H=ni、n:
コイル巻線数 i:電流)即ち電流iを与えることによ
り、対象となる電気製品や電子機器に応じて所望の走査
角を持つ光走査装置も製作することができる。
【0021】また、本実施形態ではコイル5に流す電流
波形を矩形波とした。なぜなら、図2に示すようにねじ
れ角θによって磁石付きミラーに加えられるトルクはM
Hcosθとなり、ちょうど交番磁界Hcosθが磁石
付きミラーの磁気モーメントMに作用することになり、
θ=ωtとおくと数式1が成立するからである。図3
に、矩形波電流に伴う磁石付きミラーのねじれ角θの振
動の様子を示す。数式(2ー2)より、ω=ω0のと
き、α=90゜すなわちθは交番磁界に対して90゜位
相遅れとなる。つまり、磁界の切りかわりから90゜遅
れたところで磁石付きミラーのねじれ角θは最大にな
り、ひいては超弾性合金ワイヤ2による復元力kθ
(k:バネ定数)も最大となる。電流波形の各点a、
b,c,dは、それぞれ磁石付きミラーの振動状態
(a)、(b),(c),(d)に対応している。矩形
波にすると、超弾性合金ワイヤ2の復元力が最大になる
まで磁石付きミラー4にトルクを与えることができるの
で、他の電流波形に比べて走査幅を最大にすることがで
きる。しかしながら、走査幅に余裕があれば、SIN
波、三角波等の周期波形でも十分走査可能である。
【0022】さらに、本実施形態では、コイル5に流す
電流を最小限に止めるために、共振現象を利用して光走
査装置を構成したが、電力に余裕があるなら共振点をは
ずして光走査装置を駆動しても機能上問題はないのであ
る。
【0023】尚、本実施形態では超弾性合金ワイヤ2に
Ti−Ni合金を採用したが、Cu−Zn、Ag−C
d、Au−Cd、Cu−Sn、Cu−Al−Ni、Ni
−Al、Fe−Pt等、応力誘起相変態を起こす超弾性
合金ならば、いずれを採用してもよい。
【0024】また、さらに低コスト化を図るために、弾
性線状部材として、あらかじめショットピーニング等の
表面処理を施して疲労限の向上を図ったステンレスワイ
ヤを用いてもよい。
【0025】さらに、他の実施形態として、図4に示す
ように、超弾性合金ワイヤ2のコア1との固定部分であ
るコア固定部10の線径を、中央部に比べてあらかじめ
太く設定し、固定治具3によってコア固定部10とコア
1とを固定して構成することも考えられる。磁石付きミ
ラー4の振動により最も断線しやすいコア固定部10の
線径を、例えば電気メッキ法等であらかじめ太く形成し
ておくことにより駆動中の断線を防止し、耐久性に優れ
た光走査装置を提供できる。さらに、コア固定部10の
線径を、中央部に向かって徐々に細くなるように、いわ
ゆるテーパ状に形成すると、最も応力集中が少なく断線
しにくくなり効果的である。
【0026】また、本実施形態では、便宜上コア1の端
面に超弾性合金ワイヤ2及び磁石付きミラー4を配置し
たが、コア1の内部に配置することも可能である。ま
た、もれ磁束をなくすため、コア1の中にさらにフェラ
イト等の透磁率の高い材料を入れてもよい。
【0027】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように、請
求項1に記載の光走査装置は、交番磁界を発生させるコ
イルが巻き付けられたコアの端部もしくは内部に弾性線
状部材を張設し、その弾性線状部材に磁石付きミラーを
揺動可能に固着したので、コイルに交番電流を流すとコ
イル周辺には交番磁界が発生し、弾性線状部材に固定さ
れた磁石付きミラーにトルクを与えるため、弾性線状部
材にはねじり応力が発生する。このため、弾性線状部材
は交番磁界によりトルクを、ねじりにより復元力を受け
るので、磁石付きミラーを周期的な交番電流によって振
動させることができる。特に、弾性線状部材及び磁石付
きミラーからなる振動系の機械的固有振動数と前記交番
電流の周波数が一致した場合は共振が起こり、振幅を最
大にできる。このような構成にすれば、入射するレーザ
ー光の走査角度を大きくすることができる。特に、従来
必要であったハウジングが不要となったため、製造過程
においてハウジングとコイルの組み付け工程が不要とな
り、作業性が著しく向上する。また、著しく小型軽量化
された光走査装置を提供できる。
【0028】また、請求項2に記載の光走査装置は、前
記弾性線状部材に、疲労限の高いTi−Ni系、Cu−
Zn系等の超弾性合金を使用したので、長時間駆動して
も破断することなく極めて耐久性のよい光走査装置を提
供できる。
【0029】さらに、請求項3に記載の光走査装置は、
前記弾性線状部材に、疲労限の向上を目的とした表面処
理を施したので、極めて耐久性に優れた光走査装置を安
価に提供できる。
【0030】また、請求項4に記載の光走査装置は、弾
性線状部材の、磁石付きミラーを支持する支持部分に対
して、コアに固定した固定部分の線径を太く設定したの
で、従来駆動中最も応力集中が大きくなり破断に至るこ
とが多かった固定部分の断線をほとんど皆無にすること
ができ、その結果極めて耐久性に優れた光走査装置を提
供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の光走査装置の構成を示す斜視図で
ある。
【図2】本実施形態に用いた磁石付きミラーが交番磁界
からトルクを受ける模式図である。
【図3】本実施形態に用いた磁石付きミラーが矩形波電
流に伴って振動する様子を示す図である。
【図4】本発明の光走査装置の他の実施形態を示す斜視
図である。
【図5】従来の光走査装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 コア 2 超弾性合金ワイヤ 4 磁石付きミラー 5 コイル 7 光源 8 レーザー光線 10 コア固定部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザー光線を出射する光源と、交番磁
    界を発生させるコイルと、そのコイルが巻き付けられた
    コアの端部もしくは内部に張設された弾性線状部材と、
    その弾性線状部材を揺動軸線として揺動可能に前記弾性
    線状部材に固着され、前記コイルから発生された交番磁
    界により揺動して前記レーザー光線を反射させる磁石付
    きミラーとを備えたことを特徴とする光走査装置。
  2. 【請求項2】 前記弾性線状部材は、Ti−Ni系、C
    u−Zn系等の超弾性合金からなることを特徴とする請
    求項1に記載の光走査装置。
  3. 【請求項3】 前記弾性線状部材は、疲労限の向上を目
    的とした表面処理が施されていることを特徴とする請求
    項1または2に記載の光走査装置。
  4. 【請求項4】 前記弾性線状部材は、前記磁石付きミラ
    ーを支持している支持部分に対して、前記コアに固定し
    た固定部分の線径を太く設定したことを特徴とする請求
    項1乃至3に記載の光走査装置。
JP4613496A 1995-11-15 1996-03-04 光走査装置 Pending JPH09243953A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4613496A JPH09243953A (ja) 1996-03-04 1996-03-04 光走査装置
US08/751,077 US5982521A (en) 1995-11-15 1996-11-15 Optical scanner

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4613496A JPH09243953A (ja) 1996-03-04 1996-03-04 光走査装置

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JPH09243953A true JPH09243953A (ja) 1997-09-19

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JP4613496A Pending JPH09243953A (ja) 1995-11-15 1996-03-04 光走査装置

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