光偏向器、光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置
【課題】小型で駆動効率がよく、大振幅が得られ、さらに動的変形が低減でき、温度上昇による共振周波数の変動の低減が可能な光偏向器を提供する。
【解決手段】固定ベース５０、光反射面を有するミラー部１０、該ミラー部１０を内部枠部材２０を介して揺動可能に支持する一対の弾性支持部材３０ａ，３０ｂ、及び一対の駆動梁４０ａ，４０ｂを備え、該一対の駆動梁４０ａ，４０ｂは、ミラー部１０と内部枠部材２０と一対の弾性支持部材３０ａ，３０ｂを固定ベース４０に対して片持ち支持する。内部枠部材２０とミラー部１０は、該ミラー部１０の中心に対して放射状に配置した複数の連結部材２２で接続し、且つ、一対の弾性支持部材３０ａ，３０ｂと内部枠部材２０の接続点の延長線上には連結部材２２を配置しないようにする。
【解決手段】固定ベース５０、光反射面を有するミラー部１０、該ミラー部１０を内部枠部材２０を介して揺動可能に支持する一対の弾性支持部材３０ａ，３０ｂ、及び一対の駆動梁４０ａ，４０ｂを備え、該一対の駆動梁４０ａ，４０ｂは、ミラー部１０と内部枠部材２０と一対の弾性支持部材３０ａ，３０ｂを固定ベース４０に対して片持ち支持する。内部枠部材２０とミラー部１０は、該ミラー部１０の中心に対して放射状に配置した複数の連結部材２２で接続し、且つ、一対の弾性支持部材３０ａ，３０ｂと内部枠部材２０の接続点の延長線上には連結部材２２を配置しないようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光等の光ビームを偏向・走査する光偏向器、詳しくは圧電力を用いた光偏向器に関し、さらに、この光偏向器を備えた光走査装置、この光走査装置を光書込みユニットとして備える画像形成装置、この光偏向器を投影面の走査ユニットとして備える画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光等の光ビームを偏向・走査する光偏向器は、複写機等の画像形成装置、画像投影装置、さらには、レーザビームプリンタ、バーコードスキャナなどに広く用いられている。従来、この種の光偏向器として、静電力を用いたもの、電磁力を用いたもの、圧電力を用いたものなどが知られている。
【０００３】
静電力を用いた光偏向器は、電極の形状が平行平板型と櫛歯型のものがあり、櫛歯型の電極では近年の微細加工技術の向上によって比較的大きな駆動力を発生できるようにはなったが、十分な光ビームの偏向角が得られないため、駆動電圧を大きくして補うしかない。しかし、駆動電圧を大きくしようとすると、電源系の部品が大きくなり、全体として大型化したり、コストが増加することとなる。
【０００４】
電磁力を用いた光偏向器は、大きな偏向角を得るためには、永久磁石の磁力を強めるか、コイルの電流を大きくする必要があり、大型化や消費電力の増大を招くこととなる。小型化のため磁歪膜などを用いたものも検討されているが、磁性体としての特性が劣る問題がある。また、コイルに電流を流すと余分な熱が発生し、この点からも消費電力が大きくなってしまう。
【０００５】
一方、圧電力を用いた場合は、比較的大きな駆動電圧が必要ではあるが、小さな電力で大きな力を発生させることが可能である。また、圧電材料を梁状弾性部材に張り合わせてユニモルフ構造、バイモルフ構造とすることで、圧電力による面内方向のわずかな歪みを反りに変えることで大きな変形を得ることも可能である。しかし、従来の圧電力を用いた光偏向器には、まだ種々の問題がある。
【０００６】
例えば、特許文献１には、マイクロミラーが揺動可能に支持された枠体全体をバルク圧電素子により加振することで、マイクロミラーを回転振動させる光偏向器が記載されている。しかしながら、バルク圧電素子を使用しているため、加振振幅が小さく、また、小型化が困難で、コストがかかること云う問題がある。
【０００７】
また、特許文献２には、一対の圧電バイモルフの各一端を基体に片持ち梁状に固定し、自由端同士を連結部材で接続し、該連結部材の中央部から圧電バイモルフと平行に延出したねじり変形部材にミラー部を設けた構成の光偏光器が記載されている。この光偏光器では、ねじり変形部は一端を自由端としているので、ねじり変形方向だけではなく曲げ方向にも変形ができ、ミラー部は２軸方向の回転動作が可能になっている。しかしながら、ねじり変形部材は圧電バイモルフと平行に配置されているため、バイモルフの曲げによるモーメントが十分に生かされてない問題がある。また、ねじりと直交する曲げ方向の動作についても、圧電バイモルフの変形量は非常に小さいため、周波数を高くしようとした場合、ねじり部材の剛性を上げると、曲げ方向に変形しにくくなるため、曲げ方向の動作は大きな振幅を得ることが難しい問題がある。
【０００８】
また、特許文献３には、ミラー部の両側に接続されて、ミラー部を揺動可能に支持する一対の弾性支持部材をそれぞれ、圧電材料を梁状弾性部材に張り合わせた一対の駆動梁（カンチレバー）で、該弾性支持部材の軸と直角に固定ベースの両方から支持し、これから一対の駆動梁を互い逆方向に駆動（逆相駆動）することで、ミラー部を回転振動させる光偏向器が記載されている。しかしながら、ミラー部と該ミラー部の支持部材は、その両端がそれぞれ一対の駆動梁で固定ベースの両方向から支持される構成であるため、ミラー部の回転振幅には限界があり、また、一方向の回転振幅に計４個の駆動梁を配置する必要があるため、小型化も困難であり、コスト高になる問題がある。
【０００９】
さらに、引用文献４には、ミラー部と該ミラー部を揺動可能に支持する一対の弾性支持部材との間に、ミラー部の外周を囲むようにフレームを設け、ミラー部と該フレームとを複数の連結部材で連結して、ミラー部の動的変形を減少させるようにした光偏向器（マイクロミラーデバイス）が記載されている。しかしながら、引用文献４の構成では、ミラー部から弾性支持部材への熱抵抗が小さく、光源照射によるミラー部の温度上昇により弾性支持部材の温度も上昇して、偏向ミラー系の共振周波数が大きく変動する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来の圧電力を用いる光偏向器の上記のような問題を解決し、小型で駆動効率が良く、大きな回転振幅が得られ、且つ、動的変形が低減できる光偏向器を提供することにある。さらには、ミラー部の温度上昇による共振周波数の変動が低減できる光偏向器を提供することにある。
【００１１】
また、本発明は、小型で駆動効率がよく、大振幅が得られ、且つ、動的変形が低減でき、さらには、共振周波数の変動が低減できる光偏向器を用いて、特性の良い光走査装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明は、小型で駆動効率がよく、大振幅が得られ、且つ、動的変形が低減でき、さらには、共振周波数の変動が低減できる光偏向器を用いた光走査装置を光書込みユニットに用いて、性能の良い画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
さらに、本発明は、小型で駆動効率がよく、大振幅が得られ、且つ、動的変形が低減でき、さらには、共振周波数の変動が低減できる光偏向器を用いて、消費電力が小さく、広画角な投影が得られる画像投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の光偏向器は、固定ベースと、光反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を囲う内部枠部材と、前記内部枠部材と前記ミラー部を接続する複数の連結部材と、前記ミラー部を前記内部枠部材を介して揺動可能に支持する一対の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の駆動梁とを有し、前記弾性支持部材の長手方向と前記駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記駆動梁の他端は固定ベースに固定されて、一対の前記駆動梁で、前記ミラー部と前記内部枠部材と一対の前記弾性支持部材とが前記固定ベースに対して片持ち支持され、前記駆動梁が曲げ振動することで、前記弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に回転振動することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の光偏向器は、可動枠と、光反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を囲う内部枠部材と、前記内部枠部材と前記ミラー部を接続する複数の連結部材と、前記ミラー部を前記内部枠部材を介して揺動可能に支持する一対の第１の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の第１の駆動梁と、前記可動枠を揺動可能に支持する一対の第２の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の第２の駆動梁と、固定ベースとを有し、前記第１の弾性支持部材の長手方向と前記第１の駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記第１の駆動梁の他端は前記可動枠に固定されて、一対の前記第１の駆動梁で、前記ミラー部と前記内部枠部材と前記一対の第１の弾性支持部材とが前記可動枠に対して片持ち支持され、前記第２の弾性支持部材の長手方向と前記第２の駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記第２の駆動梁の他端は固定ベースに固定されて、一対の前記第２の駆動梁で、前記可動枠と一対の前記第２の弾性支持部材とが前記固定ベースに対して片持ち支持され、前記第１の駆動梁が曲げ振動することで、前記第１の弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第１の方向に回転振動し、前記第２の駆動梁が曲げ振動することで、前記第２の弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記可動枠が回転振動し、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第２の方向に回転振動することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の光偏向器は、可動枠と、光反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を囲う内部枠部材と、前記内部枠部材と前記ミラー部を接続する複数の連結部材と、前記ミラー部を前記内部枠部材を介して揺動可能に支持する一対の第１の弾性支持部材と、前記可動枠を揺動可能に支持する一対の第２の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の駆動梁と、固定ベースとを有し、一対の前記第１の弾性支持部材は、その一端が前記ミラー部に接続され、他端が前記可動枠に固定されて、前記ミラー部が前記内部枠部材を介して揺動可能に支持され、前記第２の弾性支持部材の長手方向と前記駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記駆動梁の他端は固定ベースに固定されて、一対の前記駆動梁で、前記可動枠と一対の前記第２の弾性支持部材とが前記固定ベースに対して片持ち支持され、一対の前記駆動梁が逆位相で曲げ振動することで、一対の前記第１の弾性支持部材の軸周りに回転振動が発生して、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第１の方向に回転振動し、一対の前記振動梁が同位相で曲げ振動することで、前記第２の弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記可動枠が回転振動し、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第２の方向に回転振動することを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の光偏向器は、内部枠部材とミラー部を接続する複数の連結部材は、ミラー部の中心に対して放射状に配置され、且つ、一対の弾性支持部材と内部枠部材の接続点の延長線上には連結部材が配置されないことを特徴とする。そして、好ましくは、内部枠部材とミラー部は６個以上の連結部材で接続されることを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明の光偏向器は、ミラー部の重心が、弾性支持部材の中心軸に対して、駆動梁と固定ベースとの接続部側に近接する方向にオフセットされていることを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明の光偏向器は、弾性支持部材と駆動梁の接続部分に、光反射面と垂直な方向の厚さが部分的に薄くなるように窪みが形成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の光走査装置は、光源と、光源からの光ビームを偏向させる上記光偏向器と、偏向された光ビームを被走査面にスポット状に結像する結像光学系とを備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の画像形成装置は、上記光走査装置と、光ビームの走査により潜像を形成する感光体と、潜像をトナーで顕像化する現像手段と、トナー像を記録紙に転写する転写手段とを有することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の画像投影装置は、光源と、前記光源からの光ビームを画像信号に応じて変調する変調器と、前記光ビームを略平行光とするコリメート光学系と、前記略平行光とされた光ビームを偏向して投影面に投射する上記光偏向器とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光偏向器によれば、駆動梁は、ミラー部と該ミラー部を揺動可能に支持する一対の弾性支持部材を固定ベースに対して片持ち支持し、更にミラー部を囲う内部枠部材を設け、該内部枠部材とミラー部を複数の連結部材で接続することで、小型で、効率よくミラー部を回転させ、大きな回転振幅を得ることができ、更に、動的変形が低減できる。また、一対の弾性支持部材と内部枠部材の接続点の延長線上には連結部材を配置しないようにすることで、ミラー部から弾性支持部材への熱抵抗を大きくでき、光照射によるミラー部の温度上昇による共振周波数の変動の低減が可能になる。
【００２４】
したがって、本発明の光偏向器を用いることで、特性の良い光走査装置を提供でき、該光走査装置を光書込みユニットに用いることで、性能の良い画像形成装置を提供することができる。さらに、本発明の光偏向器を用いて、消費電力が小さく、広画角投影が可能な画像投影装置を提供することができる。
なお、本発明の光偏向器のさらなる作用効果は、後述の実施の形態の説明で明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１の光偏向器の斜視図である。
【図２】図１の光偏向器の平面図である。
【図３】図１の光偏向器の駆動梁の構成を説明する図である。
【図４】図１の光偏向器のミラー部の回転振幅の周波数応答特性を示す図である。
【図５】図１の光偏向器のミラー部の２種類の固有振動モード形状を示す図である。
【図６】内部枠部材と連結部材によるミラー支持形状の具体例を示す図である。
【図７】４点支持における動的変形量の計算例を示す図である。
【図８】４点支持、６点支持、８点支持における動的変形量を比較した図である。
【図９】温度による共振周波数の変化を示す図である。
【図１０】従来例における熱伝達経路を説明する図である。
【図１１】本発明の実施例１における熱伝達経路を説明する図である。
【図１２】本発明の実施例２の光偏向器の斜視図である。
【図１３】図１２の光偏向器の平面図である。
【図１４】図１２の光偏向器のミラー部の回転振幅の周波数応答特性を示す図である。
【図１５】図１２の光偏向器のミラー部の２種類の固有振動モード形状を示す図である。
【図１６】図１２の光偏向器の駆動梁の撓み変形とミラー部の回転の関係を説明する図である。
【図１７】本発明の実施例３の光偏向器の斜視図である。
【図１８】図１７の光偏向器の平面図である。
【図１９】本発明の実施例４の光偏向器の斜視図である。
【図２０】本発明の実施例５の光偏向器の斜視図である。
【図２１】本発明の光偏向器を用いた光走査装置の一例の全体構成図である。
【図２２】図２１の光装置の光偏向器と駆動手段の接続を示す図である。
【図２３】図２１の光走査装置を光書込みユニットとして実装した画像形成装置の一例の全体構成図である。
【図２４】本発明の光偏向器を用いた画像形成装置の一例の全体斜視図である。
【図２５】図２４の画像投影装置を駆動系も含めて示した概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１に、本発明の光偏向器の実施例１の全体斜視図、図２に平面図を示す。図１，図２において、１０は光を反射させる反射面を有するミラー部であり、このミラー部１０の両端には、内部枠部材２０を介して、ミラー部１０を揺動可能に支持する一対の弾性支持部材としてのトーションバースプリング３０ａ，３０ｂが接続されている。内部枠部材２０はミラー部１０を囲むように設けられて、複数の連結部材２２によってミラー部１０と接続され、この内部枠部材２０の両側に一対のトーションバースプリング３０ａ，３０ｂが接続される。
内部枠部材２０とミラー部１０を接続する複数の連結部材２２は、ミラー部１０の中心に対して放射状に配置される。但し、本実施例では、一対のトーションバースプリング３０ａ，３０ｂと内部枠部材２０の接続点の延長線上には、連結部材２２が配置されないようにする。これにより、後述するように、ミラー部１０の動的変形が軽減されると同時に、ミラー部の温度上昇による共振周波数の変動を低減することが可能になる。なお、共振周波数の変動を考慮する必要がない場合には、接続点の延長線上に連結部材を配置してもよい。
トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの内部枠部材２０と反対側の端部には、それぞれトーションバースプリング３００ａ，３０ｂの長手方向と略直交する向きを長手方向とする梁状部材４１ａ，４１ｂが接続されている。そして、この梁状部材４１ａ，４１ｂの他端は固定ベース５０に接続されている。
【００２８】
一対の梁状部材４１ａ，４１ｂは、固定部材５０から同一方向に突出し、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの片側にのみ配置されており、この梁状部材４１ａ，４１ｂでミラー部１０と内部枠部材２０とトーションバースプリング３０ａ，３０ｂとを固定ベース５０に対して片持ち支持した構成となっている。この梁状部材４１ａ，４１ｂの片面に、それぞれ圧電材料４２ａ，４２ｂが積層され、梁状部材４１ａあるいは４１ｂと圧電材料４２ａあるいは４２ｂとで、平板短柵状のユニモルフ構造の駆動梁４０ａ，４０ｂを形成している。
【００２９】
例えば、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）プロセスによって加工することで、ミラー部１０、内部枠部材２０、連結部材２２、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂ、駆動梁４０ａ，４０ｂを一体で形成する。ミラー部１０は、シリコン基板の表面にアルミニウムや金などの金属の薄膜を形成することによって反射面を形成する。
【００３０】
ここで、図３により駆動梁の詳細な構成を説明する。図３は、駆動梁４０ａとその近傍の固定ベース５０を拡大して示した模式図で、（ａ）は絶縁層で覆う前の平面図、（ｂ）は絶縁層で覆った後の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ’線部分の断面図である。なお、駆動梁４０ｂも同様の構成であるので、図示は省略する。
【００３１】
図３に示すように、駆動梁４０ａは、固定ベース５０から突出して形成された梁状部材４１ａの上に、接着層４３ａ、下部電極４５ａ、圧電材料（圧電部材）４２ａ、上部電極４４ａ、絶縁層４６ａの順でスパッタにより成膜し積層して構成され、ランド部４７ａ，４８ａなどの必要な部分だけが残るようにエッチング加工されている。接着層４３ａの材料はチタン（Ｔｉ）、上部電極４４ａ、下部電極４５ａは白金（Ｐｔ）、圧電材料４２ａはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などが使用される。
【００３２】
ランド部４７ａ，４８ａから配線を引き出し、上部電極４４ａと下部電極４５ａの間に電圧を印加すると、圧電材料４２ａは、その電歪特性により、梁状部材４１ａ表面の面内方向に伸縮することで、駆動梁４０ａ全体が反って、曲げ変形する。駆動梁４０ｂについても、圧電部材４２ａと同相の電圧を印加することで、駆動梁４０ｂ全体が、駆動梁４０ａと同一方向に曲げ変形する。駆動梁４０ａ，４０ｂの圧電部材４２ａ，４２ｂに印加する電圧の波形は、パルス波や正弦波などのいずれでもよい。
【００３３】
図１、図２に戻り、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂと駆動梁４０ａ，４０ｂの長手方向が略直交して配置されて接続されていることにより、駆動梁４０ａ，４０ｂの曲げ振動による該駆動梁４０ａ，４０ｂの先端の上下振動がトーションバースプリング３０ａ，３０ｂの捻り中心軸に対して垂直に働くため、駆動梁４０ａ，４０ｂの曲げ振動がトーションバースプリング３０ａ，３０ｂの回転振動（捻り振動）に効率よく変換され、ミラー部１０が内部枠部材２０と一体的に大きく回転振動する。また、駆動梁４０ａ，４０ｂはトーションバースプリング３０ａ，３０ｂと内部枠部材２０とミラー部１０を片持ちした構成となっているため、駆動梁４０ａ，４０ｂの先端は自由に振動することができ、ミラー部１０はより大きな角度振動を得ることができる。さらに、梁状部材４１ａ，４１ｂは、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの片側にのみ配置されているため、小型化が可能である。内部枠部材２０と連結部材２２の働きについては後述する。
【００３４】
図４に、本実施例の光偏向器における駆動梁４０ａ，４０ｂの圧電部材４２ａ，４２ｂへの印加電圧に対するミラー部１０の回転角度の振幅の周波数応答特性を示す。図４において、イとロはそれぞれ共振点であるが、イとロとでは、ミラー部１０はそれぞれ異なる固有振動モード形状を示す。ここで、イの共振点での固有振動モード形状をモード１、ロの共振点での固有振動モード形状をモード２と称す。
【００３５】
図５は、図４の周波数応答特性中の共振点イ、ロにおけるミラー部１０の固有振動モード形状（モード１、モード２）を示したものである。図５（ａ）に示すように、モード１では、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの曲げ変形が発生し、ミラー部１０全体が図中Ｚ方向に変動する。一方、モード２では、図５（ｂ）に示すように、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの曲げ変形がほとんどなく、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂが大きく捩じれて、ミラー部１０はミラー中心近傍で大きく回転する。光偏向器では、ミラー部全体のＺ方向の変動を阻止し、ミラー部１０の中心近傍で回転させる必要があるため、モード２の固有振動モードでの周波数を使用すればよいことが分かる。
【００３６】
モード２の固有周波数で、駆動梁４０ａ，４０ｂの圧電部材４２ａ，４２ｂへ印加電圧を与えることによって、ミラー部１０は大きな角度振幅を得ることができ、かつ、ミラー部１０全体のＺ方向の変動を阻止することができる。具体的には、内部枠部材を含むミラー部形状（質量）と共振周波数から、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの形状を決定し、駆動梁４０ａ，４０ｂの一次の曲げ変形のモードの固有周波数が、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの一次の捻り変形のモードの固有周波数に略一致するように設定する。こうすることで、ミラー部１０は大きな角度振幅で振動し、かつ、Ｚ方向の変動の発生が阻止される。
【００３７】
なお、先に述べたように、駆動梁４０ａ，４０ｂの圧電部材４２ａ，４２ｂへの印加電圧の波形は、パルス波形でも、正弦波などの波状のいずれでもよく、その周波数がモード１の固有周波数近傍であればよい。
【００３８】
次に、内部枠部材２０と連結部材２２の作用・効果について詳述する。
初めに、ミラー部１０の動的変形の軽減について具体的に説明する。ミラー部１０は、共振周波数で大きく振動させると動的変形が発生するが、図１に示すように、ミラー部１０を囲む内部枠部材２０を設け、ミラー部１０を内部枠部材２０にミラー部１０の中心に対して放射状に配置した複数の連結部材２２で接続し支持することにより、該ミラー部１０の動的変形を軽減することができる。
【００３９】
図６は、内部枠部材２０と連結部材２２によるミラー部１０の支持形状の具体例を示した図で、（１）は４点支持、（２）は６点支持、（３）は８点支持の具体例を示したものである。また、図７では、図６（１）の４点支持とした場合の動的変形量の具体的計算例、図８は同様に６点支持、８点支持の動的変形量を計算して、４点支持の場合と比較した図である。なお、各支持形状におけるトーションバースプリング幅と共振周波数を表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
図８より、図６（２）の６点支持構造における動的変形量が最も小さいことがわかる。図１の構成は、この図６（２）の６点支持形状に基づいている。勿論、ミラー部１０の動的変形が軽減できれば、必ずしも６点支持とする必要はなく、４点支持や８点支持、その他の支持形状とすることでもよい。
【００４２】
次に、ミラー部１０の温度上昇による共振周波数の変動の低減について詳述する。レーザ光などの光源から出射した光はミラー部１０の反射面に入射し、偏向される。この時、入射した光の約８０〜９０％は偏向されるが、残りの約１０〜２０％は熱に変換される。この熱によってミラー部１０の温度が上昇し、これがトーションバースプリング３０ａ，３０ｂに伝達され、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの温度上昇により、共振周波数が低下する。これは、偏向ミラー系の共振周波数は、概略ミラーの慣性モーメントとトーションバースプリングのバネ定数によって決まるが、温度上昇によってトーションバースプリングのバネ定数が小さくなるためと考えられる。図９に温度変化による共振周波数変化の実測結果の一例を示す。図９から、共振周波数は、１℃につき略０.０４６〜０.０６７（Ｈz）低下することがわかる。
【００４３】
図１に示すように、ミラー部１０と内部枠部材２０を接続する複数個の連結部材２２について、一対のトーションバースプリング３０ａ，３０ｂと内部枠部材２０の接続点の延長線上には、該連結部材２２を設けないようにすることで、ミラー部１０の動的変形を軽減すると同時に、該ミラー部１０の温度上昇による共振周波数の変動（低下）を低減することが可能になる。これは、例えば特許文献４に示されている図６の構成と比較すれば明らかである。
【００４４】
便宜上、レーザ光照射による集中熱源Ｑが、ミラー部中心に作用する等価回路モデルを考える。ミラー部中心から、内部枠部材とトーションバースプリングとの接続点に至る距離（熱伝達経路距離）Ｌi、熱伝導率Ｋ、断面積Ａとすると、熱抵抗Ｒは、
Ｒ＝Ｌi／Ａ・Ｋ （１）
で与えられる。
また、ミラー中心から内部枠部材とトーションバースプリングとの接続点に至る距離Ｌiでの温度低下ΔＴは、断面積Ａが等しいとすると、
ΔＴ＝Ｒ・Ｑ＝Ｑ・Ｌi／Ａ・Ｋ （２）
で与えられる。
いま、特許文献４の図６の構成の場合、図１０に示すように、ミラー中心Ｐ１から内部枠部材２０とトーションバースプリング３０ｂとの接続点Ｐ２に至る距離は、トーションバースプリング３０ｂと一直線上の連結部材２２を経由するＬ１となる。したがって、温度低下ΔＴ１は、
ΔＴ１＝Ｑ・Ｌ１／Ａ・Ｋ （３）
で与えられる。
【００４５】
一方、本実施例の図１の構成の場合、図１１に示すように、ミラー中心Ｐ１から内部枠部材２０とトーションバースプリング３０ｂとの接続点Ｐ２に至る距離は、トーションバースプリング３０ｂの延長線上にない連結部材２２を迂回するためＬ２となる。図１の場合、接続点Ｐ２の両側に概略対称に二つの連結部材２２が配置されており、ミラー中心Ｐ１から接続点Ｐ２に至る距離Ｌ２は二組存在し、熱抵抗は１／２になる。したがって、温度低下ΔＴ２は、
ΔＴ２＝Ｑ・（Ｌ２／２）／Ａ・Ｋ （４）
で与えられる。
【００４６】
ここで、Ｌ２／２＞Ｌ１とすると、ΔＴ１＜ΔＴ２となる。すなわち、図１の構成とすることで、熱伝達経路は長くなり、その結果、トーションバースプリングの温度上昇が抑えられ（温度低下ΔＴが大きくなる）、共振周波数の変動が低減できる。勿論、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂと内部枠部材２０の接続点Ｐ２の延長線上に連結部材が配置されないようにして、熱伝達経路を長くできれば、必ずしも図１の構成とする必要はない。
【実施例２】
【００４７】
図１２に本発明の光偏向器の実施例２の全体斜視図、図１３に平面図を示す。図１２、図１３において、図１及び図２と同一部分には同一の符号が付与されている。
【００４８】
図１、図２の実施例１では、ミラー部１０の中心（重心）は、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの中心軸に対して一致するようにしたが、本実施例では、図１３に示すように、ミラー部１０の中心（重心）が、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂに対して、駆動軸４０ａ，４０ｂと固定ベース５０との接続部に近接する方向に距離ΔＳだけオフセットされている。こうすることで、先の実施例１の場合と比較して、駆動梁４０ａ，４０ｂのたわみ変形を利用してミラー部１０を内部枠部材２０と一体に、さらに大きく回転振動させることができる。その他の構成、作用、効果は実施例１と同様である。
【００４９】
図１４に、本実施例のミラー部１０の重心をオフセットさせた構成の場合における、駆動梁４０ａ，４０ｂの圧電部材４２ａ，４２ｂへの印加電圧に対するミラー部１０の回転角度振幅の周波数応答特性を示す。また、図１５に、図１４の周波数応答特性中の共振点イ、ロにおけるミラー部１０の固有振動モード形状（モード１，モード２）を示す。
【００５０】
本実施例においても、モード２の固有周波数で、駆動梁４０ａ，４０ｂの圧電部材４２ａ，４２ｂへ印加電圧を与えることによって、ミラー部１０は大きな角度振幅を得ることができ、かつ、ミラー部１０全体のＺ方向の変動を阻止することができる。しかも、先の実施例１の場合と比較して、ミラー部１０は、より大きな角度振幅を得ることができる。
【００５１】
図１６は、本実施例のモード２の場合の駆動梁の撓み変形とミラー部の回転の関係を示したものである。なお、内部枠部材２０は省略してある。トーションバースプリング３０ａ，３０ｂが捩じれるモード２において、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの接続部ａとミラー部１０の回転中心ｂとの距離ΔＳ、ミラー部１０の回転角度をθとしたとき、駆動梁４０ａ，４０ｂのミラー反射面と垂直方向（Ｚ方向）の撓み変形分ｃがΔＳ・ｓｉｎθとなるように設定することで、ミラー部１０が回転する際に、ミラー部１０の回転中心ｂがＺ方向に変動しない構成とすることができる。また、ミラー部１０の回転中心がミラー部１０の重心Ｏに近くなるため、慣性モーメントが小さくなり、固有周波数を高くすることが可能となる。すなわち、より高速駆動が可能になる。
【００５２】
なお、ミラー部１０の重心とは、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂで支持されている内部枠部材２０を含む回転部全体の重心であり、ミラー裏面のリブ構造なども含めて重心をオフセットしてもよい。
【実施例３】
【００５３】
図１７に本発明の光偏向器の実施例３の全体斜視図、図１８に平面図を示す。図１７、図１８において、図１、図２と同一部分には同一の符号が付されている。全体の構成は実施例１と基本的に同じであるが、本実施例では、図１８に示すように、駆動梁４０ａ，４０ｂとトーションバースプリング３０ａ，３０ｂの接続部分に切り込み６０ａ，６０ｂが形成されている。詳しくは、駆動梁４０ａ，４０ｂのミラー部１０側の端部が、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂのミラー部１０と反対側の端部よりもミラー部１０側に近接するように、駆動梁４０ａ，４０ｂとトーションバースプリング３０ａ，３０ｂの接続部分に切り込み６０ａ，６０ｂが形成されている。
【００５４】
トーションバースプリング３０ａ，２０ｂはバネの特性として非線形性が大きいが、長さが短くなるほど非線形が大きくなり設計が難しくなる。また、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂが長いほど、許容変位角度が大きくなる。
【００５５】
本実施例は、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの長さを所望範囲に維持しつつ、スペースが空いた部分に駆動梁４０ａ，４０ｂが配置されることにより、すなわち、駆動梁３０ａ，３０ｂが内側にオフセットされることにより、光偏向器全体を更に小型化できる。これにより、光偏向器をＭＥＭＳプロセスで製作する場合、一枚のウエハにおけるとり数が増加するため、低コスト化も可能である。
【００５６】
なお、図１７、図１８の構成において、駆動梁４０ａ，４０ｂの幅が広くなると、駆動梁４０ａ，４０ｂが捩じれる形となり、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂとの接続部から離れた部分の力が伝わらなくなってしまうことが考えられる。これを防ぐためには、駆動梁４０ａ，４０ｂの先端部を一部分だけ厚くすればよく、これにより全ての力を有効に使うことが可能になる。具体的には、例えば駆動梁４０ａ，４０ｂの梁状部材４１ａ，４１ｂの先端部をＬ字状などにすることが考えられるが、要は駆動梁４０ａ，４０ｂの捩じれが防止できればよく、その形状はなんでもよい。
【００５７】
ここで、本実施例においても、先の実施例２と同様に、ミラー部１０の中心（重心）は、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの中心線に対して、駆動梁４０ａ，４０ｂと固定ベース５０との接続部に近接する方向にオフセットすることでもよく、こうすることによって、ミラー部１０の回転振幅をさらに増大させることができる。
【実施例４】
【００５８】
図１９に、本発明の光偏向器の実施例４の全体斜視図を示す。これまで説明した光偏向器は、いずれも１軸方向に光を偏向するものであったが、本実施例は２軸方向に光を偏向する構成としたものである。なお、図１９では、図１７、図１８を適用した場合を示したが図１、図２を適用した場合も同様である。
【００５９】
図１９において、１０は光を反射させる反射面を有するミラー部であり、このミラー部１０の両端には、内部枠部材１２０を介して、該ミラー部１０を揺動可能に支持する一対の第１の弾性支持部材としての第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂが接続されている。内部枠部材１２０は、複数の連結部材１２２によってミラー部１０に接続され、この内部枠部材１２０の両側に一対の第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂが接続されている。
【００６０】
内部枠部材１２０とミラー部１０を接続する複数の連結部材１２２は、ミラー部１０の中心に対して放射状に配置される。ただし、一対の第一のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂと内部枠部材１２０の接続点の延長線上には、連結部材１２２は配置されない。これは、図１、図２などと同様である。
【００６１】
一対の第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの内部枠部材１２０と反対側の端部は、該第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの長手方向と略直交する向きを長手方向として一対の第１の駆動梁１４０ａ，１４０ｂが接続されている。第１の駆動梁１４０ａ，１４０ｂは、図３で説明したように、梁状部材の片面に圧電材料が積層され、平板短冊状のユニモルフ構造を形成している。この第１の駆動梁１４０ａ，１４０ｂは、中央に穴が開いている枠状の可動枠１５０の内側の一辺から同一方向に突出するように接続され、第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの片側にのみ配置され、該駆動梁１４０ａ，１４０ｂでミラー部１０と内部枠部材１２０と第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂを可動枠１５０に対して片持ち支持した構成となっている。
【００６２】
さらに、可動枠１５０の両側には、第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂと直交して、該可動枠１５０を揺動可能に支持する一対の第２の弾性支持部材としての第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂが接続されている。第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの可動枠１５０と反対側の端部は、第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの長手方向と略直交する向きを長手方向として一対の第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂが接続されている。第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂも梁状部材の片面に圧電材料が積層され、平板短冊状のユニモルフ構造を形成している。この第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂは、固定ベース２４０から同一方向に突出するように接続され、第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの片側にのみ配置されており、該第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂで、可動枠１５０と第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂを固定ベース２４０に対して片持ち支持した構成となっている。
【００６３】
本実施例では、第１の駆動梁１４０ａ，１４０ｂで第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂに振動を与えることで、内部枠部材１２０と一体にミラー部１０を第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの軸周りに回転させ、第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂで第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂに振動を与えることで、可動枠１５０を第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの軸周りに回転させ回転させる。ここで、第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの軸周りの第１の回転方向と第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの軸周りの第２の回転方向の振動モードの固有周波数を異ならせておき、それぞれの周波数で第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂと第２の駆動梁２２０ａ，２２０ｂを駆動することで、内部枠部材１２０と一体にミラー部１０を２軸方向に大きく回転させることができる。
【実施例５】
【００６４】
図２０に、本発明の光偏向器の実施例５の全体斜視図を示す。本実施例の光偏向器も２軸方向に光を偏向するものであるが、実施例４とは構成及び駆動の仕方が異なる。
【００６５】
図２０において、１０は光を反射させる反射面を有するミラー部であり、このミラー部１０の両側には、内部枠部材１２０を介して、該ミラー部１０を揺動可能に支持する一対の第１の弾性支持部材としての第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂが接続されている。内部枠部材１２０は、複数の連結部材１２２によってミラー部１０に接続され、この内部枠部材１２０の両側に一対の第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂが接続される。連結部材１２２の構成は図１９と同様である。
【００６６】
一対の第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの内部枠部材１２０と反対側の端部は、中央に穴が開いている枠状の可動枠１５０の相対する２辺の内側に接続されている。可動枠１５０の他の相対する２辺の外側には、第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂに対して直交する向きを長手方向とする一対の第２のトーションバースプリング（第２の弾性支持部材）２２０ａ，２２０ｂが接続されている。この第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの可動枠１５０と反対側の端部は、該第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの長手方向と略直交する向きを長手方向とする駆動梁２３０ａ，２３０ｂが接続されている。駆動梁２３０ａ，２３０ｂは、固定ベース２４０から同一方向に突出するように接続され、第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの片側にのみ配置されており、該駆動梁２２０ａ，２２０ｂで、可動枠１５０と第２のトーションバースプリング２０２を固定ベース２４０に対して片持ち支持した構成となっている。駆動梁２３０ａ，２３０ｂは梁状部材の片面に圧電材料が積層され、平板短冊状のユニモルフ構造を形成している。
【００６７】
本実施例では、駆動梁２３０ａ，２３０ｂで第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂに同相の振動を与えることで、可動枠１５０を第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの軸周りに回転させる。さらに、駆動梁２３０ａ，２３０ｂで、該第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの両側それぞれを逆位相で振動させることで、第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの軸を中心とする回転動作をするようにしている。これによって、ミラー部１０は、第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの軸周りの第１の回転方向と第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの軸周りの第２の回転方向に回転する。
【００６８】
具体的に、第１の回転方向と第２の回転方向の振動モードの固有周波数を異ならせておき、それぞれの周波数成分を含んだ信号で駆動梁２２０ａ，２２０ｂを同相および逆相で駆動することで、ミラー部１０を２軸方向に大きく回転させることができる。本実施例では、図１９の実施例４の第１の駆動梁１４０ａ，１４０ｂが不要であり、製作が簡単で低コスト化が可能である。
【実施例６】
【００６９】
本実施例は、実施例１乃至３の１軸方向に光を偏向する光偏向器を用いて画像形成装置の光書き込みユニットとしての光走査装置を提供するものである。
【００７０】
図２１に本実施例の光走査装置の全体構成図、図２２に該光走査装置に用いる光偏向器と駆動手段の接続図を示す。
【００７１】
図２１において、レーザ素子１０２０からのレーザ光は、コリメータレンズ系１０２１を経た後、光偏向器１０２２により偏向される。この光偏向器１０２２として、実施例１〜５のいずれかの構成の光偏向器が用いられる。光偏向器１０２２で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ１０２３ａと第二レンズ１０２３ｂ、反射ミラー１０２３ｃからなる走査光学系１０２３を経て感光ドラム等のビーム走査面１０２２に照射される。
【００７２】
図２２に示すように、光偏向器１０２２は駆動手段１０２４と電気的に連結されている。この駆動手段１０２４が、光偏向器１０２２の下部電極と上部電極間に駆動電圧を印加する。これにより、光偏向器１０２２のミラー部が回転してレーザ光が偏向され、ビーム走査面１０２２上が光走査される。
【００７３】
このように、本発明の光偏向器を利用した光走査装置は写真印刷方式のプリンタや複写機などの画像形成装置のための光書込ユニットの構成部材として最適である。
【実施例７】
【００７４】
本実施例は、実施例６の光走査装置を光書込みユニットの構成部材として実装した画像形成装置を提供するものである。
【００７５】
図２３に本実施例の画像形成装置の一例の全体構成図を示す。図２３において、１００１が光書込みユニットであり、レーザビームを被走査面に出射して画像を書き込む。１００２は光書込みユニット１００１による走査対象としての被走査面を提供する像担持体としての感光体ドラムである。
【００７６】
光書込みユニット１００１は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームで感光体ドラム１００２の表面（被走査面）を同ドラムの軸方向に走査する。感光体ドラム１００２は矢印１００３方向に回転駆動され、帯電手段１００４により帯電された表面に、光書込みユニット１００１により光走査されることによって、静電潜像が形成される。この静電潜像は現像手段１００５でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写手段１００６で記録紙１００７に転写される。転写されたトナー像は定着手段１００８によって記録紙１００７に定着される。感光体ドラム１００２の転写手段１００６対向部を通過した感光体ドラムの表面部分はクリーニング部１００９で残留トナーを除去される。
【００７７】
なお、感光体ドラム１００２に代えてベルト状の感光体を用いる構成も可能である。また、トナー像を記録紙以外の転写媒体に一旦転写し、この転写媒体からトナー像を記録紙に転写して定着させる構成とすることも可能である。
【００７８】
光書込みユニット１００１は記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームを発するレーザ素子としての光源部１０２０と、レーザビームを変調する光源駆動手段１５００と、これまで説明した本発明の１軸方向にレーザビームを偏向する光偏向器１００２と、この光偏向器１０２２のミラー基板のミラー面に光源部１０２０からの、記録信号によって変調されたレーザビーム（光ビーム）を結像させるための結像光学系１０２１と、ミラー面で反射・偏向された１本又は複数本のレーザビームを感光体ドラム１００２の表面（被走査面）に結像させるための手段である走査光学系１０２３などから構成される。光偏向器１０２２は、その駆動のための集積回路（駆動手段）１０２４とともに回路基板１０２５に実装された形で光書込みユニット１００１に組み込まれている。
【００７９】
光偏向器１０２２は、従来の回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置の省電力化に有利である。また、光偏向器１０２２のミラー基板の振動時の風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、画像形成装置の静粛性の改善に有利である。さらに、光偏向器１０２２は、回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また、発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、したがって画像形成装置の小型化に有利である。
【００８０】
なお、記録紙１００７の搬送機構、感光体ドラム１００２の駆動機構、現像手段１００５、転写手段１００６などの制御手段、光源部１０２０の駆動系などは、従来の画像形成装置と同様でよいため図２３では省略されている。
【実施例８】
【００８１】
本実施例は、実施例４、５のような２軸方向に光を偏向する光偏向器を実装した画像投影装置を提供するものである。
【００８２】
図２４に本実施例の画像投影装置の全体構成図を示す。図２４において、筐体２０００に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の異なる３波長のレーザ光を出射するレーザ光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂが取り付けられ、これらレーザ光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂの出射端近傍には、該レーザ光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂからの出射光を略平行光に集光する集光レンズ２００２−Ｒ，２００２−，００２−Ｂが配置されている。集光レンズ２００２−Ｒ，２００２−，００２−Ｂで略平行になったＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光は、ミラー２００３やハーフミラー２００４を経て、合成プリズム２００５によって合成され、光偏向器２００６のミラー面に入射される。光偏向器２００６には、実施例７や８のような２軸方向に光を偏向する構成の光偏向器（二次元反射角度可変ミラー）が使用される。光偏向器２００６のミラー面に入射した合成レーザ光は、光偏向器２００６によって二次元偏向走査されて投影面に投射され、画像を投影する。
【００８３】
図２５は、本実施例の画像投影装置の制御系も含めた概略構成図である。なお、図２５では、３波長のレーザ光源や集光レンズは一つにまとめて示し、また、ミラー、ハーフミラー、合成プリズムは省略してある。
【００８４】
画像情報に応じて画像生成部２０１１で画像信号を生成し、この画像信号が変調器２０１２を介して光源駆動回路２０１３に送られると共に、スキャナ駆動回路２０１４に画像同期信号が送られる。スキャナ駆動回路２０１４は、画像同期信号に応じて駆動信号を光偏向器２００６に与える。この駆動信号によって、光偏向器２００６のミラー部１０は、直交した２つの方向に所定角度（例えば１０deg程度）の振幅で共振振動し、入射したレーザ光が二次元偏向走査される。一方、レーザ光源２００１から出射されるレーザ光は、光源駆動回路２０１３により、光偏向器２００６の二次元偏向走査のタイミングに合わせて強度変調されており、これによって、投影面２００７に二次元の画像情報が投影される。強度変調はパルス幅を変調してもよいし、振幅を変調してもよい。変調器２０１２は画像信号をパルス幅変調あるいは振幅変調し、この変調された信号を光源駆動回路２０１３によりレーザ光源２００１を駆動できる電流に変調してレーザ光源２００１を駆動する。
【００８５】
ここで、光偏向手段には、ポリゴンミラーなどの回転走査ミラーを使用することもできるが、本発明の実施例７、８の構成の光偏向器（二次元反射角度可変ミラー）２００６は、回転走査ミラーに比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像投影装置の省電力に有利である。また、光偏向器２００６のミラー基板の振動時の風切り音は回転走査ミラーに比べて小さいため、画像投影装置の静粛性の改善に有利である。さらに光偏向器２００６は、回転走査ミラーに比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また、発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、したがって、画像投影装置の小型化に有利である。
【符号の説明】
【００８６】
１０ ミラー部
２０ 内部枠部材
２２ 連結部材
３０ａ，３０ｂ トーションバースプリング（弾性支持部材）
４０ａ，４０ｂ 駆動梁
４１ａ，４１ｂ 梁状部材
４２ａ，４２ｂ 圧電部材
５０ 固定ベース
６０ａ，６０ｂ 切れ込み部
１２０ 内部枠部材
１２２ 連結部材
１３０ａ，１３０ｂ 第１のトーションバースプリング
１４０ａ，１４０ｂ 第１の駆動梁
１５０ 可動枠
２２０ａ，２２０ｂ 第２のトーションバースプリング
２３０ａ，２３０ｂ 第２の駆動梁（駆動梁）
２４０ 固定ベース
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８７】
【特許文献１】特許第３１２９２１９号公報
【特許文献２】特許第３２４６１０６号公報
【特許文献３】特開２００８−０８３６０３号公報
【特許文献４】特開２００７−０６５６４９号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光等の光ビームを偏向・走査する光偏向器、詳しくは圧電力を用いた光偏向器に関し、さらに、この光偏向器を備えた光走査装置、この光走査装置を光書込みユニットとして備える画像形成装置、この光偏向器を投影面の走査ユニットとして備える画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光等の光ビームを偏向・走査する光偏向器は、複写機等の画像形成装置、画像投影装置、さらには、レーザビームプリンタ、バーコードスキャナなどに広く用いられている。従来、この種の光偏向器として、静電力を用いたもの、電磁力を用いたもの、圧電力を用いたものなどが知られている。
【０００３】
静電力を用いた光偏向器は、電極の形状が平行平板型と櫛歯型のものがあり、櫛歯型の電極では近年の微細加工技術の向上によって比較的大きな駆動力を発生できるようにはなったが、十分な光ビームの偏向角が得られないため、駆動電圧を大きくして補うしかない。しかし、駆動電圧を大きくしようとすると、電源系の部品が大きくなり、全体として大型化したり、コストが増加することとなる。
【０００４】
電磁力を用いた光偏向器は、大きな偏向角を得るためには、永久磁石の磁力を強めるか、コイルの電流を大きくする必要があり、大型化や消費電力の増大を招くこととなる。小型化のため磁歪膜などを用いたものも検討されているが、磁性体としての特性が劣る問題がある。また、コイルに電流を流すと余分な熱が発生し、この点からも消費電力が大きくなってしまう。
【０００５】
一方、圧電力を用いた場合は、比較的大きな駆動電圧が必要ではあるが、小さな電力で大きな力を発生させることが可能である。また、圧電材料を梁状弾性部材に張り合わせてユニモルフ構造、バイモルフ構造とすることで、圧電力による面内方向のわずかな歪みを反りに変えることで大きな変形を得ることも可能である。しかし、従来の圧電力を用いた光偏向器には、まだ種々の問題がある。
【０００６】
例えば、特許文献１には、マイクロミラーが揺動可能に支持された枠体全体をバルク圧電素子により加振することで、マイクロミラーを回転振動させる光偏向器が記載されている。しかしながら、バルク圧電素子を使用しているため、加振振幅が小さく、また、小型化が困難で、コストがかかること云う問題がある。
【０００７】
また、特許文献２には、一対の圧電バイモルフの各一端を基体に片持ち梁状に固定し、自由端同士を連結部材で接続し、該連結部材の中央部から圧電バイモルフと平行に延出したねじり変形部材にミラー部を設けた構成の光偏光器が記載されている。この光偏光器では、ねじり変形部は一端を自由端としているので、ねじり変形方向だけではなく曲げ方向にも変形ができ、ミラー部は２軸方向の回転動作が可能になっている。しかしながら、ねじり変形部材は圧電バイモルフと平行に配置されているため、バイモルフの曲げによるモーメントが十分に生かされてない問題がある。また、ねじりと直交する曲げ方向の動作についても、圧電バイモルフの変形量は非常に小さいため、周波数を高くしようとした場合、ねじり部材の剛性を上げると、曲げ方向に変形しにくくなるため、曲げ方向の動作は大きな振幅を得ることが難しい問題がある。
【０００８】
また、特許文献３には、ミラー部の両側に接続されて、ミラー部を揺動可能に支持する一対の弾性支持部材をそれぞれ、圧電材料を梁状弾性部材に張り合わせた一対の駆動梁（カンチレバー）で、該弾性支持部材の軸と直角に固定ベースの両方から支持し、これから一対の駆動梁を互い逆方向に駆動（逆相駆動）することで、ミラー部を回転振動させる光偏向器が記載されている。しかしながら、ミラー部と該ミラー部の支持部材は、その両端がそれぞれ一対の駆動梁で固定ベースの両方向から支持される構成であるため、ミラー部の回転振幅には限界があり、また、一方向の回転振幅に計４個の駆動梁を配置する必要があるため、小型化も困難であり、コスト高になる問題がある。
【０００９】
さらに、引用文献４には、ミラー部と該ミラー部を揺動可能に支持する一対の弾性支持部材との間に、ミラー部の外周を囲むようにフレームを設け、ミラー部と該フレームとを複数の連結部材で連結して、ミラー部の動的変形を減少させるようにした光偏向器（マイクロミラーデバイス）が記載されている。しかしながら、引用文献４の構成では、ミラー部から弾性支持部材への熱抵抗が小さく、光源照射によるミラー部の温度上昇により弾性支持部材の温度も上昇して、偏向ミラー系の共振周波数が大きく変動する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来の圧電力を用いる光偏向器の上記のような問題を解決し、小型で駆動効率が良く、大きな回転振幅が得られ、且つ、動的変形が低減できる光偏向器を提供することにある。さらには、ミラー部の温度上昇による共振周波数の変動が低減できる光偏向器を提供することにある。
【００１１】
また、本発明は、小型で駆動効率がよく、大振幅が得られ、且つ、動的変形が低減でき、さらには、共振周波数の変動が低減できる光偏向器を用いて、特性の良い光走査装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明は、小型で駆動効率がよく、大振幅が得られ、且つ、動的変形が低減でき、さらには、共振周波数の変動が低減できる光偏向器を用いた光走査装置を光書込みユニットに用いて、性能の良い画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
さらに、本発明は、小型で駆動効率がよく、大振幅が得られ、且つ、動的変形が低減でき、さらには、共振周波数の変動が低減できる光偏向器を用いて、消費電力が小さく、広画角な投影が得られる画像投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の光偏向器は、固定ベースと、光反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を囲う内部枠部材と、前記内部枠部材と前記ミラー部を接続する複数の連結部材と、前記ミラー部を前記内部枠部材を介して揺動可能に支持する一対の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の駆動梁とを有し、前記弾性支持部材の長手方向と前記駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記駆動梁の他端は固定ベースに固定されて、一対の前記駆動梁で、前記ミラー部と前記内部枠部材と一対の前記弾性支持部材とが前記固定ベースに対して片持ち支持され、前記駆動梁が曲げ振動することで、前記弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に回転振動することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の光偏向器は、可動枠と、光反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を囲う内部枠部材と、前記内部枠部材と前記ミラー部を接続する複数の連結部材と、前記ミラー部を前記内部枠部材を介して揺動可能に支持する一対の第１の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の第１の駆動梁と、前記可動枠を揺動可能に支持する一対の第２の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の第２の駆動梁と、固定ベースとを有し、前記第１の弾性支持部材の長手方向と前記第１の駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記第１の駆動梁の他端は前記可動枠に固定されて、一対の前記第１の駆動梁で、前記ミラー部と前記内部枠部材と前記一対の第１の弾性支持部材とが前記可動枠に対して片持ち支持され、前記第２の弾性支持部材の長手方向と前記第２の駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記第２の駆動梁の他端は固定ベースに固定されて、一対の前記第２の駆動梁で、前記可動枠と一対の前記第２の弾性支持部材とが前記固定ベースに対して片持ち支持され、前記第１の駆動梁が曲げ振動することで、前記第１の弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第１の方向に回転振動し、前記第２の駆動梁が曲げ振動することで、前記第２の弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記可動枠が回転振動し、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第２の方向に回転振動することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の光偏向器は、可動枠と、光反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を囲う内部枠部材と、前記内部枠部材と前記ミラー部を接続する複数の連結部材と、前記ミラー部を前記内部枠部材を介して揺動可能に支持する一対の第１の弾性支持部材と、前記可動枠を揺動可能に支持する一対の第２の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の駆動梁と、固定ベースとを有し、一対の前記第１の弾性支持部材は、その一端が前記ミラー部に接続され、他端が前記可動枠に固定されて、前記ミラー部が前記内部枠部材を介して揺動可能に支持され、前記第２の弾性支持部材の長手方向と前記駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記駆動梁の他端は固定ベースに固定されて、一対の前記駆動梁で、前記可動枠と一対の前記第２の弾性支持部材とが前記固定ベースに対して片持ち支持され、一対の前記駆動梁が逆位相で曲げ振動することで、一対の前記第１の弾性支持部材の軸周りに回転振動が発生して、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第１の方向に回転振動し、一対の前記振動梁が同位相で曲げ振動することで、前記第２の弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記可動枠が回転振動し、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第２の方向に回転振動することを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の光偏向器は、内部枠部材とミラー部を接続する複数の連結部材は、ミラー部の中心に対して放射状に配置され、且つ、一対の弾性支持部材と内部枠部材の接続点の延長線上には連結部材が配置されないことを特徴とする。そして、好ましくは、内部枠部材とミラー部は６個以上の連結部材で接続されることを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明の光偏向器は、ミラー部の重心が、弾性支持部材の中心軸に対して、駆動梁と固定ベースとの接続部側に近接する方向にオフセットされていることを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明の光偏向器は、弾性支持部材と駆動梁の接続部分に、光反射面と垂直な方向の厚さが部分的に薄くなるように窪みが形成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の光走査装置は、光源と、光源からの光ビームを偏向させる上記光偏向器と、偏向された光ビームを被走査面にスポット状に結像する結像光学系とを備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の画像形成装置は、上記光走査装置と、光ビームの走査により潜像を形成する感光体と、潜像をトナーで顕像化する現像手段と、トナー像を記録紙に転写する転写手段とを有することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の画像投影装置は、光源と、前記光源からの光ビームを画像信号に応じて変調する変調器と、前記光ビームを略平行光とするコリメート光学系と、前記略平行光とされた光ビームを偏向して投影面に投射する上記光偏向器とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光偏向器によれば、駆動梁は、ミラー部と該ミラー部を揺動可能に支持する一対の弾性支持部材を固定ベースに対して片持ち支持し、更にミラー部を囲う内部枠部材を設け、該内部枠部材とミラー部を複数の連結部材で接続することで、小型で、効率よくミラー部を回転させ、大きな回転振幅を得ることができ、更に、動的変形が低減できる。また、一対の弾性支持部材と内部枠部材の接続点の延長線上には連結部材を配置しないようにすることで、ミラー部から弾性支持部材への熱抵抗を大きくでき、光照射によるミラー部の温度上昇による共振周波数の変動の低減が可能になる。
【００２４】
したがって、本発明の光偏向器を用いることで、特性の良い光走査装置を提供でき、該光走査装置を光書込みユニットに用いることで、性能の良い画像形成装置を提供することができる。さらに、本発明の光偏向器を用いて、消費電力が小さく、広画角投影が可能な画像投影装置を提供することができる。
なお、本発明の光偏向器のさらなる作用効果は、後述の実施の形態の説明で明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１の光偏向器の斜視図である。
【図２】図１の光偏向器の平面図である。
【図３】図１の光偏向器の駆動梁の構成を説明する図である。
【図４】図１の光偏向器のミラー部の回転振幅の周波数応答特性を示す図である。
【図５】図１の光偏向器のミラー部の２種類の固有振動モード形状を示す図である。
【図６】内部枠部材と連結部材によるミラー支持形状の具体例を示す図である。
【図７】４点支持における動的変形量の計算例を示す図である。
【図８】４点支持、６点支持、８点支持における動的変形量を比較した図である。
【図９】温度による共振周波数の変化を示す図である。
【図１０】従来例における熱伝達経路を説明する図である。
【図１１】本発明の実施例１における熱伝達経路を説明する図である。
【図１２】本発明の実施例２の光偏向器の斜視図である。
【図１３】図１２の光偏向器の平面図である。
【図１４】図１２の光偏向器のミラー部の回転振幅の周波数応答特性を示す図である。
【図１５】図１２の光偏向器のミラー部の２種類の固有振動モード形状を示す図である。
【図１６】図１２の光偏向器の駆動梁の撓み変形とミラー部の回転の関係を説明する図である。
【図１７】本発明の実施例３の光偏向器の斜視図である。
【図１８】図１７の光偏向器の平面図である。
【図１９】本発明の実施例４の光偏向器の斜視図である。
【図２０】本発明の実施例５の光偏向器の斜視図である。
【図２１】本発明の光偏向器を用いた光走査装置の一例の全体構成図である。
【図２２】図２１の光装置の光偏向器と駆動手段の接続を示す図である。
【図２３】図２１の光走査装置を光書込みユニットとして実装した画像形成装置の一例の全体構成図である。
【図２４】本発明の光偏向器を用いた画像形成装置の一例の全体斜視図である。
【図２５】図２４の画像投影装置を駆動系も含めて示した概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１に、本発明の光偏向器の実施例１の全体斜視図、図２に平面図を示す。図１，図２において、１０は光を反射させる反射面を有するミラー部であり、このミラー部１０の両端には、内部枠部材２０を介して、ミラー部１０を揺動可能に支持する一対の弾性支持部材としてのトーションバースプリング３０ａ，３０ｂが接続されている。内部枠部材２０はミラー部１０を囲むように設けられて、複数の連結部材２２によってミラー部１０と接続され、この内部枠部材２０の両側に一対のトーションバースプリング３０ａ，３０ｂが接続される。
内部枠部材２０とミラー部１０を接続する複数の連結部材２２は、ミラー部１０の中心に対して放射状に配置される。但し、本実施例では、一対のトーションバースプリング３０ａ，３０ｂと内部枠部材２０の接続点の延長線上には、連結部材２２が配置されないようにする。これにより、後述するように、ミラー部１０の動的変形が軽減されると同時に、ミラー部の温度上昇による共振周波数の変動を低減することが可能になる。なお、共振周波数の変動を考慮する必要がない場合には、接続点の延長線上に連結部材を配置してもよい。
トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの内部枠部材２０と反対側の端部には、それぞれトーションバースプリング３００ａ，３０ｂの長手方向と略直交する向きを長手方向とする梁状部材４１ａ，４１ｂが接続されている。そして、この梁状部材４１ａ，４１ｂの他端は固定ベース５０に接続されている。
【００２８】
一対の梁状部材４１ａ，４１ｂは、固定部材５０から同一方向に突出し、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの片側にのみ配置されており、この梁状部材４１ａ，４１ｂでミラー部１０と内部枠部材２０とトーションバースプリング３０ａ，３０ｂとを固定ベース５０に対して片持ち支持した構成となっている。この梁状部材４１ａ，４１ｂの片面に、それぞれ圧電材料４２ａ，４２ｂが積層され、梁状部材４１ａあるいは４１ｂと圧電材料４２ａあるいは４２ｂとで、平板短柵状のユニモルフ構造の駆動梁４０ａ，４０ｂを形成している。
【００２９】
例えば、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）プロセスによって加工することで、ミラー部１０、内部枠部材２０、連結部材２２、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂ、駆動梁４０ａ，４０ｂを一体で形成する。ミラー部１０は、シリコン基板の表面にアルミニウムや金などの金属の薄膜を形成することによって反射面を形成する。
【００３０】
ここで、図３により駆動梁の詳細な構成を説明する。図３は、駆動梁４０ａとその近傍の固定ベース５０を拡大して示した模式図で、（ａ）は絶縁層で覆う前の平面図、（ｂ）は絶縁層で覆った後の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ’線部分の断面図である。なお、駆動梁４０ｂも同様の構成であるので、図示は省略する。
【００３１】
図３に示すように、駆動梁４０ａは、固定ベース５０から突出して形成された梁状部材４１ａの上に、接着層４３ａ、下部電極４５ａ、圧電材料（圧電部材）４２ａ、上部電極４４ａ、絶縁層４６ａの順でスパッタにより成膜し積層して構成され、ランド部４７ａ，４８ａなどの必要な部分だけが残るようにエッチング加工されている。接着層４３ａの材料はチタン（Ｔｉ）、上部電極４４ａ、下部電極４５ａは白金（Ｐｔ）、圧電材料４２ａはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などが使用される。
【００３２】
ランド部４７ａ，４８ａから配線を引き出し、上部電極４４ａと下部電極４５ａの間に電圧を印加すると、圧電材料４２ａは、その電歪特性により、梁状部材４１ａ表面の面内方向に伸縮することで、駆動梁４０ａ全体が反って、曲げ変形する。駆動梁４０ｂについても、圧電部材４２ａと同相の電圧を印加することで、駆動梁４０ｂ全体が、駆動梁４０ａと同一方向に曲げ変形する。駆動梁４０ａ，４０ｂの圧電部材４２ａ，４２ｂに印加する電圧の波形は、パルス波や正弦波などのいずれでもよい。
【００３３】
図１、図２に戻り、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂと駆動梁４０ａ，４０ｂの長手方向が略直交して配置されて接続されていることにより、駆動梁４０ａ，４０ｂの曲げ振動による該駆動梁４０ａ，４０ｂの先端の上下振動がトーションバースプリング３０ａ，３０ｂの捻り中心軸に対して垂直に働くため、駆動梁４０ａ，４０ｂの曲げ振動がトーションバースプリング３０ａ，３０ｂの回転振動（捻り振動）に効率よく変換され、ミラー部１０が内部枠部材２０と一体的に大きく回転振動する。また、駆動梁４０ａ，４０ｂはトーションバースプリング３０ａ，３０ｂと内部枠部材２０とミラー部１０を片持ちした構成となっているため、駆動梁４０ａ，４０ｂの先端は自由に振動することができ、ミラー部１０はより大きな角度振動を得ることができる。さらに、梁状部材４１ａ，４１ｂは、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの片側にのみ配置されているため、小型化が可能である。内部枠部材２０と連結部材２２の働きについては後述する。
【００３４】
図４に、本実施例の光偏向器における駆動梁４０ａ，４０ｂの圧電部材４２ａ，４２ｂへの印加電圧に対するミラー部１０の回転角度の振幅の周波数応答特性を示す。図４において、イとロはそれぞれ共振点であるが、イとロとでは、ミラー部１０はそれぞれ異なる固有振動モード形状を示す。ここで、イの共振点での固有振動モード形状をモード１、ロの共振点での固有振動モード形状をモード２と称す。
【００３５】
図５は、図４の周波数応答特性中の共振点イ、ロにおけるミラー部１０の固有振動モード形状（モード１、モード２）を示したものである。図５（ａ）に示すように、モード１では、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの曲げ変形が発生し、ミラー部１０全体が図中Ｚ方向に変動する。一方、モード２では、図５（ｂ）に示すように、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの曲げ変形がほとんどなく、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂが大きく捩じれて、ミラー部１０はミラー中心近傍で大きく回転する。光偏向器では、ミラー部全体のＺ方向の変動を阻止し、ミラー部１０の中心近傍で回転させる必要があるため、モード２の固有振動モードでの周波数を使用すればよいことが分かる。
【００３６】
モード２の固有周波数で、駆動梁４０ａ，４０ｂの圧電部材４２ａ，４２ｂへ印加電圧を与えることによって、ミラー部１０は大きな角度振幅を得ることができ、かつ、ミラー部１０全体のＺ方向の変動を阻止することができる。具体的には、内部枠部材を含むミラー部形状（質量）と共振周波数から、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの形状を決定し、駆動梁４０ａ，４０ｂの一次の曲げ変形のモードの固有周波数が、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの一次の捻り変形のモードの固有周波数に略一致するように設定する。こうすることで、ミラー部１０は大きな角度振幅で振動し、かつ、Ｚ方向の変動の発生が阻止される。
【００３７】
なお、先に述べたように、駆動梁４０ａ，４０ｂの圧電部材４２ａ，４２ｂへの印加電圧の波形は、パルス波形でも、正弦波などの波状のいずれでもよく、その周波数がモード１の固有周波数近傍であればよい。
【００３８】
次に、内部枠部材２０と連結部材２２の作用・効果について詳述する。
初めに、ミラー部１０の動的変形の軽減について具体的に説明する。ミラー部１０は、共振周波数で大きく振動させると動的変形が発生するが、図１に示すように、ミラー部１０を囲む内部枠部材２０を設け、ミラー部１０を内部枠部材２０にミラー部１０の中心に対して放射状に配置した複数の連結部材２２で接続し支持することにより、該ミラー部１０の動的変形を軽減することができる。
【００３９】
図６は、内部枠部材２０と連結部材２２によるミラー部１０の支持形状の具体例を示した図で、（１）は４点支持、（２）は６点支持、（３）は８点支持の具体例を示したものである。また、図７では、図６（１）の４点支持とした場合の動的変形量の具体的計算例、図８は同様に６点支持、８点支持の動的変形量を計算して、４点支持の場合と比較した図である。なお、各支持形状におけるトーションバースプリング幅と共振周波数を表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
図８より、図６（２）の６点支持構造における動的変形量が最も小さいことがわかる。図１の構成は、この図６（２）の６点支持形状に基づいている。勿論、ミラー部１０の動的変形が軽減できれば、必ずしも６点支持とする必要はなく、４点支持や８点支持、その他の支持形状とすることでもよい。
【００４２】
次に、ミラー部１０の温度上昇による共振周波数の変動の低減について詳述する。レーザ光などの光源から出射した光はミラー部１０の反射面に入射し、偏向される。この時、入射した光の約８０〜９０％は偏向されるが、残りの約１０〜２０％は熱に変換される。この熱によってミラー部１０の温度が上昇し、これがトーションバースプリング３０ａ，３０ｂに伝達され、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの温度上昇により、共振周波数が低下する。これは、偏向ミラー系の共振周波数は、概略ミラーの慣性モーメントとトーションバースプリングのバネ定数によって決まるが、温度上昇によってトーションバースプリングのバネ定数が小さくなるためと考えられる。図９に温度変化による共振周波数変化の実測結果の一例を示す。図９から、共振周波数は、１℃につき略０.０４６〜０.０６７（Ｈz）低下することがわかる。
【００４３】
図１に示すように、ミラー部１０と内部枠部材２０を接続する複数個の連結部材２２について、一対のトーションバースプリング３０ａ，３０ｂと内部枠部材２０の接続点の延長線上には、該連結部材２２を設けないようにすることで、ミラー部１０の動的変形を軽減すると同時に、該ミラー部１０の温度上昇による共振周波数の変動（低下）を低減することが可能になる。これは、例えば特許文献４に示されている図６の構成と比較すれば明らかである。
【００４４】
便宜上、レーザ光照射による集中熱源Ｑが、ミラー部中心に作用する等価回路モデルを考える。ミラー部中心から、内部枠部材とトーションバースプリングとの接続点に至る距離（熱伝達経路距離）Ｌi、熱伝導率Ｋ、断面積Ａとすると、熱抵抗Ｒは、
Ｒ＝Ｌi／Ａ・Ｋ （１）
で与えられる。
また、ミラー中心から内部枠部材とトーションバースプリングとの接続点に至る距離Ｌiでの温度低下ΔＴは、断面積Ａが等しいとすると、
ΔＴ＝Ｒ・Ｑ＝Ｑ・Ｌi／Ａ・Ｋ （２）
で与えられる。
いま、特許文献４の図６の構成の場合、図１０に示すように、ミラー中心Ｐ１から内部枠部材２０とトーションバースプリング３０ｂとの接続点Ｐ２に至る距離は、トーションバースプリング３０ｂと一直線上の連結部材２２を経由するＬ１となる。したがって、温度低下ΔＴ１は、
ΔＴ１＝Ｑ・Ｌ１／Ａ・Ｋ （３）
で与えられる。
【００４５】
一方、本実施例の図１の構成の場合、図１１に示すように、ミラー中心Ｐ１から内部枠部材２０とトーションバースプリング３０ｂとの接続点Ｐ２に至る距離は、トーションバースプリング３０ｂの延長線上にない連結部材２２を迂回するためＬ２となる。図１の場合、接続点Ｐ２の両側に概略対称に二つの連結部材２２が配置されており、ミラー中心Ｐ１から接続点Ｐ２に至る距離Ｌ２は二組存在し、熱抵抗は１／２になる。したがって、温度低下ΔＴ２は、
ΔＴ２＝Ｑ・（Ｌ２／２）／Ａ・Ｋ （４）
で与えられる。
【００４６】
ここで、Ｌ２／２＞Ｌ１とすると、ΔＴ１＜ΔＴ２となる。すなわち、図１の構成とすることで、熱伝達経路は長くなり、その結果、トーションバースプリングの温度上昇が抑えられ（温度低下ΔＴが大きくなる）、共振周波数の変動が低減できる。勿論、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂと内部枠部材２０の接続点Ｐ２の延長線上に連結部材が配置されないようにして、熱伝達経路を長くできれば、必ずしも図１の構成とする必要はない。
【実施例２】
【００４７】
図１２に本発明の光偏向器の実施例２の全体斜視図、図１３に平面図を示す。図１２、図１３において、図１及び図２と同一部分には同一の符号が付与されている。
【００４８】
図１、図２の実施例１では、ミラー部１０の中心（重心）は、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの中心軸に対して一致するようにしたが、本実施例では、図１３に示すように、ミラー部１０の中心（重心）が、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂに対して、駆動軸４０ａ，４０ｂと固定ベース５０との接続部に近接する方向に距離ΔＳだけオフセットされている。こうすることで、先の実施例１の場合と比較して、駆動梁４０ａ，４０ｂのたわみ変形を利用してミラー部１０を内部枠部材２０と一体に、さらに大きく回転振動させることができる。その他の構成、作用、効果は実施例１と同様である。
【００４９】
図１４に、本実施例のミラー部１０の重心をオフセットさせた構成の場合における、駆動梁４０ａ，４０ｂの圧電部材４２ａ，４２ｂへの印加電圧に対するミラー部１０の回転角度振幅の周波数応答特性を示す。また、図１５に、図１４の周波数応答特性中の共振点イ、ロにおけるミラー部１０の固有振動モード形状（モード１，モード２）を示す。
【００５０】
本実施例においても、モード２の固有周波数で、駆動梁４０ａ，４０ｂの圧電部材４２ａ，４２ｂへ印加電圧を与えることによって、ミラー部１０は大きな角度振幅を得ることができ、かつ、ミラー部１０全体のＺ方向の変動を阻止することができる。しかも、先の実施例１の場合と比較して、ミラー部１０は、より大きな角度振幅を得ることができる。
【００５１】
図１６は、本実施例のモード２の場合の駆動梁の撓み変形とミラー部の回転の関係を示したものである。なお、内部枠部材２０は省略してある。トーションバースプリング３０ａ，３０ｂが捩じれるモード２において、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの接続部ａとミラー部１０の回転中心ｂとの距離ΔＳ、ミラー部１０の回転角度をθとしたとき、駆動梁４０ａ，４０ｂのミラー反射面と垂直方向（Ｚ方向）の撓み変形分ｃがΔＳ・ｓｉｎθとなるように設定することで、ミラー部１０が回転する際に、ミラー部１０の回転中心ｂがＺ方向に変動しない構成とすることができる。また、ミラー部１０の回転中心がミラー部１０の重心Ｏに近くなるため、慣性モーメントが小さくなり、固有周波数を高くすることが可能となる。すなわち、より高速駆動が可能になる。
【００５２】
なお、ミラー部１０の重心とは、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂで支持されている内部枠部材２０を含む回転部全体の重心であり、ミラー裏面のリブ構造なども含めて重心をオフセットしてもよい。
【実施例３】
【００５３】
図１７に本発明の光偏向器の実施例３の全体斜視図、図１８に平面図を示す。図１７、図１８において、図１、図２と同一部分には同一の符号が付されている。全体の構成は実施例１と基本的に同じであるが、本実施例では、図１８に示すように、駆動梁４０ａ，４０ｂとトーションバースプリング３０ａ，３０ｂの接続部分に切り込み６０ａ，６０ｂが形成されている。詳しくは、駆動梁４０ａ，４０ｂのミラー部１０側の端部が、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂのミラー部１０と反対側の端部よりもミラー部１０側に近接するように、駆動梁４０ａ，４０ｂとトーションバースプリング３０ａ，３０ｂの接続部分に切り込み６０ａ，６０ｂが形成されている。
【００５４】
トーションバースプリング３０ａ，２０ｂはバネの特性として非線形性が大きいが、長さが短くなるほど非線形が大きくなり設計が難しくなる。また、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂが長いほど、許容変位角度が大きくなる。
【００５５】
本実施例は、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの長さを所望範囲に維持しつつ、スペースが空いた部分に駆動梁４０ａ，４０ｂが配置されることにより、すなわち、駆動梁３０ａ，３０ｂが内側にオフセットされることにより、光偏向器全体を更に小型化できる。これにより、光偏向器をＭＥＭＳプロセスで製作する場合、一枚のウエハにおけるとり数が増加するため、低コスト化も可能である。
【００５６】
なお、図１７、図１８の構成において、駆動梁４０ａ，４０ｂの幅が広くなると、駆動梁４０ａ，４０ｂが捩じれる形となり、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂとの接続部から離れた部分の力が伝わらなくなってしまうことが考えられる。これを防ぐためには、駆動梁４０ａ，４０ｂの先端部を一部分だけ厚くすればよく、これにより全ての力を有効に使うことが可能になる。具体的には、例えば駆動梁４０ａ，４０ｂの梁状部材４１ａ，４１ｂの先端部をＬ字状などにすることが考えられるが、要は駆動梁４０ａ，４０ｂの捩じれが防止できればよく、その形状はなんでもよい。
【００５７】
ここで、本実施例においても、先の実施例２と同様に、ミラー部１０の中心（重心）は、トーションバースプリング３０ａ，３０ｂの中心線に対して、駆動梁４０ａ，４０ｂと固定ベース５０との接続部に近接する方向にオフセットすることでもよく、こうすることによって、ミラー部１０の回転振幅をさらに増大させることができる。
【実施例４】
【００５８】
図１９に、本発明の光偏向器の実施例４の全体斜視図を示す。これまで説明した光偏向器は、いずれも１軸方向に光を偏向するものであったが、本実施例は２軸方向に光を偏向する構成としたものである。なお、図１９では、図１７、図１８を適用した場合を示したが図１、図２を適用した場合も同様である。
【００５９】
図１９において、１０は光を反射させる反射面を有するミラー部であり、このミラー部１０の両端には、内部枠部材１２０を介して、該ミラー部１０を揺動可能に支持する一対の第１の弾性支持部材としての第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂが接続されている。内部枠部材１２０は、複数の連結部材１２２によってミラー部１０に接続され、この内部枠部材１２０の両側に一対の第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂが接続されている。
【００６０】
内部枠部材１２０とミラー部１０を接続する複数の連結部材１２２は、ミラー部１０の中心に対して放射状に配置される。ただし、一対の第一のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂと内部枠部材１２０の接続点の延長線上には、連結部材１２２は配置されない。これは、図１、図２などと同様である。
【００６１】
一対の第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの内部枠部材１２０と反対側の端部は、該第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの長手方向と略直交する向きを長手方向として一対の第１の駆動梁１４０ａ，１４０ｂが接続されている。第１の駆動梁１４０ａ，１４０ｂは、図３で説明したように、梁状部材の片面に圧電材料が積層され、平板短冊状のユニモルフ構造を形成している。この第１の駆動梁１４０ａ，１４０ｂは、中央に穴が開いている枠状の可動枠１５０の内側の一辺から同一方向に突出するように接続され、第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの片側にのみ配置され、該駆動梁１４０ａ，１４０ｂでミラー部１０と内部枠部材１２０と第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂを可動枠１５０に対して片持ち支持した構成となっている。
【００６２】
さらに、可動枠１５０の両側には、第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂと直交して、該可動枠１５０を揺動可能に支持する一対の第２の弾性支持部材としての第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂが接続されている。第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの可動枠１５０と反対側の端部は、第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの長手方向と略直交する向きを長手方向として一対の第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂが接続されている。第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂも梁状部材の片面に圧電材料が積層され、平板短冊状のユニモルフ構造を形成している。この第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂは、固定ベース２４０から同一方向に突出するように接続され、第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの片側にのみ配置されており、該第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂで、可動枠１５０と第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂを固定ベース２４０に対して片持ち支持した構成となっている。
【００６３】
本実施例では、第１の駆動梁１４０ａ，１４０ｂで第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂに振動を与えることで、内部枠部材１２０と一体にミラー部１０を第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの軸周りに回転させ、第２の駆動梁２３０ａ，２３０ｂで第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂに振動を与えることで、可動枠１５０を第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの軸周りに回転させ回転させる。ここで、第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの軸周りの第１の回転方向と第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの軸周りの第２の回転方向の振動モードの固有周波数を異ならせておき、それぞれの周波数で第１の駆動梁１３０ａ，１３０ｂと第２の駆動梁２２０ａ，２２０ｂを駆動することで、内部枠部材１２０と一体にミラー部１０を２軸方向に大きく回転させることができる。
【実施例５】
【００６４】
図２０に、本発明の光偏向器の実施例５の全体斜視図を示す。本実施例の光偏向器も２軸方向に光を偏向するものであるが、実施例４とは構成及び駆動の仕方が異なる。
【００６５】
図２０において、１０は光を反射させる反射面を有するミラー部であり、このミラー部１０の両側には、内部枠部材１２０を介して、該ミラー部１０を揺動可能に支持する一対の第１の弾性支持部材としての第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂが接続されている。内部枠部材１２０は、複数の連結部材１２２によってミラー部１０に接続され、この内部枠部材１２０の両側に一対の第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂが接続される。連結部材１２２の構成は図１９と同様である。
【００６６】
一対の第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの内部枠部材１２０と反対側の端部は、中央に穴が開いている枠状の可動枠１５０の相対する２辺の内側に接続されている。可動枠１５０の他の相対する２辺の外側には、第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂに対して直交する向きを長手方向とする一対の第２のトーションバースプリング（第２の弾性支持部材）２２０ａ，２２０ｂが接続されている。この第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの可動枠１５０と反対側の端部は、該第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの長手方向と略直交する向きを長手方向とする駆動梁２３０ａ，２３０ｂが接続されている。駆動梁２３０ａ，２３０ｂは、固定ベース２４０から同一方向に突出するように接続され、第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの片側にのみ配置されており、該駆動梁２２０ａ，２２０ｂで、可動枠１５０と第２のトーションバースプリング２０２を固定ベース２４０に対して片持ち支持した構成となっている。駆動梁２３０ａ，２３０ｂは梁状部材の片面に圧電材料が積層され、平板短冊状のユニモルフ構造を形成している。
【００６７】
本実施例では、駆動梁２３０ａ，２３０ｂで第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂに同相の振動を与えることで、可動枠１５０を第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの軸周りに回転させる。さらに、駆動梁２３０ａ，２３０ｂで、該第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの両側それぞれを逆位相で振動させることで、第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの軸を中心とする回転動作をするようにしている。これによって、ミラー部１０は、第１のトーションバースプリング１３０ａ，１３０ｂの軸周りの第１の回転方向と第２のトーションバースプリング２２０ａ，２２０ｂの軸周りの第２の回転方向に回転する。
【００６８】
具体的に、第１の回転方向と第２の回転方向の振動モードの固有周波数を異ならせておき、それぞれの周波数成分を含んだ信号で駆動梁２２０ａ，２２０ｂを同相および逆相で駆動することで、ミラー部１０を２軸方向に大きく回転させることができる。本実施例では、図１９の実施例４の第１の駆動梁１４０ａ，１４０ｂが不要であり、製作が簡単で低コスト化が可能である。
【実施例６】
【００６９】
本実施例は、実施例１乃至３の１軸方向に光を偏向する光偏向器を用いて画像形成装置の光書き込みユニットとしての光走査装置を提供するものである。
【００７０】
図２１に本実施例の光走査装置の全体構成図、図２２に該光走査装置に用いる光偏向器と駆動手段の接続図を示す。
【００７１】
図２１において、レーザ素子１０２０からのレーザ光は、コリメータレンズ系１０２１を経た後、光偏向器１０２２により偏向される。この光偏向器１０２２として、実施例１〜５のいずれかの構成の光偏向器が用いられる。光偏向器１０２２で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ１０２３ａと第二レンズ１０２３ｂ、反射ミラー１０２３ｃからなる走査光学系１０２３を経て感光ドラム等のビーム走査面１０２２に照射される。
【００７２】
図２２に示すように、光偏向器１０２２は駆動手段１０２４と電気的に連結されている。この駆動手段１０２４が、光偏向器１０２２の下部電極と上部電極間に駆動電圧を印加する。これにより、光偏向器１０２２のミラー部が回転してレーザ光が偏向され、ビーム走査面１０２２上が光走査される。
【００７３】
このように、本発明の光偏向器を利用した光走査装置は写真印刷方式のプリンタや複写機などの画像形成装置のための光書込ユニットの構成部材として最適である。
【実施例７】
【００７４】
本実施例は、実施例６の光走査装置を光書込みユニットの構成部材として実装した画像形成装置を提供するものである。
【００７５】
図２３に本実施例の画像形成装置の一例の全体構成図を示す。図２３において、１００１が光書込みユニットであり、レーザビームを被走査面に出射して画像を書き込む。１００２は光書込みユニット１００１による走査対象としての被走査面を提供する像担持体としての感光体ドラムである。
【００７６】
光書込みユニット１００１は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームで感光体ドラム１００２の表面（被走査面）を同ドラムの軸方向に走査する。感光体ドラム１００２は矢印１００３方向に回転駆動され、帯電手段１００４により帯電された表面に、光書込みユニット１００１により光走査されることによって、静電潜像が形成される。この静電潜像は現像手段１００５でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写手段１００６で記録紙１００７に転写される。転写されたトナー像は定着手段１００８によって記録紙１００７に定着される。感光体ドラム１００２の転写手段１００６対向部を通過した感光体ドラムの表面部分はクリーニング部１００９で残留トナーを除去される。
【００７７】
なお、感光体ドラム１００２に代えてベルト状の感光体を用いる構成も可能である。また、トナー像を記録紙以外の転写媒体に一旦転写し、この転写媒体からトナー像を記録紙に転写して定着させる構成とすることも可能である。
【００７８】
光書込みユニット１００１は記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームを発するレーザ素子としての光源部１０２０と、レーザビームを変調する光源駆動手段１５００と、これまで説明した本発明の１軸方向にレーザビームを偏向する光偏向器１００２と、この光偏向器１０２２のミラー基板のミラー面に光源部１０２０からの、記録信号によって変調されたレーザビーム（光ビーム）を結像させるための結像光学系１０２１と、ミラー面で反射・偏向された１本又は複数本のレーザビームを感光体ドラム１００２の表面（被走査面）に結像させるための手段である走査光学系１０２３などから構成される。光偏向器１０２２は、その駆動のための集積回路（駆動手段）１０２４とともに回路基板１０２５に実装された形で光書込みユニット１００１に組み込まれている。
【００７９】
光偏向器１０２２は、従来の回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置の省電力化に有利である。また、光偏向器１０２２のミラー基板の振動時の風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、画像形成装置の静粛性の改善に有利である。さらに、光偏向器１０２２は、回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また、発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、したがって画像形成装置の小型化に有利である。
【００８０】
なお、記録紙１００７の搬送機構、感光体ドラム１００２の駆動機構、現像手段１００５、転写手段１００６などの制御手段、光源部１０２０の駆動系などは、従来の画像形成装置と同様でよいため図２３では省略されている。
【実施例８】
【００８１】
本実施例は、実施例４、５のような２軸方向に光を偏向する光偏向器を実装した画像投影装置を提供するものである。
【００８２】
図２４に本実施例の画像投影装置の全体構成図を示す。図２４において、筐体２０００に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の異なる３波長のレーザ光を出射するレーザ光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂが取り付けられ、これらレーザ光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂの出射端近傍には、該レーザ光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂからの出射光を略平行光に集光する集光レンズ２００２−Ｒ，２００２−，００２−Ｂが配置されている。集光レンズ２００２−Ｒ，２００２−，００２−Ｂで略平行になったＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光は、ミラー２００３やハーフミラー２００４を経て、合成プリズム２００５によって合成され、光偏向器２００６のミラー面に入射される。光偏向器２００６には、実施例７や８のような２軸方向に光を偏向する構成の光偏向器（二次元反射角度可変ミラー）が使用される。光偏向器２００６のミラー面に入射した合成レーザ光は、光偏向器２００６によって二次元偏向走査されて投影面に投射され、画像を投影する。
【００８３】
図２５は、本実施例の画像投影装置の制御系も含めた概略構成図である。なお、図２５では、３波長のレーザ光源や集光レンズは一つにまとめて示し、また、ミラー、ハーフミラー、合成プリズムは省略してある。
【００８４】
画像情報に応じて画像生成部２０１１で画像信号を生成し、この画像信号が変調器２０１２を介して光源駆動回路２０１３に送られると共に、スキャナ駆動回路２０１４に画像同期信号が送られる。スキャナ駆動回路２０１４は、画像同期信号に応じて駆動信号を光偏向器２００６に与える。この駆動信号によって、光偏向器２００６のミラー部１０は、直交した２つの方向に所定角度（例えば１０deg程度）の振幅で共振振動し、入射したレーザ光が二次元偏向走査される。一方、レーザ光源２００１から出射されるレーザ光は、光源駆動回路２０１３により、光偏向器２００６の二次元偏向走査のタイミングに合わせて強度変調されており、これによって、投影面２００７に二次元の画像情報が投影される。強度変調はパルス幅を変調してもよいし、振幅を変調してもよい。変調器２０１２は画像信号をパルス幅変調あるいは振幅変調し、この変調された信号を光源駆動回路２０１３によりレーザ光源２００１を駆動できる電流に変調してレーザ光源２００１を駆動する。
【００８５】
ここで、光偏向手段には、ポリゴンミラーなどの回転走査ミラーを使用することもできるが、本発明の実施例７、８の構成の光偏向器（二次元反射角度可変ミラー）２００６は、回転走査ミラーに比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像投影装置の省電力に有利である。また、光偏向器２００６のミラー基板の振動時の風切り音は回転走査ミラーに比べて小さいため、画像投影装置の静粛性の改善に有利である。さらに光偏向器２００６は、回転走査ミラーに比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また、発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、したがって、画像投影装置の小型化に有利である。
【符号の説明】
【００８６】
１０ ミラー部
２０ 内部枠部材
２２ 連結部材
３０ａ，３０ｂ トーションバースプリング（弾性支持部材）
４０ａ，４０ｂ 駆動梁
４１ａ，４１ｂ 梁状部材
４２ａ，４２ｂ 圧電部材
５０ 固定ベース
６０ａ，６０ｂ 切れ込み部
１２０ 内部枠部材
１２２ 連結部材
１３０ａ，１３０ｂ 第１のトーションバースプリング
１４０ａ，１４０ｂ 第１の駆動梁
１５０ 可動枠
２２０ａ，２２０ｂ 第２のトーションバースプリング
２３０ａ，２３０ｂ 第２の駆動梁（駆動梁）
２４０ 固定ベース
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８７】
【特許文献１】特許第３１２９２１９号公報
【特許文献２】特許第３２４６１０６号公報
【特許文献３】特開２００８−０８３６０３号公報
【特許文献４】特開２００７−０６５６４９号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定ベースと、光反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を囲う内部枠部材と、前記内部枠部材と前記ミラー部を接続する複数の連結部材と、前記ミラー部を前記内部枠部材を介して揺動可能に支持する一対の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の駆動梁とを有し、
前記弾性支持部材の長手方向と前記駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記駆動梁の他端は固定ベースに固定されて、一対の前記駆動梁で、前記ミラー部と前記内部枠部材と一対の前記弾性支持部材とが前記固定ベースに対して片持ち支持され、
前記駆動梁が曲げ振動することで、前記弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に回転振動することを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
可動枠と、光反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を囲う内部枠部材と、前記内部枠部材と前記ミラー部を接続する複数の連結部材と、前記ミラー部を前記内部枠部材を介して揺動可能に支持する一対の第１の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の第１の駆動梁と、前記可動枠を揺動可能に支持する一対の第２の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の第２の駆動梁と、固定ベースとを有し、
前記第１の弾性支持部材の長手方向と前記第１の駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記第１の駆動梁の他端は前記可動枠に固定されて、一対の前記第１の駆動梁で、前記ミラー部と前記内部枠部材と前記一対の第１の弾性支持部材とが前記可動枠に対して片持ち支持され、
前記第２の弾性支持部材の長手方向と前記第２の駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記第２の駆動梁の他端は固定ベースに固定されて、一対の前記第２の駆動梁で、前記可動枠と一対の前記第２の弾性支持部材とが前記固定ベースに対して片持ち支持され、
前記第１の駆動梁が曲げ振動することで、前記第１の弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第１の方向に回転振動し、
前記第２の駆動梁が曲げ振動することで、前記第２の弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記可動枠が回転振動し、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第２の方向に回転振動することを特徴とする光偏向器。
【請求項３】
可動枠と、光反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を囲う内部枠部材と、前記内部枠部材と前記ミラー部を接続する複数の連結部材と、前記ミラー部を前記内部枠部材を介して揺動可能に支持する一対の第１の弾性支持部材と、前記可動枠を揺動可能に支持する一対の第２の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の駆動梁と、固定ベースとを有し、
一対の前記第１の弾性支持部材は、その一端が前記ミラー部に接続され、他端が前記可動枠に固定されて、前記ミラー部が前記内部枠部材を介して揺動可能に支持され、
前記第２の弾性支持部材の長手方向と前記駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記駆動梁の他端は固定ベースに固定されて、一対の前記駆動梁で、前記可動枠と一対の前記第２の弾性支持部材とが前記固定ベースに対して片持ち支持され、
一対の前記駆動梁が逆位相で曲げ振動することで、一対の前記第１の弾性支持部材の軸周りに回転振動が発生して、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第１の方向に回転振動し、
一対の前記振動梁が同位相で曲げ振動することで、前記第２の弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記可動枠が回転振動し、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第２の方向に回転振動することを特徴とする光偏向器。
【請求項４】
前記内部枠部材と前記ミラー部を接続する複数の連結部材は、前記ミラー部の中心に対して放射状に配置され、且つ、一対の前記弾性支持部材と前記内部枠部材の接続点の延長線上には前記連結部材が配置されないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項５】
前記内部枠部材と前記ミラー部は６個以上の連結部材で接続されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項６】
前記ミラー部の重心が、前記弾性支持部材の中心軸に対して、前記駆動梁と前記固定ベースとの接続部側に近接する方向にオフセットされていることを特徴とする請求項１、４、５のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項７】
前記弾性支持部材と前記駆動梁の接続部分に、前記光反射面と垂直な方向の厚さが部分的に薄くなるように窪みが形成されていることを特徴とする請求項１、４、５、６のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項８】
前記第１の駆動梁のミラー部側の端面が、前記第１の弾性支持部材のミラー部と反対側の端部よりもミラー部側に近接するように、前記第１の駆動梁と前記第１の弾性支持部材の接続部分に切り込みが形成されていることを特徴とする請求項２記載の光偏向器。
【請求項９】
光源と、光源からの光ビームを偏向させる請求項１、４〜７のいずれか１項記載の光偏向器と、偏向された光ビームを被走査面にスポット状に結像する結像光学系とを備えることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項９記載の光走査装置と、光ビームの走査により潜像を形成する感光体と、潜像をトナーで顕像化する現像手段と、トナー像を記録紙に転写する転写手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
光源と、
前記光源からの光ビームを画像信号に応じて変調する変調器と、
前記光ビームを略平行光とするコリメート光学系と、
前記略平行光とされた光ビームを偏向して投影面に投射する請求項１乃至８のいずれか１項記載の光偏向器とを有することを特徴とする画像投影装置。
【請求項１】
固定ベースと、光反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を囲う内部枠部材と、前記内部枠部材と前記ミラー部を接続する複数の連結部材と、前記ミラー部を前記内部枠部材を介して揺動可能に支持する一対の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の駆動梁とを有し、
前記弾性支持部材の長手方向と前記駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記駆動梁の他端は固定ベースに固定されて、一対の前記駆動梁で、前記ミラー部と前記内部枠部材と一対の前記弾性支持部材とが前記固定ベースに対して片持ち支持され、
前記駆動梁が曲げ振動することで、前記弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に回転振動することを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
可動枠と、光反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を囲う内部枠部材と、前記内部枠部材と前記ミラー部を接続する複数の連結部材と、前記ミラー部を前記内部枠部材を介して揺動可能に支持する一対の第１の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の第１の駆動梁と、前記可動枠を揺動可能に支持する一対の第２の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の第２の駆動梁と、固定ベースとを有し、
前記第１の弾性支持部材の長手方向と前記第１の駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記第１の駆動梁の他端は前記可動枠に固定されて、一対の前記第１の駆動梁で、前記ミラー部と前記内部枠部材と前記一対の第１の弾性支持部材とが前記可動枠に対して片持ち支持され、
前記第２の弾性支持部材の長手方向と前記第２の駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記第２の駆動梁の他端は固定ベースに固定されて、一対の前記第２の駆動梁で、前記可動枠と一対の前記第２の弾性支持部材とが前記固定ベースに対して片持ち支持され、
前記第１の駆動梁が曲げ振動することで、前記第１の弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第１の方向に回転振動し、
前記第２の駆動梁が曲げ振動することで、前記第２の弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記可動枠が回転振動し、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第２の方向に回転振動することを特徴とする光偏向器。
【請求項３】
可動枠と、光反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を囲う内部枠部材と、前記内部枠部材と前記ミラー部を接続する複数の連結部材と、前記ミラー部を前記内部枠部材を介して揺動可能に支持する一対の第１の弾性支持部材と、前記可動枠を揺動可能に支持する一対の第２の弾性支持部材と、梁状部材に圧電部材が固着された一対の駆動梁と、固定ベースとを有し、
一対の前記第１の弾性支持部材は、その一端が前記ミラー部に接続され、他端が前記可動枠に固定されて、前記ミラー部が前記内部枠部材を介して揺動可能に支持され、
前記第２の弾性支持部材の長手方向と前記駆動梁の長手方向とが略直交して配置されて、両者が接続され、前記駆動梁の他端は固定ベースに固定されて、一対の前記駆動梁で、前記可動枠と一対の前記第２の弾性支持部材とが前記固定ベースに対して片持ち支持され、
一対の前記駆動梁が逆位相で曲げ振動することで、一対の前記第１の弾性支持部材の軸周りに回転振動が発生して、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第１の方向に回転振動し、
一対の前記振動梁が同位相で曲げ振動することで、前記第２の弾性支持部材に捻り変形が発生して、前記可動枠が回転振動し、前記ミラー部が前記内部枠部材と一体に第２の方向に回転振動することを特徴とする光偏向器。
【請求項４】
前記内部枠部材と前記ミラー部を接続する複数の連結部材は、前記ミラー部の中心に対して放射状に配置され、且つ、一対の前記弾性支持部材と前記内部枠部材の接続点の延長線上には前記連結部材が配置されないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項５】
前記内部枠部材と前記ミラー部は６個以上の連結部材で接続されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項６】
前記ミラー部の重心が、前記弾性支持部材の中心軸に対して、前記駆動梁と前記固定ベースとの接続部側に近接する方向にオフセットされていることを特徴とする請求項１、４、５のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項７】
前記弾性支持部材と前記駆動梁の接続部分に、前記光反射面と垂直な方向の厚さが部分的に薄くなるように窪みが形成されていることを特徴とする請求項１、４、５、６のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項８】
前記第１の駆動梁のミラー部側の端面が、前記第１の弾性支持部材のミラー部と反対側の端部よりもミラー部側に近接するように、前記第１の駆動梁と前記第１の弾性支持部材の接続部分に切り込みが形成されていることを特徴とする請求項２記載の光偏向器。
【請求項９】
光源と、光源からの光ビームを偏向させる請求項１、４〜７のいずれか１項記載の光偏向器と、偏向された光ビームを被走査面にスポット状に結像する結像光学系とを備えることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項９記載の光走査装置と、光ビームの走査により潜像を形成する感光体と、潜像をトナーで顕像化する現像手段と、トナー像を記録紙に転写する転写手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
光源と、
前記光源からの光ビームを画像信号に応じて変調する変調器と、
前記光ビームを略平行光とするコリメート光学系と、
前記略平行光とされた光ビームを偏向して投影面に投射する請求項１乃至８のいずれか１項記載の光偏向器とを有することを特徴とする画像投影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図５】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図５】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−４２６６６（Ｐ２０１２−４２６６６Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８３１３７（Ｐ２０１０−１８３１３７）
【出願日】平成２２年８月１８日（２０１０．８．１８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１８日（２０１０．８．１８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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