光走査装置
【課題】光走査装置の走査特性を向上することのできる技術を提供する。
【解決手段】枠部２２と、枠部２２で囲まれた開口部２７に一端側を固定して固定端が形成され、他端側に自由端が形成されたプレート本体部２３と、を有するプレート部２０と、自由端を切り欠くように形成された一対のプレート舌部２３ｂの間で、ヒンジ部２５によって揺動可能に軸支されたミラー部２１と、プレート本体部２３に設けられ、プレート本体部２３を撓ませることによってミラー部２１を揺動する振動源２４と、ヒンジ部２５の軸方向に設けられ、プレート舌部２３ｂと枠部２２とを接続する支持梁部２６と、を備えており、支持梁部２６が分岐して枠部２２と接続されている。
【解決手段】枠部２２と、枠部２２で囲まれた開口部２７に一端側を固定して固定端が形成され、他端側に自由端が形成されたプレート本体部２３と、を有するプレート部２０と、自由端を切り欠くように形成された一対のプレート舌部２３ｂの間で、ヒンジ部２５によって揺動可能に軸支されたミラー部２１と、プレート本体部２３に設けられ、プレート本体部２３を撓ませることによってミラー部２１を揺動する振動源２４と、ヒンジ部２５の軸方向に設けられ、プレート舌部２３ｂと枠部２２とを接続する支持梁部２６と、を備えており、支持梁部２６が分岐して枠部２２と接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＷＯ２００８／０３８６４９（特許文献１）には、ミラー部を支持する捻れ梁部を有する基板に圧電体を配置し、基板の板波（撓み）を利用してミラー部に捻れ振動を生じさせることができる光スキャナを備えた光走査装置が開示されている。このような光スキャナ（プレート部あるいは素子部ともいう）は、金属材料を基材（メタルベース）として形成され、レーザプリンタなどで使用されるポリゴンスキャナモータの代替として用いることができるものとされている。
【０００３】
特許文献１には、基板本体及び片持ち梁部を囲むように基板固定フレームを配置して、基板固定フレームに対して基板本体を、その固定端部側で固定すると共に、基板接続用梁で接続する構造が開示されている（特許文献１の請求項１０、図８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００８／０３８６４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に本発明者が検討した光走査装置１１０の断面を示し、図２にその光走査装置１１０の構成部品であるプレート部１２０の平面図を示す。光走査装置１１０は、ミラー部１２１を有する素子部（光スキャナ）であるプレート部１２０と、プレート部１２０を固定（収納）するケース１３０と、ミラー部１２１に光を投射する光源１６０と、プレート部１２０に設けられた振動源１２４とを備えている。光走査装置１１０は、揺動するミラー部１２１に対して光源１６０から光を投射し、そのミラー部１２１からの反射光１６１で被対象物を走査するものである。
【０００６】
光走査装置１１０のプレート部１２０は、枠部１２２と、枠部１２２の内側で一端部（固定端）が片持ちされたプレート本体部１２３と、プレート本体部１２３の他端部（自由端）に設けられ、プレート本体部１２３を撓ませることにより安定した定在波を発生させてミラー部１２１を揺動させるための軸となるヒンジ部１２５（捻れ梁部）とを有している。
【０００７】
また、光走査装置１１０のケース１３０は、主に基台として用いる下ケース部１４０と、その上側で主に押さえとして用いる上ケース部１５０とを有している。プレート部１２０が枠部１２２で支持されて下ケース部１４０に設けられ、枠部１２２を押さえる上ケース部１５０が、下ケース部１４０と組み付けられて（固定されて）、光走査装置１１０が構成されている。
【０００８】
このように、プレート部１２０がケース１３０に固定された光走査装置１１０では、プレート部１２０のプレート本体部１２３に設けられた振動源１２４を作動させてプレート本体部１２３を撓ませることによりヒンジ部１２５を揺動軸とするミラー部１２１を揺動させながら照射光１６１を反射することができる。
【０００９】
ところで、光走査装置１１０では、駆動効率を向上させるため、光スキャナを構成するプレート部１２０においてプレート本体部１２３の固定端を片持ちにて支持する構造としている。しかしながら、このような構造において、本発明者は、外乱や、光スキャナの駆動により有害な低周波の振動成分が生じてしまうことを見出している。より具体的に説明すると、光走査装置１１０がプレート本体部１２３を単に固定端だけで片持ち支持した構造であるため、プレート本体部１２３の自由端に設けられたヒンジ部１２５自体がミラー部１２１を揺動する際に、その揺動軸であるヒンジ部１２５が上下方向に変位し、光スキャナの走査特性を低減してしまう場合があることを本発明者は見出している。
【００１０】
なお、ヒンジ部１２５が上下方向に変位するのを抑制するために、プレート部１２０の枠部１２２を押さえて、上ケース部１５０と下ケース部１４０とを組み付けているが、このような構造だけでは、光スキャナの走査特性をより効果的に向上することができない。
【００１１】
本発明の目的は、光走査装置の走査特性を向上することのできる技術を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１３】
本発明の一実施形態における光走査装置は、枠部と、該枠部で囲まれた開口部に一端側を固定して固定端が形成され、他端側に自由端が形成されたプレート本体部と、を有するプレート部と、前記自由端を切り欠くように形成された一対のプレート舌部の間で、ヒンジ部によって揺動可能に軸支されたミラー部と、前記プレート本体部に設けられ、該プレート本体部を撓ませることによって前記ミラー部を揺動する振動源と、前記ヒンジ部の軸方向に設けられ、前記プレート舌部と前記枠部とを接続する支持梁部と、を備えており、前記支持梁部が分岐して前記枠部と接続されている。
【発明の効果】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば次のとおりである。本発明の一実施形態によれば、走査特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明者が検討した光走査装置（従来例）を模式的に示す断面図である。
【図２】図１における光走査装置のプレート部を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態における光走査装置を模式的に示す平面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ線における光走査装置を模式的に示す断面図である。
【図５】図３における光走査装置の下ケース部を模式的に示す平面図である。
【図６】図３における光走査装置の上ケース部を模式的に示す平面図である。
【図７】図３における光走査装置のプレート部を模式的に示す平面図である。
【図８】図７におけるプレート部の要部を模式的に示す平面図である。
【図９】図３における光走査装置のスペーサを模式的に示す平面図である。
【図１０】支持梁部の有無の場合における、プレート本体部の自由端に外乱として周期的外力を作用させたときの光走査装置の周波数応答特性を説明するためのグラフである。
【図１１】−の字形状としたプレート部を模式的に示す平面図である。
【図１２】コの字形状の支持梁部および−の字形状の支持梁部を用いた場合における温度依存性を説明するための表である。
【図１３】支持梁部の形状によるヒンジ部に及ぼす張力の度合いを説明するためのグラフである。
【図１４】変形例としてのプレート部を模式的に示す平面図である。
【図１５】図１４におけるプレート部の要部を模式的に示す平面図である。
【図１６】図１４におけるプレート部を下ケース部に組み付けた状態の要部を模式的に示す断面図である。
【図１７】変形例としてのプレート部を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００１７】
図３に本実施形態における光走査装置１０の平面を示す。また、図４に図３のＸ−Ｘ線における光走査装置１０の断面を示す。また、図５に光走査装置１０の下ケース部４０の平面を示す。また、図６に光走査装置１０の上ケース部５０の平面を示す。また、図７に光走査装置１０のプレート部２０の平面を示し、図８にそのプレート部２０の要部を示す。また、図９に光走査装置１０のスペーサ６０の平面を示す。また、図３、図５、図６、図７および図９で示される各部材は、各図において左右方向が長手、上下方向が短手となっている。なお、図４の断面図では、説明を容易にするため、ネジ３１にはハッチングを付していない。
【００１８】
光走査装置１０は、ミラー部２１を有するプレート部２０と、プレート部２０を固定（収納）するケース３０と、ミラー部２１に光を投射する光源（図示せず）とを備えている。光走査装置１０は、揺動するミラー部２１に対して光源から光を投射し、そのミラー部２１からの反射光で被対象物を走査するものである。以下に、光走査装置１０のより具体的な構成について説明する。
【００１９】
光走査装置１０のケース３０は、主に基台として用いる下ケース部４０と、その上側で主に押さえとして用いる上ケース部５０とを有している。
【００２０】
下ケース部４０は、図４に示すように、上面が開放された筐体状となっている。言い換えると、下ケース部４０を板状としてみた場合、図５に示すように、下ケース部４０は平面矩形状となっている。
【００２１】
この下ケース部４０では、図５に示すように、開口端４４と、内周縁部に設けられる段付部４５と、段付部より深い位置に設けられる底部４６とが形成されている。このため、下ケース部４０は、その厚さ方向（深さ方向）に１段目の凹部４１と、凹部４１よりも深い２段目の凹部４２とを有することとなる。
【００２２】
また、開口端４４には、厚さ方向に貫通したネジ穴４３が、開口端４４の各辺部（長手および短手）の中央にそれぞれ形成されている。なお、このネジ穴４３の位置でネジ３１をネジ止めすることで、基台としての下ケース部４０と、押さえとしての上ケース部５０とを均等な力で組み付けることができる。
【００２３】
下ケース部４０の凹部４１は、プレート部２０（図７参照）が配置できるような平面形状として平面矩形状をしている。この凹部４１の段付部４５でプレート部２０の枠部２２が支持されることとなる（図４参照）。このように、凹部４１の平面形状を、プレート部２０の外形状と同一のものとすることで、容易に下ケース部４０にプレート部２０を配置することができる。
【００２４】
また、プレート部２０は凹部４２を覆うように配置される（図４参照）。また、凹部４２は、プレート部２０の厚さ方向に深く形成されているため、プレート本体部２３の撓みによる振動や、ミラー部２１の揺動を妨げないようになっている。
【００２５】
板状の上ケース部５０は、図６に示すように、平面矩形状をしており、図６ではその左右方向が長手、上下方向が短手となっている。この上ケース部５０は、厚さ方向に貫通した開口部５１が形成された枠部５２と、枠部５２に厚さ方向に貫通したネジ固定用の穴５３とを有している。開口部５１は、光源からの光がミラー部２１へ投射（入射）し、そのミラー部２１からの反射光が出射すると共にプレート本体部２３の撓みによる振動や、ミラー部２１の揺動を妨げないように設けられている。
【００２６】
また、ネジ固定用の穴５３が、枠部５２の各辺部（長手および短手）の中央にそれぞれ形成されている。なお、このネジ固定用の穴５３の位置でネジ３１をネジ止めすることで、基台としての下ケース部４０と、押さえとしての上ケース部５０とを均等な力で組み付けることができる。
【００２７】
本実施形態では、上ケース部５０の開口部５１の開口部形状と、下ケース部４０の凹部４２の底部形状（底部４６の面積）とは、同一となるようにしている。また、上ケース部５０の枠部５２は、下ケース部４０の開口端４４と重ね合わせて組み付けられる。
【００２８】
ここで、基台となる下ケース部４０にプレート部２０を固定できるのであれば、上ケース部５０を必ずしも用いなくても良いことが考えられる。例えば、上ケース部５０で押さえずに接着やネジ止めだけでプレート部２０を下ケース部４０に固定することや、特許文献１のように固定端側の枠部のみを挟持してプレート部をケースで固定する場合であっても良い。
【００２９】
この点、本実施形態では、枠部２２を有するプレート部２０を、その枠部２２全体で固定するために、押さえとしての上ケース部５０を用いている。プレート部２０の枠部２２全体を固定することで、プレート本体部２３を撓ませる際に、外乱による低周波の振動成分の発生を抑制し、走査特性が低下するのを防止することができるからである。
【００３０】
光走査装置１０のプレート部２０は、図７に示すように、平面矩形状をしており、図７ではその左右方向が長手、上下方向が短手となっている。プレート部２０は、平面矩形状の枠部２２と、枠部２２で囲まれた開口部２７に一端側を固定して固定端が形成され、他端側に自由端が形成されたプレート本体部２３とを有している。プレート本体部２３の一端（固定端）が、枠部２２の内側で片持ちされていることとなる。
【００３１】
また、プレート部２０は、プレート本体部２３の他端（自由端）に設けられ、プレート本体部２３を撓ませることによりミラー部２１の揺動軸となるヒンジ部２５（捻れ梁）と、ヒンジ部２５の軸方向に設けられ、プレート本体部２３と枠部２２とに架け渡された支持梁部２６とを有している。このようなプレート部２０は、例えば、板状の金属材料を例えばエッチング加工、打ち抜き加工、レーザ加工、ワイヤーカット加工などによって、図７に示すような平面形状とすることができる。
【００３２】
プレート部２０では、枠部２２とプレート本体部２３との間には貫通する開口部２７、２８が形成されており、枠部２２の内側で片持ちされたプレート本体部２３が撓むようになっている。プレート本体部２３の一端部は、枠部２２と固定されるので固定端となり、一方、プレート本体部２３の他端部は、固定端に対して自由となるようにするため自由端となる。なお、開口部２７はプレート本体部２３の固定端側に形成され、開口部２８はプレート本体部２３の自由端側に形成されることとなる。
【００３３】
また、プレート本体部２３は、矩形状の中央部から片持ちされる枠部２２の片持部２２ａに向かってくびれる、くびれ部２３ａと、他方の短手側にヒンジ部２５を支持するプレート舌部２３ｂとを有している。本実施形態では、くびれ部２３ａ（本体部２３の固定端）と接している枠部２２の領域を片持部２２ａ（図７では明解とするためハッチングを付している）としている。すなわち、枠部２２が、片持部２２ａを有している。よって、本体部２３は、枠部２２の内側で片持部２２ａにより片持ちされていることとなる。
【００３４】
また、プレート舌部２３ｂは、プレート本体部２３の自由端を切り欠くように対をなすように形成されている。また、ミラー部２１を揺動するための捻れ梁部であるヒンジ部２５がミラー部２１の両側に設けられている。片側のヒンジ部２５の一端がミラー部２１と接続されており、他端がプレート舌部２３ｂと接続されている。これにより、ミラー部２１は、一対のプレート舌部２３ｂの間で、ヒンジ部２５によって揺動可能に軸支されている。
【００３５】
また、プレート部２０は、本体部２３を片持ちする片持部２２ａとは別に、本体部２３と枠部２２とを接続する２つの支持梁部２６を有している。２つの支持梁部２６は、本体部２３の中央部から自由端側であって、本体部２３を挟んで対称となるように設けられている。具体的には、ヒンジ部２５の軸方向に、プレート本体部２３と枠部２２との間に支持梁部２６が架け渡されている。この支持梁部２６は、ミラー部２１を揺動させるためのヒンジ部２５（捻れ梁部）と同じかそれよりも細く、また短く形成されている。
【００３６】
本実施形態においては、支持梁部２６によって本体部２３と枠部２２とが接続されているが、本体部２３は枠部２２の内側で片持ちされているとしている。支持梁部２６はミラー部２１の上下方向の変位を抑制するために設けるものであって、本体部２３を撓ませるために作用するものではないからである。
【００３７】
また、支持梁部２６は、図８に示すように、ヒンジ部２５の軸方向（揺動するミラー部２１の揺動軸方向）に空隙２９を形成するように分岐している。言い換えると、支持梁部２６が分岐して枠部２２と接続されている。このように空隙２９が形成された支持梁部２６は、枠部２２やプレート舌部２３ｂはもちろんヒンジ部２５よりも短手方向に変形しやすい（剛性が低い）ものとなっている。なお、支持梁部２６をより細くしたり、寸法Ｃを大きくしたりすることで、より短手方向に変形しやすく（剛性を低下させる）することができる。
【００３８】
本実施形態では、短手方向に変形しやすい形状として、支持梁部２６を、ヒンジ部２５側から枠部２２にコの状に分岐している。言い換えると、分岐した支持梁部２６と枠部２２で囲まれる空隙２９が、矩形状となるようにしている。
【００３９】
また、プレート本体部２３には、開口部２８の近傍であって幅方向中央部には振動源２４が設けられている。この振動源２４は、プレート本体部２３を撓ませることによってミラー部２１を揺動するものである。
【００４０】
振動源２４としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電素子や、その他に圧電体、磁歪体、永久磁石体などを用いることができる。振動源２４として、圧電素子を用いた場合、プレート本体部２３に接着などによって振動源２４を設けることができる。この際、図示しない配線により交番電圧を加えることでＰＺＴを伸縮させ、プレート本体部２３を連続的に撓ませることにより定在波を発生させる。また、振動源２４として、圧電体、磁歪体、永久磁石体を用いた場合、プレート本体部２３上に例えばエアロゾルデポジション法などによって膜状に振動源２４を直接形成することができる。
【００４１】
このように、プレート部２０がケース３０に固定された光走査装置１０では、振動源２４を作動させてプレート本体部２３を撓ませることにより、ヒンジ部２５を揺動軸とするミラー部２１を揺動させながら照射光を反射することができる。
【００４２】
なお、ミラー部２１は、プレート部２０（プレート本体部２３）に金属板を使用する場合には鏡面仕上げされたものを用いると良い。金属板以外の基板や、金属板においてもより高い反射性能が要求される場合には、真空蒸着、スパッタリング、化学的気相成長法等の薄膜形成技術により、ミラー部２１へ薄膜（例えば、金、アルミニウムなど）を形成するか、またはミラー部２１へ別途ミラー用反射材料（例えば、シリコン、セラミックなど）を貼付けても良い。
【００４３】
また、プレート部２０は、例えばステンレス鋼で形成されている。また、プレート部２０を固定するケース３０は、例えばアルミニウムで形成されている。
【００４４】
光走査装置１０のシート状のスペーサ６０は、図９に示すように、平面矩形状をしている。このスペーサ６０は、厚さ方向に貫通した開口部６１が形成された枠部６２を有している。開口部６１は、光源からの光がミラー部２１へ投射（入射）し、そのミラー部２１からの反射光が出射すると共にプレート本体部２３の撓みによる振動や、ミラー部２１の揺動を妨げないように設けられている。
【００４５】
本実施形態では、スペーサ６０の開口部６１の開口部形状と、下ケース部４０の凹部４２の底部形状や上ケース部５０の開口部５１の開口部形状とは、同一となるようにしている。また、板状のスペーサ６０は、他の部品（プレート部２０など）より薄く、シート状になっている。このような厚さ方向に貫通した開口部６１が形成された枠部６２を有するスペーサ６０は、例えば抜き加工や金型加工などによって形成することができる。
【００４６】
また、スペーサ６０としては、弾性を有するもの（弾性体）を用いている。具体的には、ケース３０を剛体としたときに、それに対してスペーサ６０を弾性体としている。弾性体としては、例えばポリプロピレン系やポリエステル系などの樹脂材料、シリコーン、ゴム等を用いることができる。このスペーサ６０を、プレート部２０の枠部２２と上ケース部５０との間に挟むことで、光走査が不規則に変動する異常振幅や、ループ状の走査現象の発生を防いでいる。スペーサ６０によって、ケース３０を構成する上ケース部５０とプレート部２０がそれぞれの固定面にて、片当たり等のアンバランスの発生を抑制することができると考えられる。
【００４７】
このように、本実施形態における光走査装置１０では、プレート部２０が、枠部２２と、枠部２２の内側で一端部が片持ちされたプレート本体部２３と、プレート本体部２３の他端部に設けられ、ミラー部２１の揺動軸となるヒンジ部２５と、ヒンジ部２５の軸方向に設けられ、枠部２２とプレート本体部２３とに架け渡された支持梁部２６とを有している。以下に、この支持梁部２６の有無による走査特性への影響について説明する。
【００４８】
図１０に支持梁部２６の有無の場合における、下ケース部４０のミラー側底面（図５長手右側）を一部完全固定し、固定端側（図５長手左側）側面に外乱として周期的外力を作用させたときの光走査装置１０のミラー部２１の面外方向に対する周波数応答特性の数値解析結果を示す。図１０中、支持梁部２６を設けない場合を符号Ａ、支持梁部２６を設けた場合を符号Ｂで示す。また、符号Ｂで括られている曲線は、図８で示した枠部２２の長手方向における空隙２９の寸法Ｃを種々変化（Ｃ＝０〜６０ｍｍ）させた場合のものである。この図１０に示す周波数応答特性からミラー部２１の中心の面外方向の変位量（図１０中のＺ振幅）について評価することができる。
【００４９】
支持梁部２６を設けない場合（符号Ａ）では、１１０Ｈｚ付近で低次の共振（最初の共振）が観られ、９０Ｈｚより大きい周波数に対してミラー部２１の変位が０．０１５ｍｍを超えている。支持梁部２６を設けた場合（符号Ｂ）では、低次の共振（最初の共振）は５００Ｈｚ付近まで大きくなり４００Ｈｚ以下ではミラー部２１の変位が０．０１５ｍｍ以下となっている。
【００５０】
このように、支持梁部２６を設けることで、最初の共振現象を、１１０Ｈｚ付近から５００Ｈｚ付近までシフトさせることができるので、低周波領域（例えば、０〜４００Ｈｚ）での外乱の影響を防止することができる。したがって、外乱の影響を防止した光走査装置１０では、走査特性を向上することができることとなる。
【００５１】
本実施形態では、支持梁部２６をヒンジ部２５の軸方向に設けた形状としている。このような形状としたのは、ミラー部２１の上下動を抑制するためにミラー部２１の近傍に支持梁部２６を設ける、すなわちミラー部２１と接続されたヒンジ部２５の軸方向に支持梁部２６を設けることが最も効果が高いからである。
【００５２】
これに対して、特許文献１に記載の光走査装置が、基板接続用梁を、基板振動の最小振幅の近傍に設けた構造となっているので、この点、本実施形態における光走査装置１０と相違する。
【００５３】
特許文献１では、光走査装置を外乱振動に対して安定に支持するために、基板振動の最小振幅、すなわち基板振動（走査振幅）に影響が少ない位置に基板接続用梁を設けていることから、基板全体に着目して、基板全体で対策をしているものと考えられる。したがって、基板全体で対策をしている特許文献１に記載の光走査装置では、走査特性に影響を与える一要因である、上下方向に変位してしまうヒンジ部１２５に関しては、考慮されていないものと考えられる。
【００５４】
この課題を解決するために、本実施形態における光走査装置１０では、ヒンジ部２５の軸方向に、支持梁部２６を設けて、ヒンジ部２５が上下方向に変位するのを防止している。
【００５５】
また、本実施形態では、ヒンジ部２５の軸方向に支持梁部２６を設けることの他に、プレート部２０をその枠部２２で支持されて下ケース部４０に設け、枠部２０を上ケース部５０で押さえて下ケース部４０と組み付けることで、プレート部２０全体からも光走査装置１０を外乱振動に対して安定となるようにしている。すなわち、本実施形態における光走査装置１０は、外乱振動に対して安定したものとなり、またヒンジ部２５が上下方向に変位するのを防止するものとなっているため、走査特性を向上することができるといえる。
【００５６】
また、本実施形態では、枠部２０を上ケース部５０で押さえて下ケース部４０に組み付けることによって、支持梁部２６の枠部２２側の一端を固定する（押さえる）ことができる。このため、支持梁部２６のプレート本体部２３（ヒンジ部２５）側の他端を自由端と捉えることができるので、プレート本体部２３を撓ませることへの影響の低減を図っている。
【００５７】
ところで、ヒンジ部２５が上下方向に変位するのを防止するため、ヒンジ部２５の軸方向に、支持梁部２６を設けるのであれば、支持梁部２６が分岐せずに空隙２９がない形状（図８中の寸法Ｃ＝０の場合）、すなわち図１１に示すような−の字形状（ストレート形状）の支持梁部２６ａを設けても良い。しかしながら、このような−の字形状の支持梁部２６ａを用いた場合では、温度特性によって走査特性が低減してしまう、すなわち光走査装置１０の温度変化によって光走査が不規則に変動する異常振幅や、ループ状の走査現象が発生することや共振周波数が変化してしまうことを本発明者は見出している。
【００５８】
図１２に光走査装置１０において支持梁部２６ａ（−の字形状）と支持梁部２６（コの字形状）とを用いた場合の温度依存性を説明するための表を示す。この図１２において、走査動作の評価は、振動源２４としての圧電素子に３０Ｖの駆動電圧を印加させたときの、周囲の温度環境の変化（Δ４０℃）による動作状態の観測により行っている。図１２中では、安定状態を「ＯＫ」、不安定状態を「ＮＧ」で示す。
【００５９】
図１２の表から分かるように、コの字形状（寸法Ｃ≠０）では温度環境が変化しても光走査の状態は安定しているが、−の字形状（寸法Ｃ＝０）では温度環境が変化すると低温側（０℃）で走査の状態が異常になり不安定となってしまう。このような状態は、ヒンジ部２５が緩んだ状態で、捻れることで不安定な状態となったものと考えられる。
【００６０】
低温となることで、金属部材からなるプレート部２０（ＳＵＳ３０４：１７．３×１０−６［／Ｋ］）やケース３０（アルミニウム：２３．７×１０−６［／Ｋ］）も収縮する方向となるが、線膨張係数が異なるため、低温となって収縮するケース３０に対して、このケース３０に固定されたプレート部２０は圧縮される方向の応力を受ける。この圧縮される方向の応力は、特に、プレート部２０で敏感な（剛性が低く変形しやすい）部位である支持梁部２６、２６ａに最も作用するものと考えられる。このため、温度変化によって支持梁部２６を介してヒンジ部２５に応力が発生してしまう結果、プレート部２０（スキャナ）のバネ定数に変化が生じてしまい、光走査装置１０自体の温度特性が悪化してしまうものと考えられる。
【００６１】
本実施形態では、支持梁部２６、２６ａは、片持ちされたプレート本体部２３を撓ませることに対して作用を及ぼさないように、細く形成されている。具体的には、支持梁部２６、２６ａは、プレート本体部２３の固定端側のくびれ部２３ａより十分に細く形成されている。このため、プレート部２０において、支持梁部２６、２６ａは枠部２２からの力を最も敏感に受けやすい部位となっている。
【００６２】
ここで、支持梁部２６、２６ａがその形状によって枠部２２から力の受けやすさ（敏感さ）を、図１３を参照して、ヒンジ部２５に発生する張力から説明する。図１３に光走査装置１０において支持梁部２６の形状によるヒンジ部２５に及ぼす張力の度合いを示す。
【００６３】
図１３から、枠部２２の長手方向における空隙２９の寸法Ｃが長くなるに従い支持梁部２６が短手方向に変形しやすくなり、ヒンジ部２５に発生する張力が低下することが分かる。このことから、枠部２２とヒンジ部２５と間に設けられている支持梁部２６は、空隙２９の寸法がＣ≠０ｍｍの場合より、Ｃ＝０（支持梁部２６ａとなる）の場合で最もヒンジ部２５に力を作用させ易くなっている。言い換えると、支持梁部２６が、Ｃ＝０（支持梁部２６ａとなる）の場合より、空隙２９の寸法がＣ≠０ｍｍの場合で枠部２２からの作用をヒンジ部２５に及ぼし難くさせている。
【００６４】
このため、支持梁部２６が、Ｃ＝０（支持梁部２６ａとなる）の場合より、空隙２９の寸法がＣ≠０ｍｍの場合で、温度変化によるヒンジ部２５に応力が発生するのを抑制しているものと考えられる。そして、単純な形状（−の字形状）の支持梁部２６ａでは、外部からの応力が支持梁部２６ａを介してヒンジ部２５に直接作用するようになってしまうものと考えられる。
【００６５】
このため、本実施形態における光走査装置１０では、ヒンジ部２５の軸方向に空隙２９を形成するように分岐した形状の支持梁部２６を設けている。また、この空隙２９をヒンジ部２５（プレート本体部２３）側より枠部２２側に形成することによって、線膨張係数の差から生じる応力をできるだけヒンジ部２５に作用させないようにしている。また、支持梁部２６の形状をコの字形状とすることにより、軸力ではなく、梁の曲げとして応力（変位）を吸収することが可能となり、ヒンジ部２５への熱応力発生を緩和することができる。したがって、光走査装置１０では、走査特性を向上することができる。
【００６６】
なお、支持梁部２６をコの字形状としているが、これに限らず、ヒンジ部２５の軸方向に空隙２９を形成するように分岐させた形状であれば、Ｃの字形状や、Ｙの字形状、Ｕの字形状などであっても良い。しかしながら、枠部２２とプレート本体部２３（プレート舌部２３ｂ）との間は、光走査装置１０の小型化を図る場合、できるだけ狭くするする必要がある。このため、空隙２９の形状は、ヒンジ部２５の軸方向（枠部２２の短手方向）より、枠部２２に沿った方向（枠部２２の長手方向）に伸びる形状、すなわち前記実施形態で示したコの字形状が有効である。
【００６７】
また、光走査装置１０の小型化を図る場合、支持梁部２６の一部を、枠部２２の一部として設けても良い。図１４にプレート部２０の変形例としてのプレート部２０ａの平面を示し、図１５にプレート部２０ａの要部を示す。また、図１６にプレート部２０ａを下ケース部４０に組み付けた状態の要部の断面を示す。なお、図１６は、図１５のＹ−Ｙ線に対応した断面図となっている。
【００６８】
プレート部２０（図７参照）では、プレート舌部２３ｂと枠部２２の間に、支持梁部２６全体を設けている。これに対して、プレート部２０ａでは、支持梁部２６ｂ（２６）の一部を、枠部２２の一部に設けている。例えば図１５に示すように、支持梁部２６ｂを、ヒンジ部２５側から伸びる幹部２６ｃと、幹部２６ｃから分岐する枝部２６ｄとした場合、支持梁部２６ｂの枝部２６ｄを、枠部２２の一部に設けている。言い換えると、プレート舌部２３ｂと枠部２２の間に、ヒンジ部２５の軸方向に延在する幹部２６ｃを設け、枠部２２内にヒンジ部２５の軸方向と交差する方向に延在する枝部２６ｄを設けている。
【００６９】
また、支持梁部２６ｂの一部として枝部２６ｄをプレート部２０の枠部２２内に形成する場合、その枠部２２内で形成された枝部２６ｄを含む領域に対応する下プレート部４０に、図１６に示すように、凹部４７を形成している。なお、図１４および図１５では、プレート部２０ａの平面をしているが、プレート部２０ａを下ケース部４０に組み付けたときの凹部４７の位置を破線で示している。
【００７０】
このように、支持梁部２６ｂの一部が、枠部２２の一部として設けられたとしても、支持梁部２６ｂが、ミラー部２１の上下方向の変位を抑制するために設けるものであって、短手方向に変形しやすい（剛性が低い）ものであれば良い。このような支持梁部２６ｂによれば、光走査装置１０の小型化（短手方向の省スペース化）を図りつつ、ヒンジ部２５が上下方向に変位するのを防止するものとなるため、走査特性を向上することができる。
【００７１】
枠部２２内に枝部２６ｄ（支持梁部２６ｂの一部）を設けるにあたり、図１４に示すように、ヒンジ部２５の軸方向と交差する方向を長手とした貫通孔２２ｂを枠部２２に形成したプレート部２０ａを用いても良い。また、図１７に示すように、枠部２２の一部に梁部を形成し、その梁部を枝部２６ｄとしたプレート部２０ｂを用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、光走査装置、特に、レーザプリンタ、デジタル複写機などの画像形成装置、投影型ディスプレイなどの画像表示装置、バーコードリーダ、エリアセンサなどに用いられる光走査装置の製造業に幅広く利用されるものである。
【符号の説明】
【００７３】
１０ 光走査装置
２０、２０ａ、２０ｂ プレート部
２１ ミラー部
２２ 枠部
２２ａ 片持部
２２ｂ 貫通孔
２３ プレート本体部
２３ａ くびれ部
２３ｂ プレート舌部
２４ 振動源
２５ ヒンジ部（捻れ梁部）
２６、２６ａ、２６ｂ 支持梁部
２６ｃ 幹部
２６ｄ 枝部
２７、２８ 開口部
２９ 空隙
３０ ケース
３１ ネジ
４０ 下ケース部
４１、４２ 凹部
４３ ネジ穴
４４ 開口端
４５ 段付部
４６ 底部
４７ 凹部
５０ 上ケース部
５１ 開口部
５２ 枠部
５３ ネジ固定用の穴
６０ スペーサ
６１ 開口部
６２ 枠部
１１０ 光走査装置
１２０ プレート部
１２１ ミラー部
１２２ 枠部
１２３ プレート本体部
１２４ 振動源
１２５ ヒンジ部
１３０ ケース
１４０ 下ケース部
１５０ 上ケース部
１６０ 光源
１６１ 反射光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＷＯ２００８／０３８６４９（特許文献１）には、ミラー部を支持する捻れ梁部を有する基板に圧電体を配置し、基板の板波（撓み）を利用してミラー部に捻れ振動を生じさせることができる光スキャナを備えた光走査装置が開示されている。このような光スキャナ（プレート部あるいは素子部ともいう）は、金属材料を基材（メタルベース）として形成され、レーザプリンタなどで使用されるポリゴンスキャナモータの代替として用いることができるものとされている。
【０００３】
特許文献１には、基板本体及び片持ち梁部を囲むように基板固定フレームを配置して、基板固定フレームに対して基板本体を、その固定端部側で固定すると共に、基板接続用梁で接続する構造が開示されている（特許文献１の請求項１０、図８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００８／０３８６４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に本発明者が検討した光走査装置１１０の断面を示し、図２にその光走査装置１１０の構成部品であるプレート部１２０の平面図を示す。光走査装置１１０は、ミラー部１２１を有する素子部（光スキャナ）であるプレート部１２０と、プレート部１２０を固定（収納）するケース１３０と、ミラー部１２１に光を投射する光源１６０と、プレート部１２０に設けられた振動源１２４とを備えている。光走査装置１１０は、揺動するミラー部１２１に対して光源１６０から光を投射し、そのミラー部１２１からの反射光１６１で被対象物を走査するものである。
【０００６】
光走査装置１１０のプレート部１２０は、枠部１２２と、枠部１２２の内側で一端部（固定端）が片持ちされたプレート本体部１２３と、プレート本体部１２３の他端部（自由端）に設けられ、プレート本体部１２３を撓ませることにより安定した定在波を発生させてミラー部１２１を揺動させるための軸となるヒンジ部１２５（捻れ梁部）とを有している。
【０００７】
また、光走査装置１１０のケース１３０は、主に基台として用いる下ケース部１４０と、その上側で主に押さえとして用いる上ケース部１５０とを有している。プレート部１２０が枠部１２２で支持されて下ケース部１４０に設けられ、枠部１２２を押さえる上ケース部１５０が、下ケース部１４０と組み付けられて（固定されて）、光走査装置１１０が構成されている。
【０００８】
このように、プレート部１２０がケース１３０に固定された光走査装置１１０では、プレート部１２０のプレート本体部１２３に設けられた振動源１２４を作動させてプレート本体部１２３を撓ませることによりヒンジ部１２５を揺動軸とするミラー部１２１を揺動させながら照射光１６１を反射することができる。
【０００９】
ところで、光走査装置１１０では、駆動効率を向上させるため、光スキャナを構成するプレート部１２０においてプレート本体部１２３の固定端を片持ちにて支持する構造としている。しかしながら、このような構造において、本発明者は、外乱や、光スキャナの駆動により有害な低周波の振動成分が生じてしまうことを見出している。より具体的に説明すると、光走査装置１１０がプレート本体部１２３を単に固定端だけで片持ち支持した構造であるため、プレート本体部１２３の自由端に設けられたヒンジ部１２５自体がミラー部１２１を揺動する際に、その揺動軸であるヒンジ部１２５が上下方向に変位し、光スキャナの走査特性を低減してしまう場合があることを本発明者は見出している。
【００１０】
なお、ヒンジ部１２５が上下方向に変位するのを抑制するために、プレート部１２０の枠部１２２を押さえて、上ケース部１５０と下ケース部１４０とを組み付けているが、このような構造だけでは、光スキャナの走査特性をより効果的に向上することができない。
【００１１】
本発明の目的は、光走査装置の走査特性を向上することのできる技術を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１３】
本発明の一実施形態における光走査装置は、枠部と、該枠部で囲まれた開口部に一端側を固定して固定端が形成され、他端側に自由端が形成されたプレート本体部と、を有するプレート部と、前記自由端を切り欠くように形成された一対のプレート舌部の間で、ヒンジ部によって揺動可能に軸支されたミラー部と、前記プレート本体部に設けられ、該プレート本体部を撓ませることによって前記ミラー部を揺動する振動源と、前記ヒンジ部の軸方向に設けられ、前記プレート舌部と前記枠部とを接続する支持梁部と、を備えており、前記支持梁部が分岐して前記枠部と接続されている。
【発明の効果】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば次のとおりである。本発明の一実施形態によれば、走査特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明者が検討した光走査装置（従来例）を模式的に示す断面図である。
【図２】図１における光走査装置のプレート部を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態における光走査装置を模式的に示す平面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ線における光走査装置を模式的に示す断面図である。
【図５】図３における光走査装置の下ケース部を模式的に示す平面図である。
【図６】図３における光走査装置の上ケース部を模式的に示す平面図である。
【図７】図３における光走査装置のプレート部を模式的に示す平面図である。
【図８】図７におけるプレート部の要部を模式的に示す平面図である。
【図９】図３における光走査装置のスペーサを模式的に示す平面図である。
【図１０】支持梁部の有無の場合における、プレート本体部の自由端に外乱として周期的外力を作用させたときの光走査装置の周波数応答特性を説明するためのグラフである。
【図１１】−の字形状としたプレート部を模式的に示す平面図である。
【図１２】コの字形状の支持梁部および−の字形状の支持梁部を用いた場合における温度依存性を説明するための表である。
【図１３】支持梁部の形状によるヒンジ部に及ぼす張力の度合いを説明するためのグラフである。
【図１４】変形例としてのプレート部を模式的に示す平面図である。
【図１５】図１４におけるプレート部の要部を模式的に示す平面図である。
【図１６】図１４におけるプレート部を下ケース部に組み付けた状態の要部を模式的に示す断面図である。
【図１７】変形例としてのプレート部を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００１７】
図３に本実施形態における光走査装置１０の平面を示す。また、図４に図３のＸ−Ｘ線における光走査装置１０の断面を示す。また、図５に光走査装置１０の下ケース部４０の平面を示す。また、図６に光走査装置１０の上ケース部５０の平面を示す。また、図７に光走査装置１０のプレート部２０の平面を示し、図８にそのプレート部２０の要部を示す。また、図９に光走査装置１０のスペーサ６０の平面を示す。また、図３、図５、図６、図７および図９で示される各部材は、各図において左右方向が長手、上下方向が短手となっている。なお、図４の断面図では、説明を容易にするため、ネジ３１にはハッチングを付していない。
【００１８】
光走査装置１０は、ミラー部２１を有するプレート部２０と、プレート部２０を固定（収納）するケース３０と、ミラー部２１に光を投射する光源（図示せず）とを備えている。光走査装置１０は、揺動するミラー部２１に対して光源から光を投射し、そのミラー部２１からの反射光で被対象物を走査するものである。以下に、光走査装置１０のより具体的な構成について説明する。
【００１９】
光走査装置１０のケース３０は、主に基台として用いる下ケース部４０と、その上側で主に押さえとして用いる上ケース部５０とを有している。
【００２０】
下ケース部４０は、図４に示すように、上面が開放された筐体状となっている。言い換えると、下ケース部４０を板状としてみた場合、図５に示すように、下ケース部４０は平面矩形状となっている。
【００２１】
この下ケース部４０では、図５に示すように、開口端４４と、内周縁部に設けられる段付部４５と、段付部より深い位置に設けられる底部４６とが形成されている。このため、下ケース部４０は、その厚さ方向（深さ方向）に１段目の凹部４１と、凹部４１よりも深い２段目の凹部４２とを有することとなる。
【００２２】
また、開口端４４には、厚さ方向に貫通したネジ穴４３が、開口端４４の各辺部（長手および短手）の中央にそれぞれ形成されている。なお、このネジ穴４３の位置でネジ３１をネジ止めすることで、基台としての下ケース部４０と、押さえとしての上ケース部５０とを均等な力で組み付けることができる。
【００２３】
下ケース部４０の凹部４１は、プレート部２０（図７参照）が配置できるような平面形状として平面矩形状をしている。この凹部４１の段付部４５でプレート部２０の枠部２２が支持されることとなる（図４参照）。このように、凹部４１の平面形状を、プレート部２０の外形状と同一のものとすることで、容易に下ケース部４０にプレート部２０を配置することができる。
【００２４】
また、プレート部２０は凹部４２を覆うように配置される（図４参照）。また、凹部４２は、プレート部２０の厚さ方向に深く形成されているため、プレート本体部２３の撓みによる振動や、ミラー部２１の揺動を妨げないようになっている。
【００２５】
板状の上ケース部５０は、図６に示すように、平面矩形状をしており、図６ではその左右方向が長手、上下方向が短手となっている。この上ケース部５０は、厚さ方向に貫通した開口部５１が形成された枠部５２と、枠部５２に厚さ方向に貫通したネジ固定用の穴５３とを有している。開口部５１は、光源からの光がミラー部２１へ投射（入射）し、そのミラー部２１からの反射光が出射すると共にプレート本体部２３の撓みによる振動や、ミラー部２１の揺動を妨げないように設けられている。
【００２６】
また、ネジ固定用の穴５３が、枠部５２の各辺部（長手および短手）の中央にそれぞれ形成されている。なお、このネジ固定用の穴５３の位置でネジ３１をネジ止めすることで、基台としての下ケース部４０と、押さえとしての上ケース部５０とを均等な力で組み付けることができる。
【００２７】
本実施形態では、上ケース部５０の開口部５１の開口部形状と、下ケース部４０の凹部４２の底部形状（底部４６の面積）とは、同一となるようにしている。また、上ケース部５０の枠部５２は、下ケース部４０の開口端４４と重ね合わせて組み付けられる。
【００２８】
ここで、基台となる下ケース部４０にプレート部２０を固定できるのであれば、上ケース部５０を必ずしも用いなくても良いことが考えられる。例えば、上ケース部５０で押さえずに接着やネジ止めだけでプレート部２０を下ケース部４０に固定することや、特許文献１のように固定端側の枠部のみを挟持してプレート部をケースで固定する場合であっても良い。
【００２９】
この点、本実施形態では、枠部２２を有するプレート部２０を、その枠部２２全体で固定するために、押さえとしての上ケース部５０を用いている。プレート部２０の枠部２２全体を固定することで、プレート本体部２３を撓ませる際に、外乱による低周波の振動成分の発生を抑制し、走査特性が低下するのを防止することができるからである。
【００３０】
光走査装置１０のプレート部２０は、図７に示すように、平面矩形状をしており、図７ではその左右方向が長手、上下方向が短手となっている。プレート部２０は、平面矩形状の枠部２２と、枠部２２で囲まれた開口部２７に一端側を固定して固定端が形成され、他端側に自由端が形成されたプレート本体部２３とを有している。プレート本体部２３の一端（固定端）が、枠部２２の内側で片持ちされていることとなる。
【００３１】
また、プレート部２０は、プレート本体部２３の他端（自由端）に設けられ、プレート本体部２３を撓ませることによりミラー部２１の揺動軸となるヒンジ部２５（捻れ梁）と、ヒンジ部２５の軸方向に設けられ、プレート本体部２３と枠部２２とに架け渡された支持梁部２６とを有している。このようなプレート部２０は、例えば、板状の金属材料を例えばエッチング加工、打ち抜き加工、レーザ加工、ワイヤーカット加工などによって、図７に示すような平面形状とすることができる。
【００３２】
プレート部２０では、枠部２２とプレート本体部２３との間には貫通する開口部２７、２８が形成されており、枠部２２の内側で片持ちされたプレート本体部２３が撓むようになっている。プレート本体部２３の一端部は、枠部２２と固定されるので固定端となり、一方、プレート本体部２３の他端部は、固定端に対して自由となるようにするため自由端となる。なお、開口部２７はプレート本体部２３の固定端側に形成され、開口部２８はプレート本体部２３の自由端側に形成されることとなる。
【００３３】
また、プレート本体部２３は、矩形状の中央部から片持ちされる枠部２２の片持部２２ａに向かってくびれる、くびれ部２３ａと、他方の短手側にヒンジ部２５を支持するプレート舌部２３ｂとを有している。本実施形態では、くびれ部２３ａ（本体部２３の固定端）と接している枠部２２の領域を片持部２２ａ（図７では明解とするためハッチングを付している）としている。すなわち、枠部２２が、片持部２２ａを有している。よって、本体部２３は、枠部２２の内側で片持部２２ａにより片持ちされていることとなる。
【００３４】
また、プレート舌部２３ｂは、プレート本体部２３の自由端を切り欠くように対をなすように形成されている。また、ミラー部２１を揺動するための捻れ梁部であるヒンジ部２５がミラー部２１の両側に設けられている。片側のヒンジ部２５の一端がミラー部２１と接続されており、他端がプレート舌部２３ｂと接続されている。これにより、ミラー部２１は、一対のプレート舌部２３ｂの間で、ヒンジ部２５によって揺動可能に軸支されている。
【００３５】
また、プレート部２０は、本体部２３を片持ちする片持部２２ａとは別に、本体部２３と枠部２２とを接続する２つの支持梁部２６を有している。２つの支持梁部２６は、本体部２３の中央部から自由端側であって、本体部２３を挟んで対称となるように設けられている。具体的には、ヒンジ部２５の軸方向に、プレート本体部２３と枠部２２との間に支持梁部２６が架け渡されている。この支持梁部２６は、ミラー部２１を揺動させるためのヒンジ部２５（捻れ梁部）と同じかそれよりも細く、また短く形成されている。
【００３６】
本実施形態においては、支持梁部２６によって本体部２３と枠部２２とが接続されているが、本体部２３は枠部２２の内側で片持ちされているとしている。支持梁部２６はミラー部２１の上下方向の変位を抑制するために設けるものであって、本体部２３を撓ませるために作用するものではないからである。
【００３７】
また、支持梁部２６は、図８に示すように、ヒンジ部２５の軸方向（揺動するミラー部２１の揺動軸方向）に空隙２９を形成するように分岐している。言い換えると、支持梁部２６が分岐して枠部２２と接続されている。このように空隙２９が形成された支持梁部２６は、枠部２２やプレート舌部２３ｂはもちろんヒンジ部２５よりも短手方向に変形しやすい（剛性が低い）ものとなっている。なお、支持梁部２６をより細くしたり、寸法Ｃを大きくしたりすることで、より短手方向に変形しやすく（剛性を低下させる）することができる。
【００３８】
本実施形態では、短手方向に変形しやすい形状として、支持梁部２６を、ヒンジ部２５側から枠部２２にコの状に分岐している。言い換えると、分岐した支持梁部２６と枠部２２で囲まれる空隙２９が、矩形状となるようにしている。
【００３９】
また、プレート本体部２３には、開口部２８の近傍であって幅方向中央部には振動源２４が設けられている。この振動源２４は、プレート本体部２３を撓ませることによってミラー部２１を揺動するものである。
【００４０】
振動源２４としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電素子や、その他に圧電体、磁歪体、永久磁石体などを用いることができる。振動源２４として、圧電素子を用いた場合、プレート本体部２３に接着などによって振動源２４を設けることができる。この際、図示しない配線により交番電圧を加えることでＰＺＴを伸縮させ、プレート本体部２３を連続的に撓ませることにより定在波を発生させる。また、振動源２４として、圧電体、磁歪体、永久磁石体を用いた場合、プレート本体部２３上に例えばエアロゾルデポジション法などによって膜状に振動源２４を直接形成することができる。
【００４１】
このように、プレート部２０がケース３０に固定された光走査装置１０では、振動源２４を作動させてプレート本体部２３を撓ませることにより、ヒンジ部２５を揺動軸とするミラー部２１を揺動させながら照射光を反射することができる。
【００４２】
なお、ミラー部２１は、プレート部２０（プレート本体部２３）に金属板を使用する場合には鏡面仕上げされたものを用いると良い。金属板以外の基板や、金属板においてもより高い反射性能が要求される場合には、真空蒸着、スパッタリング、化学的気相成長法等の薄膜形成技術により、ミラー部２１へ薄膜（例えば、金、アルミニウムなど）を形成するか、またはミラー部２１へ別途ミラー用反射材料（例えば、シリコン、セラミックなど）を貼付けても良い。
【００４３】
また、プレート部２０は、例えばステンレス鋼で形成されている。また、プレート部２０を固定するケース３０は、例えばアルミニウムで形成されている。
【００４４】
光走査装置１０のシート状のスペーサ６０は、図９に示すように、平面矩形状をしている。このスペーサ６０は、厚さ方向に貫通した開口部６１が形成された枠部６２を有している。開口部６１は、光源からの光がミラー部２１へ投射（入射）し、そのミラー部２１からの反射光が出射すると共にプレート本体部２３の撓みによる振動や、ミラー部２１の揺動を妨げないように設けられている。
【００４５】
本実施形態では、スペーサ６０の開口部６１の開口部形状と、下ケース部４０の凹部４２の底部形状や上ケース部５０の開口部５１の開口部形状とは、同一となるようにしている。また、板状のスペーサ６０は、他の部品（プレート部２０など）より薄く、シート状になっている。このような厚さ方向に貫通した開口部６１が形成された枠部６２を有するスペーサ６０は、例えば抜き加工や金型加工などによって形成することができる。
【００４６】
また、スペーサ６０としては、弾性を有するもの（弾性体）を用いている。具体的には、ケース３０を剛体としたときに、それに対してスペーサ６０を弾性体としている。弾性体としては、例えばポリプロピレン系やポリエステル系などの樹脂材料、シリコーン、ゴム等を用いることができる。このスペーサ６０を、プレート部２０の枠部２２と上ケース部５０との間に挟むことで、光走査が不規則に変動する異常振幅や、ループ状の走査現象の発生を防いでいる。スペーサ６０によって、ケース３０を構成する上ケース部５０とプレート部２０がそれぞれの固定面にて、片当たり等のアンバランスの発生を抑制することができると考えられる。
【００４７】
このように、本実施形態における光走査装置１０では、プレート部２０が、枠部２２と、枠部２２の内側で一端部が片持ちされたプレート本体部２３と、プレート本体部２３の他端部に設けられ、ミラー部２１の揺動軸となるヒンジ部２５と、ヒンジ部２５の軸方向に設けられ、枠部２２とプレート本体部２３とに架け渡された支持梁部２６とを有している。以下に、この支持梁部２６の有無による走査特性への影響について説明する。
【００４８】
図１０に支持梁部２６の有無の場合における、下ケース部４０のミラー側底面（図５長手右側）を一部完全固定し、固定端側（図５長手左側）側面に外乱として周期的外力を作用させたときの光走査装置１０のミラー部２１の面外方向に対する周波数応答特性の数値解析結果を示す。図１０中、支持梁部２６を設けない場合を符号Ａ、支持梁部２６を設けた場合を符号Ｂで示す。また、符号Ｂで括られている曲線は、図８で示した枠部２２の長手方向における空隙２９の寸法Ｃを種々変化（Ｃ＝０〜６０ｍｍ）させた場合のものである。この図１０に示す周波数応答特性からミラー部２１の中心の面外方向の変位量（図１０中のＺ振幅）について評価することができる。
【００４９】
支持梁部２６を設けない場合（符号Ａ）では、１１０Ｈｚ付近で低次の共振（最初の共振）が観られ、９０Ｈｚより大きい周波数に対してミラー部２１の変位が０．０１５ｍｍを超えている。支持梁部２６を設けた場合（符号Ｂ）では、低次の共振（最初の共振）は５００Ｈｚ付近まで大きくなり４００Ｈｚ以下ではミラー部２１の変位が０．０１５ｍｍ以下となっている。
【００５０】
このように、支持梁部２６を設けることで、最初の共振現象を、１１０Ｈｚ付近から５００Ｈｚ付近までシフトさせることができるので、低周波領域（例えば、０〜４００Ｈｚ）での外乱の影響を防止することができる。したがって、外乱の影響を防止した光走査装置１０では、走査特性を向上することができることとなる。
【００５１】
本実施形態では、支持梁部２６をヒンジ部２５の軸方向に設けた形状としている。このような形状としたのは、ミラー部２１の上下動を抑制するためにミラー部２１の近傍に支持梁部２６を設ける、すなわちミラー部２１と接続されたヒンジ部２５の軸方向に支持梁部２６を設けることが最も効果が高いからである。
【００５２】
これに対して、特許文献１に記載の光走査装置が、基板接続用梁を、基板振動の最小振幅の近傍に設けた構造となっているので、この点、本実施形態における光走査装置１０と相違する。
【００５３】
特許文献１では、光走査装置を外乱振動に対して安定に支持するために、基板振動の最小振幅、すなわち基板振動（走査振幅）に影響が少ない位置に基板接続用梁を設けていることから、基板全体に着目して、基板全体で対策をしているものと考えられる。したがって、基板全体で対策をしている特許文献１に記載の光走査装置では、走査特性に影響を与える一要因である、上下方向に変位してしまうヒンジ部１２５に関しては、考慮されていないものと考えられる。
【００５４】
この課題を解決するために、本実施形態における光走査装置１０では、ヒンジ部２５の軸方向に、支持梁部２６を設けて、ヒンジ部２５が上下方向に変位するのを防止している。
【００５５】
また、本実施形態では、ヒンジ部２５の軸方向に支持梁部２６を設けることの他に、プレート部２０をその枠部２２で支持されて下ケース部４０に設け、枠部２０を上ケース部５０で押さえて下ケース部４０と組み付けることで、プレート部２０全体からも光走査装置１０を外乱振動に対して安定となるようにしている。すなわち、本実施形態における光走査装置１０は、外乱振動に対して安定したものとなり、またヒンジ部２５が上下方向に変位するのを防止するものとなっているため、走査特性を向上することができるといえる。
【００５６】
また、本実施形態では、枠部２０を上ケース部５０で押さえて下ケース部４０に組み付けることによって、支持梁部２６の枠部２２側の一端を固定する（押さえる）ことができる。このため、支持梁部２６のプレート本体部２３（ヒンジ部２５）側の他端を自由端と捉えることができるので、プレート本体部２３を撓ませることへの影響の低減を図っている。
【００５７】
ところで、ヒンジ部２５が上下方向に変位するのを防止するため、ヒンジ部２５の軸方向に、支持梁部２６を設けるのであれば、支持梁部２６が分岐せずに空隙２９がない形状（図８中の寸法Ｃ＝０の場合）、すなわち図１１に示すような−の字形状（ストレート形状）の支持梁部２６ａを設けても良い。しかしながら、このような−の字形状の支持梁部２６ａを用いた場合では、温度特性によって走査特性が低減してしまう、すなわち光走査装置１０の温度変化によって光走査が不規則に変動する異常振幅や、ループ状の走査現象が発生することや共振周波数が変化してしまうことを本発明者は見出している。
【００５８】
図１２に光走査装置１０において支持梁部２６ａ（−の字形状）と支持梁部２６（コの字形状）とを用いた場合の温度依存性を説明するための表を示す。この図１２において、走査動作の評価は、振動源２４としての圧電素子に３０Ｖの駆動電圧を印加させたときの、周囲の温度環境の変化（Δ４０℃）による動作状態の観測により行っている。図１２中では、安定状態を「ＯＫ」、不安定状態を「ＮＧ」で示す。
【００５９】
図１２の表から分かるように、コの字形状（寸法Ｃ≠０）では温度環境が変化しても光走査の状態は安定しているが、−の字形状（寸法Ｃ＝０）では温度環境が変化すると低温側（０℃）で走査の状態が異常になり不安定となってしまう。このような状態は、ヒンジ部２５が緩んだ状態で、捻れることで不安定な状態となったものと考えられる。
【００６０】
低温となることで、金属部材からなるプレート部２０（ＳＵＳ３０４：１７．３×１０−６［／Ｋ］）やケース３０（アルミニウム：２３．７×１０−６［／Ｋ］）も収縮する方向となるが、線膨張係数が異なるため、低温となって収縮するケース３０に対して、このケース３０に固定されたプレート部２０は圧縮される方向の応力を受ける。この圧縮される方向の応力は、特に、プレート部２０で敏感な（剛性が低く変形しやすい）部位である支持梁部２６、２６ａに最も作用するものと考えられる。このため、温度変化によって支持梁部２６を介してヒンジ部２５に応力が発生してしまう結果、プレート部２０（スキャナ）のバネ定数に変化が生じてしまい、光走査装置１０自体の温度特性が悪化してしまうものと考えられる。
【００６１】
本実施形態では、支持梁部２６、２６ａは、片持ちされたプレート本体部２３を撓ませることに対して作用を及ぼさないように、細く形成されている。具体的には、支持梁部２６、２６ａは、プレート本体部２３の固定端側のくびれ部２３ａより十分に細く形成されている。このため、プレート部２０において、支持梁部２６、２６ａは枠部２２からの力を最も敏感に受けやすい部位となっている。
【００６２】
ここで、支持梁部２６、２６ａがその形状によって枠部２２から力の受けやすさ（敏感さ）を、図１３を参照して、ヒンジ部２５に発生する張力から説明する。図１３に光走査装置１０において支持梁部２６の形状によるヒンジ部２５に及ぼす張力の度合いを示す。
【００６３】
図１３から、枠部２２の長手方向における空隙２９の寸法Ｃが長くなるに従い支持梁部２６が短手方向に変形しやすくなり、ヒンジ部２５に発生する張力が低下することが分かる。このことから、枠部２２とヒンジ部２５と間に設けられている支持梁部２６は、空隙２９の寸法がＣ≠０ｍｍの場合より、Ｃ＝０（支持梁部２６ａとなる）の場合で最もヒンジ部２５に力を作用させ易くなっている。言い換えると、支持梁部２６が、Ｃ＝０（支持梁部２６ａとなる）の場合より、空隙２９の寸法がＣ≠０ｍｍの場合で枠部２２からの作用をヒンジ部２５に及ぼし難くさせている。
【００６４】
このため、支持梁部２６が、Ｃ＝０（支持梁部２６ａとなる）の場合より、空隙２９の寸法がＣ≠０ｍｍの場合で、温度変化によるヒンジ部２５に応力が発生するのを抑制しているものと考えられる。そして、単純な形状（−の字形状）の支持梁部２６ａでは、外部からの応力が支持梁部２６ａを介してヒンジ部２５に直接作用するようになってしまうものと考えられる。
【００６５】
このため、本実施形態における光走査装置１０では、ヒンジ部２５の軸方向に空隙２９を形成するように分岐した形状の支持梁部２６を設けている。また、この空隙２９をヒンジ部２５（プレート本体部２３）側より枠部２２側に形成することによって、線膨張係数の差から生じる応力をできるだけヒンジ部２５に作用させないようにしている。また、支持梁部２６の形状をコの字形状とすることにより、軸力ではなく、梁の曲げとして応力（変位）を吸収することが可能となり、ヒンジ部２５への熱応力発生を緩和することができる。したがって、光走査装置１０では、走査特性を向上することができる。
【００６６】
なお、支持梁部２６をコの字形状としているが、これに限らず、ヒンジ部２５の軸方向に空隙２９を形成するように分岐させた形状であれば、Ｃの字形状や、Ｙの字形状、Ｕの字形状などであっても良い。しかしながら、枠部２２とプレート本体部２３（プレート舌部２３ｂ）との間は、光走査装置１０の小型化を図る場合、できるだけ狭くするする必要がある。このため、空隙２９の形状は、ヒンジ部２５の軸方向（枠部２２の短手方向）より、枠部２２に沿った方向（枠部２２の長手方向）に伸びる形状、すなわち前記実施形態で示したコの字形状が有効である。
【００６７】
また、光走査装置１０の小型化を図る場合、支持梁部２６の一部を、枠部２２の一部として設けても良い。図１４にプレート部２０の変形例としてのプレート部２０ａの平面を示し、図１５にプレート部２０ａの要部を示す。また、図１６にプレート部２０ａを下ケース部４０に組み付けた状態の要部の断面を示す。なお、図１６は、図１５のＹ−Ｙ線に対応した断面図となっている。
【００６８】
プレート部２０（図７参照）では、プレート舌部２３ｂと枠部２２の間に、支持梁部２６全体を設けている。これに対して、プレート部２０ａでは、支持梁部２６ｂ（２６）の一部を、枠部２２の一部に設けている。例えば図１５に示すように、支持梁部２６ｂを、ヒンジ部２５側から伸びる幹部２６ｃと、幹部２６ｃから分岐する枝部２６ｄとした場合、支持梁部２６ｂの枝部２６ｄを、枠部２２の一部に設けている。言い換えると、プレート舌部２３ｂと枠部２２の間に、ヒンジ部２５の軸方向に延在する幹部２６ｃを設け、枠部２２内にヒンジ部２５の軸方向と交差する方向に延在する枝部２６ｄを設けている。
【００６９】
また、支持梁部２６ｂの一部として枝部２６ｄをプレート部２０の枠部２２内に形成する場合、その枠部２２内で形成された枝部２６ｄを含む領域に対応する下プレート部４０に、図１６に示すように、凹部４７を形成している。なお、図１４および図１５では、プレート部２０ａの平面をしているが、プレート部２０ａを下ケース部４０に組み付けたときの凹部４７の位置を破線で示している。
【００７０】
このように、支持梁部２６ｂの一部が、枠部２２の一部として設けられたとしても、支持梁部２６ｂが、ミラー部２１の上下方向の変位を抑制するために設けるものであって、短手方向に変形しやすい（剛性が低い）ものであれば良い。このような支持梁部２６ｂによれば、光走査装置１０の小型化（短手方向の省スペース化）を図りつつ、ヒンジ部２５が上下方向に変位するのを防止するものとなるため、走査特性を向上することができる。
【００７１】
枠部２２内に枝部２６ｄ（支持梁部２６ｂの一部）を設けるにあたり、図１４に示すように、ヒンジ部２５の軸方向と交差する方向を長手とした貫通孔２２ｂを枠部２２に形成したプレート部２０ａを用いても良い。また、図１７に示すように、枠部２２の一部に梁部を形成し、その梁部を枝部２６ｄとしたプレート部２０ｂを用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、光走査装置、特に、レーザプリンタ、デジタル複写機などの画像形成装置、投影型ディスプレイなどの画像表示装置、バーコードリーダ、エリアセンサなどに用いられる光走査装置の製造業に幅広く利用されるものである。
【符号の説明】
【００７３】
１０ 光走査装置
２０、２０ａ、２０ｂ プレート部
２１ ミラー部
２２ 枠部
２２ａ 片持部
２２ｂ 貫通孔
２３ プレート本体部
２３ａ くびれ部
２３ｂ プレート舌部
２４ 振動源
２５ ヒンジ部（捻れ梁部）
２６、２６ａ、２６ｂ 支持梁部
２６ｃ 幹部
２６ｄ 枝部
２７、２８ 開口部
２９ 空隙
３０ ケース
３１ ネジ
４０ 下ケース部
４１、４２ 凹部
４３ ネジ穴
４４ 開口端
４５ 段付部
４６ 底部
４７ 凹部
５０ 上ケース部
５１ 開口部
５２ 枠部
５３ ネジ固定用の穴
６０ スペーサ
６１ 開口部
６２ 枠部
１１０ 光走査装置
１２０ プレート部
１２１ ミラー部
１２２ 枠部
１２３ プレート本体部
１２４ 振動源
１２５ ヒンジ部
１３０ ケース
１４０ 下ケース部
１５０ 上ケース部
１６０ 光源
１６１ 反射光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠部と、該枠部で囲まれた開口部に一端側を固定して固定端が形成され、他端側に自由端が形成されたプレート本体部と、を有するプレート部と、
前記自由端を切り欠くように形成された一対のプレート舌部の間で、ヒンジ部によって揺動可能に軸支されたミラー部と、
前記プレート本体部に設けられ、該プレート本体部を撓ませることによって前記ミラー部を揺動する振動源と、
前記ヒンジ部の軸方向に設けられ、前記プレート舌部と前記枠部とを接続する支持梁部と、
を備えており、
前記支持梁部が分岐して前記枠部と接続されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置において、
分岐した前記支持梁部と前記枠部で囲まれる空隙が、矩形状であることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１記載の光走査装置において、
前記支持梁部の一部が、前記枠部の一部として設けられていることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の光走査装置において、
前記支持梁部は、前記プレート本体部の中央部から自由端側であって、前記プレート本体部を挟んで対称となるように設けられていることを特徴とする光走査装置。
【請求項１】
枠部と、該枠部で囲まれた開口部に一端側を固定して固定端が形成され、他端側に自由端が形成されたプレート本体部と、を有するプレート部と、
前記自由端を切り欠くように形成された一対のプレート舌部の間で、ヒンジ部によって揺動可能に軸支されたミラー部と、
前記プレート本体部に設けられ、該プレート本体部を撓ませることによって前記ミラー部を揺動する振動源と、
前記ヒンジ部の軸方向に設けられ、前記プレート舌部と前記枠部とを接続する支持梁部と、
を備えており、
前記支持梁部が分岐して前記枠部と接続されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置において、
分岐した前記支持梁部と前記枠部で囲まれる空隙が、矩形状であることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１記載の光走査装置において、
前記支持梁部の一部が、前記枠部の一部として設けられていることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の光走査装置において、
前記支持梁部は、前記プレート本体部の中央部から自由端側であって、前記プレート本体部を挟んで対称となるように設けられていることを特徴とする光走査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−３７８３２（Ｐ２０１２−３７８３２Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８０２８１（Ｐ２０１０−１８０２８１）
【出願日】平成２２年８月１１日（２０１０．８．１１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度経済産業省委託研究「産業技術研究開発委託費／中小企業等製品性能評価事業／レーザープリンター用ＭＥＭＳ光スキャナーユニットの商品化」産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１０６９４４）シナノケンシ株式会社 (316)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１１日（２０１０．８．１１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度経済産業省委託研究「産業技術研究開発委託費／中小企業等製品性能評価事業／レーザープリンター用ＭＥＭＳ光スキャナーユニットの商品化」産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１０６９４４）シナノケンシ株式会社 (316)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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