(57)【要約】【課題】クロストークの影響を小さくすること。【解決手段】枠部材と、反射部材を有する可動部材と、蛇行状に形成された圧電部材の各折り返し部に電極が設けられ、枠部材内に可動部材を両側から回動自在に支持する蛇行状梁部と、を備え、電極に駆動信号を印加することによって反射部材の傾き角度を変える圧電アクチュエータ装置であって、圧電部材の蛇行の下部電極は一つおきに接続して駆動信号を印加する電極とし、上部電極は全てを接続してグラウンドとした。【選択図】図１０
2014126715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠部材と、
反射部材を有する可動部材と、
蛇行状に形成された圧電部材の各折り返し部に電極が設けられ、前記枠部材内に前記可動部材を両側から回動自在に支持する蛇行状梁部と、
を備え、前記電極に駆動信号を印加することによって前記反射部材の傾き角度を変える圧電アクチュエータ装置であって、
前記圧電部材の蛇行の下部電極は一つおきに接続して前記駆動信号を印加する電極とし、上部電極は全てを接続してグラウンドとしたことを特徴とする圧電アクチュエータ装置。
【請求項２】
駆動信号の印加によって前記蛇行状梁部に反りを発生させる駆動用の圧電部材に並列して配置され、前記蛇行状梁部の変位によって発生する電荷により、前記蛇行状梁部の反り量、前記反射部材の傾き角度を検出する検出用の圧電部材を設け、
前記駆動用の圧電部材と前記検出用の圧電部材の短手方向の位置関係は、前記蛇行状梁部が、回動軸方向の偶数番目と奇数番目とで異なることを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項３】
前記検出用の圧電部材はそれぞれ、圧電膜の上面に設けた上部電極層と、該圧電膜と前記蛇行状梁部材との間に設けた下部電極層とを有し、前記複数の検出用の圧電部材の少なくとも１つは、前記上部電極層の上に設けた絶縁膜と、該絶縁膜の上に設けた導電体とを有し、該導電体は隣接する検出用の圧電部材の上部に配置され、該検出用の圧電部材に隣接する検出用の圧電部材の上部電極層同士を接続したことを特徴とする請求項２記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項４】
複数方向に反射面の傾きを発生させる２次元光走査装置であって、
枠部材と、反射部材を有する可動部材と、蛇行状に形成された圧電部材の各折り返し部に電極が設けられ、前記枠部材内に前記可動部材を両側から回動自在に支持する蛇行状梁部と、を備え、前記圧電部材の蛇行の下部電極は一つおきに接続して駆動信号を印加する電極とし、上部電極は全てを接続してグラウンドとし、前記電極に駆動信号を印加することによって前記反射部材の傾き角度を変える圧電アクチュエータ装置を、少なくとも一方向の軸周りの回動部に入れ子状に配置して、前記反射部材を回動振幅可能としたことを特徴とする２次元走査装置。
【請求項５】
駆動信号の印加によって前記蛇行状梁部に反りを発生させる駆動用の圧電部材に並列して配置され、前記蛇行状梁部の変位によって発生する電荷により、前記蛇行状梁部の反り量及び前記反射部材の傾き角度を検出する検出用の圧電部材を設け、
前記駆動用の圧電部材と前記検出用の圧電部材との短手方向の位置関係は、前記蛇行状梁部が、回動軸方向の偶数番目と奇数番目とで異なることを特徴とする請求項４記載の２次元走査装置。
【請求項６】
前記検出用の圧電部材はそれぞれ、圧電膜の上面に設けた上部電極層と、前記圧電膜と前記蛇行状梁部材との間に設けた下部電極層とを有し、前記複数の検出用の圧電部材の少なくとも１つは、前記上部電極層の上に設けた絶縁膜と、該絶縁膜の上に設けた導電体とを有し、該導電体は隣接する検出用の圧電部材の上部に配置され、該検出用の圧電部材に隣接する検出用の圧電部材の上部電極層同士を接続したことを特徴とする請求項４記載の２次元走査装置。
【請求項７】
枠部材と、反射部材を有する可動部材と、蛇行状に形成された圧電部材の各折り返し部に電極が設けられ、前記枠部材内に前記可動部材を両側から回動自在に支持する蛇行状梁部と、を備え、前記圧電部材の蛇行の下部電極は一つおきに接続して駆動信号を印加する電極とし、上部電極は全てを接続してグラウンドとし、前記電極に駆動信号を印加することによって前記反射部材の傾き角度を変える圧電アクチュエータ装置によって光線を走査し、感光体ドラム表面に像を結像させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
枠部材と、反射部材を有する可動部材と、蛇行状に形成された圧電部材の各折り返し部に電極が設けられ、前記枠部材内に前記可動部材を両側から回動自在に支持する蛇行状梁部と、を備え、前記圧電部材の蛇行の下部電極は一つおきに接続して駆動信号を印加する電極とし、上部電極は全てを接続してグラウンドとし、前記電極に駆動信号を印加することによって前記反射部材の傾き角度を変える圧電アクチュエータ装置を、少なくとも一方向の軸周りの回動部に入れ子状に配置して、前記反射部材を回動振幅可能とした２次元光走査装置を用いて、投影面に光線を走査し、画像を表示することを特徴とする画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ装置、２次元走査装置、画像形成装置、及び画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータ装置、２次元走査装置、画像形成装置、及び画像投影装置に関し、特許文献１〜３に開示されている。
特許文献１に記載の発明は、光偏向器及びその製造方法に関するものであり、具体的には、光偏向器は、反射面を有するミラー部と、ミラー部を駆動する少なくとも１つの圧電アクチュエータとを備えて構成される。圧電アクチュエータは、支持体上に形成された圧電体を有し圧電駆動により屈曲変形を行う複数の圧電カンチレバーを含む。これと共に、複数の圧電カンチレバーの圧電体にそれぞれ駆動信号の電圧を印加するための複数の電極を独立に備える。複数の圧電カンチレバーは、各々の屈曲変形を累積するように端部が機械的に連結され、駆動電圧の印加により各圧電カンチレバーが独立に屈曲変形される。
【０００３】
特許文献２に記載の発明は、圧電アクチュエータに関するものであり、具体的には、平面的に略Ｕ字形に形成された金属板の両腕片の片面上にそれぞれ圧電セラミック素子を、その分極軸が逆方向となるように貼り付ける。金属板の一方の腕片の先端部を固定端とし、他方の腕片の先端部を変位端とし、圧電セラミック素子に同一方向の電界を印加することで、金属板の両腕片を逆相に屈曲させるものである。
特許文献３に記載の発明は、光偏向器用アクチュエータ装置に関するものであり、具体的には、支持体に支持された圧電アクチュエータが、光源からの光を偏向する光偏向器を搭載する台座を並進振幅させることにより、光偏向器による反射光に微小な光路差を付与するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の発明は、下部電極側を共通グラウンドの電極にし、上部電極にそれぞれの駆動信号を印加する構成となるため、上部電極の上を通る配線に、圧電体部に印加する高電圧の影響を受けやすい。
特許文献２に記載の発明は、電圧を印加する向きが同じでも反りが発生する方向が異なる圧電膜を梁部に設ける構成である。しかし、SOI基板に予め、圧電膜、上下の電極層を形成し、半導体プロセスのエッチングにより梁部に圧電部材を構成する場合、部分的に電圧を印加する方向が同じでも反る方向が異なる圧電膜を形成するのは困難である。尚、SOIはSilicon On Insulating substrateの略である。
特許文献３に記載の発明は、スペックルノイズ低減のために、支持構造ミラー部を回動させると同時に併進させるために、蛇行状梁部で反射面を支持する。アクチュエータしての駆動手段や配線についての発明ではない。
【０００５】
マイクロマシン技術を用いたアクチュエータ装置は、一般的なアクチュエータ装置に比べ、較べて省電力化、小型化や高速化の可能性が高い。また、駆動部分の形成もシリコンウエハーを素材として、半導体微細加工技術を用いて大量で安価に形成できる可能性があるため実用化が期待されている。
弾性係数の大きいシリコンウエハーからなる構造部を、限られたスペースで、可動部材を保持するバネ系のバネ剛性を小さくするために、図１〜４に示すように、枠部材内に可動部材を支持する梁部を蛇行状に形成する提案がなされている。
【０００６】
図１〜図４は、一般的な圧電アクチュエータ装置の平面図である。
図１〜図４において、１２−１〜１２−４は、枠部材である。枠部材１２−１〜１２−４内には可動部材１４−１〜１４−４が蛇行状梁部１３−１ａ、１３−１ｂ〜１３−４ａ、１３−４ｂにより両側から支持されている。
【０００７】
蛇行状梁部１３−１ａ、１３−１ｂ〜１３−４ａ、１３−４ｂで支持された可動部材１４−１〜１４―４を駆動する駆動手段としては、圧電部材１５−１ａ、１５−１ｂ〜１５−５ａ、１５−５ｂが挙げられる。圧電部材１５−１ａ、１５−１ｂ〜１５−５ａ、１５−５ｂは、電磁式や静電式を用いた駆動手段に比べ、駆動手段をコンパクトに構成することができる。
【０００８】
図５は、一般的な圧電アクチュエータ装置の外観斜視図である。
図５に示す圧電アクチュエータ装置１１−４は、矩形パルス波形のように折り返された蛇行状梁部１３−４ａ、１３−４ｂに圧電部材１５−４ａ、１５−４ｂを配置し、蛇行状梁部１３−４ａ、１３−４ｂに反りを発生させるようになっている。
【０００９】
図６は、図５に示した圧電アクチュエータ装置１１−４の動作状態を示す図である。
図６に示すように、各々の反りによる圧電アクチュエータ装置１１−４の変形が累積するようにして、可動部材１４−４に大きな傾け角を得られるように構成している。
圧電アクチュエータ装置１１−４の蛇行状梁部１３−４ａ、１３−４ｂに各々の反りによる変形が累積する必要がある。このため、後述する図７に示すように圧電部材１５−４ａ、１５−４ｂの一方の死点側としての奇数番目と、圧電部材１５−４ａ、１５−４ｂの他方の死点側としての偶数番目とでそれぞれ異なる変位を発生させる必要がある。そのため、特許文献２に記載の発明のように、駆動信号を印加する方向が同じでも反る方向が異なる圧電部材を蛇行状梁部１３−４ａ、１３−４ｂに設ける構成が考えられる。
蛇行状梁部１３−４ａ、１３−４ｂの厚み方向に駆動信号を印加すると、一つおきに、異なる向きに反りが発生するので、上部電極に接続する配線及び下部電極に接続する配線のそれぞれ一箇所に配線するだけでよく、配線に関しては理想的である。
【００１０】
圧電アクチュエータを作製する際は、SOI基板に予め、圧電部材、及び上下の電極層を形成し、半導体プロセスのエッチングによって、蛇行状梁部に圧電部材を形成する方法が一般的である。
圧電アクチュエータへの駆動信号を印加する方向が同じであって、変形が異なるように構成するには、２種類の圧電部材としての圧電膜層を別々に作り、支持体となるシリコン基板などに貼り合わせることが挙げられる。
【００１１】
しかしながら、同一の圧電膜層に部分的に駆動信号を印加した場合、駆動信号を印加する方向が同じであり、かつ蛇行状梁部の反る方向が異なるように圧電膜層を形成するのは困難である。
【００１２】
そこで、まず、蛇行状梁部１３−４ａ、１３−４ｂの圧電部材１５−４ａ、１５−４ｂに一つおきにそれぞれ独立に駆動信号を印加できるように配線しておく。
次に、例えば、図７に示した圧電アクチュエータ１１−４のＡ、Ｂに、図８に示すような正弦波電圧からなる駆動信号を印加する場合、位相を１８０度ずらした駆動信号を印加することが挙げられる。また、図９に示すようなタイミングをずらした鋸波からなる駆動信号を印加したりすることが挙げられる。
そのため、それぞれの圧電部材１５−４ａ、１５−４ｂに独立した駆動信号を印加できるようにする必要があるので、隣接する圧電部材１５−４ａ、１５−４ｂを一つおきに結ぶための配線パターンを形成することが必要となる。
図７は、図５に示した圧電アクチュエータ装置の平面図である。図８は、図７に示した圧電アクチュエータ装置に印加される駆動信号の波形の一例である。図９は、図７に示した圧電アクチュエータ装置に印加される駆動信号の波形の他の一例である。
【００１３】
このような形態においては、特許文献１に開示されるように、上部電極１０２を絶縁膜で被覆し、その上部電極１０２の圧電部材１０３を跨ぐように、離れた圧電体部１０３同士を接続する構成が提案されている。但し、駆動信号が印加される上部電極１０２に隣接して導電線パターンを配置すると、いずれにも高電圧の駆動信号が印加されるので、駆動信号動詞でクロストークを発生させあう場合がある。後述するように、駆動手段としての圧電部材を入れ子状に配置して内側の可動部材にも、駆動及び検出のための配線をする場合は、駆動用配線及び検出用配線に対しても影響を与えてしまう。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、クロストークの影響を小さくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、枠部材と、反射部材を有する可動部材と、蛇行状に形成された圧電部材の各折り返し部に電極が設けられ、前記枠部材内に前記可動部材を両側から回動自在に支持する蛇行状梁部と、を備え、前記電極に駆動信号を印加することによって前記反射部材の傾き角度を変える圧電アクチュエータ装置であって、前記圧電部材の蛇行の下部電極は一つおきに接続して駆動信号を印加する電極とし、上部電極は全てを接続してグラウンドとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、クロストークの影響を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一般的な圧電アクチュエータ装置の平面図である。
【図２】一般的な圧電アクチュエータ装置の平面図である。
【図３】一般的な圧電アクチュエータ装置の平面図である。
【図４】一般的な圧電アクチュエータ装置の平面図である。
【図５】一般的な圧電アクチュエータ装置の外観斜視図である。
【図６】図５に示した圧電アクチュエータ装置１１−４の動作状態を示す図である。
【図７】図５に示した圧電アクチュエータ装置の平面図である。
【図８】図７に示した圧電アクチュエータ装置に印加される駆動信号の波形の一例である。
【図９】図７に示した圧電アクチュエータ装置に印加される駆動信号の波形の他の一例である。
【図１０】圧電アクチュエータ装置から絶縁膜を除いて、蛇行状梁部のシリコン１０１、下部電極１０４、圧電部材１０３、上部電極１０２、導電線パターン１１０の配置を示したものである。
【図１１】蛇行状梁部の断面の模式図である。
【図１２】圧電アクチュエータ装置の部分拡大図である。
【図１３】（ａ）は、圧電アクチュエータ装置の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の蛇行状梁部の領域Ｃの拡大図である。
【図１４】２次元光走査装置の平面図である。
【図１５】２次元光走査装置の平面図である。
【図１６】２次元光走査装置の平面図である。
【図１７】２次元光走査装置の平面図である。
【図１８】圧電アクチュエータ装置における外側のアクチュエータの蛇行状梁部に駆動用の圧電部材と検出用の圧電部材とを設けた構成例である。
【図１９】圧電アクチュエータ装置における内側可動部材へ、片側の蛇行状梁部から、内側可動部材へ２本の導電線を配置する場合の一例である。
【図２０】投影装置の一例を示す図である。
【図２１】画像形成装置の一例である。
【図２２】圧電アクチュエータ装置の２軸構成例である。
【図２３】画像形成装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に本実施形態について図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
実施形態１について説明する。
図５に示す蛇行状梁部１３−４ａ、１３−４ｂに圧電部材１５−４ａ、１５−４ｂを設ける。これとともに、図７に示す各圧電部材１５−４ａ、１５−４ｂに対し、一つおきに分けて、異なる駆動信号を印加するように各圧電部材１５−４ａ、１５−４ｂに配線をする必要がある。
図７のＡ、Ｂそれぞれに全く個別の配線を行うと、Ａに２本の配線、Ｂに２本の配線の合計４本の配線が必要となり、配線の引き回しが複雑になる。
【００１９】
そこで、Ａ、Ｂのグラウンドを共通化し、駆動信号を印加する配線だけを分けて、駆動に必要な配線を３本にする。すなわち上部電極１０２を共通グラウンドとして配線する。
図１０は、圧電アクチュエータ装置から絶縁膜を除いて、蛇行状梁部のシリコン１０１、下部電極１０４、圧電部材１０３、上部電極１０２、導電線パターン１１０の配置を示したものである。
共通グラウンドとなる上部電極１０２は、下部電極１０４よりも外側に張り出してはならないので、折り返し箇所で、スルーホール１０５を介して、導電線パターン１１０で接続される。
下部電極１０４は、圧電部材１０３に一つおきに異なる駆動信号を印加できるように、すなわち、ＡとＢとに異なる駆動信号を印加できるように、一つおきに接続される。そのため、導電線パターン１１０で、絶縁膜に覆われた、圧電部材１０３と互い違いに跨、それぞれの接続箇所でスルーホール１０５を介して、下部電極１０４に接続する。
【００２０】
図１１は、蛇行状梁部の断面の模式図である。蛇行状梁部を形成するシリコン１０１、下部電極１０４、圧電体膜１０４、上部電極１０２を形成し、それらを絶縁膜で覆う。絶縁膜の上に、圧電部材１０３を一つおきに接続するための導電線パターン１１０を配置する。隣接する圧電部材１０３を接続する導電線パターン１１０は、絶縁膜の上に配置される。圧電部材１０３の上部電極１０２に導電線を接続する箇所は、絶縁膜に穴を開けてスルーホール１０５で接続する。
下部電極１０４はそれぞれ独立に、圧電部材１０３を一つおきに、つまり図７中のＡ、Ｂに駆動信号を与えられるようにして、上部電極１０２側を共通グラウンドにして絶縁膜を挟んで、その上に、導電線パターン１１０を配置する。グラウンド層を挟んで、導電線パターン１１０が配置されるので、クロストークノイズが混信しにくくなる。
【００２１】
＜実施形態２＞
図１〜図４に示した蛇行状梁部に駆動用の圧電部材だけでなく、駆動の状況をモニターするための検出手段として、検出用の圧電部材を駆動用圧電部材と並列して配置する。
図１３（ａ）は、圧電アクチュエータ装置の平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の蛇行状梁部の領域Ｃの拡大図である。
図１３（ａ）に示すように圧電アクチュエータ装置の圧電部材の長手方向が水平となるように配置した場合に、圧電部材を設けた蛇行状梁部のうち奇数番目の梁部は、駆動用の圧電部材２０２が上側になり、検出用の圧電部材２０１が下側になる。偶数番目の梁部では駆動用の圧電部材２０２が下側となり、検出用の圧電部材２０１が上側となるように配置する。
駆動用の圧電部材２０２と検出用の圧電部材２０１の短手方向の位置関係は、蛇行状梁部が、回動軸方向としてのＸ軸方向の偶数番目と奇数番目とで異なる。
圧電部材２０１、２０２をこのように配置することにより、図１３（ｂ）の蛇行状梁部の右側の折り返し部では、外側で駆動用の圧電部材への配線を接続し、内側で検出用の圧電部材への配線を接続する。また左側では、外側で検出用の圧電部材の配線がなされ、内側で検出用の圧電部材の配線がなされる。
【００２２】
すなわち、検出用の圧電部材２０１は圧電膜の上面に設けた上部電極層と、圧電膜と蛇行状梁部材との間に設けた下部電極層とを有する。検出用の圧電部材２０１の少なくとも１つは、上部電極層の上に設けた絶縁膜と、絶縁膜の上に設けた導電体とを有し、導電体は隣接する検出用の圧電部材の上部に配置され、検出用の圧電部材に隣接する検出用の圧電部材の上部電極層同士を接続した。
回動軸方向、すなわち図１３では縦方向に駆動用の圧電部材と検出用の圧電部材の位置が入れ替わることにより、折り返し部分で検出用の配線と駆動用の配線とを交差させることがなくなるので、配線をシンプルにすることができる。
【００２３】
＜実施形態３＞
駆動用の圧電部材に並行して、蛇行状梁部の検出用の圧電部材を設ける。圧電効果を利用し、蛇行状梁部が変形するのに伴って、圧電部材が変形することで、電荷が発生するので、その電荷をモニターすることによって、蛇行状梁部の反り量、可動部材の傾き角等を算出する。
検出パターンは、駆動用の圧電部材の配線に並行して、形成され、それぞれの圧電部材で発生する変位に応じて、検出用の圧電部材が変形させられるので、圧電効果によって電荷が発生する。それぞれの蛇行状梁部の圧電部材によって生じる変位量の合計を検出することが可能となる。
図１２は、圧電アクチュエータ装置の部分拡大図である。
配線は図１２に示すように下部電極１０４を共通グラウンドとする。下部電極１０４は、蛇行状梁部にあわせて蛇行したパターンとなる。圧電部材１１２は、蛇行状梁部の折り返し部分で途切れるように、下部電極１０４の上に形成される。
駆動用の圧電部材１１２では、高電圧の駆動信号が印加されるので、上部電極１０２側を共通グラウンドにし、上部電極１０２の上に配線する導電線パターン１１０にクロストークの影響が及びにくくした。
しかし、検出用の圧電部材には大きな電圧が発生しないので、より配線しやすくなるように、下部電極１０４側を共通グラウンドにする構成とする。駆動側と検出側とで共通グラウンドとなる電極が異なっても作製上の支障はない。
【００２４】
＜実施形態４＞
画像形成装置の振動ミラーとして、前述の圧電アクチュエータ装置を搭載する。
図２３は、画像形成装置の概略構成図である。
この画像形成装置は、枠部材と、反射部材を有する可動部材と、蛇行状に形成された圧電部材の各折り返し部に電極が設けられ、枠部材内に可動部材を両側から回動自在に支持する蛇行状梁部と、を備えている。この画像形成装置は、圧電部材の蛇行の下部電極は一つおきに接続して駆動信号を印加する電極とし、上部電極は全てを接続してグラウンドとしている。この画像形成層値は、電極に駆動信号を印加することによって反射部材の傾き角度を変える圧電アクチュエータ装置によって光線を走査し、感光体ドラム表面に像を結像させる装置である。
【００２５】
８０１は光書込装置、８０２は光書込装置８０１の被走査面を提供する感光体ドラムとしての像担持体である。光書込装置８０１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８０２の表面、すなわち被走査面を同ドラムの軸方向に走査するものである。感光体ドラム８０２は、矢印８０３方向に回動駆動され、帯電部８０４で帯電された表面に光書込装置８０１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部８０５でトナー像に顕像化される。このトナー像は転写部８０で記録紙８０８に転写される。転写されたトナー像は定着部８０７によって記録紙８０８に定着される。感光体ドラム８０２の転写部８０６を通過した表面部分はクリーニング部８０９で残留トナーを除去される。尚、感光体ドラム８０２に代えてベルト状の感光体を用いる構成も可能であることは明らかである。また、トナー像を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。
【００２６】
光書込装置８０１は、光源部８２０と、振動ミラー８２１と、結像光学系８２２と、走査光学系８２３を有する。
光源部８２０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。
結像光学系８２２は、振動ミラー８２１のミラー基板のミラー面に光源部８２０からのレーザビームを結像させる。
走査光学系８２３は、ミラー面で反射された１本又は複数本のレーザビームを感光体ドラム８０２の表面、すなわち被走査面に結像させる。
【００２７】
振動ミラー８２１は、その駆動のための集積回路８２４とともに回路基板８２５に実装された形で光書込装置８０１に組み込まれる。
【００２８】
このような構成の光書込装置８０１は、次のような利点を有する。
本実施形態に係る振動ミラー８２１は、前述のようにミラー基板の変形が少なくビーム形状が安定しているため、安定したビームスポット径での書き込みが可能である他、回動多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さい。このため、画像形成装置の高画質化、省電力化に有利である。
振動ミラー８２１の振動時の風切り音は回動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。振動ミラー８２１は回動多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済む。また、振動ミラー８２１の発熱量もわずかであるため、光書込装置８０１の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。また、振動ミラー８２１は高速の往復走査が可能であるため、画像記録速度の高速化が可能である。
尚、記録紙８０８の搬送機構、感光体ドラム８０２の駆動機構、現像部８０５、転写部８０６等の制御手段、光源部８２０の駆動系等は、一般的な画像形成装置と同様でよいため、図中では省略されている。
【００２９】
＜実施形態５＞
図１４〜図１７は、２次元光走査装置の平面図である。図２３は、圧電アクチュエータ装置の２軸構成例である。
２次元光走査装置は、複数方向に反射面の傾きを発生させる装置である。この装置は、枠部材と、反射部材を有する可動部材と、蛇行状に形成された圧電部材の各折り返し部に電極が設けられ、枠部材内に可動部材を両側から回動自在に支持する蛇行状梁部と、を備えている。圧電部材の蛇行の下部電極は一つおきに接続して駆動信号を印加する電極とし、上部電極は全てを接続してグラウンドとし、電極に駆動信号を印加する。これにより反射部材の傾き角度を変える圧電アクチュエータ装置を、少なくとも一方向の軸周りの回動部に入れ子状に配置して、反射部材を回動振動可能としたものである。
【００３０】
図１４〜図１７に示すように、駆動手段としての圧電部材を入れ子状に配置し、２軸回動振幅させる２次元光走査装置を構成する。すなわち、直交するＸ軸とＹ軸との２軸の周りに可動部材を回動可能にした２次元光走査装置を構成する。
少なくとも一方の駆動手段として、蛇行状梁部１３−５ａ、１３−５ｂに圧電部材１５−５ａ、１５−５ｂを配置し、圧電部材１５−５ａ、１５−５ｂによって発生する反りによって、可動部材としての枠部材１２−５ｂを回動振幅させる方式を採用する。例えば、図１４に示す圧電アクチュエータ装置１１−５の可動部材１４−５は、枠部材（内枠部とも言う）１２−５ｂ内でＹ軸周りに駆動され、枠部材１２−５ｂに連結された、圧電層カンチレバー１８−１ａ、１８−１ｂで、反射部材としてのミラー部１８−１を支持するトーションに回動を与え、共振を利用して高速に回動振幅する。尚、１７−１ａ、１７−１ｂ、１７−１ｃ、１７−１ｄは、圧電部材である。
【００３１】
Ｘ軸周りの駆動は、前述した蛇行状梁部１３−５ａ、１３−５ｂに支持された駆動手段としての圧電部材１５−５ａ、１５−５ｂを用い、低速で駆動する。
【００３２】
あるいは図１５の圧電アクチュエータ装置１１−６に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の２方向の駆動共、蛇行状梁部１３−６ａ、１３−６ｂ、１７−２ａ、１７−２ｂに圧電部材１５−６ａ、１５−６ｂ、１５−６ｃ、１５−６ｄを配置する。圧電部材１５−６ａ、１５−６ｂ、１５−６ｃ、１５−６ｄによって発生する反りによって、可動部材としての枠部材１２−６ｂを回動振幅させる方式とすることもできる。同様に可動部材１４−６を反射部材１８−２ごと回動振幅させるようにしてもよい。
【００３３】
あるいは、図１６の圧電アクチュエータ装置１１−７に示すように、内側の可動部材１４−７を片持ちのカンチレバー１８−１ａ、１８−１ｂを用いて構成することで、１種類の駆動信号を印加するだけですむ。
図１６において、１３−７ａ、１３−７ｂは蛇行状梁部であり、１５−７ａ、１５−７ｂは圧電部材であり、１２−７ａ、１２−７ｂは枠部材である。
【００３４】
このため、図１７、図２２に示すように、可動部材としての枠部材１２−７ｂの中の梁部２１ａ、２１ｂの動きをモニターするための検出用の圧電部材１５−８ｃ、１５−８ｄを設ける構成も考えられる。この方式では、駆動用に必要な配線数が少なくなるので、検出用の配線スペースを確保しやすくなる効果がある。
これらにより、Ｘ軸方向周りとＹ軸方向周りとで、大きな速度差が得られるので、走査された光線で、光線によるラスター描画の作成を可能とする。
図２２は、図１７に示した圧電アクチュエータ装置１１−８に、配線及びコネクタ２０を表示した図であり、図１７と同様の構成である。
【００３５】
＜実施形態６＞
蛇行状梁部に設けられたそれぞれの圧電部材により光が走査される方向とは、異なる方向に、光を走査させるために、蛇行状梁部の内側に設けた駆動部としての圧電部材に電力を供給するための配線が必要となる。このときに、圧電部材の上部電極を覆う絶縁膜の上に、外側のアクチュエータの圧電部材を一つおきに接続するための配線だけではなく、内側のアクチュエータの配線パターンを配置する。
【００３６】
図１８は、圧電アクチュエータ装置における外側のアクチュエータの蛇行状梁部に駆動用の圧電部材と検出用の圧電部材とを設けた構成例である。
この実施形態は、駆動用の圧電部材の上に内側アクチュエータへの配線２０３を２本配置した場合の構成例である。両側から蛇行状梁部で、内側アクチュエータ部を支持する場合には、反対側からも同様に２本の配線を用意できる。内側のアクチュエータが、図１７のように構成されている場合に、駆動用に１対の配線とし、検出用に１対の配線とすることもできる。
【００３７】
＜実施形態７＞
図１９に示すように、蛇行状梁部で内側可動部材に最も近い圧電部材では、次の圧電部材に接続するための配線パターンが不要になる。そのため、空いたスペースを使って内側駆動部に接続する配線を太くし、配線部の電気抵抗を小さくすることができる。
図１９は、圧電アクチュエータ装置における内側可動部材へ、片側の蛇行状梁部から、内側可動部材へ２本の導電線を配置する場合の一例である。内側可動部材への配線幅は途中の梁部ではａであるが、最後の内側可動部材の近くではｂ（ａ＜ｂ）に広げることができる。尚、２０４は内側アクチュエータの枠部材である。
【００３８】
内側駆動部の駆動用の圧電部材に接続される配線は、外側駆動部側の配線に比べて断面積が大きく、電気抵抗を下げることができるので、ジュール熱の発生を抑制することができる。このためエネルギーの損失を抑制できる。シリコンは温度によって弾性係数が変わるので、温度変化が生じた場合に、梁部の剛性が大きく変わるが、梁部の温度変化を小さくできるので、振幅角度の制御を安定して行いやすくなる。
【００３９】
＜実施形態８＞
図２０は、投影装置の一例を示す図である。
例えば図２０に示すように、主走査方向は、共振特性を利用するように、共振周波数で駆動する。副走査方向は、主走査方向よりも低速で駆動する必要があるので、中枠部を蛇行状のバネ部で保持し、振幅駆動させるようになっている。
投影装置に、前述の光走査装置を搭載し、２次元的にビームを走査して投射面としてのスクリーン４に画像を表示することができる。
【００４０】
画像形成装置の構成例は以下の通り。
画像投影装置は、図２１に示すように、赤色光源装置１Ｒと、緑色光源１Ｇと、青色光源装置１Ｂと、ダイクロイックプリズム２と、光走査装置３とを備え、投射面（スクリーン）４に投影する。
赤色光源装置１Ｒは赤色のレーザー光を射出し、緑色光源１Ｇは緑色のレーザー光を射出し、青色光源装置１Ｂは青色のレーザー光を射出する。光走査装置３はダイクロイックプリズム２から射出されたレーザー光を走査する。
投影装置は投射面を一体とする構成であっても良い。
赤色光源装置１Ｒは、中心波長が６３０ｎｍ前後である半導体レーザー（ＬＤ）であり、青色光源装置１Ｂは、中心波長が４３０ｎｍ前後である半導体レーザー（ＬＤ）である。緑色光源装置１Ｇは、中心波長が５４０ｎｍ前後である緑色のレーザー光を出射する。
また、光走査装置３は、２軸周りに回動できる構造を備えており、入射したレーザー光を投影面としてのスクリーン４に反射させるものである。
これらにより、光走査装置のミラー部投影面内で２方向に振動運動が可能となる。スクリーン４の水平方向及び垂直方向にレーザー光を走査することが可能となり、投影位置に応じて、各色の光源１Ｒ、１Ｂ、１Ｇの発光量を調整することで、所望の画像を表示することができる。
図２１に示すように赤、緑、青で光路を１つにしない構成であってもよい。
カラー画像を投影する例を述べたが、白黒の場合は、白色だけで、投影像を形成する場合にも適応可能である。
【００４１】
＜作用効果＞
本実施形態の一つによれば、共通グラウンドを上部電極側とするので、上部電極の上の配線には、圧電部材に印加する駆動信号の電圧によって生じるクロストークの影響を小さくすることができる。
【００４２】
本実施形態の一つによれば、検出用の圧電部材を駆動用の圧電部材と並行して配置した場合に、蛇行状梁部の折り返し部分の電気的接続が簡単な配線で実施できる。
【００４３】
本実施形態の一つによれば、検出用の圧電部材には高い電圧が印加されないので、駆動用の圧電部材よりシンプルな配線方法を選択することができるので、配線のスペースを小さくすることができ、歩留まりを改善することができる。
【００４４】
本実施形態の一つによれば、光走査部を小型、高性能、すなわち安定駆動にすることで、画像形成装置の小型化、低価格化、高性能化を実現できる。
【００４５】
本実施形態の一つによれば、２方向に周波数の異なる光走査を行い、画像を形成する画像投影装置において、小型で、性能を維持できる、ミラー支持構造を採用することで、装置を安価で高性能なものにすることが可能となる。
【００４６】
本実施形態の一つによれば、入れ子状に構成されるアクチュエータで、外側のアクチュエータの効率を低下させずに内側のアクチュエータに配線できる。
【００４７】
本実施形態の一つによれば、最も可動部材に近い梁部での、内側の駆動部への配線の幅を広げることにより配線部の電気抵抗を下げることができる。そのため、熱の発生による、エネルギー損失を抑制することができる、梁部の不要な温度上昇を防げることができる。
【００４８】
本実施形態の一つによれば、組み込まれた光走査部を用いることで、駆動信号や検出信号の混信の影響を受けにくくすることで、信頼性が向上するので、画像投影装置の信頼性を改善させることができ、小型化を図ることが可能となる。
【００４９】
尚、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１Ｒ    赤色光源
１Ｂ    青色光源
１Ｇ    緑色光源
２    ダイクロイックプリズム
３    光走査装置
４    投射面（スクリーン）
１１−１〜１１−９    圧電アクチュエータ装置
１２−１〜１２−９    枠部材
１３−１ａ、１３−１ｂ〜１３−８ａ、１３−８ｂ    蛇行状梁部
１４−１〜１４−９    可動部材
１５−１ａ、１５−１ｂ〜１５−９ａ、１５−９ｂ、１０３    圧電部材（駆動手段）
１０１    シリコン
１０２    上部電極
１０３    圧電膜
１０４    下部電極
１０５    スルーホール
１０６    導電線
１１０    導電線パターン
１１２    絶縁膜
２０１    検出用の圧電部材
２０２    駆動用の圧電部材
８０１    光書込装置
８０２    感光体ドラム（像担持体）
８０３    回動方向矢印
８０４    帯電部
８０５    現像部
８０６    転写部
８０７    定着部
８０８    記録紙
８０９    クリーニング部
８２０    光源部
８２１    振動ミラー
８２２    結像光学系
８２３    走査光学系
８２４    集積回路
８２５    回路基板
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５１】
【特許文献１】特開２００８−４０２４０号公報
【特許文献２】特開２００１−６８７５１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３７４９２号公報
【図１】
2014126715.tif 000003
【図２】
2014126715.tif 000004
【図３】
2014126715.tif 000005
【図４】
2014126715.tif 000006
【図５】
2014126715.tif 000007
【図６】
2014126715.tif 000008
【図７】
2014126715.tif 000009
【図８】
2014126715.tif 000010
【図９】
2014126715.tif 000011
【図１１】
2014126715.tif 000012
【図２０】
2014126715.tif 000013
【図２１】
2014126715.tif 000014
【図２３】
2014126715.tif 000015
【図１０】
2014126715.tif 000016
【図１２】
2014126715.tif 000017
【図１３】
2014126715.tif 000018
【図１４】
2014126715.tif 000019
【図１５】
2014126715.tif 000020
【図１６】
2014126715.tif 000021
【図１７】
2014126715.tif 000022
【図１８】
2014126715.tif 000023
【図１９】
2014126715.tif 000024
【図２２】
2014126715.tif 000025