(57)【要約】【課題】小型で、大きな回転振動が可能な光偏向器（光走査装置）を提供する。【解決手段】光反射面を有する可動部材４０と、該可動部材を回転振動可能に支持するトーション梁部材２０ａ，２０ｂと、該トーション梁部材の端部を支持する枠部材４０と、可動部材１０と枠部材４０との間に配置され、長手方向の一端が自由で他端がトーション梁部材に支持されて、反りを発生する駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを設け、駆動部材３０ａ，３０ｃと３０ｂ，３０ｄとに交互に反りを発生させることにより、トーション梁部材２０ａ，２０ｂに時計、反時計方向に捩りを発生させ、可動部材１０を回転振動させる。【選択図】図１
2011013621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射面を有する可動部材と、前記可動部材を回転振動可能に支持するトーション梁部材と、前記トーション梁部材の端部を支持する枠部材と、前記可動部材と前記枠部材との間に配置され、長手方向の一端が自由で他端が前記トーション梁部材に支持されて、反りを発生する駆動部材とを有し、
前記駆動部材に反りが発生することにより、前記トーション梁部材に捩りが発生し、前記可動部材が回転振動することを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
前記駆動部材は前記可動部材から所定の距離はなして配置され、前記可動部材と前記駆動部材の間は捩れ可能なトーション梁部材で接続されることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項３】
前記駆動部材を支持するトーション梁部材と、前記可動部材と前記駆動部材を接続するトーション梁部材とは、それぞれ太さが異なることを特徴とする請求項２に記載の光偏向器。
【請求項４】
前記駆動部材は、前記トーション梁部材の軸に対して前記可動部材側に傾いて配置されている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】
前記駆動部材は、途中で前記可動部材側に屈曲または湾曲している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６】
前記駆動部材の自由端側は、他の部分に比べて重くなっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項７】
前記駆動部材の自由端側の重量を調整する重量調整手段が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の光偏向器。
【請求項８】
前記駆動部材は圧電モノモルフあるいはバイモルフであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項９】
前記枠部材の、前記トーション梁部材の前記枠部材との接続部の内側で、かつ、前記可動部材の先端部の内側となる位置に、前記駆動部材の給電用パッドが設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項１０】
可動枠と、光反射面を有する可動部材と、前記可動部材を第１の方向の軸周りに回転振動可能に支持する第１のトーション梁部材と、一端が前記第１のトーション梁部材に接続され他端が前記可動枠に接続され、反りを発生する第１の駆動部材と、前記可動枠を第２の方向の軸周りに回転振動可能に支持する第２のトーション梁部材と、前記第２のトーション梁部材の端部を支持する固定枠と、前記可動枠と前記固定枠との間に配置され、長手方向の一端が自由で他端が前記第２のトーション梁部材に支持されて、反りを発生する第２の駆動部材とを有し、
前記第１の駆動部材に反りが発生することにより、前記第１のトーション梁部材に第１の方向の軸周りに捩りが発生し、前記可動部材が第１の方向に回転振動し、
前記第２の駆動部材に反りが発生することにより、前記第２のトーション梁部材に第２の方向の軸周りに捩りが発生し、前記可動枠が該第２の方向の軸周りに回転振動して、前記可動部材が第２の方向に回転振動する、
することを特徴とする光偏向器。
【請求項１１】
光反射面を有する可動部材と、前記可動部材を第１の方向の軸周りに回転振動可能に支持する第１のトーション梁部材と、前記第１のトーション梁部材の端部を支持する可動枠と、前記可動部材と前記可動枠との間に配置され、長手方向の一端が自由で他端が前記第１のトーション梁部材に支持されて、反りを発生する第１の駆動部材と、固定ベースと、前記可動枠を第２の方向の軸周りに回転振動可能に支持する第２のトーション梁部材と、一端が前記第２のトーション梁部材に接続され他端が前記固定ベースに接続されて、反りを発生する第２の駆動部材とを有し、
前記第１の駆動部材に反りが発生することにより、前記第１のトーション梁部材に第１の方向の軸周りに捩りが発生し、前記可動部材が第１の方向に回転振動し、
前記第２の駆動部材に反りが発生することにより、前記第２のトーション梁部材に第２の方向の軸周りに捩りが発生し、前記可動枠が該第２の方向の軸周りに回転振動して、前記可動部材が第２の方向に回転振動する、
することを特徴とする光偏向器。
【請求項１２】
光反射面を有する可動部材と、前記可動部材を第１の方向の軸周りに回転振動可能に支持する第１のトーション梁部材と、前記第１のトーション梁部材の端部を支持する可動枠と、前記可動部材と前記可動枠との間に配置され、長手方向の一端が自由で他端が前記第１のトーション梁部材に支持されて、反りを発生する第１の駆動部材と、前記可動枠を第２の方向の軸周りに回転振動可能に支持する第２のトーション梁部材と、前記第２のトーション梁部材の端部を支持する固定枠と、前記可動枠と前記固定枠との間に配置され、長手方向の一端が自由で他端が前記第２のトーション梁部材に支持されて、反りを発生する第２の駆動部材とを有し、
前記第１の駆動部材に反りが発生することにより、前記第１のトーション梁部材に第１の方向の軸周りに捩りが発生し、前記可動部材が第１の方向に回転振動し、
前記第２の駆動部材に反りが発生することにより、前記第２のトーション梁部材に第２の方向の軸周りに捩りが発生し、前記可動枠が該第２の方向の軸周りに回転振動して、前記可動部材が第２の方向に回転振動する、
することを特徴とする光偏向器。
【請求項１３】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光偏向器を用いて、光源からの光ビームを偏向・走査し、感光体上に画像を形成させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の光偏向器を用いて、光源からの光ビームを２次元的に偏向・走査し、投影面に画像を投影させ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、小型ガルバノミラーを用い、レーザ光等の光ビームを偏向・走査する光偏向器、この光偏向器を光書込みユニットに組み込んだ画像形成装置、また、この光偏向器を投影面の走査ユニットとして組み込んだ画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシン技術を用いた、小型ガルバノミラーによる光偏向器（光走査装置）は、ポリゴンミラーや従来型のガルバノミラーに較べて省電力化、小型化や高速化の可能性があり、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。
【０００３】
このような光偏向器では、シリコンウエハーを除去加工し、トーション梁を形成して、ミラー面の角度を変えられるようにした場合、ミラー部を保持する可動板を回動可能に保持するトーション梁に捩り方向の力を発生させてミラーを傾け、入射する光線の出射方向を変更する。
【０００４】
駆動手段としては、静電駆動、電磁駆動、圧電駆動などの方式がある。ここで、静電式は、駆動力を得るには、変位しても対向する電極の面積を確保する必要があるために、変位を大きく取れない。そのために、光偏向器の駆動手段として用いる場合は、光線の出射角を大きくすることは期待できない。また、電磁式は、小型化によりコイルの配線の断面積は小さくなり抵抗が増すため、ジュール損失が大きいことや電流駆動であるため消費電力が大きいことなど不利な点がある。さらに、磁性体を搭載するので、磁気を嫌う周辺の他の部品、装置がある場合には磁気シールドが必要となるために、大型化する可能性がある。
【０００５】
一方、バイモルフやモノモルフ、バイメタルなどにより、厚み方向に反りを発生させられるカンチレバーを形成し、カンチレバーに発生する曲げ力をトーション梁に伝えて、ミラーにトーション梁の軸周りに回転力を生じさせる圧電方式には、上記のような欠点がない。
【０００６】
図２８に、圧電方式の光偏向器の従来の構成例を示す。図２８において、１０はミラー面を有する可動板であり、該可動板１０がトーション梁部材２０ａ，２０ｂにより揺動可能に支持され、バイモルフやモノモルフなどにより厚み方向に反りを発生する駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが、それぞれ一端がトーション梁部材２０ａ，３０ａに接続され、他端が枠部４０に接続されてカンチレバーを形成している。駆動部材３０ａ，３０ｃと３０ｂ，３０ｄとにそれぞれ逆方向の反りを発生させ、該反りの方向を交互に切り替えることにより、ミラー面を有する可動板１０は図２９（ａ），（ｂ）のように回転する。
【０００７】
ところで、図２８のように光偏向器を構成して、駆動部材（カンチレバー）の両端を枠部とトーション梁部に接続された状態で、圧電膜の反り方向を切り替えることで、大きな偏向角を得るには、カンチレバーを構成する材料のヤング率が小さく、僅かな力で大きく伸びる必要がある。しかし、実際はミラーの支持部はシリコンで形成されることが多く、シリコンはヤング率が非常に大きい材料であるため、カンチレバーの両端が接続された構成では、ミラー面を傾ける大きな力を発生させることはできない。
【０００８】
なお、図２８のような構成の光偏向器については、例えば特許文献１や特許文献２などに詳述されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従来の上記のような問題を解決し、装置が大型化することなく、大きな反り量が得られ、大きな偏向角を得ることが可能な光偏向器を提供することにある。
【００１０】
また、本発明は、このような光偏向器を組み込むことで、設計自由度が改善し、コストダウン、小型化が可能な画像形成装置及び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】
【００１１】
請求項１の発明の光偏向器は、光反射面を有する可動部材と、前記可動部材を回転振動可能に支持するトーション梁部材と、前記トーション梁部材の端部を支持する枠部材と、前記可動部材と前記枠部材との間に配置され、長手方向の一端が自由で他端が前記トーション梁部材に支持されて、反りを発生する駆動部材とを有し、前記駆動部材に反りが発生することにより、前記トーション梁部材に捩りが発生し、前記可動部材が回転振動することを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光偏向器において、前記駆動部材は前記可動部材から所定の距離はなして配置され、前記可動部材と前記駆動部材の間は捩れ可能なトーション梁部材で接続されることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２に記載の光偏向器において、前記駆動部材を支持するトーション梁部材と、前記可動部材と前記駆動部材を接続するトーション梁部材とは、それぞれ太さが異なることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光偏向器において、前記駆動部材は、前記トーション梁部材の軸に対して前記可動部材側に傾いて配置されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光偏向器において、前記駆動部材は、途中で前記可動部材側に屈曲または湾曲していることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光偏向器において、前記駆動部材の自由端側は、他の部分に比べて重くなっていることを特徴とする。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項６に記載の光偏向器において、前記駆動部材の自由端側の重量を調整する重量調整手段が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光偏向器において、前記駆動部材は圧電モノモルフあるいはバイモルフであることを特徴とする。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光偏向器において、前記枠部材の、前記トーション梁部材の前記枠部材との接続部の内側で、かつ、前記可動部材の先端部の内側となる位置に、前記駆動部材の給電用パッドが設けられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０の発明の光偏向器は、可動枠と、光反射面を有する可動部材と、前記可動部材を第１の方向の軸周りに回転振動可能に支持する第１のトーション梁部材と、一端が前記第１のトーション梁部材に接続され他端が前記可動枠に接続され、反りを発生する第１の駆動部材と、前記可動枠を第２の方向の軸周りに回転振動可能に支持する第２のトーション梁部材と、前記第２のトーション梁部材の端部を支持する固定枠と、前記可動枠と前記固定枠との間に配置され、長手方向の一端が自由で他端が前記第２のトーション梁部材に支持されて、反りを発生する第２の駆動部材とを有し、前記第１の駆動部材に反りが発生することにより、前記第１のトーション梁部材に第１の方向の軸周りに捩りが発生し、前記可動部材が第１の方向に回転振動し、前記第２の駆動部材に反りが発生することにより、前記第２のトーション梁部材に第２の方向の軸周りに捩りが発生し、前記可動枠が該第２の方向の軸周りに回転振動して、前記可動部材が第２の方向に回転振動するすることを特徴とする。
【００２１】
請求項１１の発明の光偏向器は、光反射面を有する可動部材と、前記可動部材を第１の方向の軸周りに回転振動可能に支持する第１のトーション梁部材と、前記第１のトーション梁部材の端部を支持する可動枠と、前記可動部材と前記可動枠との間に配置され、長手方向の一端が自由で他端が前記第１のトーション梁部材に支持されて、反りを発生する第１の駆動部材と、固定ベースと、前記可動枠を第２の方向の軸周りに回転振動可能に支持する第２のトーション梁部材と、一端が前記第２のトーション梁部材に接続され他端が前記固定ベースに接続されて、反りを発生する第２の駆動部材とを有し、前記第１の駆動部材に反りが発生することにより、前記第１のトーション梁部材に第１の方向の軸周りに捩りが発生し、前記可動部材が第１の方向に回転振動し、前記第２の駆動部材に反りが発生することにより、前記第２のトーション梁部材に第２の方向の軸周りに捩りが発生し、前記可動枠が該第２の方向の軸周りに回転振動して、前記可動部材が第２の方向に回転振動することを特徴とする。
【００２２】
請求項１２の発明の光偏向器は、光反射面を有する可動部材と、前記可動部材を第１の方向の軸周りに回転振動可能に支持する第１のトーション梁部材と、前記第１のトーション梁部材の端部を支持する可動枠と、前記可動部材と前記可動枠との間に配置され、長手方向の一端が自由で他端が前記第１のトーション梁部材に支持されて、反りを発生する第１の駆動部材と、前記可動枠を第２の方向の軸周りに回転振動可能に支持する第２のトーション梁部材と、前記第２のトーション梁部材の端部を支持する固定枠と、前記可動枠と前記固定枠との間に配置され、長手方向の一端が自由で他端が前記第２のトーション梁部材に支持されて、反りを発生する第２の駆動部材とを有し、前記第１の駆動部材に反りが発生することにより、前記第１のトーション梁部材に第１の方向の軸周りに捩りが発生し、前記可動部材が第１の方向に回転振動し、前記第２の駆動部材に反りが発生することにより、前記第２のトーション梁部材に第２の方向の軸周りに捩りが発生し、前記可動枠が該第２の方向の軸周りに回転振動して、前記可動部材が第２の方向に回転振動することを特徴とする。
【００２３】
請求項１３の発明の画像形成装置は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光偏向器を用いて、光源からの光ビームを偏向・走査し、感光体上に画像を形成させることを特徴とする。
【００２４】
請求項１４の発明の画像投影装置は、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の光偏向器を用いて、光源からの光ビームを２次元的に偏向・走査し、投影面に画像を投影させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の光偏向器によれば、駆動部材の一端が固定されていないので、大きな反り量を得ることができ、ミラー面を保持する可動部材を大きく回転振動させることが可能であり、また、小型化も容易に可能である。
【００２６】
本発明の光偏向器を画像形成装置に組み込むことで、設計自由度が改善し、小型で性能のよい画像形成装置が可能になる。また、本発明の光偏向器を画像投影装置に組み込むことで、小型で、広画角投影の画像投影装置が可能になる。
【００２７】
なお、本発明の光偏向器のさらなる作用、効果は実施の形態の説明で明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の光偏向器の実施例１の平面図である。
【図２】図１の駆動部材の駆動信号線の配線を示す一部拡大図である。
【図３】図１の光偏向器の可動板の回転動作を示す図である。
【図４】図１の駆動部材を駆動する電圧の一例を示す図である。
【図５】本発明の光偏向器の実施例２の平面図である。
【図６】本発明の光偏向器の同じく実施例２の平面図である。
【図７】本発明の光偏向器の同じく実施例２の平面図である。
【図８】本発明の光偏向器の実施例３の平面図である。
【図９】本発明の光偏向器の実施例４の平面図である。
【図１０】本発明の光偏向器の実施例５の平面図である。
【図１１】本発明の光偏向器の同じく実施例５の平面図である。
【図１２】図１０の構成において駆動部材の厚み方向の変位分布を示す図である。
【図１３】図１０の構成において駆動部材の反りの様子を示す図である。
【図１４】本発明の光偏向器の実施例６の平面図である。
【図１５】図１４の構成のＡ−Ｂ線断面図である。
【図１６】本発明の光偏向器の同じく実施例６の平面図である。
【図１７】本発明の光偏向器の同じく実施例６の平面図である。
【図１８】本発明の光偏向器の実施例７の調整前を示す平面図である。
【図１９】図１８の調整後を示す平面図である。
【図２０】本発明の光偏向器の実施例７の調整前を示す平面図である。
【図２１】図２０の調整後を示す平面図である。
【図２２】本発明の光偏向器の実施例８の平面図である。
【図２３】本発明の光偏向器の同じく実施例８の平面図である。
【図２４】本発明の光偏向器の同じく実施例８の平面図である。
【図２５】本発明の光偏向器を光書込みユニットに搭載した画像形成装置の一例の全体構成図である。
【図２６】本発明の光偏向器を搭載した画像投影装置の一例の全体構成図である。
【図２７】本発明の光偏向器を搭載した画像投影装置の他の例の全体構成図である。
【図２８】従来の光偏向器の構成例を示す平面図である。
【図２９】図２８の光偏向器の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。なお、以下の実施形態では、駆動手段は圧電方式とするが、本発明は圧電方式に限定されない。
【実施例１】
【００３０】
図１に、本発明の光偏向器の実施例１の平面図を示す。図１において、１０は表面に光反射層（ミラー面）が設けられた可動板であり、該可動板１０は、一対のトーション梁部材（トーションバースプリング）２０ａ，２０ｂに回動可能に支持され、該トーション梁部材２０ａ，２０ｂの他端は枠部材（固定ベース）４０に支持されている。そして、可動板１０と枠部材４０との間には、トーション梁部材２０ａ，２０ｂに捩りを発生させて、可動板１０を回動させるために、それぞれ長手方向の一端が自由で、他端がトーション梁部材２０ａ，２０ｂに支持され、長手方向に反りを発生する駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが設けられている。該駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、具体的には弾性部材の片面あるいは両面に圧電材料が積層されたモノモルフあるいはバイモルフ構造となっている。
【００３１】
例えば、シリコンウエハーを素材として、ＭＥＭＳ（micro  electro  mechanical  system）プロセスによって加工することで、可動板１０、トーション梁部材２０ａ，２０ｂ、駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが一体的に形成される。また、可動板１０は、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光反射面が形成される。
【００３２】
図２は駆動部材の駆動信号線の配線を示した図である。便宜上、図２では駆動部材３０ｃ，３０ｄについて示したが、駆動部材３０ａ，３０ｂについても同様である。図２において、３１，３２は駆動信号線、３３は共通グランド線であり、これらはトーション梁部材２０ｂ上に白金などを成膜し、必要な部分だけ残るようにエッチング加工して形成される。この駆動信号線３１，３２、共通グランド線３３は枠部材４０まで延び、該枠部材４０にランド部が形成されている。駆動部材３０ｃには駆動信号線３１と共通グランド線３３を通して電圧が印加され駆動部材３０ｄには駆動信号３２と共通グランド線３３を通して電圧が印加される。この電圧の印加により、駆動部材３０ｃ，３０ｄに反りが発生する。印加電圧の波形は、正弦波やパルス波などのいずれでもよいが、後述するように、駆動部材３０ｃと駆動部材３０ｄでは互いに逆位相とする。これは駆動部材３０ａと駆動部材３０ｂでも同様である。
【００３３】
図１に戻り、駆動部材３０ａ，３０ｃに、例えば紙面の手前側に反りを発生させると、トーション梁部材２０ａ，２０ｂに時計方向（２０ａから２０ｂの方向に見て）の捩りが発生し、可動板１０は図３（ａ）のように回動する。次に、駆動部材３０ｂ，３０ｃに、同様に紙面の手前側に反りを発生させると、トーション梁部材２０ａ，２０ｂに反時計方向の捩りが発生し、可動板１０は図３（ｂ）のように回動する。これを繰り返すことにより、可動板（ミラー面）１０を往復回転振動させることができる。ここで、振動周期を、可動部全体の共振特性に近い値で、連続させることにより、より大きな変位を発生させることが可能になる。所望の（使用条件に適した）周波数と、可動部の共振特性を一致させるために、可動部の形状、全体重量や、バランス、梁部の長さ・太さの調整や、構成する材料の選択など、適宜決めればよい。
【００３４】
図４に、駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを駆動する電圧の波形の一例を示す。図４では正弦波としたが、先にも述べたようにパルス波（矩形波）でもよい。ここで、イは駆動部材３０ａ，３０ｃへの印加電圧、ロは駆動部材３０ｂ，３０ｄへの印加電圧とする。また、駆動部材３０ａ〜３０ｄは弾性部材の表面側にのみ圧電材料が積層されたモノモルフ構造をとり、電圧の印加により紙面の手前側にのみ反りが発生するとする。
【００３５】
いま、ｔｏのとき、駆動部材３０ａ，３０ｃの反りと駆動部材３０ｂ，３０ｃの反りが拮抗し、可動板１０は紙面と略平行状態をとる。ｔ１のときは、駆動部材３０ａ，３０ｃの反りが最大で、駆動部材３０ｂ，３０ｄの反りが最小（零）となり、可動板１０は図３（ａ）のように回動する。そして、ｔ２になると、再び駆動部材３０ａ，３０ｃの反りと駆動部材３０ｂ，３０ｄの反りとが拮抗して、可動板１０は紙面と平行状態に戻る。次に、ｔ３のときは、駆動部材３０ｂ，３０ｄの反りが最大で、駆動部材３０ａ，３０ｃの反りが最小となり、可動板１０は図３（ｂ）のように回動する。このようにして、可動板１０は往復回動振動を繰り返す。駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの一端は固定されていないので、大きな反り量が得られ、大きな偏向角を得ることが可能である。
【００３６】
なお、駆動部材３０ａ〜３０ｄが弾性部材の表面と裏面の両側に圧電材料が積層されたバイモルフ構造とし、紙面の手前側と奥側に反りを発生させる構成とした場合には、さらに大きな偏向角を得ることが可能である。すなわち、モノモルフを表裏はり合わせてバイモルフ構造とし、例えば、駆動部材３０ａ，３０ｃの表面側の圧電材料及び駆動部材３０ｂ，３０ｄの裏面側の電圧材料に対しては図４のイに示す電圧を印加し、一方、駆動部材３０ａ，３０ｃの裏面側の圧電材料及び駆動部材３０ｂ，３０ｄの表面側の電圧材料に対しては図４のロに示す電圧を印加するようにする。こうすることにより。例えば、ｔ１のときは、駆動部材３０ａ，３０ｃで紙面の手前側に最大の反りが発生し、駆動部材３０ｂ，３０ｄでは紙面の奥側に最大の反りかせ発生して、可動板１０は図３（ａ）のように回動する。紙面手前側の反りに紙面奥側の反りが加わるため、トーション梁部材２０ａ，２０ｂに大きな捩り（時計方向）が発生し、可動板１０は、より大きく回動する。次に、ｔ２のときは、駆動部材３０ｂ，３０ｄで紙面の手前側に最大の反りが発生し、駆動部材３０ａ，３０ｃでは紙面の奥側に最大の反りが発生して、可動板１０は図３（ｂ）のように回動する。この場合も、紙面手前側の反りに紙面奥側の反りが加わるため、トーション梁部材２０ａ，２０ｂに大きな捩り（反時計方向）が発生し、可動板１０は、より大きく回動する。
【００３７】
図１では、可動部材１０と枠部材４０と間に、３０ａと３０ｂ、３０ｃと３０ｄの計４つの駆動部材を配置するとしたが、駆動部材は３０ａと３０ｄ、あるいは３０ｃと３０ｂのみでも、動作は可能である。これは、後述の各実施例の光偏向器においても同様である。本発明の光偏向器には、このような構成のものも含まれる。
【実施例２】
【００３８】
図５、図６に本発明の光偏向器の実施例２の平面図を示す。図５、図６において、図１と同一部分には同一の符号が付与されている。図５、図６に示すように、実施例２では、ミラー面を保持する可動板１０と可動部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄとの間に所定の距離をもたせ、その間も捩じれ可能なトーション梁部材２０ａ，２０ｂによって接続されるようにしたものである。これにより、駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、ミラー面を保持する可動板１０と共に２自由度振動系を形成することになる。駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの駆動の仕方は実施例１の場合と同様である。
【００３９】
２自由度振動系とすることで、より大きな変位を得ることができたり、角速度の変動を小さくしたりできることが知られているが、従来はミラーを保持する可動部材の外側にトーション梁を介して別の可動部を設けて２自由度振動系のアクチュエータとしており（例えば、特許文献３、４等）、装置が大型化せざるを得なかった。これに対し、本実施例の場合、駆動部材３０ａ〜３０ｄの一端が自由で、加振力を発生させると同時に質量系であるように構成されるので、装置を大型化せずに、ミラー面を保持する可動板１０と共に２自由度振動系にすることができる。
【００４０】
ここで、周波数特性を調整するために、駆動部材３０ａ〜３０ｄの位置を、可動板１０の方に近づけたり（図５）、枠部４０の方に近づけたりする（図６）。また、図７に示すように、トーション梁部材２０ａ，２０ｂの太さを、枠部材４０と駆動部材３０ａ〜３０ｄとを接続する部分と、駆動部材３０ａ〜３０ｄと可動板１０とを接続する部分とで、それぞれ異ならせても、調整が可能である。さらには、両方を組み合わせて、調整することでもよい。
【実施例３】
【００４１】
図８に、本発明の光偏向器の実施例３の平面図を示す。図８において、図１と同一部分には同一の符号が付与されている。
【００４２】
本発明の光偏向器では、駆動部の一端が固定されていないので、駆動部材はトーション梁部材の端に取り付けられる必要はない（図１、図５）。この場合、駆動部材の周りの部分は、トーション梁部材に捩りを発生させるのに差支えないスペースがあればよい。そこで、本実施例では、図８に示すように、枠部４０の隅を幅広にして、トーション梁部材２０ａ，２０ｂの枠部４０との接続部の内側で（図８中の範囲Ａ）、かつ、可動板１０の先端部の内側（図８中の範囲Ｂ）となる位置に、少なくとも一部が含まれるように給電用のパッド５１〜５６を配置する。ここで、パッド５４，５５，５６が図２に示した駆動部材３０ｃ，３０ｄの駆動信号線３１，３２、共通グランド線３３にそれぞれ接続される。同様に、パッド５１，５２，５３は、駆動部材３０ａ，３０ｂの駆動信号線、共通グランド線に接続されることになる。
【００４３】
本実施例では、給電用のパッド部は、駆動部材の駆動の邪魔にならず、図２８に示したような従来の構成に比べて、トーション梁を所望の長さに維持しつつ、枠部のより内側に給電用のパッドを設けることができるので、光偏向器の、さらなる小型化が可能になる。
【実施例４】
【００４４】
図９に、本発明の光偏向器の実施例４の平面図を示す。図９において、図１などと同一部分には同一の符号が付与されている。
【００４５】
大きな偏向角を得るには、駆動部材に大きな反り量を発生させるか、駆動部材自体を長くして、駆動部材の変位を大きくし、トーション梁部材に、より大きな捩り力を発生させる必要がある。ここで、反り量は、駆動部材を構成する材料の特性によって決まるので、モノモルフやバイモルフによる加振手段では、材料や膜特性の改善が考えられるが、その改善には限界がある。また、駆動部材を長くして、該駆動部材の変位を大きくしようとすると、駆動部が枠部から出っ張らないように枠部を大きくする必要があり、装置が大型化する。
【００４６】
そこで、本実施例では、図９に示すように、駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄをトーション梁部材２０ａ，２０ｂに対し、垂直でなく、可動板１０側に傾けて配置して、駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの実効長を長くする。動作は、実施例１などと同様である。
【００４７】
厚み方向に反りを発生させる駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが長くなれば、自由端側の変位が大きくなるので、トーション梁部材２０ａ，２０ｂの軸周りに、より大きな捩り力を発生させることができる。本実施例では、駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを傾けて配置することで、該駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの突出を抑え、枠部４０を大きくすることなく、駆動部材先端の反り量を増やすことができるので、装置の大型化を抑えながら、可動板１０の偏向角を大きくすることができる。
【実施例５】
【００４８】
図１０、図１１に、本発明の光偏向器の実施例５の平面図を示す。図１０、図１１において、図１などと同一部分には同一の符号が付与されている。
【００４９】
先の図９のように、駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄをトーション梁部材２０ａ，２０ｂに対し、単に傾けて配置するだけでは、駆動部材を長くするには限界があり、駆動部先端の反り量が十分得られない場合がある。
【００５０】
そこで、本実施例では、図１０や図１１に示すように、駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを屈曲または湾曲させた形状とするものである。これにより、枠部４０内の限られたスペースに、より長い駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを配置することができ、該駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄに、より大きな反りを発生させて、装置の大型化を抑えながら、大きな偏向角を得ることが可能になる。
【００５１】
なお、先の図９のように駆動部材をトーション梁部材に斜めに取り付け、該駆動部材を屈曲させる構造とすることも可能である。また、図１１のように、駆動部材の形状を、可動板１０の形状に沿ったものとすることも可能である。
【００５２】
図１２は、図１０の構成の場合について、駆動部材の各部の厚み方向の変位分布を示した図である。また、図１３は、駆動部材の各部の反りの高低の様子を示した図である。図１３中、Ｘはトーション梁方向、Ｙはトーション梁と直角方向、Ｚは紙面方向を示している。このように、本実施例では、駆動部材の先端で大きな反りを発生させることができる。
【実施例６】
【００５３】
図１４、図１６、図１７に、本発明の光偏向器の実施例６の平面図を示す。なお、図１５は図１４のＡ−Ｂ線の断面図を示したものである。図１４、図１６、図１７において、図１と同一部分には同一の符号が付与されている。動作は図１などと同様である。
【００５４】
駆動部材自体の重さが、可動部全体の重さに対する比率が小さい場合、可動部全体に大きな加振力を発生させることができない。そこで、本実施例は、必要な振動数や振幅が確保できる範囲で、駆動部材の自由端側の重量を増加させて、該駆動部材の慣性モーメントを増大させて、より大きな捩り力をトーション梁部材に伝わるようにして、大きな偏向角を得るようにしたものである。
【００５５】
ここで、図１４は、駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの先端にそれぞれ重量を増加させるための質量部材６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄを取り付けた例であり、図１６は、駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの先端部の幅を、それぞれ６２ａ〜６２ｄのように幅広にして重量を増加させた例である。また、図１７は、可動板１０を挟むように、駆動部材３０ａと３０ｃ、３０ｂと３０ｄの先端同士をそれぞれ梁部材６３ａ，６３ｂでつなげて、駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｓ，３０ｄの自由端側の重量を増加させた例である。なお、図１４、図１６では、駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの自由端部の厚みを単に増やすようにしてもよい。
【００５６】
図１４、図１６、図１７のような構成とすることで、駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの自由端側の重量が増すので、一度動きはじめ、振動が共振周波数に到達すると、大きな捩り力をトーション梁部材２０ａ，２０ｂに与えることができ、可動板３０の振れ角を大きくすることが可能となる。
【実施例７】
【００５７】
図１８乃至図２１は、本発明の光偏向器の実施例７を説明する図である。図１８乃至図２１において、図１などと同一部分には同一の符号が付与されている。
【００５８】
先の実施例６において、駆動部材の自由端が重すぎると、必要な変位量が得られず、トーション梁部材に必要な捩り力を発生させることができなくなる。また、逆に軽すぎると、変位量が大きくても、トーション梁部材に伝わる捩り方向の力が小さくなってしまう。また、可動部全体の重量、バランスが所定値と異なることにより、所望の共振周波数特性が得られないことがある。このように、駆動部材の先端部の重量が適正でない場合、可動部と駆動部で、二重に光偏向器の特製を悪化させてしまう。そこで、本実施例は、駆動部材の自由端側の重量を調整する重量調整手段を設けるようにしたものである。
【００５９】
図１８（調整前）と図１９（調整後）は、駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの先端部に接着剤塗布面７０ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄを設け、そこに質量部材としての接着剤７２を必要な量や数だけ盛るなどして、該先端部の重量を増加させて調整する例である。この場合、接着材に密度の大きい金属粉を混ぜるなどすることで、限られた面積で、大きく質量を変化させることが可能になる。
【００６０】
図２０（調整前）と図２１（調整後）は、駆動部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの先端部にあらかじめ質量部材としてダミー部材７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄを付加しておき、これの一部等を図２１にイ、ロで示すように、レーザなどで除去加工して、該先端部の重量を減少させて調整する例である。
【００６１】
実際の製造工程では、コンタクトプローブなどで光偏向器に駆動波形を入力し、回動動作をさせて、所望の共振周波数、偏向角が得られているかを確認し、調整していくこととなる。可動部と駆動部の調整を同時に行えるので、所望の特性が得やすい。また、調整する場所は、ミラー面を有する可動部材から離れた位置で行うので、ミラー面を汚したり、傷つけたりする可能性が小さく、光学的特性の劣化を防止できる。
【実施例８】
【００６２】
図２２、図２３、図２４に、本発明の光偏向器の実施例８の平面図を示す。これまで説明した光偏向器は、いずれも１軸方向にミラー面を回転振動させるものであったが、本実施例は２軸方向にミラー面を回転振動させる構成としたものである。
【００６３】
図２２は、図２８の従来と同様の構成の一端が第１のトーション梁部材１２０ａ，１２０ｂに接続され他端が可動枠１４０に接続された第１の駆動部材１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄを駆動して、第１のトーション梁部材１２０ａ，１２０ｂにＹ軸周りの捩りを発生させることで、ミラー面を保持する可動板１０をＹ軸周りに回動させ、Ｘ軸周りには、本発明の形態を利用し、一端が第２のトーション梁部材２２０ａ，２２０ｂに接続され他端が自由な第２の駆動部材２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃ，２３０ｄを駆動して、第２のトーション梁部材２２０ａ，２２０ｂにＸ軸周りの捩りを発生させることで、可動枠１４０をＸ軸周りに回動させる構成としたものである。図２２の構成の場合、外側の枠部（固定ベース）２４０を小さくできるので、２軸駆動の光偏向器を小型化することが可能となる。
【００６４】
図２３は、図２２とは逆に、Ｙ軸周りに本発明の形態を利用し、一端が第１のトーション梁部材１２０ａ，１２０ｂに接続され他端が自由な第１の駆動部材１３０ａ，１３０ｂ１３０ｃ，１３０ｄを駆動して、第１のトーション梁部材１２０ａ，１２０ｂにＹ軸周りの捩りを発生させることで、ミラー面を保持する可動板１０をＹ軸周りに回動させ、Ｘ軸周りには従来と同様の構成を利用し、一端が第２のトーション梁部材２２０ａ，２２０ｂに接続され他端が固定ベース２４０に接続された第２の駆動部材２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃ，２３０ｄを駆動して、第２のトーション梁部材２２０ａ，２２０ｂにＸ軸周りの捩りを発生させることで、可動枠１４０をＸ軸周りに回動させる構成としたものである。図２３の構成の場合、内側の枠部（可動枠）を小さくできるので、より小さいエネルギーでＸ軸周りの駆動を行えるようになる。
【００６５】
図２４は、Ｘ及びＹ軸周りに本発明の形態を利用するもので、一端が第１のトーション梁部材１２０ａ，１２０ｂに接続された他端が自由な第１の駆動部材１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄを駆動して、第１のトーション梁部材１２０ａ，１２０ｂにＹ軸周りの捩りを発生させることで、ミラー面を保持する可動板１０をＹ軸周りに回動させ、Ｘ軸周りには、一端が第２のトーション梁部材２２０ａ，２２０ｂに接続され他端が自由な第２の駆動部材２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃ，２３０ｄを駆動して、一端が可動枠１４０を支持し他端が固定ベース２４０に支持された第２のトーション梁部材２２０ａ，２２０ｂにＸ軸周りの捩りを発生させることで、可動枠１４０をＸ軸周りに回動させる構成としたものである。図２４の構成の場合、図２２と図２３の利点を併せ持つことにより、内部の可動枠１４０を小さくできることで、より小さいエネルギーでＸ軸周りの駆動を行え、また、外側の可動枠１４０も小さくできることで、２軸駆動の光偏向器を小型化することが可能になる。
【実施例９】
【００６６】
本実施例は、実施例１〜７の１軸駆動の光偏向器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。
【００６７】
図２５に本実施例の画像形成装置の全体構成図を示す。図２５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。
【００６８】
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、帯電部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部１００５でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写部１００６で記録紙１００７に転写される。転写されたトナー像は定着部１００８によって記録紙１００７に定着される。感光体ドラム１００２の転写部１００６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。
【００６９】
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。
【００７０】
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部１５００と、１軸方向にレーザビームを走査する光偏向器（前述した実施例１〜５の本発明の光偏向器）１０２２と、この光偏向器１０２２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、光偏向器１００２のミラー面で反射・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。
【００７１】
このような本発明による光偏向器１０２２を用いた構成の光書込ユニット１００１は、次のような利点を有する。光偏向器１０２２は、ミラー面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ほか、回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置の高画質化、省電力化に有利である。また、光偏向器１０２２のミラー面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、光偏向器１０２２の発熱量もわずかであるため、光書込装置１００１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、光偏向器１０２２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。
【００７２】
なお、記録紙１００７の搬送機構、感光体ドラム１００２の駆動機構、現像部１００５、転写部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２５では省略されている。
【実施例１０】
【００７３】
本実施例は、実施例８のような２軸駆動の光偏向器を搭載し、二次元的に光ビームを走査して画像を投影面（スクリーン）に表示する画像投影装置を提供するものである。
【００７４】
図２６に、本実施例の画像投影装置の全体構成図を示す。この画像投影装置は、赤色（Ｒ）のレーザ光を出射する赤色光源２００１−Ｒ、緑色（Ｇ）のレーザ光を出射する緑色光源２００１−Ｒ、青色（Ｂ）のレーザ光を出射する緑色光源２００１−Ｂ、各光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂから出射されたＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光を入射し、合成レーザ光として出射するダイクロイックプリズム（合成プリズム）２００３、このダイクロイックプリズム２００３から出射された合成レーザ光を二次元的に走査して投影面（スクリーン）２００４に投影する光偏向器（前述した実施例８の本発明の光偏向器）２００３などで構成される。なお、画像投影装置は投影面（スクリーン）２００４を一体とする構成であってもよい。
【００７５】
赤色光源装置２００１−Ｒは、中心波長が６３０ｎｍである半導体レーザ（ＬＤ）であり、青色光源装置２００１−Ｂは、中心波長が４３０ｎｍである半導体レーザ（ＬＤ）である。緑色光源装置２００１−Ｇは、中心波長が５４０ｎｍである緑色のレーザ光を出射する。図２６では省略したが、これら光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂから出射されるレーザ光は、画像の水平／垂直同期信号に同期し、画像情報の各画素のＲＧＢ成分の画素値に応じて発光量が変化される。このようなＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光がダイクロイックプリズム２００２により合成されて、光偏向器２００３のミラー面に入射される。
【００７６】
光偏向器２００３は、前述した実施例８の２軸駆動構成の光偏向器であり、ミラー面を保持する可動板１０を画像の水平／垂直同期信号に同期して２軸周りに回動することにより、ミラー面に入射されたレーザ光が二次元的に偏向・走査される。これにより、画像の水平／垂直同期信号に同期して投影面（スクリーン）２００１の水平方向及び垂直方向にレーザ光が走査され、投影面２００４に所望の画像が表示される。
【００７７】
なお、図２７に示すように、ダイクロイックプリズム２００２を省略して、各色光源２００１−Ｒ，２００１−Ｇ，２００１−Ｂから出射されたＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光を光偏向器（実施例８の光偏向器）２００３に直接入射することでもよい。
【００７８】
また、図２６、図２７ではカラー画像を投影する画像投影装置の構成例を示したが、白黒画像の場合は、光源は一つで良い。
【符号の説明】
【００７９】
１０    可動板
２０ａ，２０ｂ  トーション梁部材
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ  駆動部材
４０    枠部材
５１〜５６  パッド
６１ａ〜６１ｄ  質量部
６２ａ〜６２ｄ  質量部
６３ａ，６３ｂ  梁部材
７１ａ〜７１ｄ  接着剤塗布面
７２    接着剤
７３ａ〜７３ｄ  ダミー部材
１２０ａ，１２０ｂ  第１のトーション梁部材
１３０ａ〜１３０ｄ  第１の駆動部材
１４０  可動枠
２２０ａ，２２０ｂ  第２のトーション梁部材
２３０ａ〜２３０ｄ  第２の駆動部材
２４０  固定ベース
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８０】
【特許文献１】特開２００５−１２８１４７号公報
【特許文献２】特開２００８−０８３６０３号公報
【特許文献３】特開２００５−２０８５７８号公報
【特許文献４】特開２００６−０６７７０６号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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