(57)【要約】【課題】被走査面上の走査位置による反射光の明るさの差異を低減させることのできる光学デバイス、光走査装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】光を反射する光反射部材２１と、光反射部材２１を軸Ａ回りに揺動可能に支持する支持部材２６とを有し、光反射部材２１が揺動することにより、光反射部材２１によって反射された反射光を被走査面上に走査可能な走査部２と、被走査面上における反射光の所定方向の走査速度を変更するために、走査部２の被走査面に対する空間的位置を変更するアクチュエーター３と、を備える。【選択図】図４
2011100074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する光反射部材と、前記光反射部材を所定軸回りに揺動可能に支持する支持部材とを有し、前記光反射部材が揺動することにより、前記光反射部材によって反射された反射光を被走査面上に走査可能な走査部と、
前記被走査面上における前記反射光の所定方向の走査速度を変更するために、前記走査部の前記被走査面に対する空間的位置を変更する変更手段と、を備える
ことを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
前記変更手段により変更された前記走査速度が所定速度になるように、前記変更手段を制御する制御手段を更に備える
ことを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記走査部を支持する走査部支持部材と、
前記光反射部材に前記光を入射させる光源部と、を更に備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記変更手段は、前記走査部を前記所定軸回りに回動させる
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記変更手段は、圧電アクチュエーターである
ことを特徴とする請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記変更手段は、リニアアクチュエーターである
ことを特徴とする請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記変更手段は、モーターである
ことを特徴とする請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記変更手段は、前記走査部と前記被走査面との距離を変更するように、前記走査部を移動させる
ことを特徴とする請求項３に記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記変更手段は、前記走査部と前記光源部とが設置され、前記被走査面に接近し、又は前記被走査面から遠ざかる移動体である
ことを特徴とする請求項８に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
第１の方向に前記反射光を走査させる第１の走査手段を備え、
前記第１の走査手段は、請求項１乃至９の何れか一項に記載の光学デバイスである
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
第２の方向に前記反射光を走査させる第２の走査手段をさらに備え、
前記第２の走査手段は、請求項１乃至９の何れか一項に記載の光学デバイスである
ことを特徴とする請求項１０に記載の光走査装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の光走査装置を備える
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係るいくつかの態様は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術により作製され、光反射部材が所定軸回りに揺動運動する光学デバイス、光走査装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の光学デバイスを備えた光走査装置では、例えば、光反射部材を共振振動させ、光反射部材の角度を正弦関数的に変化させていた。このため、例えば、光反射部材を揺動運動させ、反射光を被走査面の水平方向（横方向）に走査させる場合、被走査面の中央における反射光の走査速度が最も早く、被走査面の両端に向かうにつれて走査速度が低下していた。よって、一定光量の光源から光を入射させる場合、被走査面の走査位置によって明るさ（輝度）が異なるという問題があった。
【０００３】
従来、この問題を解決するため、光学デバイス（走査装置）からの光（レーザー）を被走査面（スクリーン）に投影する投影光学系を備えたレーザ投射装置であって、被走査面上での等速性を有するようにしたもの（例えば特許文献１参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６４９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のものは、高価な投影光学系を備えるため、製造コストが高かった。また、光学デバイスによって反射された反射光が投影光学系を通過して被走査面上に投影されるので、投影光学系を構成する光学素子（レンズなど）の透過率又は反射率の影響により、被走査面上に走査させる反射光が減少してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明のいくつかの態様は前述の問題に鑑みてなされたものであり、被走査面上の走査位置による反射光の明るさの差異を低減させることのできる光学デバイス、光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る光学デバイスは、光を反射する光反射部材と、光反射部材を所定軸回りに揺動可能に支持する支持部材と、を有し、光反射部材が揺動することにより、光反射部材によって反射された反射光を被走査面上に走査可能な走査部と、被走査面上における反射光の所定方向の走査速度を変更するために、走査部の被走査面に対する空間的位置を変える変更手段と、を備える。
【０００８】
かかる構成によれば、被走査面上における反射光の所定方向の走査速度を変更するために、走査部の被走査面に対する空間的位置が変更される。ここで、走査部の被走査面に対する空間的位置を変更する、例えば、走査部を前述の所定軸回りに回動させたり、走査部を移動させたりすることにより、被走査面上における反射光の走査速度を変えることができる。よって、例えば、光反射部材の揺動運動に応じて走査部の被走査面に対する空間的位置を変更することにより、被走査面上における反射光の走査速度を所定速度にすることが可能となる。これにより、一定光量の光を光反射部材に入射させる場合に、被走査面上の走査位置による反射光の明るさの差異を低減させることができる。
【０００９】
好ましくは、変更手段により変更された走査速度が所定速度になるように、変更手段を制御する制御手段を更に備える。
【００１０】
かかる構成によれば、変更手段により変更された走査速度が所定速度になるように、変更手段が制御される。これにより、例えば、光反射部材の揺動運動による被走査面上における走査速度の変化を相殺するように、変更手段が制御されるので、変更後の被走査面上における走査速度を所定速度にすることができる。これにより、一定光量の光を光反射部材に入射させる場合に、被走査面における反射光の明るさを一定又は略一定にすることができる。
【００１１】
好ましくは、走査部を支持する走査部支持部材と、光反射部材に光を入射させる光源部と、を更に備える。
【００１２】
かかる構成によれば、走査部支持部材によって走査部が支持される。これにより、例えば、走査部支持部材が動く（運動する）ことで、走査部の被走査面に対する空間的位置を容易に変更することが可能となる。
【００１３】
好ましくは、変更手段は、走査部を前述の所定軸回りに回動させる。
【００１４】
かかる構成によれば、変更手段によって、走査部が前述の所定軸回りに回動させられる。これにより、例えば、光反射部材の所定軸回りの揺動運動に応じて走査部が当該所定軸回りに回動するので、被走査面上における変更後の走査速度を容易に所定速度にすることができる。これにより、一定光量の光を光反射部材に入射させる場合に、被走査面における反射光の明るさを容易に一定又は略一定にすることができる。
【００１５】
好ましくは、変更手段は、圧電アクチュエーターである。
【００１６】
かかる構成によれば、走査部を前述の所定軸回りに回動させる変更手段が、圧電アクチュエーターである。これにより、例えば、所定軸の両側に圧電アクチュエーターを配置して伸縮運動させることで、走査部を容易に当該所定軸回りに回動させることができる。
【００１７】
好ましくは、変更手段は、リニアアクチュエーターである。
【００１８】
かかる構成によれば、走査部を前述の所定軸回りに回動させる変更手段が、リニアアクチュエーターである。これにより、例えば、所定軸の両側にリニアアクチュエーターを配置して伸縮運動させることで、走査部を容易に当該所定軸回りに回動させることができる。また、リニアアクチュエーターは、入力された制御信号に対してリニアに走査部を回動（変位）させることができる。
【００１９】
好ましくは、変更手段は、モーターである。
【００２０】
かかる構成によれば、走査部を前述の所定軸回りに回動させる変更手段が、モーターである。これにより、例えば、ローター（回転子）の回動軸（回転軸）と走査部の所定軸とが一致する（同軸になる）ように走査部を配置することで、走査部を容易に当該所定軸回りに回動させることができる。
【００２１】
好ましくは、変更手段は、走査部と被走査面との距離を変更するように、走査部を移動させる。
【００２２】
かかる構成によれば、走査部と被走査面との距離を変更するように、変更手段によって走査部が移動させられる。これにより、例えば、光反射部材の揺動運動に応じて、走査部と被走査面との距離を変更するように走査部が移動するので、変更後の被走査面上における走査速度を容易に所定速度にすることができる。これにより、一定光量の入射光を光反射部材に入射させる場合に、被走査面における反射光の明るさを容易に一定又は略一定にすることができる。
【００２３】
好ましくは、変更手段は、走査部と光源部とが設置され、被走査面に接近し、又は被走査面から遠ざかる移動体である。
【００２４】
かかる構成によれば、変更手段は、走査部と光源部とが設置され、被走査面に接近し、又は被走査面から遠ざかる移動体である。これにより、例えば、移動体が被走査面の垂直方向に移動することで、走査部と被走査面との距離を変更するように、容易に走査部を移動させることができる。また、移動体には、光を走査部の光反射部材に入射させる光源部が設置される。これにより、移動体が移動したときに、走査部（光反射部材）と光源部とが一体に移動するので、光源からの光を容易に光反射部材に入射させることができる。
【００２５】
本発明に係る光走査装置は、第１の方向に反射光を走査させる第１の走査手段を備え、第１の走査手段は、前述した本発明に係る光学デバイスである。
【００２６】
かかる構成によれば、第１の方向に反射光を走査させる第１の走査手段が前述した本発明に係る光学デバイスである。これにより、例えば、被走査面の長手方向（主走査方向）における反射光の走査速度を所定速度にすることが可能となる。ここで、被走査面の長手方向に反射光を走査させる場合、短手方向に走査させる場合と比較して、同じ所定時間（１／振動数（周波数））の間に、より大きく振る必要があるため走査速度をより早くする必要があった。その結果、被走査面の長手方向において反射光の走査速度の変化がより大きくなり、走査位置による明るさの差異が大きくなる傾向にあった。よって、被走査面の長手方向（主走査方向）における反射光の走査速度を所定速度にすることにより、被走査面の長手方向において走査位置による明るさの差異を低減させることができ、優れた走査特性を有する光走査装置を実現することができる。
【００２７】
好ましくは、第２の方向に反射光を走査させる第２の走査手段をさらに備え、第２の走査手段は、前述した本発明に係る光学デバイスである。
【００２８】
かかる構成によれば、第２の方向に反射光を走査させる第２の走査手段が前述した本発明に係る光学デバイスであることから、例えば、被走査面の短手方向（副走査方向）における反射光の走査速度も所定速度にすることが可能となる。これにより、被走査面の短手方向においても走査位置による明るさの差異を低減させることができ、更に優れた走査特性を有する光走査装置を実現することができる。
【００２９】
本発明に係る画像形成装置は、前述した本発明に係る光走査装置を備える。
【００３０】
かかる構成によれば、前述した本発明に係る光走査装置を備えるので、例えば、被走査面の長手方向において、走査位置による明るさの差異を低減させることができ、優れた走査特性を有する光走査装置を実現することができる。これにより、高解像度の画像を形成することができ、優れた描画特性を有する画像形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明に係る光学デバイスの第１実施形態における構成を説明する平面図である。
【図２】図１に示したＩ−Ｉ線矢視方向断面図である。
【図３】図１に示したＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図である。
【図４】図２及び図３に示したアクチュエーターの動作を説明する斜視図である。
【図５】図２及び図３に示したアクチュエーターの動作を説明する斜視図である。
【図６】図１に示した光学デバイスと被走査面との関係を説明する平面図である。
【図７】図１に示した光学デバイスの反射光を走査させる被走査面を説明する正面図である。
【図８】光反射部材の揺動角の一例を示すグラフである。
【図９】光反射部材の揺動角の速度の一例を示すグラフである。
【図１０】アクチュエーターにより変更された走査速度の一例を示すグラフである。
【図１１】図６に示した被走査面の他の例を説明する平面図である。
【図１２】図６に示した被走査面の他の例を説明する平面図であり
【図１３】本発明に係る光学デバイスの第２実施形態における構成を説明する斜視図である。
【図１４】本発明に係る光学デバイスの第３実施形態における構成を説明する平面図である。
【図１５】光反射部材の揺動角の一例を示すグラフである。
【図１６】台車の位置の一例を示すグラフである。
【図１７】台車により変更された走査速度の一例を示すグラフである。
【図１８】本発明に係る光走査装置の第１実施形態における構成を説明する概略図である。
【図１９】本発明に係る光走査装置の第２実施形態における構成を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。なお、図面に示すＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、互いに直交する座標軸であり、Ｙ軸はＸ軸に対して水平方向に直交し、Ｚ軸はＸ軸に対して垂直方向に直交するものとする。また、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。
【００３３】
＜光学デバイス＞
（第１実施形態）
図１乃至図１２は、本発明に係る光学デバイスの第１実施形態を示すものである。図１は、本発明に係る光学デバイスの第１実施形態における構成を説明する平面図である。光学デバイス１は、入射された光を反射して光の向きを変更するためのものであり、例えば、光源から入射された光を対象物に走査（照射）する光走査装置（光スキャナー）などに用いられる。図１に示すように、光学デバイス１は、反射した光（以下、反射光という）を対象物、例えばスクリーン（被走査面）に走査させるための走査部２を備える。走査部２は、光を反射する光反射部材２１と、光反射部材２１を軸Ａ回りに揺動可能に支持する支持部材２６と、を有する。
【００３４】
支持部材２６は、内側に設けられた光反射部材２１を取り囲む枠状の枠部（フレーム）２７と、枠部２７に支持され、軸Ａで光反射部材２１を軸支する一対の軸部材２８と、を含んで構成される。なお、光反射部材２１と一対の軸部材２８とは、後述する揺動手段６によって一対の軸部材２８がねじれ変形し、光反射部材２１が軸Ａ回りに揺動する振動系ＳＩを構成する。
【００３５】
支持部材２６、すなわち、枠部２７と一対の軸部材２８とは、例えばシリコン基板をエッチング加工することにより、一体形成されている。また、光反射部材２１と一対の軸部材２８も、同様にシリコン基板をエッチング加工することにより、一体形成することができる。なお、光反射部材２１と、支持部材２６とは、同一平面又は略同一平面となるように、一体形成されるのが好ましい。
【００３６】
本実施形態では、光反射部材２１の平面形状として円形のものを示したが、これに限定されず、光学デバイス１の光反射部材２１として求められる役割を果たす限り、楕円形、矩形、多角形などの他の形状であってもよい。
【００３７】
図２は、図１に示したＩ−Ｉ線矢視方向断面図である。なお、図１に示したＩ−Ｉ線は軸Ａから所定距離ずらして配置している。図２に示すように、光反射部材２１の一方の面（図２において上側の面）には、入射した光を反射する金属膜２２が成膜される。金属膜２２は、例えばシリコン基板をエッチング加工して所定の形状に成形したものに、真空蒸着、スパッタリング、金属箔の接合などの成膜方法を施すことにより、成膜することができる。
【００３８】
光反射部材２１の他方の面（図２において下側の面）には、図示しない接着剤を介して後述する磁性体６１が接合される。磁性体６１は、光学デバイス１を平面視したときに、軸Ａに直交する方向（図１においてＹ軸方向）に磁化されている。すなわち、磁性体６１は、軸Ａを介して対向する互いに極性の異なる一対の磁極を有する。
【００３９】
また、図２に示すように、光学デバイス１は、後述するアクチュエーター３と、アクチュエーター３を介して走査部２と対向する対向基板５とを備える。対向基板５は、例えばガラスやシリコンを主な材料として構成される。対向基板５の上面にはコイル６２が設けられる。
【００４０】
図３は、図１に示したＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図である。なお、図３では、説明の便宜上、磁性体６１の左側をＮ極とし、右側をＳ極としたものを示す。図３に示すように、揺動手段６は、磁性体６１と、コイル６２と、電源６３とを含んで構成される。
【００４１】
磁性体６１は、例えば永久磁石であり、その材料はネオジウム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石などの硬磁性体を着磁したものを好適に用いることができる。なお、既に着磁された硬磁性体（すなわち、永久磁石）でもよいし、硬磁性体を光反射部材２１に設けた後に、硬磁性体を着磁することで永久磁石としてもよい。
【００４２】
コイル６２は、磁性体６１に磁界を作用させるためのものであり、磁性体６１の直下に設けられる。すなわち、コイル６２は、光反射部材２１の下面に対向するように設けられている。これにより、コイル６２から発生する磁界を効率的に磁性体６１に作用させることができる。なお、コイル６２は磁心に巻き付けられていてもよい。
【００４３】
また、コイル６２は、電源６３と電気的に接続されている。電源６３から所定周波数の交流電流が供給されると、コイル６２は、上方（光反射部材２１側）に向く磁界と、下方に向く磁界とを交互に発生させる。すなわち、磁性体６１（光反射部材２１）が図３において軸Ａに関して時計回り（右回り）方向のトルクを受ける磁界（この磁界を「磁界Ａ１」という）と、反時計回り（左回り）方向のトルクを受ける磁界（この磁界を「磁界Ａ２」という）とを、交互に発生させる。このような磁界Ａ１と磁界Ａ２とが交互に切り換わることで、一対の軸部材２８をねじれ変形させつつ、光反射部材２１を軸Ａ回りに揺動させる。このように、光反射部材２１が軸Ａ回りに揺動することにより、走査部２は、光反射部材２１によって反射された反射光を対象物、例えばスクリーン（被走査面）上に走査させることが可能となる。
【００４４】
電源６３が供給する交流電流の所定周波数は、振動系ＳＩの固有振動数（ねじり共振周波数）と一致、又は略一致するように設定するのが好ましい。このように、共振を利用することで、光反射部材２１を軸Ａ回りに揺動させるときに、少ない消費電力で振れ角（揺動角）を大きくすることができる。
【００４５】
本実施形態では、磁性体６１とコイル６２との間の電磁力を利用した揺動方式を示したが、これに限定されず、静電引力を利用した方式や、圧電素子を揺動手段として利用した揺動方式を採用してもよい。例えば、静電引力を利用した方式の場合には、磁性体６１は不要であり、コイル６２の代わりに、対向基板５上において光反射部材２１に対向する位置に、１つ又は複数の電極が設置される。そして、光反射部材２１と当該電極との間に所定周波数の交流電圧を印加することにより、光反射部材２１と電極との間に静電引力を発生させ、一対の軸部材２８をねじれ変形させながら、光反射部材２１を軸Ａ回りに揺動させるようにしてもよい。
【００４６】
図４及び図５は、図２及び図３に示したアクチュエーターの動作を説明する斜視図である。図４及び図５に示すように、４つのアクチュエーター３は、矩形状の枠部２７の角部をそれぞれ支持する。各アクチュエーター３は、例えば、圧電素子（ピエゾ素子）から構成される圧電アクチュエーター、又はリニアアクチュエーターなどである。また、各アクチュエーター３は、後述する制御回路４と電気的に接続されており、制御回路４に制御されて伸縮する。
【００４７】
具体的には、アクチュエーター３は、伸縮することにより、走査部２を軸Ａ回りに回動させる。すなわち、図４に示すように、枠部２７の右側を支持する２つのアクチュエーター３がそれぞれ矢印で示すように下方に縮むとともに、枠部２７の左側を支持する２つのアクチュエーター３がそれぞれ矢印で示すように上方に伸びることにより、走査部２は軸Ａに関して時計回り（右回り）に回動（回転）する。また、図５に示すように、枠部２７の右側を支持する２つのアクチュエーター３がそれぞれ矢印で示すように上方に伸びるとともに、枠部２７の左側を支持する２つのアクチュエーター３がそれぞれ矢印で示すように下方に縮むことにより、走査部２は軸Ａに関して反時計回り（左回り）に回動（回転）する。
【００４８】
次に、図６乃至図９を参照して、被走査面上における反射光の走査速度について説明する。図６は、図１に示した光学デバイスと被走査面との関係を説明する平面図であり、図７は、図１に示した光学デバイスの反射光を走査させる被走査面を説明する正面図である。前述したように、図１に示した走査部２は、光反射部材２１が軸Ａ回りに揺動することにより、光反射部材２１によって反射された反射光を被走査面、例えば、スクリーン上に走査させることができる。図６に示すように、走査部２、厳密には走査部２の光反射部材２１（図示せず）は、平面スクリーンＳＣ１から距離Ｌだけ離れた位置にある。図６又は図７に示すように、走査部２は、例えば、入射光Ｃを光反射部材２１によって反射させ、平面スクリーンＳＣ１の所定方向（図７における長手方向（横方向））に反射光Ｄを走査させる。ここで、光反射部材２１が揺動していないときの反射光Ｄの走査位置をＸ0とし、走査位置Ｘ0から一方向側（図７における左側）へ走査させたときの光反射部材２１の揺動角θをプラスの角度とし、走査位置Ｘ0から他方向側（図７における右側）へ走査させたときの光反射部材２１の揺動角θをマイナスの角度とする。
【００４９】
図８は、光反射部材の揺動角の一例を示すグラフであり、図９は、光反射部材の揺動角の速度の一例を示すグラフである。図６及び図７に示した例において、光学デバイス１における振動系ＳI（光反射部材２１）が所定の振動数（周波数）で揺動し、反射光Ｄを平面スクリーンＳＣ１上の走査位置Ｘ1と走査位置Ｘ2との間で往復走査させる場合（Ｘ1→Ｘ0→Ｘ2→Ｘ0→Ｘ1→Ｘ0→…）、図８に示すように、揺動角θは、余弦関数で時間変化する（θ＝ｃｏｓ（ｔ））。よって、揺動角θの速度ω1は、図９に示すように時間変化する（ω1＝ｄθ／ｄｔ＝−ｓｉｎ（ｔ））。
【００５０】
このように所定の振動数（周波数）で振動系ＳＩ（光反射部材２１）が揺動して反射光Ｄを走査させる場合、平面スクリーンＳＣ１上の走査位置ｘは、距離Ｌと揺動角θとを用いて、以下の式（１）のように表すことができる。
ｘ＝Ｌ×ｔａｎθ  …（１）
【００５１】
よって、アクチュエーター３により走査速度を変更する前の走査速度（以下、変更前の走査速度という）ｖ1は、以下の式（２）のように表すことができる。
ｖ1＝ｄｘ／ｄｔ＝Ｌ×｛１／（ｃｏｓθ）2｝  …（２）
【００５２】
図４及び図５に示したアクチュエーター３は、平面スクリーンＳＣ１上における反射光の変更前の走査速度ｖ1を変えるために、走査部２の平面スクリーンＳＣ１に対する空間的位置を変更する。すなわち、アクチュエーター３は、本発明における変更手段の一具体例に相当する。図４及び図５に示した制御回路４は、アクチュエーター３により変更された走査速度（以下、変更後の走査速度という）ｖ2が所定速度になるように、アクチュエーター３を制御する。具体的には、制御回路４は、走査部２を軸Ａ回りに回動させる回動角の速度ω2が、変更前の走査速度ｖ1の時間変化を相殺するように、各アクチュエーター３を制御する。
【００５３】
すなわち、変更前の走査速度ｖ1を表す式（２）において、距離Ｌは時間ｔにより変化しないから、時間ｔにより変化する部分（｛１／（ｃｏｓθ）2｝）の逆関数で走査部２の平面スクリーンＳＣ１に対する空間的位置を変更すれば、変更後の走査速度ｖ2を所定速度にすることが可能となる。よって、制御回路４は、走査部２の回動角の速度ω2が以下の式（３）を満たすように、各アクチュエーター３を制御する。
ω2＝（ｃｏｓθ）2  …（３）
【００５４】
図１０は、アクチュエーターにより変更された走査速度の一例を示すグラフである。式（３）を満たすように走査部２が軸Ａ回りに回動した結果、図１０に示すように、変更後の走査速度ｖ2は、周期的に向き（方向）を変えながら一定又は略一定になる。
【００５５】
なお、本発明において、「空間的位置を変更する」とは、所定の空間座標系、例えば、直交座標系や極座標系において、少なくとも一つの座標（パラメータ）を変更することをいい、物体の一部が空間的位置を変更する場合も含む。例えば、走査部２が軸Ａ回りに回動する場合、走査部２における一対の軸部材２８は平面スクリーンＳＣ１に対する空間的位置を変えないが、光反射部材２１と枠部２７とのうち少なくとも一方は平面スクリーンＳＣ１に対する空間的位置を変えるので、走査部２は平面スクリーンＳＣ１に対する「空間的位置を変更する」ことに該当する。
【００５６】
図１１は、図６に示した被走査面の他の例を説明する平面図であり、図１２は、図６に示した被走査面の他の例を説明する平面図である。本実施形態では、光学デバイス１が反射光を走査させる被走査面として、平面スクリーンＳＣ１の場合を示したが、これに限定されない。例えば、図１１に示すように凹状に形成された二面スクリーンＳＣ２であってもよいし、図１２に示すように、凹状に形成された二面スクリーンＳＣ３であってもよい。また、三面以上の多面スクリーンであってもよい。
【００５７】
このように、本実施形態における光学デバイス１によれば、平面スクリーンＳＣ１上における反射光の所定方向の走査速度を変更するために、走査部２の平面スクリーンＳＣ１に対する空間的位置が変更される。ここで、走査部２の平面スクリーンＳＣ１に対する空間的位置を変更する、例えば、走査部２を軸Ａ回りに回動させたり、走査部２を移動させたりすることにより、平面スクリーンＳＣ１上における反射光の走査速度ｖ1を変えることができる。よって、例えば、光反射部材２１の揺動運動に応じて走査部２の平面スクリーンＳＣ１に対する空間的位置を変更することにより、平面スクリーンＳＣ１上における反射光の走査速度ｖ2を所定速度にすることが可能となる。これにより、一定光量の光を光反射部材２１に入射させる場合に、平面スクリーンＳＣ１上の走査位置による明るさの差異を低減させることができる。
【００５８】
また、本実施形態における光学デバイス１によれば、アクチュエーター３により変更された走査速度ｖ2が所定速度になるように、アクチュエーター３が制御される。これにより、例えば、光反射部材２１の揺動運動による平面スクリーンＳＣ１上における走査速度ｖ1の時間変化を相殺するように、アクチュエーター３が制御されるので、平面スクリーンＳＣ１上における変更後の走査速度ｖ2を所定速度にすることができる。これにより、一定光量の光を光反射部材２１に入射させる場合に、平面スクリーンＳＣ１における反射光Ｄの明るさを一定又は略一定にすることができる。
【００５９】
また、本実施形態における光学デバイス１によれば、走査部支持部材（アクチュエーター３）によって走査部２が支持される。これにより、例えば、走査部支持部材（アクチュエーター３）が動く（運動する）ことで、走査部２の平面スクリーンＳＣ１に対する空間的位置を容易に変更することが可能となる。
【００６０】
また、本実施形態における光学デバイス１によれば、アクチュエーター３によって、走査部２が軸Ａ回りに回動させられる。これにより、例えば、光反射部材２１の軸Ａ回りの揺動運動に応じて走査部２が当該軸Ａ回りに回動するので、平面スクリーンＳＣ１上における変更後の走査速度ｖ2を容易に所定速度にすることができる。これにより、一定光量の光を光反射部材２１に入射させる場合に、平面スクリーンＳＣ１における反射光Ｄの明るさを容易に一定又は略一定にすることができる。
【００６１】
また、本実施形態における光学デバイス１によれば、走査部２を軸Ａ回りに回動させる変更手段が、圧電アクチュエーターである。これにより、例えば、軸Ａの両側に各圧電アクチュエーターを配置して伸縮運動させることで、走査部２を容易に軸Ａ回りに回動させることができる。
【００６２】
また、本実施形態における光学デバイス１によれば、走査部２を軸Ａ回りに回動させる変更手段が、リニアアクチュエーターである。これにより、例えば、軸Ａの両側に各リニアアクチュエーターを配置して伸縮運動させることで、走査部２を容易に軸Ａ回りに回動させることができる。また、リニアアクチュエーターは、入力された制御信号に対してリニアに走査部２を回動（変位）させることができる。
【００６３】
（第２実施形態）
図１３は、本発明に係る光学デバイスの第２実施形態を示すものである。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。
【００６４】
第２実施形態と第１実施形態との相違点は、アクチュエーター３に代えてモーター７を備えるようにしたことである。
【００６５】
図１３は、本発明に係る光学デバイスの第２実施形態における構成を説明する斜視図である。図１３に示すように、光学デバイス１はモーター７を備える。モーター７は、ローター（回転子）７ａを有し、ローター７ａの回動軸（回転軸）と走査部２の軸Ａとが一致する（同軸になる）ように、走査部２と、図３に示した揺動手段６（図示せず）とがローター７ａの先端部に設置される。なお、光学デバイス１は、枠部２７を支持するものとして、アクチュエーター３に代えて走査部支持部材（図示せず）を備えていてもよい。
【００６６】
モーター７は、第１実施形態と同様に、図４及び図５に示した制御回路４（図示せず）に電気的に接続されており、制御回路４に制御されてローター７ａが回動（回転）する。このように、ローター７ａが回動（回転）することにより、走査部２を軸Ａ回りに回動させる。
【００６７】
このように、本実施形態における光学デバイス１によれば、走査部２を軸Ａ回りに回動させる変更手段が、モーター７である。これにより、例えば、ローター（回転子）７ａの回動軸（回転軸）と走査部２の軸Ａとが一致する（同軸になる）ように走査部２を配置することで、第１実施形態と同様に、走査部２を容易に軸Ａ回りに回動させることができる。
【００６８】
（第３実施形態）
図１４乃至図１７は、本発明に係る光学デバイスの第３実施形態を示すものである。なお、前述した第１実施形態又は第２実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。
【００６９】
第３実施形態と第１実施形態との相違点は、アクチュエーター３に代えて台車８を備えるようにしたことである。
【００７０】
図１４は、本発明に係る光学デバイスの第３実施形態における構成を説明する平面図である。図１４に示すように、光学デバイス１は、アクチュエーター３に代えて走査部２を支持する走査部支持部材（図示せず）と、走査部２の光反射部材２１（図示せず）に光を入射させる光源部９と、台車８とを備える。台車８は、走査部２と平面スクリーンＳＣ１との距離Ｌを変更するように、走査部２を移動させる。すなわち、台車８は、本発明における変更手段の一具体例に相当する。
【００７１】
具体的には、台車８には、走査部２と、走査部支持部材（図示せず）と、図３に示した揺動手段６（図示せず）と、光源部９とが設置される。台車８は、図１４におけるＺ軸方向に移動して、平面スクリーンＳＣ１に接近し、又は平面スクリーンＳＣ１から遠ざかる。すなわち、台車８は、本発明における移動体の一具体例に相当する。
【００７２】
光源部９は、入射光Ｃを出射する光源９ａと、光源９ａから出射された入射光Ｃを反射して走査部２の光反射部材２１に入射させるミラー９ｂとを含んで構成される。台車８には、入射光Ｃを走査部２の光反射部材２１に入射させる光源部９が設置される。これにより、台車８が移動したときに、走査部２（光反射部材２１）と光源部９とが一体に移動するので、光源９ａからの入射光Ｃを容易に光反射部材２１に入射させることができる。
【００７３】
次に、図１５乃至図１７を参照して、平面スクリーン上における反射光の走査速度について説明する。図１４に示したように、走査部２、厳密には走査部２の光反射部材２１（図示せず）は、台車８が移動していない状態で、平面スクリーンＳＣ１から距離Ｌだけ離れた位置にある。走査部２は、例えば、入射光Ｃを光反射部材２１によって反射させ、平面スクリーンＳＣ１の所定方向（図１４における長手方向（横方向））に反射光Ｄを走査させる。ここで、光反射部材２１が揺動していないときに、反射光Ｄの走査位置をＸ0とし、台車８の図１４におけるＺ軸方向の位置をＺ0とする。また、走査位置Ｘ0から一方向側（図１４における左側）へ走査させたときの光反射部材２１の揺動角θをプラスの角度とし、走査位置Ｘ0から他方向側（図１４における右側）へ走査させたときの光反射部材２１の揺動角θをマイナスの角度とする。
【００７４】
図１５は、光反射部材の揺動角の一例を示すグラフである。図１４に示した例において、光学デバイス１における振動系ＳＩ（光反射部材２１）が所定の振動数（周波数）で揺動し、反射光Ｄを平面スクリーンＳＣ１上の走査位置をＸ0から走査させ、走査位置Ｘ1と走査位置Ｘ2との間で往復走査させる場合（Ｘ0→Ｘ1→Ｘ0→Ｘ2→Ｘ0→Ｘ1→…）、図１５に示すように、光反射部材２１の揺動角θは、正弦関数で時間変化する（θ＝ｓｉｎ（ｔ））。この場合、図示を省略するが、揺動角θの速度ω1は、余弦関数で時間変化する（ω1＝ｄθ／ｄｔ＝ｃｏｓ（ｔ））。
【００７５】
第１実施形態と同様に、平面スクリーンＳＣ１上の走査位置ｘと、台車８により走査速度を変える前の走査速度ｖ1とは、それぞれ前述の式（１）と式（２）とで表すことができる。
【００７６】
図１６は、台車の位置の一例を示すグラフである。図１４に示した台車８は、平面スクリーンＳＣ１上における反射光の走査速度ｖ1を変えるために、走査部２の空間的位置を変更する。すなわち、台車８は、本発明における変更手段の一具体例に相当する。
【００７７】
図４及び図５に示した制御回路４は、台車８により変更された走査速度（以下、変更後の走査速度という）ｖ2が所定速度になるように、台車８を制御する。具体的には、制御回路４は、距離Ｌの時間変化が変更前の走査速度ｖ1の時間変化を相殺するように、台車８を制御する。
【００７８】
すなわち、変更前の走査速度ｖ1を表す式（２）において、距離Ｌを時間ｔにより変化させて、時間ｔにより変化する部分（｛１／（ｃｏｓθ）2｝）の時間変化を相殺すれば、変更後の走査速度ｖ2を所定速度にすることが可能となる。よって、制御回路４は、図１６に示すように、図１４におけるＺ軸方向に走査部２が設置された台車８を移動させる。例えば、時間ｔ2ｔ3間のように、台車８を平面スクリーンＳＣ１に接近させて距離Ｌを短くすることにより変更前の走査速度ｖ1を下げることができる。また、例えば、時間ｔ3ｔ4間のように、台車８を平面スクリーンＳＣ１から遠ざけて距離Ｌを長くすることによって変更前の走査速度ｖ1を上げることができる。
【００７９】
図１７は、台車により変更された走査速度の一例を示すグラフである。図１６に示したように台車８が移動した結果、図１７に示すように、台車８により変更された走査速度ｖ2は、周期的に向き（方向）を変えながら一定又は略一定になる。
【００８０】
本実施形態では、光学デバイスが反射光Ｄを走査させる被走査面として、平面スクリーンＳＣ１の場合を示したが、これに限定されず、前述のように、二面以上の多面スクリーンであってもよい。
【００８１】
このように、本実施形態における光学デバイス１によれば、走査部２と平面スクリーンＳＣ１との距離を変更するように、台車８によって走査部２が移動させられる。これにより、例えば、光反射部材２１の揺動運動に応じて、走査部２と平面スクリーンＳＣ１との距離Ｌを変更するように走査部２が移動するので、平面スクリーンＳＣ１上における変更後の走査速度ｖ2を容易に所定速度にすることができる。これにより、一定光量の入射光Ｃを光反射部材２１に入射させる場合に、平面スクリーンＳＣ１における反射光Ｄの明るさを容易に一定又は略一定にすることができる。
【００８２】
また、本実施形態における光学デバイス１によれば、変更手段は、走査部２が設置され、平面スクリーンＳＣ１に接近し、又は平面スクリーンＳＣ１から遠ざかる台車８である。これにより、例えば、台車８が平面スクリーンＳＣ１の垂直方向（図１４におけるＺ軸方向）に移動することで、走査部２と平面スクリーンＳＣ１との距離Ｌを変更するように、容易に走査部２を移動させることができる。また、台車８には、入射光Ｃを走査部２の光反射部材２１に入射させる光源部９が設置される。これにより、台車８が移動したときに、走査部２（光反射部材２１）と光源部９とが一体に移動するので、光源９ａからの入射光Ｃを容易に光反射部材２１に入射させることができる。
【００８３】
＜光走査装置＞
（第１実施形態）
図１８は本発明に係る光走査装置の第１実施形態を示すものである。なお、前述した本発明に係る光学デバイスの第１実施形態乃至第３実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。
【００８４】
図１８は、本発明に係る光走査装置の第１実施形態における構成を説明する概略図である。図１８に示すように、光走査装置１１９は、本発明に係る光学デバイス１と、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の光源１９１、１９２、１９３と、クロスダイクロイックプリズム（Ｘプリズム）１９４と、ガルバノミラー１９５と、固定ミラー１９６と、を備える。光学デバイス１は、外部のスクリーン１９７の長手方向（横方向、図１８におけるＸ軸方向）に反射光を走査させる。
【００８５】
このような光走査装置１１９にあっては、光源１９１、１９２、１９３からクロスダイクロイックプリズム１９４を介して光学デバイス１（の光反射部材２１）に各色の光が照射される。このとき、光源１９１からの赤色の光と、光源１９２からの緑色の光と、光源１９３からの青色の光とが、クロスダイクロイックプリズム１９４にて合成される。そして、光反射部材２１で反射した光（３色の合成光）は、ガルバノミラー１９５で反射した後に、固定ミラー１９６で反射し、スクリーン１９７上に照射される。
【００８６】
その際、光学デバイス１の動作、例えば、光反射部材２１の軸Ａ回りの揺動と走査部２の軸Ａ回りの回動とにより、光反射部材２１で反射した反射光は、スクリーン１９７の長手方向（横方向、図１８におけるＸ軸方向）に走査（主走査）される。一方、ガルバノミラー１９５の軸Ｂ回りの回動により、光反射部材２１で反射した反射光は、スクリーン１９７の短手方向（縦方向、図１８におけるＹ軸方向）に走査（副走査）される。また、各色の光源１９１、１９２、１９３から出力される光の強度は、図示しないホストコンピュータから受けた画像情報に応じて変化する。
【００８７】
本実施形態では、光走査装置１１９が反射光を走査させる被走査面として、平面状のスクリーン１９７の場合を示したが、これに限定されず、前述のように、二面以上の多面スクリーンであってもよい。
【００８８】
また、光学デバイス１の変更手段は、アクチュエーター３やモーター７を用いる場合に限定されず、台車８であってもよい。
【００８９】
このように、本実施形態における光走査装置１１９によれば、例えば、スクリーン１９７の長手方向（横方向、図１８におけるＸ軸方向）に反射光を走査させる手段（第１の走査手段）が前述した本発明に係る光学デバイス１である。これにより、スクリーン１９７の長手方向（主走査方向）における反射光の走査速度を所定速度にすることが可能となる。ここで、スクリーン１９７の長手方向に反射光を走査させる場合、短手方向に走査させる場合と比較して、光反射部材２１の振れ角（揺動角）を大きくするために、同じ所定時間（１／振動数（周波数））の間により大きく振る必要があるため、走査速度をより早くする必要があった。その結果、スクリーン１９７の長手方向において反射光の走査速度の変化がより大きくなり、走査位置による明るさの差異が大きくなる傾向にあった。よって、スクリーン１９７の長手方向（主走査方向）における反射光の走査速度を所定速度にすることにより、スクリーン１９７の長手方向において走査位置による明るさの差異を低減させることができ、優れた走査特性を有する光走査装置１１９を実現することができる。
【００９０】
（第２実施形態）
図１９は本発明に係る光走査装置の第２実施形態を示すものである。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。
【００９１】
第２実施形態と第１実施形態との相違点は、ガルバノミラー１９５に代えて前述した本発明に係る光学デバイス１Ｂを備えるようにしたことである。
【００９２】
図１９は、本発明に係る光走査装置の第２実施形態における構成を説明する概略図である。図１９に示すように、光走査装置１２０は、スクリーン１９７の長手方向（横方向、図１９におけるＸ軸方向）に反射光を走査させる光学デバイス１Ａと、スクリーン１９７の長手方向（横方向、図１９におけるＸ軸方向）に反射光を走査させる光学デバイス１Ａと、を備える。
【００９３】
すなわち、光学デバイス１Ａの動作、例えば、光反射部材２１の軸Ａ回りの揺動と走査部２の軸Ａ回りの回動とにより、光反射部材２１で反射した反射光は、スクリーン１９７の長手方向（横方向、図１９におけるＸ軸方向）に走査（主走査）される。一方、光学デバイス１Ｂの動作、例えば、光反射部材２１の軸Ｂ回りの揺動と走査部２の軸Ｂ回りの回動とにより、光反射部材２１で反射した反射光は、スクリーン１９７の短手方向（縦方向、図１９におけるＹ軸方向）に走査（副走査）される。
【００９４】
このように、本実施形態における光走査装置１２０によれば、例えば、スクリーン１９７の短手方向（縦方向、図１９におけるＹ軸方向）に反射光を走査させる手段（第２の走査手段）が前述した本発明に係る光学デバイス１Ｂである。これにより、スクリーン１９７の短手方向（副走査方向）における反射光の走査速度も所定速度にすることが可能となる。これにより、スクリーン１９７の短手方向においても走査位置による明るさの差異を低減させることができ、更に優れた走査特性を有する光走査装置１２０を実現することができる。
【００９５】
＜画像形成装置＞
前述した本発明に係る光走査装置１１９又は光走査装置１２０は、例えば、画像を投影するスクリーンが平面、又は２面以上の多面のプロジェクタ、イメージング用ディスプレイなどを備える画像形成装置に好適に適用することができる。なお、本発明に係る画像形成装置は、前述した光走査装置１１９又は光走査装置１２０とほぼ同様の構成であるため、図示及びその説明を省略する。
【００９６】
このように、本実施形態に係る画像形成装置によれば、前述した本発明に係る光走査装置１１９又は光走査装置１２０を備える。これにより、例えば、スクリーンの長手方向において、走査位置による明るさの差異を低減させることができ、優れた走査特性を有する。これにより、高解像度の画像を形成することができ、優れた描画特性を有する画像形成装置を実現することができる。
【００９７】
なお、前述の各実施形態の構成を組み合わせたり或いは一部の構成部分を入れ替えたりしてもよい。また、本発明の構成は、前述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１，１Ａ，１Ｂ…光学デバイス、２…走査部、３…アクチュエーター、４…制御回路、７…モーター、８…台車、９…光源部、２１…光反射部材、２６…支持部材、２７…枠部、２８…軸部材、１１９，１２０…光走査装置、Ａ…軸、ＳＣ１…平面スクリーン
【図１】
2011100074.tif 000003
【図２】
2011100074.tif 000004
【図３】
2011100074.tif 000005
【図４】
2011100074.tif 000006
【図５】
2011100074.tif 000007
【図６】
2011100074.tif 000008
【図７】
2011100074.tif 000009
【図８】
2011100074.tif 000010
【図９】
2011100074.tif 000011
【図１０】
2011100074.tif 000012
【図１１】
2011100074.tif 000013
【図１２】
2011100074.tif 000014
【図１３】
2011100074.tif 000015
【図１４】
2011100074.tif 000016
【図１５】
2011100074.tif 000017
【図１６】
2011100074.tif 000018
【図１７】
2011100074.tif 000019
【図１８】
2011100074.tif 000020
【図１９】
2011100074.tif 000021