(57)【要約】【課題】共振周波数の補正が可能な振動素子を提供する。【解決手段】振動素子は、導電性部材を有する複数の振動部（例：ミラー部２１、第１振動部３１、第２振動部３２）と、複数の振動部を同一の回転軸に対して回転振動可能に支持し、かつ、導電性を有する１本または複数の梁（例：第１の捻り梁１０１、第２の捻り梁１０２、第３の捻り梁１０３、第４の捻り梁１０４）により構成された複数の捻りばねと、複数の捻りばねの温度を調整して複数の捻りばねのばね定数を調整する熱源（例：第１の捻り梁１０１、第２の捻り梁１０２、第３の捻り梁１０３、第４の捻り梁１０４の電気抵抗やヒータなど）とを有している。【選択図】図１Ａ
2015210454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性部材を有する複数の振動部と、
前記複数の振動部を同一の回転軸に対して回転振動可能に支持し、かつ、導電性を有する１本または複数の梁により構成された複数の捻りばねと、
前記複数の捻りばねの温度を調整して前記複数の捻りばねのばね定数を調整する熱源と
を有することを特徴とする振動素子。
【請求項２】
前記熱源は、前記複数の捻りばねの電気抵抗であり、
前記複数の捻りばねを構成する全ての梁の各断面積が等しく、かつ、当該全ての梁は電気的に直列に接続されており、前記複数の捻りばねに通電される電流によって前記複数の捻りばねのばね定数が同時に調整されることを特徴とする請求項１に記載の振動素子。
【請求項３】
前記振動素子は、
第１の回転振動モードと、
前記第１の回転振動モードの共振周波数に対して整数倍の共振周波数を有する第２の回転振動モードと
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の振動素子。
【請求項４】
ミラー部材と第１導電性部材とを有し、前記複数の振動部のうちの１つであるミラー部と、
前記第１導電性部材に接続され、前記ミラー部を回転振動可能に支持する導電性を有し、前記複数の梁の１つである第１の捻り梁と、
前記第１の捻り梁と接続された第２導電性部材を有し、前記複数の振動部のうちの１つである第１振動部と、
前記第２導電性部材に接続され、前記第１振動部を回転振動可能に支持する導電性を有し、前記複数の梁の１つである第２の捻り梁と、
前記第１導電性部材に接続され、前記ミラー部を回転振動可能に支持する導電性を有し、前記複数の梁の１つである第３の捻り梁と、
前記第３の捻り梁と接続された第３導電性部材を有し、前記複数の振動部のうちの１つである第２振動部と、
前記第３導電性部材に接続され、前記第２振動部を回転振動可能に支持する導電性を有し、前記複数の梁の１つである第４の捻り梁と
を有し、
第１の回転振動モードの共振周波数に対して、整数倍の共振周波数を有する第２の回転振動モードを有し、
前記第１の捻り梁、前記第２の捻り梁、前記第３の捻り梁および前記第４の捻り梁の各断面積は等しく、かつ、
前記第１の捻り梁、前記第２の捻り梁、前記第３の捻り梁および前記第４の捻り梁は、前記第１導電性部材、前記第２導電性部材および前記第３導電性部材を介して電気的に直列回路を形成しており、前記直列回路に通電される電流によって前記第１の捻り梁、前記第２の捻り梁、前記第３の捻り梁および前記第４の捻り梁のばね定数が同時に調整されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項５】
前記第１の捻り梁と前記第３の捻り梁は並行するように配置され、
前記第２の捻り梁と前記第４の捻り梁は並行するように配置され、
前記第１振動部と前記第２振動部は一体化された単一の振動部を形成していることを特徴とする請求項４に記載の振動素子。
【請求項６】
前記第１振動部と前記第２振動部は絶縁部材によって一体化されていることを特徴とする請求項４に記載の振動素子。
【請求項７】
前記第２の捻り梁に沿って配置された第１磁石と、
前記第４の捻り梁に沿って配置された第２磁石と、
前記第１の捻り梁および前記第３の捻り梁に対して前記第１磁石からの磁界と前記第２磁石からの磁界とを軽減するシールド部材と
をさらに有することを特徴とする請求項５または６に記載の振動素子。
【請求項８】
前記第１の捻り梁、前記第２の捻り梁、前記第３の捻り梁および前記第４の捻り梁の各断面形状は円形または正方形であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項９】
前記第１の捻り梁、前記第２の捻り梁、前記第３の捻り梁および前記第４の捻り梁の各断面形状は、縦横比が３倍以下の偏平した形状であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載された振動素子と、
前記振動素子によって走査される光を出力する光源と
を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
前記振動素子の第１の回転振動モードの共振周波数を有する第１の信号と、該第１の信号の周波数の整数倍の周波数を有する第２の信号と、前記第１の回転振動モードの共振周波数と前記振動素子の第２の回転振動モードの共振周波数とは異なる周波数を有し、前記ばね定数を調整する第３の信号とを駆動信号として生成する駆動回路をさらに有す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または１１に記載の光走査装置を備え、当該光走査装置によって走査された光によってスクリーンに画像を投影することを特徴とする画像投影装置。
【請求項１３】
請求項１０または１１に記載の光走査装置と像担持体とを備え、当該光走査装置によって走査された光によって当該像担持体に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
請求項１０または１１に記載の光走査装置を備え、当該光走査装置によって走査された光によって光学パターンを読み取ることを特徴とする光学パターン読み取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の走査などに用いられる振動素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）タイプの振動素子が実用化され、レーザービームプリンターやレーザープロジェクターなどに応用されている。振動素子は、ミラーをトーションバー（捻り梁）で支持するように構成された振動子を有しており、ミラーの慣性モーメントと捻り梁のばね定数で決まる共振周波数の近傍の駆動周波数（走査周波数）で駆動される。走査光の角度変化または角速度変化はサイン関数となる。これに対して、走査周波数の振動に、走査周波数の２倍や３倍などの整数倍の周波数の振動を加えることで、走査光の角速度の等速性を改善する提案がなされている（特許文献１）。特許文献１では、それぞれ異なる共振周波数の２つの回転振動モードを持つ振動素子において、一方の共振周波数が走査周波数に設定され、他方の共振周波数が走査周波数の偶数倍に設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０２７３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
簡易なプロセスで作製することができ、また、耐衝撃性に優れるという利点から、各種の金属材料を用いて振動素子を作成することができる。しかし、金属材料はシリコンなどの材料に比べてヤング率の温度依存性が大きいため、使用環境の変動により共振周波数が大きく変化するという問題がある。駆動周波数と共振周波数が大きく乖離すると、消費電力が増大してしまう。共振周波数の変動に合わせて駆動周波数を変化させると、特に画像形成などにおいて画像の歪みが生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、共振周波数の補正が可能な振動素子を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、環境に依らず安定した光走査が可能な光走査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、たとえば、
導電性部材を有する複数の振動部と、
前記複数の振動部を同一の回転軸に対して回転振動可能に支持し、かつ、導電性を有する１本または複数の梁により構成された複数の捻りばねと、
前記複数の捻りばねの温度を調整して前記複数の捻りばねのばね定数を調整する熱源と
を有することを特徴とする振動素子を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の捻りばねの温度を調節して複数の捻りばねのばね定数を調整する熱源が設けられているため、共振周波数（ばね定数）の補正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】振動素子の一例を示す図である。
【図１Ｂ】振動素子の構成部品の一例を示す図である。
【図１Ｃ】振動素子の構成部品の一例を示す図である。
【図２】振動素子の回転振動モードを示す図である。
【図３】振動素子の一例を示す図である。
【図４】振動素子の一例を示す図である。
【図５】振動素子の回転振動モードを示す図である。
【図６】振動素子の一例を示す図である。
【図７】画像形成装置の一例を示す平面図である。
【図８】画像投影装置の一例を示す平面図である。
【図９】光学パターン読み取り装置の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［光走査装置］
図１Ａは光走査装置１を例示している。図１Ｂは振動素子１１の構成を例示している。振動素子１１は、振動部としても機能するミラー部２１と、ミラー部２１の両側に配置された第１振動部３１および第２振動部３２を有している。ミラー部２１は、導電性を有する第１の捻り梁１０１、第２の捻り梁１０２、第３の捻り梁１０３および第４の捻り梁１０４によって揺動（回転振動）可能に支持されている。第１の捻り梁１０１の一端はミラー部２１の一部を構成する第１導電性部材２０１に接続されており、第１の捻り梁１０１の他端は第１振動部３１の一部を構成する第２導電性部材２０２に接続されている。第２の捻り梁１０２の一端も第２導電性部材２０２に接続されており、第２の捻り梁１０２の他端は光走査装置１の筐体などに固定されている。第３の捻り梁１０３の一端は第１導電性部材２０１に接続されており、第３の捻り梁１０３の他端は第２振動部３２の一部を構成する第３導電性部材２０３に接続されている。第４の捻り梁１０４の一端も第３導電性部材２０３に接続されており、第４の捻り梁１０４の他端は光走査装置１の筐体などに固定されている。第２導電性部材２０２の第１面側には第１磁石６０１が固定されており、第２導電性部材２０２の第２面側には第２磁石６０２が固定されている。第３導電性部材２０３の第１面側には第３磁石６０３が固定されており、第３導電性部材２０３の第２面側には第４磁石６０４が固定されている。なお、第２導電性部材２０２、第３導電性部材２０３、第１磁石６０１、第２磁石６０２、第３磁石６０３および第４磁石６０４の各形状は同一形状である。これにより量産効果を高めることができる。ミラー部２１に接合された第１の捻り梁１０１および第３の捻り梁１０３は同一のばね定数を有している。第２の捻り梁１０２および第４の捻り梁１０４も同一のばね定数を有している。
【００１０】
第１導電性部材２０１の第１面側には第１ミラー部材３０１が固定されており、第２面側には第２ミラー部材３０２が固定されている。この例ではミラー部２１は両面にミラー面を有している。駆動回路８０１から供給される駆動信号によって磁界発生部７０１が磁界を発生する。この磁界が４つの磁石に作用することで、４本の梁によって構成された捻り梁に捻り変形が発生する。これによってミラー部２１の方向（第１ミラー部材３０１および第２ミラー部材３０２の各ミラー面の法線方向）が変化し、光走査が行われる。
【００１１】
図１Ｃが示すように第１振動部３１と第２振動部３２は絶縁部材１００で接続されて一体となっていてもよい。これにより第１振動部３１と第２振動部３２とが同期して回転振動しやすくなろう。
【００１２】
図２（ａ）は振動素子１１が静止した状態を示している。図２（ｂ）は振動素子１１のミラー部２１と第１振動部３１および第２振動部３２とが同相で回転振動する同相モードを示している。図２（ｃ）はミラー部２１と第１振動部３１および第２振動部３２とが逆相で回転振動する逆相モードを示している。通常、逆相モードの共振周波数（第２共振周波数）のほうが同相モードの共振周波数（第１共振周波数）よりも高くなる。このように振動素子１１は２つの共振周波数（回転振動モード）を有している。振動素子１１では、同相モードの共振周波数が光走査周波数近傍に設定される。逆相モードの共振周波数は同相モードの共振周波数の整数倍となるように設定される。つまり、振動素子１１は、これらの共振周波数を持つように、ミラー部２１、第１振動部３１および第２振動部３２の各慣性モーメントと捻り梁のばね定数が調整される。駆動回路８０１は、光走査周波数に一致した周波数の信号と光走査周波数の整数倍の周波数の信号とを適当な振幅比率で重畳することで駆動信号を生成し、磁界発生部７０１に印加する。これにより、振動素子１１の振動状態は、同相モードの振動に逆相モードの振動が重畳したものとなる。
【００１３】
第２の捻り梁１０２、第１の捻り梁１０１、第３の捻り梁１０３および第４の捻り梁１０４は第２導電性部材２０２、第１導電性部材２０１および第３導電性部材２０３を通じて電気的に直列に接続されている。駆動回路８０２は温度などの環境変化に応じて駆動信号を調整する。駆動回路８０２は環境温度を測定するセンサを有していてもよい。この場合、測定された温度に対応する電流値（駆動信号の振幅）は予め関数化されていてもよいし、テーブル化されていてもよい。これらを利用して駆動回路８０２は測定温度に対応した駆動信号の振幅を決定してもよい。第１の捻り梁１０１、第２の捻り梁１０２、第３の捻り梁１０３および第４の捻り梁１０４はいずれも同じ断面積を有している。断面とは、ｘｙ平面と平行な、つまり、ｚ軸と直交する断面である。４本の梁は全域（長さ方向の一端から他端まで）で同じ断面積を有しているため、４本の梁の各部の抵抗（梁自身の抵抗）で発生する熱量も等しい。よって、４本の梁の各部の温度上昇もほぼ等しくなる。上述したようにヤング率は温度依存性を有している。よって、４本の梁の各部での温度上昇が等しければ、ヤング率の低下量も等しくなる。また、４本の梁についてはばね定数も等しく変化する。つまり、４本の梁に流れる電流を制御することにより、４本の梁の各ばね定数を同時に調整することができる。これにより、同相モードの共振周波数と逆相モードの共振周波数は同じ比率を保ったままこれらの共振周波数が補正される。
【００１４】
４本の梁の各断面形状は同じ断面積を持てば特に限定されるものではない。４本の梁の素材の電気抵抗率が等しければ、抵抗は断面積によって決定されるからである。なお、断面形状は、正方形または円形に近い方が異常振動などを生じ難い。一方で、断面形状を偏平な形状にした方が同じばね定数でも表面に加わる最大応力を下げることができる。そのため、捻り梁の耐久性を重視する場合は、第２の捻り梁１０２の断面形状と第４の捻り梁１０４の断面形状を偏平な形状（例：長方形やひし形、楕円形など）としてもよい。ただし、断面を構成する２つの辺の比（縦サイズと横サイズとの比）が３倍を超えると異常振動が発生しやすくなることがわかっている。そのため、縦横比は３倍以下に抑えるのが好ましい。
【００１５】
４本の梁に共通の電流を流して４本の梁の各温度変化を均一にすることで、金属材料を用いても環境変化に応じた共振周波数補正が実現可能となる。つまり、雰囲気温度に依存せずに４本の梁の温度を一定温度に維持できれば、ばね定数が一定値に維持される。よって、４本の梁にヒータ（熱線）を這わせて４本の梁の温度が一定に維持されてもよい。
【００１６】
［振動素子］
図３ないし図６を用いて振動素子の他の実施形態について説明する。図３（ａ）および図３（ｂ）に示した振動素子１２では、第１の捻り梁１０１と第３の捻り梁１０３と並行するように配置されている。同様に、第２の捻り梁１０２と第４の捻り梁１０４と並行するように配置されている。なお、第１の捻り梁１０１と第３の捻り梁１０３はｘ軸方向で並んでおり、第２の捻り梁１０２と第４の捻り梁１０４もｘ軸方向で並んでいる。第１の捻り梁１０１と第３の捻り梁１０３とが一体で捻りばねとして機能する。同様に、第２の捻り梁１０２と第４の捻り梁１０４とが一体で捻りばねとして機能する。回転振動の中心軸は並行する２本の梁の中間に位置する。第１振動部３１は、第１の捻り梁１０１と第２の捻り梁１０２とにより保持された第２導電性部材２０２と、第３の捻り梁１０３と第４の捻り梁１０４とにより保持された第３導電性部材２０３と、第２導電性部材２０２および第３導電性部材２０３の第１面側に取り付けられた第１磁石６０１と第２面側に取り付けられた第２磁石６０２とにより構成されている。なお、第２導電性部材２０２と、第３導電性部材２０３とはｘ軸方向において離間している。
【００１７】
振動素子１２でも振動素子１１と同様に、第２の捻り梁１０２、第１の捻り梁１０１、第３の捻り梁１０３および第４の捻り梁１０４は第２導電性部材２０２、第１導電性部材２０１および第３導電性部材２０３を通じて電気的に直列に接続されている。よって、この直列回路に駆動回路８０２から温度調節（共振周波数補正）用の電流が印加される。
【００１８】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、振動素子１３を例示している。第１の捻り梁１０１と第３の捻り梁１０３と並行するように配置されている。同様に、第２の捻り梁１０２と第４の捻り梁１０４と並行するように配置されている。なお、第１の捻り梁１０１と第３の捻り梁１０３はｙ軸方向で離間しつつ並んでおり、第２の捻り梁１０２と第４の捻り梁１０４もｙ軸方向で離間しつつ並んでいる。第１の捻り梁１０１と第３の捻り梁１０３とが一体で捻りばねとして機能する。同様に、第２の捻り梁１０２と第４の捻り梁１０４とが一体で捻りばねとして機能する。回転振動の中心軸は並行する２本の梁の中間に位置する。第１振動部３１は、第１の捻り梁１０１と第２の捻り梁１０２とにより保持された第２導電性部材２０２と、第３の捻り梁１０３と第４の捻り梁１０４とにより保持された第３導電性部材２０３と、第２導電性部材２０２および第３導電性部材２０３によって挟持された第１磁石６０１ととにより構成されている。ミラー部２１は、第１の捻り梁１０１に接続された第１導電性部材２０１と、第１導電性部材２０１の第１面側に設けられた第１ミラー部材３０１と、第１導電性部材２０１の第２面側に設けられた第４導電性部材２０４と、第３の捻り梁１０３に接続された第５導電性部材２０５と、第５導電性部材２０１の第２面側に設けられた第２ミラー部材３０２とにより構成されている。なお、第４導電性部材２０４は、第１導電性部材２０１と第５導電性部材２０５とによって挟持されている。また、これらは導通している。なお、第２導電性部材２０２と、第３導電性部材２０３とはｘ軸方向において離間している。
【００１９】
駆動回路８０２からの電流は、第２の捻り梁１０２⇒第２導電性部材２０２⇒第１の捻り梁１０１⇒第１導電性部材２０１⇒第４導電性部材２０４⇒第５導電性部材２０５⇒第３の捻り梁１０３⇒第３導電性部材２０３⇒第４の捻り梁１０４の順番（またはこの逆）で流れる。これにより、共振周波数が補正される。
【００２０】
振動素子１１はいわゆる両持ち支持構造を採用しているが、振動素子１２や振動素子１３は片持ち支持構造を採用している。片持ち支持構造は両持ち支持構造と比較して、振動素子を小型化できる利点がある。その反面、片持ち支持構造は、捻り梁の撓み剛性が低いとミラー部２１がｙ方向に振動する撓みモードの共振周波数が低くなりやすい。その場合、外部からの衝撃などで回転振動モードに撓み振動モードが加わった振動状態が生じ、走査線の副走査方向への変動や異常振動が発生しうる。一方、振動素子１２や振動素子１３では、２本の梁が並べられているため、撓み剛性が向上し、撓み振動の共振周波数を高くすることができる。その結果、衝撃によっても変動し難く、かつ、仮に変動しても短時間で減衰させることが可能となる。
【００２１】
図５（ａ）は振動素子１２、１３が静止した状態を示している。図５（ｂ）は振動素子１２、１３の同相モードを示している。図５（ｃ）は振動素子１２、１３の逆相モードを示している。振動素子１２、１３についても逆相モードの共振周波数のほうが同相モードの共振周波数よりも高くなる。
【００２２】
図６は、振動素子１２を変形して構成された振動素子１４を例示している。振動素子１４では、第１磁石６０１が第１絶縁部材６２１に置換され、第２磁石６０２が第２絶縁部材６２２に置換されている。その代わりに、第２の捻り梁１０２の近傍に磁石６０５が配置され、第４の捻り梁１０４の近傍に磁石６０６が配置されている。駆動回路８０３は、回転振動を励起するための駆動回路８０１と共振周波数を補正するための駆動回路８０２とを一体化したものである。駆動回路８０３は、同相モードの共振周波数を持つ信号とそれの整数倍の周波数を持つ信号を重畳して生成した駆動信号を第２の捻り梁１０２および第４の捻り梁１０４に印加する。２体の捻り梁に流れる電流と磁石６０５、６０６から磁界とが作用することで、２体の捻り梁に捻りトルクが発生し、振動素子１４に回転振動が励起される。
【００２３】
捻り梁に対して回転振動を励起するための駆動信号が印加されると、通電量に応じて捻り梁のばね定数が変化してしまう。しかしながら、振動素子１４では、各捻り梁の断面積が等しいため、各部での発熱量が一定となり、同相モードの共振周波数と逆相モードの共振周波数の比率を維持しやすくなる。なお、駆動回路８０２と同様に、駆動回路８０３は、共振周波数を補正するための電流も供給する。
【００２４】
図６が示すように、振動素子１４では、磁石６０５、６０６の磁界が第１の捻り梁１０１と第３の捻り梁１０３に及びにくくするためのシールド部材６３１、６３２が配置されている。振動素子１４では第１の捻り梁１０１と第３の捻り梁１０３へも通電が行われるため、ここに磁界が加わると同相モードの振動を励起するように磁界が作用してしまう。シールド部材６３１、６３２を配置することで、磁石６０５、６０６からの磁界が軽減され、逆相モードの励起に対して磁界の影響が及びにくくなる。
【００２５】
駆動回路８０３は、共振周波数を補正するための電流を供給するが、この電流の周波数としては回転振動モードに影響を及ぼしにくい周波数が選択される。つまり、２つの共振周波数とは異なる周波数の信号を振動素子１４に通電することにより、同相モードと逆相モードの共振周波数の比率を保ったまま共振周波数が補正される。
【００２６】
［材料など］
捻り梁に用いられる材料としては、金属材料の他、カーボンを混合した樹脂材料など導電性材料であれば特に限定されるものではないが、繰り返し耐久性や耐衝撃性の観点から、ＳＵＳ３０１やＳＵＳ６３１等のステンレスや銅合金、Ｃｏ（コバルト）−Ｎｉ（ニッケル）基合金などの金属材料が採用されてもよい。その中でもＳＰＲＯＮ（登録商標）５１０に代表されるＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ（クロム）−Ｍｏ（モリブデン）合金などの時効硬化型Ｃｏ−Ｎｉ基合金は特に疲労限が高く、繰り返し応力が加わる光走査装置には都合がよい。また、Ｃｏ−Ｎｉ基合金は耐熱性や耐食性も高いため、通電やそれによる発熱が材料特性に影響を与えることは小さく、その点においても捻り梁に通電を行う光走査装置には適切であろう。さらに、Ｃｏ−Ｎｉ基合金は内部摩擦が小さいという特徴もあり、振動素子１１〜１４を共振させて回転振動させる際のＱ値が高く、駆動に要する消費電力を低減できる利点もある。Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金を用いる場合には、加工率５０％以上、より好ましくは９０％以上の圧延加工、または、線引き加工により加工硬化処理を施した後、形状加工を行い、５００〜６００℃程度の温度で時効硬化処理が施されてもよい。最終的なヤング率や硬度は、加工率と時効熱処理の温度および時間で調整も可能である。形状加工には、エッチング加工やプレス加工、レーザー加工、ワイヤー放電加工等を用いることができる。加工硬化処理や形状加工において、その仕上がり具合によっては表面付近の内部摩擦が増加し、振動素子のＱ値が低下してしまうことがある。そのような場合には、時効硬化処理前にエッチング処理を行うのが良く、目標寸法に対して大きめに形状加工を施したのち、硝酸系のエッチャントなどを用いて仕上げの形状加工を施すのが好ましい。また、加工硬化処理や形状加工時に生じた微少なクラックや表面の荒れがある場合にも、振動素子のＱ値低下や耐久性低下の問題が生じる。そのような場合には、時効硬化処理前に電界研磨処理を行うのが良く、リン酸系やエチレングリコール系の液を用いた電界研磨処理によって表面を平滑化するのが好ましい。
【００２７】
導電性部材２０１〜２０４は、生産性の観点から、夫々捻り梁と同一材料で一体構造であるのが好ましい。しかしこれに限定されるものではなく、金属材料など導電性材料で形成して捻り梁と接合しても良い。接合する際には、形状加工を簡素化できることから捻り梁に線材を用いるのが好ましく、また、接合部の耐久性向上のために接合する線材の端部に鍛造などによって接合面を形成するのが好ましい。
【００２８】
ミラー部材３０１は、シリコンウエハや薄板ガラスなどの表面平坦性の良い基材に反射膜や増反射膜を形成したものの他、導電性部材２０１に直接形成された反射膜等であってもよい。反射膜としては、蒸着等で形成されるＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等の膜が挙げられる。また、必要に応じてその上に増反射膜が形成される。また、導電性部材２０１の研磨によって鏡面を形成することも可能であり、この場合には、導電性部材２０１がミラー部材３０１としても機能する。
【００２９】
磁石６０１〜６０６は、特に限定されるものではないが、捻り振動に係わる慣性モーメントを小さくするために出来るだけ小型で磁力の強いものが好ましい。よって、磁力の強いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石やＳｍ−Ｃｏ系磁石等や、小型形状形成が可能な加工性に優れたＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石などが好適に用いられうる。
【００３０】
［画像形成装置］
図７に光走査装置の実施例である画像形成装置７を示す。振動素子１０は上述した振動素子１１〜１４のいずれか１つであり、振動部周辺の構成は省略してある。光源９７１は、画像データに応じて制御回路９７０が出力した駆動信号に基づき強度変調した光を射出する。射出された光は射出光学系９７２を通って振動素子１０のミラー部材３０１で反射され、像担持体の一例である感光体９７５上を走査する。走査された光は、ＢＤセンサ９７３、９７４で検出される。制御回路９７０は、ＢＤセンサ９７３、９７４が出力する検出信号を基に走査角を制御するための制御信号を生成して出力する。制御信号は振動素子１０の駆動回路８７０の駆動回路８０１にフィードバックされる。これにより駆動回路８０１は振動素子１０の最大走査角を安定的に適切な値に維持する。
【００３１】
このように振動素子１１〜１４のいずれかを用いた画像形成装置は、環境温度の変化に応じて共振周波数を補正できるため、安定した光走査を実現できる。これにより高精度な画像形成が可能である。
【００３２】
［画像形成装置］
図８（ａ）に光走査装置の実施例である画像投影装置８を示す。振動素子１０は上記の振動素子１１〜１４のいずれか１つである。ＲＧＢ３原色を含む光源装置９８１は、画像データに基づいて制御回路９８０から出力された信号にしたがって強度変調した光を射出する。振動素子１０および垂直走査装置９８２により光は２次元走査され、スクリーン９８３に映像として投射される。垂直走査装置９８２の走査速度は振動素子１０よりも遅い。垂直走査装置９８２には、たとえば、非共振駆動で高精度な位置決めができるガルバノミラーが用いられる。制御回路９８０から出力される制御信号に基づいて駆動回路８８０に含まれる駆動回路８０１は振動素子１０の走査角を制御する。また、垂直走査装置９８２も同様に、制御回路９８０からの出力に基づいて走査角が制御される。さらに、駆動回路８８０の駆動回路８０２がミラー曲率制御信号（駆動信号）を出力することで、スクリーン９８３上でのビームスポット径がほぼ一定の大きさに維持される。また、制御回路９８０は、入力部９８４を通じて画像の台形補正が設定されると、垂直走査装置９８２の駆動信号の変化に応じてミラー曲率制御信号を変化させる。これにより、図８（ｂ）のように斜め投影を行う際にも、スクリーン上部の走査では焦点距離を長く、下部では焦点距離を短くしてスクリーン上のビームスポット径をほぼ一定の大きさに維持することができる。
【００３３】
このように振動素子１１〜１４のいずれかを用いた画像投影装置８は、環境温度の変化に応じて共振周波数を補正できるため、安定した光走査を実現できる。これにより高精度な画像投影が可能である。
【００３４】
［光学パターン読み取り装置］
図９に光走査装置の実施例である光学パターン読み取り装置９を示す。振動素子１０は振動素子１１〜１４のいずれか１つである。光源９９１から射出された光は射出光学系９９２を通って振動素子１０のミラー部材３０１で反射され、光学パターン上を走査する。光学パターンに応じて強度が変化する反射光は、振動素子１０で再び反射された後に検出光学系９９４によって集光され、光センサ９９５で検出される。デコーダ９９６は、光センサ９９５が出力する検出信号を２値化する。これにより光学パターンの情報が読み取られる。駆動回路８９０は制御回路９９０からの信号に基づいて振動素子１０の回転振動の駆動信号およびミラー曲率制御信号を出力する。これにより、光学パターンのある投射面上でビームスポット径がほぼ一定の大きさに維持される。
【００３５】
このように振動素子１１〜１４のいずれかを用いた光学パターン読み取り装置９は、環境温度の変化に応じて共振周波数を補正できるため、安定した光走査を実現できる。これにより高精度な画像の読み取りが可能である。
【００３６】
［まとめ］
図１Ａないし図６を用いて説明したように、振動素子１１〜１４は、導電性部材を有する複数の振動部（例：ミラー部２１、第１振動部３１、第２振動部３２）と、複数の振動部を同一の回転軸に対して回転振動可能に支持し、かつ、導電性を有する１本または複数の梁（例：第１の捻り梁１０１、第２の捻り梁１０２、第３の捻り梁１０３、第４の捻り梁１０４）により構成された複数の捻りばねと、複数の捻りばねの温度を調整して複数の捻りばねのばね定数を調整する熱源（例：第１の捻り梁１０１、第２の捻り梁１０２、第３の捻り梁１０３、第４の捻り梁１０４の電気抵抗やヒータなど）とを有している。このように複数の捻りばねの温度を調整して複数の捻りばねのばね定数を調整する熱源が設けられているため、共振周波数（ばね定数）の補正が可能となる。
【００３７】
熱源は、複数の捻りばねの電気抵抗によって実現されてもよい。この場合、複数の捻りばねを構成する全ての梁の各断面積が等しくすることで、全ての梁の全域にわたって均一に温度を上昇させることが可能となる。つまり、同じ電流を印加した場合に生じる単位長さ当りの発熱量が全ての捻り梁で等しくなり、ヤング率（ばね定数）の変化の割合が全ての捻り梁で等しくなる。また、全ての梁は電気的に直列に接続されて直列回路を形成していてもよい。複数の捻りばねを含む直列回路に通電される電流によって電気抵抗が発熱し、複数の捻りばねのばね定数が同時並行的に調整される。
【００３８】
振動素子１１〜１４は、第１の回転振動モード（例：同相モード）と、第１の回転振動モードの共振周波数に対して整数倍の共振周波数を有する第２の回転振動モード（例：逆相モード）とを有していてもよい。本実施例では、第２の回転振動モードの共振周波数が第１の回転振動モードの共振周波数の整数倍に設定されており、かつ、これらの関係が環境温度の変化によらず一定に維持されるため、振動素子の等速性が改善される。
【００３９】
振動素子１１〜１４は次のように構成されてもよい。ミラー部２１は、ミラー部材３０１と第１導電性部材２０１とを有し、複数の振動部のうちの１つである。第１の捻り梁１０１は、第１導電性部材２０１に接続され、ミラー部２１を回転振動可能に支持する導電性を有し、複数の梁の１つであると。第１振動部３１は、第１の捻り梁１０１と接続された第２導電性部材２０２を有し、複数の振動部のうちの１つである。第２の捻り梁１０２は、第２導電性部材２０２に接続され、第１振動部３１を回転振動可能に支持する導電性を有し、複数の梁の１つである。第３の捻り梁１０３は、第１導電性部材２０１に接続され、ミラー部２１を回転振動可能に支持する導電性を有し、複数の梁の１つである。第２振動部３２は、第３の捻り梁１０３と接続された第３導電性部材２０３を有し、複数の振動部のうちの１つである。第４の捻り梁１０４は、第３導電性部材２０３に接続され、第２振動部３２を回転振動可能に支持する導電性を有し、複数の梁の１つである。とりわけ、第１の捻り梁１０１、第２の捻り梁１０２、第３の捻り梁１０３および第４の捻り梁１０４は、第１導電性部材２０１、第２導電性部材２０２および第３導電性部材２０３を介して電気的に直列回路を形成している。駆動回路から直列回路に通電される電流によって第１の捻り梁１０１、第２の捻り梁１０２、第３の捻り梁１０３および第４の捻り梁１０４のばね定数が同時に調整される。
【００４０】
なお、振動素子１１は両持ち構造の振動素子であり非常に安定した回転振動を実現できる。振動素子１２〜１４は片持ち構造の振動素子であり小型化を実現しやすい。なお、振動素子１２〜１４は第１の捻り梁１０１と第３の捻り梁１０３は並行するように配置され、第２の捻り梁１０２と第４の捻り梁１０４は並行するように配置されている。上述した第１振動部と第２振動部は一体化された単一の第１振動部３１を形成している。このような並行配置は片持ち構造の振動素子における撓み振動を軽減するであろう。
【００４１】
図１Ｃに示したように、第１振動部３１と第２振動部３２は絶縁部材１００によって一体化されていてもよい。これにより、第１振動部３１と第２振動部３２とが同期して回転振動しやすくなる。
【００４２】
図６を用いて説明したように、振動素子１４は、第２の捻り梁１０２に沿って配置された第１磁石６０５と、第４の捻り梁１０４に沿って配置された第２磁石６０６と、第１の捻り梁１０１および第３の捻り梁１０３に対して第１磁石からの磁界と第２磁石からの磁界とを軽減するシールド部材６３１、６３２とを設けられてもよい。これは、逆相モードの励起に対して磁界の影響が及びにくくする効果をもたらす。
【００４３】
振動素子１１〜１４を採用することで、環境に依らず安定した光走査が可能な光走査装置１が実現される。光走査装置１を画像形成装置に採用することで、高精度な画像形成が可能となる。光走査装置１を画像投影装置に採用することで、高精度な画像投影が可能となる。光走査装置１を光学パターン読み取り装置に採用することで、高精度な読み取りが可能となる。
【図１Ａ】
2015210454.tif 000003
【図１Ｂ】
2015210454.tif 000004
【図１Ｃ】
2015210454.tif 000005
【図２】
2015210454.tif 000006
【図３】
2015210454.tif 000007
【図４】
2015210454.tif 000008
【図５】
2015210454.tif 000009
【図６】
2015210454.tif 000010
【図７】
2015210454.tif 000011
【図８】
2015210454.tif 000012
【図９】
2015210454.tif 000013