(57)【要約】【課題】撓み振動や異常振動などが発生し難い、信頼性の高い振動素子を提供する。【解決手段】静止状態において、第１ミラー部材３０１のミラー面と第２ミラー部材３０２のミラー面とが平行であり、かつ、第１の捻り梁１０１および第２の捻り梁１０２が第１ミラー部材３０１のミラー面の法線方向において並べて配置されている。【選択図】図１Ａ
2015210453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー部材を有する回転振動体と、
前記回転振動体を回転振動可能に支持する複数の捻り梁とを備え、
前記複数の捻り梁は、前記ミラー部材のミラー面の法線方向に並べて配置されていることを特徴とする振動素子。
【請求項２】
第１ミラー部材と、
第２ミラー部材と、
中間部材と、
第１面に前記第１ミラー部材が固定され、第２面に前記中間部材が固定された第１保持部材と、
前記第１保持部材に結合し、前記第１ミラー部材および前記第２ミラー部材を回転可能に支持する第１の捻り梁と、
第１面に前記中間部材が固定され、第２面に前記第２ミラー部材が固定された第２保持部材と、
前記第２保持部材に結合し、前記第１ミラー部材および前記第２ミラー部材を回転可能に支持する第２の捻り梁と
を有し、
静止状態において、前記第１ミラー部材のミラー面と前記第２ミラー部材のミラー面とが実質的な平行状態となり、かつ、前記第１の捻り梁および前記第２の捻り梁が前記第１ミラー部材のミラー面の法線方向において並べて配置されていることを特徴とする振動素子。
【請求項３】
前記第１の捻り梁および前記第２の捻り梁は、回転振動の軸に対して対称に反っていることを特徴とする請求項２に記載の振動素子。
【請求項４】
前記第１の捻り梁および前記第２の捻り梁は金属材料により構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の振動素子。
【請求項５】
前記第１ミラー部材の第２面側には溝部が形成されており、当該溝部に前記第１保持部材が収容されていることを特徴とする請求項２に記載の振動素子。
【請求項６】
前記第１保持部材に結合した第３の捻り梁と、
前記第２保持部材に結合した第４の捻り梁と
をさらに有し、
静止状態において、前記第３の捻り梁および前記第４の捻り梁が前記第１ミラー部材のミラー面の法線方向において並べて配置されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項７】
前記第１の捻り梁および前記第３の捻り梁は前記第１保持部材を片持ち支持しており、前記第２の捻り梁および前記第４の捻り梁は前記第２保持部材を片持ち支持していることを特徴とする請求項６に記載の振動素子。
【請求項８】
前記第１の捻り梁および前記第３の捻り梁は前記第１保持部材を両持ち支持しており、前記第２の捻り梁および前記第４の捻り梁は前記第２保持部材を両持ち支持していることを特徴とする請求項６に記載の振動素子。
【請求項９】
前記中間部材は、磁界発生手段であることを特徴とする請求項２ないし８のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項１０】
前記中間部材は永久磁石であることを特徴とする請求項９に記載の振動素子。
【請求項１１】
前記中間部材は絶縁部材であることを特徴とする請求項２ないし１０のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項１２】
前記第１の捻り梁に沿って配置された第１磁石と、
前記第２の捻り梁に沿って配置された第２磁石と、
を有し、
前記第１の捻り梁に供給される駆動信号と前記第１磁石および前記第２磁石が発生する磁界とが作用して前記第１の捻り梁および前記第２の捻り梁に捻り振動が発生することを特徴とする請求項１１に記載の振動素子。
【請求項１３】
前記第２の捻り梁に駆動信号を供給することで、前記第１ミラー部材、前記第１保持部材、前記中間部材、前記第２保持部材および前記第２ミラー部材を有する振動部の重心を、前記振動素子の回転振動の軸に近づけることを特徴とする請求項１２に記載の振動素子。
【請求項１４】
前記第１保持部材、前記第２保持部材、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の捻り梁はいずれも導電性を有し、
前記第１の捻り梁、前記第１保持部材および前記第３の捻り梁を流れる第１の電流の大きさと、前記第２の捻り梁、前記第２保持部材および前記第４の捻り梁を流れる第２の電流の大きさとが異なっていることを特徴とする請求項６に記載の振動素子。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載された振動素子を有し、
前記振動素子が回転振動し、前記振動素子の第１ミラー部材または前記振動素子の第２ミラー部材の少なくとも一方に形成されたミラー面によって光が走査されることを特徴とする光走査装置。
【請求項１６】
請求項１５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１７】
請求項１５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１８】
請求項１５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、レーザー走査などに用いられる振動素子、および、それを用いた光走査装置、画像形成装置、画像投影装置および光学パターン読み取り装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンウエハを用いた所謂ＭＥＭＳ技術による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ることが期待されている。また、シリコンウエハを用いた振動素子と比較して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た振動素子が提案されている（特許文献１）。これらの振動素子は、ミラーを捻り梁で支持する構成の振動子を備え、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を考慮して使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１８１４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ミラー部に金属材料を用いた場合にはミラー部の重量が大きくなり、振動特性の安定性を確保することが難しい。さらに、捻じり梁は金属材料の弾性限界以下の応力範囲で使用されなければならない。この応力を下げるためには捻り梁をより長くしなければならない。重いミラー部を長い捻り梁で支持する振動素子では、撓み振動モードの共振周波数が低くなり、外部からの衝撃によって撓み振動が発生し易くなってしまう。また、一度撓み振動が発生すると振動の減衰に時間がかかる。撓み振動は、走査線を副走査方向へ変動させるため、好ましくない。また、回転振動モードに撓み振動モードが加わって、振動素子に異常振動が発生しうる。
【０００５】
そこで、本発明は、撓み振動や異常振動などが発生し難い、信頼性の高い振動素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、たとえば、
ミラー部材を有する回転振動体と、
前記回転振動体を回転振動可能に支持する複数の捻り梁とを備え、
前記複数の捻り梁は、前記ミラー部材のミラー面の法線方向に並べて配置されていることを特徴とする振動素子を提供する。
【０００７】
また、本発明の他の態様は、
第１ミラー部材と、
第２ミラー部材と、
中間部材と、
第１面に前記第１ミラー部材が固定され、第２面に前記中間部材が固定された第１保持部材と、
前記第１保持部材に結合し、前記第１ミラー部材および前記第２ミラー部材を回転可能に支持する第１の捻り梁と、
第１面に前記中間部材が固定され、第２面に前記第２ミラー部材が固定された第２保持部材と、
前記第２保持部材に結合し、前記第１ミラー部材および前記第２ミラー部材を回転可能に支持する第２の捻り梁と
を有し、
静止状態において、前記第１ミラー部材のミラー面と前記第２ミラー部材のミラー面とが平行であり、かつ、前記第１の捻り梁および前記第２の捻り梁が前記第１ミラー部材のミラー面の法線方向において並べて配置されていることを特徴とする振動素子を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の捻り梁がミラー面の法線方向に並べて配置されているため、捻り梁の撓み剛性が高くなって撓み振動モードの共振周波数が向上し、撓み振動による走査線の変動や異常振動の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】光走査装置の一例を示す図である。
【図１Ｂ】振動素子の一例を示す図である。
【図１Ｃ】振動素子の一例を示す図である。
【図２Ａ】光走査装置の一例を示す図である。
【図２Ｂ】振動素子の一例を示す図である。
【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】振動素子の一例を示す図である。
【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図である。
【図８】画像投影装置の一例を示す図である。
【図９】光学パターン読み取り装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
［光走査装置］
図１Ａに光走査装置１の一例を示す。図１Ｂに振動素子１１の構成を示す。振動素子１１は、回転振動体である振動部２１とそれを回転振動可能に支持する２本の捻り梁である第１の捻り梁１０１と第２の捻り梁１０２を有している。振動素子１１には振動部２１を片側から支持する片持ち支持構造が採用されている。片持ち支持構造は、振動素子１１のサイズをコンパクト化する上で役に立つ。
【００１１】
振動部２１は、第１ミラー部材３０１、第２ミラー部材３０２、第１保持部材２０１、第２保持部材２０２、その間に配置された中間部材としての磁石６０１を有している。第１保持部材２０１の第１面に第１ミラー部材３０１が固定され、第２面に中間部材が固定されている。各部材の固定には、たとえば、接着剤が使用されてもよいし、場所によっては溶接が使用されてもよい。第１の捻り梁１０１は、第１保持部材２０１に結合し、第１ミラー部材３０１および第２ミラー部材３０２を回転可能に支持している。第２保持部材２０２の第１面には磁石６０１が固定され、第２面に第２ミラー部材３０２が固定されている。第２の捻り梁１０２は第２保持部材２０２に結合し、第１ミラー部材３０１および第２ミラー部材３０２を回転可能に支持している。第１の捻り梁１０１および第２の捻り梁１０２はともにｚ軸方向に延在している。振動素子１１の磁石６０１としては、永久磁石や電磁石など磁界発生手段であればよい。第１の捻り梁１０１は第１保持部材２０１に結合している。第２の捻り梁１０２は第２保持部材２０２に結合している。
【００１２】
振動素子１１が静止している状態において、第１ミラー部材３０１のミラー面と第２ミラー部材３０２のミラー面とは実質的に平行状態となる。これらのミラー面はｘｚ平面と平行である。また、この静止状態において、第１の捻り梁１０１および第２の捻り梁１０２が第１ミラー部材３０１のミラー面の法線方向（ｙ軸の＋方向や−方向）において並べて配置されている。並行するように配置された第１の捻り梁１０１と第２の捻り梁１０２の各端部は光走査装置１の筐体などに固定される。よって、第１の捻り梁１０１と第２の捻り梁１０２は一体の捻り梁として捻り変形する。捻り変形によって振動部２１の方向（ミラー面の法線方向）が変化し、振動部２１はミラー部として機能して主走査方向において光走査を行う。静止状態において、第１の捻り梁１０１および第２の捻り梁１０２が第１ミラー部材３０１のミラー面の法線方向において並べて配置されているため、捻り梁の撓み剛性が高くなって撓み振動モードの共振周波数が向上し、撓み振動による走査線の変動や異常振動の発生を抑制することができる。
【００１３】
駆動回路８０１は振動素子１１の回転振動モードの共振周波数に近い周波数の駆動信号を磁界発生部７０１に出力する。磁界発生部７０１は駆動信号に基づいて磁界を発生する。磁界発生部７０１からの磁界によって磁石６０１に回転トルクが発生し、振動素子１１に回転振動が励起される。磁界発生部７０１を永久磁石とし、磁石６０１の替わりにコイルパターンの形成された基材などの磁界発生手段が配置されてもよい。コイルパターンには駆動回路８０１から駆動信号が通電される。その結果、振動素子１１に回転振動が励起される。
【００１４】
図１Ｃは反り変形がある第１の捻り梁１０１と第２の捻り梁１０２との一例を示している。金属材料を用いた振動素子では、加工による材料の変形や加工誤差などによる回転振動の重心ずれが発生しやすいため、これも異常振動の原因となりうる。たとえば、第１の捻り梁１０１と第２の捻り梁１０２の製作工程においてこのような反り変形が発生することがある。ただし、大量生産の結果、第１の捻り梁１０１に発生した反りと第２の捻り梁１０２に発生した反りとはほぼ同一であることが多い。また、反りに等しい２本の捻り梁が組み立て工程において選別ないし選択されてもよい。そこで、第１の捻り梁１０１の反りと、第２の捻り梁１０２の反りとが振動素子１１の回転振動の軸に対して対称になるように、第１の捻り梁１０１と第２の捻り梁１０２とが配置される。つまり、第１の捻り梁１０１の反りの向きがｙ軸の＋方向となり、第２の捻り梁１０２の反りの向きがｙ軸の−方向となっている。なお、回転振動の軸はｚ軸と平行である。通常、捻り梁に反りがある場合、振動部２１の重心が捻り梁の回転振動の軸からずれてしまい、異常振動の原因となる。本実施形態では、第１の捻り梁１０１の反りと第２の捻り梁１０２の反りとが回転振動の軸に対して対称に配置されるため、振動部２１の重心ずれを低減できる。
【００１５】
図２Ａおよび図２Ｂ他の実施形態である振動素子１２を有する光走査装置２を示す。振動素子１２については振動素子１１と比較して異なる点のみを詳細に説明する。第１保持部材２０１および第２保持部材２０２はともに導電性を有する材料で構成された導電性部材である。図２Ａや図２Ｂ（ａ）が示すように、振動素子１１と比較して振動素子１２には、第１保持部材２０１に結合した第３の捻り梁１０３と、第２保持部材２０２に結合した第４の捻り梁１０４とが追加されている。静止状態において、第３の捻り梁１０３および第４の捻り梁１０４が第１ミラー部材３０１のミラー面の法線方向において並べて配置されている。
【００１６】
駆動回路８０２は、第１の捻り梁１０１、第１保持部材２０１および第３の捻り梁１０３に第１の電流Ｉ１を流し、第２の捻り梁１０２、第２保持部材２０２および第４の捻り梁１０４に第２の電流Ｉ２を流す。図２Ｂ（ｂ）に通電状態の一例を示す。第２の捻り梁１０２から第４の捻り梁１０４へのみ電流を流すと（Ｉ１＝０、Ｉ２≠０）、通電による発熱により第１の捻り梁１０２と第４の捻り梁１０４のヤング率は通電前のＥからＥ−ΔＥへ低下する。このとき、第１の捻り梁１０１と第３の捻り梁１０３のヤング率はＥのままである。そのため、第１の捻り梁１０１と第３の捻り梁１０３の捻り剛性が相対的に高くなり、回転振動の軸がＡからＡ’へ移動する。これは、振動部２１の重心を回転振動の軸に近づけることに役立つ。すなわち、捻り梁の変形や各部材の加工誤差などにより振動部２１の重心が捻り梁の回転振動の軸からずれていることがある。そこで、駆動回路８０２が、並行する２つの捻り梁への電流の大きさに差異を設けることにより、振動部２１の重心と回転振動の軸を合わせやすくなる。なお、電流Ｉ１、Ｉ２を同じにすると、全ての捻り梁で同様にヤング率が変化するため、振動素子１２の共振周波数を調整することが可能となる。
【００１７】
なお、振動素子１２は両持ち構造を採用しているため、片持ち支持構造と比較して、撓み剛性が高くなり、走査線の副走査方向への変動を抑えやすくなる。
【００１８】
［振動素子］
図３ないし図６に振動素子の他の実施形態を示す。図３（ａ）および図３（ｂ）では第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が線材（導電性部材）で構成されている。第１保持部材２０１および第２保持部材２０２は、線材の中央にプレス加工などで形成された平坦部である。第１ミラー部材３０１の第２面側に溝部３０３が形成されており、そこに第１保持部材２０１が収容される。同様に、第２ミラー部材３０２の第１面側に溝部３０４が形成されており、そこに第２保持部材２０２が収容される。振動素子１３は、振動素子１１、１２と比較して保持部材が軽量化されている。また、質量体である第１ミラー部材３０１や第２ミラー部材３０２を回転振動の軸の近くに配置することが可能となる。これにより、振動素子１３の軽量化を実現できるとともに、振動素子１３の回転振動をさらに安定させることが可能となる。また、捻じり梁や保持部材を線材から形成できるため、製造コストを低下させることができ、さらに製造も容易となる。
【００１９】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、保持部材に接続される２本の捻り梁が並行するように配置された振動素子１４の一例を示している。第１の捻り梁１０１および第３の捻り梁１０３は、ｘ軸方向において一定の空間を開けて第１保持部材２０１に結合している。第２の捻り梁１０２および第４の捻り梁１０４は、ｘ軸方向において一定の空間を開けて第２保持部材２０２に結合している。振動素子１４も振動素子１２と同様に、駆動回路８０２が、第１の捻り梁１０１、第１保持部材２０１および第３の捻り梁１０３に第１の電流Ｉ１を流し、第２の捻り梁１０２、第２保持部材２０２および第４の捻り梁１０４に第２の電流Ｉ２を流してもよい。電流Ｉ１の大きさと電流Ｉ２の大きさを変えることで、振動部２１の重心を回転振動の軸に近づけることが可能となる。電流Ｉ１と電流Ｉ２の制御方法についてはすでに説明したとおりである。なお、振動素子１４は片持ち構造を採用しているため、振動素子１２と比較してコンパクト化の点で有利である。
【００２０】
図５（ａ）および図５（ｂ）が示す振動素子１５では振動部２１の中間部材として絶縁部材６１１が配置されている。さらに、第１の捻り梁１０１に沿って第１磁石６２１が配置され、第２の捻り梁１０２に沿って第２磁石６２２が配置され、第３の捻り梁１０３に沿って第３磁石６２３が配置され、第４の捻り梁１０４に沿って第４磁石６２４が配置されている。駆動回路８０２は、第１の捻り梁１０１、第１保持部材２０１および第３の捻り梁１０３に第１の駆動信号を流す。この駆動信号と、磁石６２１、６２２、６２３、６２４の磁界が作用することにより、回転振動の軸回りの捻りトルクが捻り梁に発生する。つまり、振動素子１５に回転振動が励起される。
【００２１】
駆動回路８０２は、第２の捻り梁１０２、第２保持部材２０２および第４の捻り梁１０４に第２の駆動信号を流す。第２の駆動信号は、たとえば、振動素子１５の共振周波数と異なる周波数であって、第１の駆動信号の振幅とは大きさの異なる振幅の駆動信号である。これにより、振動部２１の重心を回転振動の軸に近づけることが可能となる。
【００２２】
振動素子１５では振動素子１２と比較して駆動回路８０１や磁界発生部７０１を省略できる。
【００２３】
図６（ａ）および図６（ｂ）は振動素子１４を変形した振動素子１６を示している。振動素子１４の磁石６０１が絶縁部材６１１に置換されている。さらに、駆動回路８０１や磁界発生部７０１が省略され、その代わりに、捻り梁に沿って磁石６２６と磁石６２５とが対向するように配置されている。図６（ｂ）が示すように、磁石６２６と磁石６２５はｘ軸方向において並んで配置されている。
【００２４】
振動素子１６は振動素子１５と同様に駆動信号が捻り梁に印加される。つまり、駆動回路８０２は、第１の捻り梁１０１、第１保持部材２０１および第３の捻り梁１０３に第１の駆動信号を流す。この駆動信号と、磁石６２５、６２６の磁界が作用することにより、回転振動の軸回りの捻りトルクが捻り梁に発生する。つまり、振動素子１５に回転振動が励起される。また、駆動回路８０２は、第２の捻り梁１０２、第２保持部材２０２および第４の捻り梁１０４に第２の駆動信号を流してもよい。これにより、振動部２１の重心を回転振動の軸に近づけることが可能となる。また、振動素子１６は振動素子１５と比較してコンパクト化を図ることができる。
【００２５】
本発明に依れば、２本の捻り梁がミラー面の法線方向に並べて配置されているため、捻り梁の撓み剛性が高くなって撓み振動モードの共振周波数が向上し、撓み振動による走査線の変動や異常振動の発生を抑制することができる。また、金属材料の形状加工の際に変形が生じても、その変形が回転振動の軸に対して対称になるように複数の捻り梁が配置されるため、振動部の重心ずれを抑えることができる。さらに、重心ずれが発生したとしても、複数の捻り梁に異なる大きさの電流を印加することで、複数の捻り梁の弾性率を変化させてばね定数に差異を設け、回転振動の軸を重心に合わせやすくなる。これにより、信頼性の高い振動素子を提供することができる。また、この振動素子を用いることで、安定した光走査ができる高精度な光走査装置を提供することができる。
【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−Ｎｉ基合金などの金属材料が好ましい。その中でもセイコーインスツル製ＳＰＲＯＮ５１０に代表されるＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ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本発明の光走査装置には好適に用いられる。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なく、その点においても捻り梁に通電を行う本発明の光走査装置には好適である。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る。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、この場合にはミラー部材は不要となる。
【００２９】
磁石は、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く、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１１〜１６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。また、駆動回路８７０に含まれている駆動回路８０２は検出信号に基づいてミラー曲率を制御するための制御信号を出力する。これにより、感光体９７５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。
【００３１】
振動素子１１〜１６を用いた画像形成装置７は、振動素子の撓み振動や異常振動などによる走査線の変動が生じ難く、安定した光走査により高精度な画像形成が可能である。
【００３２】
［画像投影装置］
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１１〜１６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１１〜１６のいずれかを用いた画像投影装置８は、振動素子の撓み振動や異常振動などによる走査線の変動が生じ難く、安定した光走査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１１〜１６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】
振動素子１１〜１６のいずれかを用いた光学パターン読み取り装置９は、振動素子の撓み振動や異常振動などによる走査線の変動が生じ難く、安定した光走査により高精度な読み取りが可能となる。
【００３６】
［まとめ］
図１Ａないし図６を用いて説明したように、静止状態において、第１ミラー部材３０１のミラー面と第２ミラー部材３０２のミラー面とが平行であり、かつ、第１の捻り梁１０１および第２の捻り梁１０２が第１ミラー部材３０１のミラー面の法線方向において並べて配置されている。捻り梁の撓み剛性が高くなって撓み振動モードの共振周波数が向上し、撓み振動による走査線の変動や異常振動の発生を抑制することができる。
【００３７】
図１Ｃを用いて説明したように、第１の捻り梁１０１および第２の捻り梁１０２は、回転振動の軸に対して対称に反っている。よって、異常振動が発生しにくくなる。なお、第１の捻り梁１０１および第２の捻り梁１０２は金属材料により構成されていてもよい。たとえば、金属材料の形状加工の際に変形が生じても、その変形が回転振動の軸に対して対称になるように第１の捻り梁１０１および第２の捻り梁１０２が配置されているため、振動部２１の重心ずれが軽減される。
【００３８】
図３を用いて説明したように、第１ミラー部材３０１の第２面側には溝部３０３が形成されており、当該溝部３０３に第１保持部材２０１が収容されていてもよい。これにより、第１ミラー部材３０１を回転振動の軸の近くに配置しやすくなるため、異常振動が発生しにくくなる。第２ミラー部材３０２の第１面側には溝部３０４が形成されており、当該溝部３０４に第２保持部材２０２が収容されていてもよい。これにより同様の効果が期待できる。
【００３９】
図２Ａ、図２Ｂ、図３ないし図６を用いて説明したように、第１保持部材２０１に結合した第３の捻り梁１０３と、第２保持部材２０２に結合した第４の捻り梁１０４とがさらに設けられてもよい。とりわけ、静止状態において、第３の捻り梁１０３および第４の捻り梁１０４が第１ミラー部材３０１のミラー面の法線方向において並べて配置されていてもよい。捻り梁の撓み剛性が高くなって撓み振動モードの共振周波数が向上し、撓み振動による走査線の変動や異常振動の発生を抑制することができる。
【００４０】
図４や図６を用いて説明したように、第１の捻り梁１０１および第３の捻り梁１０３は第１保持部材２０１を片持ち支持しており、第２の捻り梁１０２および第４の捻り梁１０４は第２保持部材２０２を片持ち支持していてもよい。片持ち支持構造は振動素子のコンパクト化の点で有利である。
【００４１】
図２、図３および図５を用いて説明したように、第１の捻り梁１０１および第３の捻り梁１０３は第１保持部材２０１を両持ち支持しており、第２の捻り梁１０２および第４の捻り梁１０４は第２保持部材２０２を両持ち支持していてもよい。両持ち支持構造は、片持ち支持と比較して、回転振動の安定化にさらに寄与するであろう。
【００４２】
図１Ａないし図４を用いて説明したように、第１保持部材２０１および第２保持部材２０２によって挟持される中間部材は、磁石６０１や電磁石などの磁界発生手段であってもよい。
【００４３】
一方で、図５および図６を用いて説明したように、中間部材は絶縁部材６１１であってもよい。一般に、絶縁部材６１１は、永久磁石などと比較して軽量である。よって、絶縁部材６１１は振動素子の軽量化に寄与するであろう。なお、振動素子の駆動源としては、図５や図６を用いて説明したように、第１の捻り梁１０１に沿って配置された第１磁石６０２、６２５と、第２の捻り梁１０２に沿って配置された第２磁石６２２、６２６とが機能する。第１の捻り梁１０１に供給される駆動信号と第１磁石６０２、６２５および第２磁石６２２、６２６が発生する磁界とが作用して第１の捻り梁１０１および第２の捻り梁１０２に捻り振動が発生する。
【００４４】
図２Ａないし図６を用いて説明したように、第２の捻り梁１０２に駆動信号を供給することで、第１ミラー部材３０１、第１保持部材２０１、中間部材、第２保持部材２０２および第２ミラー部材３０２を有する振動部の重心を、振動素子の回転振動の軸に近づけることが可能となる。とりわけ、図２Ｂを用いて説明したように、第１保持部材２０１、第２保持部材２０２、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はいずれも導電性を有しており、第１の捻り梁１０１、第１保持部材２０１および第３の捻り梁１０３を流れる第１の電流Ｉ１の大きさと、第２の捻り梁１０２、第２保持部材２０２および第４の捻り梁１０４を流れる第２の電流Ｉ２の大きさとが異なっている。これにより、振動部２１の重心を振動素子の回転振動の軸に近づけやすくなる。
【００４５】
振動素子１１〜１６を用いた光走査装置は安定した光り走査を実現しやすくなる。振動素子１１〜１６を用いた画像形成装置７は、振動素子の撓み振動や異常振動などによる走査線の変動が生じ難く、安定した光走査により高精度な画像形成が可能となろう。このように振動素子１１〜１６のいずれかを用いた画像投影装置８は、振動素子の撓み振動や異常振動などによる走査線の変動が生じ難く、安定した光走査により高精度な画像投影が可能となろう。振動素子１１〜１６のいずれかを用いた光学パターン読み取り装置９は、振動素子の撓み振動や異常振動などによる走査線の変動が生じ難く、安定した光走査により高精度な読み取りが可能となろう。
【００４６】
上述した実施形態では２つのミラー部材を有する振動素子について例示したが、ミラー部材は１つであってもよい。この場合、第２ミラー部材３０２は省略されてもよいし、第１ミラー部材３０１の質量と等しい質量の質量体に置換されてもよい。とりわけ、後者の場合、振動部２１は回転振動の軸に対して質量が均等に分散されやすくなり、振動部２１の副走査方向への倒れ込みを低減しやすくなろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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