(57)【要約】      （修正有）【課題】光走査装置の迷光を低減する。【解決手段】光走査装置は、光反射面が設けられた揺動体３２をトーションバー３１によって支持することで構成された振動素子に低反射構造体を設けることを特徴としている。低反射構造体は、たとえば、振動素子３０のうち光反射面を除いた部分の表面に形成ないし取り付けられる。低反射構造体としては、屈折率勾配を有する複数の構造物（例：突起）を有する無反射構造体８０が採用されてもよい。振動素子を構成する部材の表面のうち光反射面を除く部分のいずれかに低反射構造体を設けることで迷光を低減する。【選択図】図５Ａ
2015102688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射面が設けられた揺動体をトーションバーによって支持し、前記揺動体および前記トーションバーの表面のうち前記光反射面を除いた部分に屈折率勾配を有する複数の構造物が設けられていることを特徴とする振動素子。
【請求項２】
トーションバーと、
前記トーションバーに取り付けられ、光を反射する反射面が設けられた揺動体と、
前記揺動体または前記トーションバーに設けられた第１磁界発生手段と、
前記第１磁界発生手段が発生する磁界に対応した磁界を発生し、前記トーションバーを変形させて前記揺動体を揺動させることで、前記反射面によって光走査させる第２磁界発生手段と、
前記揺動体、前記トーションバーおよび前記第１磁界発生手段の表面のうちのいずれかであって、かつ、前記反射面を除く部分に設けられた屈折率勾配を有する複数の構造物とを備えたことを特徴とする振動素子。
【請求項３】
前記複数の構造物は入射光の波長よりも短い微細構造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】
前記微細構造は１０００ｎｍ以下の深さの穴であることを特徴とする請求項３に記載の振動素子。
【請求項５】
前記構造物は、錐体であ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６】
前記錐体は、円錐、三角錐または四角錐であることを特徴とする請求項５に記載の振動素子。
【請求項７】
前記複数の構造物のそれぞれの高さ１０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１、２、５、６のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項８】
前記複数の構造物が形成される周期は１０ｎｍないし４００ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項９】
前記複数の構造物は、陽極酸化法、ショートピーニング法またはナノインプリントによって形成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項１０】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動素子と、当該振動素子に対して光を出力する光源とを備え、当該光源から出力された光を前記振動素子によって走査することを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
請求項１０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１２】
請求項１０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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動素子、光走査装置およびこれを用いた画像形成装置並びに画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動素子は、光源からの光を走査する手段として光走査装置において使用されることがある。一般に、光走査装置は、トーションバー、光学ミラーおよび磁石を有する振動系の共振を利用して、小さな電力で大きな振幅の光走査を行う。
【０００３】
ところで、特許文献１によれば、主走査方向および副走査方向の双方において光束の幅を光反射面の幅よりも広くしたオーバーフィルドタイプの光学系を有する光走査装置が提案されている。さらに、特許文献１によれば、トーションバー部材の表面などで発生する反射対策が提案されている。具体的には、トーションバー部材の表面を粗面仕上げすることで入射光を乱反射させる手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０７９００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の振動素子ではトーションバーの表面を粗面仕上げすることで光を乱反射させているため、乱反射した光が再び光反射面に入射する可能性がある。粗面仕上げは製品個体ごとにランダムな表面をもたらすため、製品個体ごとに再入射対策を個別に施す必要があり、大量生産に向かない手法である。
【０００６】
そこで、本発明は、粗面仕上げと比較してより効率よく不要な光反射を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、たとえば、光反射面が設けられた揺動体をトーションバーによって支持し、前記揺動体および前記トーションバーの表面のうち前記光反射面を除いた部分に屈折率勾配を有する複数の構造物が設けら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】
本発明では、粗面仕上げと比較してより効率よく不要な光反射を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】光走査装置の平面図である。
【図２】図１に示される光走査装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図１に示される光走査装置を構成する振動素子の振動部のＩＶ−ＩＶ線に沿う拡大断面図である。
【図４】反りがあるトーションバーの理想揺動軸線と揺動体の重心との関係を模式的に示す概念図である。
【図５Ａ】振動素子に低反射構造を形成する箇所を示す図である。
【図５Ｂ】振動素子に低反射構造を形成する箇所を示す図である。
【図６】低反射構造体の一例を示す図である。
【図７】低反射構造体を構成する各構造物の形状を示す図である。
【図８】低反射構造体を構成する各構造物の形状と屈折率との関係を示す図である。
【図９】画像形成装置を示す図である。
【図１０】画像投影装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１ないし図４を用いて振動素子について説明する。図１において振動素子３０の細長いトーションバー３１の一端には揺動体３２が取り付けられており、他端は枠体２１に取り付けられている。トーションバー３１はねじり梁と呼ばれることもある。揺動体３２は、第１の板部材３３、第２の板部材３４によって形成されている。揺動体３２の内部には磁石３５が設けられている。磁界発生部７０は、たとえば、磁石３５に作用する磁界を発生するシートコイルにより構成されている。磁石３５は、揺動体３２またはトーションバー３１に取り付けられた第１磁界発生手段として機能する。また、磁界発生部７０は、第１磁界発生手段に作用する磁界を発生する第２の磁界発生手段であり、第１磁界発生手段と共に揺動体３２を回動させることで、光を光反射面によって走査させる。なお、第１磁界発生手段がコイルにより構成されてもよい。同様に、磁界発生部７０が磁石により構成されてもよい。
【００１１】
図２によれば、振動素子３０は、さらに、ベース２０およびカバー部材４０を備えていることが示されている。揺動体３２には、光源からの光が入射するまたは照射される光反射面３１１が形成されている。ベース２０は、トーションバー３１や磁界発生部７０、カバー部材４０を支持する支持構造体である。枠体２１は、基板２２上に設けられ、基板２２の周縁部を取り囲み、ベース２０の外周縁部を構成している。基板２２上には磁界発生部７０のシートコイルが設けられている。基板２２は、保持部材２３によって保持されている。カバー部材４０は、光学的に透明な部材により形成されている。なお、カバー部材４０のうち、光反射面３１１に対して入射する光が透過する部分だけが光学的に透明な部材により形成されていれば十分である。カバー部材４０は、ベース２０の枠体２１の上に重ね合わされている。カバー部材４０、枠体２１、基板２２および保持部材２３は一体的に接合される。これらによって形成された内部空間Ｓには、棒状の細長いトーションバー３１と、これに支持される揺動体３２が収容されている。
【００１２】
図３によれば、揺動体３２を、トーションバー３１の長さ方向に直交した方向で切断して得られた切断面（ＩＶ−ＩＶ線による切断面）が示されている。揺動体３２は、トーションバー３１の長さ方向の回りに回動する。ここでは、揺動体３２の揺動による光反射面３１１の振れ角をαとしている。第１の板部材３３および第２の板部材３４は、それぞれの接合面３３２、３４２を介して密着接合されている。
【００１３】
図４によれば、理想揺動軸線ＡＲに対して、トーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏが傾いている状態が示されている。図６によれば、画像形成装置２００の感光ドラム２０４と振動素子３０とが示されている。本実施例に係るトーションバー３１は、感光ドラム２０４の回転軸線に対して直交する軸線（以下、これを「理想揺動軸線ＡＲ」という）に沿って延在する。すなわち、理想揺動軸線ＡＲは、図６では、紙面に対して垂直な方向に延在する。理想揺動軸線ＡＲに対してトーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏが傾いていると、走査のずれが生じるため、長手方向軸線Ｏ−Ｏの傾きを規制する規制部材が採用されてもよい。
【００１４】
図４に示すように、トーションバー３１が片持ち梁として支持されるように、トーションバー３１の基端側がベース２０の枠体２１とカバー部材４０との間に固定される。図２が示すように、トーションバー３１の末端は内部空間Ｓ内に配置される磁界発生部７０のシートコイルの中央部分にまで延在している。トーションバー３１の末端側には揺動体３２が固定されている。つまり、トーションバー３１は揺動体３２を支持している。したがって、トーションバー３１の末端側に支持される揺動体３２は、トーションバー３１の長手方向軸線（図２において、Ｏ−Ｏ線で表されている。）を中心として、トーションバー３１の弾性捩れを伴いつつ揺動する。このことから、トーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏが、理想揺動軸線ＡＲと一致させるようにトーションバー３１を形成することが望ましい。図１から図３に示した実施例では、長手方向軸線Ｏ−Ｏが理想揺動軸線ＡＲと一致しているものとして描かれている。
【００１５】
本実施例に係る揺動体３２は、トーションバー３１を挟んで相互に接合される同一寸法形状を有する２枚の矩形状板部材としての第１の板部材３３および第２の板部材３４を含んでいる。第１の板部材３３および第２の板部材３４は、それぞれの接合面３３２、３４２を介して接着剤等により密着接合される。さらに接合面３３２、３４２のそれぞれはトーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏと平行となるように設置される。第１の板部材３３および第２の板部材３４は、それぞれの接合面３３２、３４２が基板２２に形成された磁界発生部７０のシートコイルの平面と略平行となるように、トーションバー３１に対して接合される。
【００１６】
図２および図３に示されているように、光反射面３１１は、第１の板部材３３の接合面３３２と表裏の関係に位置し、カバー部材４０に対向している。つまり、第１の板部材３３の表面が光反射面３１１でありその裏面が接合面３３２となっている。光反射面３１１は、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）などを第１の板部材３３の表面に蒸着することによって形成されてもよいし、予めシリコンウエハのような鏡面加工された板状部材を第１の板部材３３の表面に貼り付けることで形成されてもよい。光反射面３１１は、長手方向軸線Ｏ−Ｏと揺動体３２の重心位置とを含む仮想平面に対して平行に配置される。第１の板部材３３は、このように光反射面３１１を形成されることから光学ミラーを構成しているといえる。
【００１７】
本実施例における素子駆動部は、揺動体３２またはトーションバー３１に固定される磁石３５、ベース２０に設けられている磁界発生部７０のシートコイルおよびシートコイルに交流電流を与える電源回路（不図示）を備えている。素子駆動部は、トーションバー３１、揺動体３２、磁石３５で構成される振動系の共振周波数に対応した交流電流を磁界発生部７０のシートコイルに流し、交番磁界を発生させる。それにより、揺動体３２内部に配置された磁石３５が揺動体３２の光反射面３１１を揺動軸線回りに揺動、すなわち、振れ回すことができる。したがって、この振動系の振幅、すなわち、揺動体３２の光反射面３１１の振れ角αの大きさは、磁界発生部７０のシートコイルに与えられる電流量によって調整可能である。交流電流の波形は、正弦波以外に三角波やパルス出力などであってもよい。
【００１８】
〔迷光防止〕
主走査方向と副走査方向でともに光束の一部がトーションバー３１などに照射されてしまい、そこから反射した光が迷光となって走査面上に入射することがある。これはコントラストの低下やノイズの発生などを画像にもたらすことになる。
【００１９】
反射光を光路外に乱反射する構成にした場合は、再び光路外から反射した光線が走査面に届く可能性も考えられる。よって、これは根本的な解決には至らない。
【００２０】
本実施例では、光反射面３１１が設けられた揺動体３２をトーションバー３１によって支持することで構成された振動素子３０に低反射構造体を設けることを特徴としている。低反射構造体は、たとえば、振動素子３０のうち光反射面３１１を除いた部分の表面に形成ないし取り付けられる。低反射構造体としては、屈折率勾配を有する複数の構造物（例：突起）を有する無反射構造体が採用されてもよい。図５Ａは片支持構造の振動素子を示している。図５Ｂは両支持構造の振動素子を示している。両支持構造の振動素子であっても図１ないし図４に示したような磁石３５をサンドイッチする構造を採用してもよい。その一方で、片支持構造であっても図５Ｂに示すように磁石３５を光反射面３１１の反対側の面に配置してもよい。
【００２１】
図５Ａや図５Ｂが示すように、無反射構造体８０が振動素子３０のうち光反射面３１１を除いた部分の表面に形成される。図６は無反射構造体８０の一例を示す図である。図６が示すように無反射構造体８０は屈折率勾配を有する複数の構造物８１を有している。図７が示すように構造物８１の例としては、円錐型の構造物８１ａ、三角錐型の構造物８１ｂ、四角錐型の構造物８１ｃなどがある。このように構造物８１の一例は錐体である。図８は構造物８１の屈折率勾配を説明するための図である。図８には構造物８１の断面形状と、断面形状に対応する屈折率の変化とが示されている。構造物８１の頂点付近では屈折率ｎａであるが底面に向かうにしたがって屈折率が増大する。この例では底面付近の屈折率をｎｂとしている。なお、屈折率は線形に変化する必要はなく、なだらかな変化であれば十分であり、曲線的な変化であってもよい。
【００２２】
〔反射対策の原理〕
そもそも光の反射は、異なる屈折率を持つ媒質の界面を光が透過する際に発生する。つまり、屈折率差があるために反射が生じる。光が全反射する際の最小の入射角度である臨界角θｃは、θｃ＝ｓｉｎ-1（ｎ１／ｎ２）で表される。（ｎ１、ｎ２は、それぞれの媒質の屈折率）。よって、光の入射角度を臨界角θｃより小さくすれば、全反射を防止できる。
【００２３】
一方、反射を防止する別の方法としては、次のようなものが考えられる。反射低減面として機能する無反射構造体８０は、屈折率が連続的に変化する層と同等の光反射防止効果を発揮する。屈折率勾配を有する構造物８１を有する無反射構造体８０は微視的な範囲ではｎ１≒ｎ２となり、非常に大きな臨界角をもたらす。このため、無反射構造体８０は光の入射角が大きくなっても良好な反射防止効果を得ることができる。
【００２４】
屈折率勾配を有する構造物８１を持つ無反射構造体８０の凹凸周期（Λ）は、たとえば、１０ｎｍ〜４００ｎｍが好ましい。たとえば、Λは、隣接した２つの構造物８１の頂点間の距離である。また、無反射構造層の屈折率をｎとした時、Λ＜４００／ｎ（ｎｍ）がより好ましい。このような条件では理論的に可視光の散乱が起こらない。無反射構造体８０の構造物８１の高さ（深さ）ｈは、１０００ｎｍ以下が好ましい。無反射構造体８０の形状としては、屈折率勾配を有する構造物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択可能である。たとえば、反射防止膜の用途に用いる場合には、図７に示したような円錐型の構造物８１ａ、三角錘型の構造物８１ｂ、四角錘型の構造物８１ｃなどであればよい。つまり、空気界面側（頂点側）がすぼまった一軸方向に波打った型等の形状であれば十分である。また、空気界面（屈折率約１）から支持体（底面側）まで、平均屈折率が連続的に変化する構造物８１であればよい。とりわけ、円錐型のように構造物８１の表面に方向性の少ないもの（なお、三角錐や四角錐は表面が平面により構成されているため方向性が強い）がより好ましい。また、円錐型の構造物８１ａや三角錘型の構造物８１ｂのように高さ方向における屈折率の連続的な変化が直線的(一次関数)であってもよい。
【００２５】
なお、光が、ある物質から他の物質に入射した場合、この２つの物質間に屈折率の差があると、入射した光の一部が反射する。この反射は２つの物質間の屈折率の差が大きいほど大きくなる。したがって、反射を低減するためには２つの物質間での屈折率差を小さくすればよい。たとえば、材質表面に、入射光の波長よりも短い微細構造パターンを形成することで実現可能である。微細構造パターンは、たとえば、波長よりも短い直径を有した複数の穴などである。このような微細構造パターンが形成された材質を空気中に配置した場合、微細構造パターンが形成されている領域では、屈折率の値は見かけ上、空気と基材の各々の値の中間的な値となる。その値は、領域に占める空気の割合が大きいほど空気の屈折率に近くなり、逆に材質の占める割合が大きい場合は、材質の屈折率に近づく。空気と材質の占める割合が、微細構造の深さ方向で連続的に変化するため、見かけの屈折率も、深さ方向で連続的に変化する。屈折率の不連続な変化が生じない限り、光の反射は理論的に生じない。したがって、このような屈折率の勾配が生じる構造物８１を、振動素子３０のうち光反射面３１１を除いた部分の表面に採用することで、余分な反射を低減できる。
【００２６】
〔無反射構造体８０の製作方法〕
トーションバー３１、磁石３５や揺動体３２の側面へ低反射処理を施す方法は、基板材料に依存して選択される。一例として、ショットピーニング法やナノインプリントなどが挙げられるが、この限りではない。なお、ショートピーニング法やナノインプリントに代えて陽極酸化法が採用されてもよい。
【００２７】
ショットピーニング法は、金属基板上への無反射構造体８０の形成方法である。ショットピーニング法は、冷間加工でアモルファス化工程と、低温熱処理してナノ結晶構造を金属材料の表面層に形成する工程とを有している。これにより作成された無反射構造体８０によって実質的に反射を抑えることが可能である。結晶粒子の直径は、金属材料の組成や目的に応じ適宜選択することができる。たとえば、平均直径の範囲が１００ｎｍ以下でかつ１ｎｍ以上とすることで、効率よく反射を低減できる。その他の効果としては、金属材料の強度と耐疲労度を高めることが挙げられ、特に金属製のトーションバー３１を用いた振動素子３０においては、耐久性向上に有効となろう。
【００２８】
ナノインプリントは、金属・ガラス・樹脂基板上への無反射構造体８０の形成方法である。この手法には、無反射構造体８０を形成した複製金型を製作する工程と、基板上へ複製金型の形状を転写する工程とが含まれている。この手法は、無反射構造体８０の構造物８１を製作する際の自由度が高く、反射を低減する効果も大きい。さらに、複製金型により転写される樹脂材料に吸収材を含有させることにより、反射低減効果がより一層向上する。
【００２９】
ガラス基板上への形成方法としては、基板表面にアルミナ薄膜を形成し、熱水処理することより、極めて孔隙性の高い表面モルフォロジー（花弁状組織）を持つアルミナ膜を作製する方法が一例として挙げられる。
【００３０】
なお、トーションバー３１などの基板の材料と無反射構造体８０を形成する材料としては、屈折率の差が小さい材料を採用することで、反射防止効果が大きくなる。
【００３１】
他に、無反射構造体８０によるさらなる効果としては、撥水性が挙げられる。これにより、高温高湿環境下における振動素子３０の耐久性が向上し、振動素子３０の品質も向上するであろう。
【００３２】
図６においては、トーションバー３１や磁石３５、揺動体３２の側面に対してナノインプリントを用い円錐型のパターンを連続的に形成し、無反射構造体８０を実現した。但し、振動素子３０のうち屈折率勾配を有する構造物８１が形成され部分は、光反射面３１１以外の部分であれば十分である。すなわち、本実施例では、光反射面３１１の近傍の表面だけに構造物８１が形成されるだけでも十分な効果が得られよう。
【００３３】
以上のように、無反射構造体８０を形成した振動素子３０にて駆動評価を実施したところ、不要な反射光が光路外へ乱反射することがほとんどなくなり、コントラストの低下やノイズの発生など画像に対する悪影響が削減された。
【００３４】
〔その他〕
以上、本発明の実施例について記述したが、本発明は上記の実施例に何ら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において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。
【００３５】
〔材料など〕
次に、振動素子３０を構成するトーションバー３１、揺動体３２、磁石３５などの材料について以下に述べる。
【００３６】
トーションバー３１を構成する材料としては、たとえば、加工硬化処理および時効硬化処理が施された加工硬化および時効硬化型のコバルト（Ｃｏ）−ニッケル（Ｎｉ）基合金が好適である。ここでいうＣｏ−Ｎｉ基合金とは、ＣｏおよびＮｉを含有する金属合金である。Ｃｏ−Ｎｉ基合金は、好ましくは、積層欠陥エネルギーを低下させるクロム（Ｃｒ）と、マトリクスの固溶強化や、偏析により転位を固着して時効および加工硬化能の向上に寄与する溶質元素としてモリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）などを含む。本実施例では、Ｃｏ−Ｎｉ基合金として、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金やＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ合金などを例示することができる。また、これらの合金は、溶質元素として同様の働きをするニオブ（Ｎｂ）、面心立方格子相を安定化させて積層欠陥エネルギーを低下させるマンガン（Ｍｎ）、マトリクスの強化と積層欠陥エネルギーの低下に寄与するタングステン（Ｗ）などを含むことができる。さらに、これらの合金は、鋳塊組織の微細化や強度向上に寄与するチタン（Ｔｉ）、熱間加工性を改善するボロン（Ｂ）およびマグネシウム（Ｍｇ）、マトリクスに固溶してＣｒ、Ｍｏ、Ｎｂなどと炭化物を形成し、粒界を強化する炭素（Ｃ）などを含むことができる。
【００３７】
Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金を用いた場合、その主要組成の重量比は、Ｃｏ：２０．０〜５０．０％、Ｎｉ：２０．０〜４５．０％、Ｃｒ／Ｍｏ：２０．０〜４０．０％（Ｃｒ：１８〜２６％、Ｍｏ：３〜１１％）であることが好ましい。特に、Ｃｏ：３１．０〜３７．３％、Ｎｉ：３１．４〜３３．４％、Ｃｒ：１９．５〜２０．５％、Ｍｏ：９．５〜１０．５％とするのがさらに好ましい。
【００３８】
このＣｏ−Ｎｉ基合金をトーションバー３１の製品形状に加工するとともに、当該加工に伴って硬化処理を施して内部残留歪みを与えた後、時効硬化処理を施すことによって所望のトーションバー３１を得ることができる。
【００３９】
より具体的には、溶製後に熱間鍛造や均質化熱処理などの工程を経て得られた少なくともＣｏおよびＮｉを含むマトリクスに置換型の溶質元素を含有する出発原料から、冷間圧延による加工硬化処理を経てＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金材料を得る。この合金材料は、圧延方向に集合組織が形成され、圧延方向と直交する方向に集合組織が形成される。したがって、本実施形態のトーションバー３１として採用する場合、プレス加工、レーザー加工、ダイス加工、ワイヤーカット、超塑性加工などによって圧延方向と直交する方向がトーションバー３１の長手方向となるように切り出して製品形状に加工する。また、これらの加工に伴って、硬化処理を施して内部残留歪みを与えた後、真空中または還元雰囲気にて時効硬化処理を施すことによって所望のトーションバー３１を得ることができる。この時効硬化処理は、４００℃〜７００℃の温度で数十分から数時間程度（たとえば、５５０℃で２時間）行うのが最適であるが、処理時間を短縮するために、たとえば、強磁場中での熱処理を用いることも有効である。
【００４０】
これにより、高強度かつ振動減衰能が低く、しかも弾性限界の高い良好な振動特性を有するトーションバー３１を得ることができる。このような非磁性で加工硬化および時効硬化型のＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金としては、たとえば、Ｃｏ：３５％、Ｎｉ：３２％、Ｃｒ：２０％、Ｍｏ：１０％の組成を有するセイコーインスツル株式会社のＳＰＲＯＮ５１０（商品名：ＳＰＲＯＮは、登録商標である。）を挙げることができる。
【００４１】
このようにして、共振周波数が尖鋭且つ振動が共振周波数に対して線対称となるような特性、すなわちＱ値が高く（たとえば、１０００以上）且つバネ特性の非線形性が非常に小さなトーションバー３１を得ることができる。このようなトーションバー３１は、振動変形による最大歪みが３×１０−３ｍｍ程度まで大きくなっても不安定性を生じることがなく、消費電力が少ない振動素子３０を実現することができる。したがって、本実施例における画像形成装置２００は、所望の疲労特性および振動特性を確保しつつ小型化することが可能であり、ジッターなどの不安定性を低減させて安定したレーザー光の走査が可能であり、走査角の高精度な制御が可能となる。
【００４２】
なお、本実施例では、非磁性を示すＣｏ−Ｎｉ基合金にてトーションバー３１を形成しているが、これは、揺動体３２をトーションバー３１とともに揺動させる手段として、磁石と交番磁界を用いた場合、安定した駆動を実現することができるからである。したがって、素子駆動部２０７として、交番磁界以外の手段、たとえば、圧電素子などを利用することも可能である。トーションバー３１の材料としては、バネ材料として一般的に用いられるＳＵＳ ３０１、３０２、３０４、３１６、６３１、６３２などのステンレス鋼、バネ鋼（ＳＵＰ）、ピアノ線（ＳＷＰ）、バネ用炭素鋼のオイルテンパー線（ＳＷＯ）などを採用し得る。さらには、バネ用シリコンクロム鋼のオイルテンパー線（ＳＷＯＳＣ）、バネ用ベリリウム銅合金（Ｃ１７００、Ｃ１７２０）、バネ用チタン銅合金（Ｃ１９９０）、バネ用リン青銅（Ｃ５２１０）、バネ用洋白（Ｃ７７０１）なども採用することができる。
【００４３】
揺動体３２を構成する材料としては、アルミナ、ジルコニア、ベリリウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、サファイア、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、ガラス、樹脂などの非磁性体を利用することができる。さらに、これらの表面を鏡面化することによって該表面を光反射面３１１として利用することも可能である。
【００４４】
揺動体３２を構成する第１の板部材３３の上面に形成される光反射面３１１については、上述したように、反射率を向上させるために、ＡｌやＡｕなどを蒸着やスパッタといった真空蒸着法によって形成してもよい。また、たとえば、チタン（Ｔｉ）、Ａｌ、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、Ａｕなどの金属膜が用いられてもよい。
【００４５】
しかしながら、金属膜は、その表面が比較的傷付き易く、また、酸化し易い。よって、金属膜のみで光反射面３１１を形成すると、徐々に反射率が低下してしまう。そこで、金属膜を保護するための保護膜が必要となる場合がある。また、金属膜単層では光反射面３１１として所望の反射率が得られない恐れもある。したがって、保護膜に増反射膜としての機能を持たせ、光反射面３１１全体としての反射率を高めることができれば、金属膜を保護しつつ、光の利用効率をあげることができる。
【００４６】
増反射膜は、たとえば、誘電体の低屈折率材料と高屈折率材料を組み合わせて積層することで形成される。低屈折率材料としては、たとえば、ＳｉＯ２やＭｇＦ２がある。高屈折率材料としては、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５などがある。但し、Ａｌ２Ｏ３のような中間屈折率材料を積層してもよい。なお、増反射膜の材料をこれらのみに限る必要はなく、適宜最適な材料を選択することができる。
【００４７】
また、揺動体３２とともにトーションバー３１に取り付けられる磁石３５は、できるだけ小型軽量であって高い保持力を有することが好ましく、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系やＳｍ−Ｃｏ系の希土類磁石などが好適である。しかしながら、磁石３５は、アルニコ磁石、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｖ合金磁石、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金磁石、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｃｏ合金磁石、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ磁石、Ｐｔ−Ｃｏ磁石などであってもよい。さらには、磁石３５は、ハードフェライト（ＢａフェライトやＳｒフェライト）などの焼結磁石やボンド磁石の他にスパッタ法などで形成した薄膜磁石であってもよく、材質や製造方法または形状などで特に制限されるものはない。
【００４８】
以上で説明したように、振動素子３０は、光反射面３１１が設けられた揺動体３２をトーションバー３１によって支持し、揺動体３２およびトーションバー３１の表面のうち光反射面３１１を除いた部分に屈折率勾配を有する複数の構造物８１が設けられている。複数の構造物８１は低反射構造体ないしは無反射構造体８０を構成するため、粗面仕上げと比較してより効率よく不要な光反射を低減することができる。
【００４９】
振動素子３０は、揺動体３２またはトーションバー３１に取り付けられた磁石３５と磁石３５が発生する磁界に対応した磁界を発生し、トーションバー３１を変形させて揺動体３２を回動させることで、光を光反射面３１１によって走査させる磁界発生部７０とを有していてもよい。この場合、複数の構造物８１は、揺動体３２、トーションバー３１および磁石３５の表面のうちのいずれかであって、かつ、光反射面３１１を除く部分に設けられうる。
【００５０】
複数の構造物８１は、たとえば、入射光の波長（可視光域波長）よりも短い微細構造であってもよい。このような微細構造が存在すると、入射光の反射が発生しにくくなる。よって、不要な光反射を低減することができる。なお、微細構造は１０００ｎｍ以下の深さの穴とすることで、効率よく不要な光反射を低減できる。
【００５１】
複数の構造物８１は、たとえば、錐体などの突起であってもよい。錐体は、たとえば、円錐、三角錐または四角錐である。図８を用いて説明したように、このような錐体は屈折率勾配を有しているため、効率よく反射を抑制できる。複数の構造物８１のそれぞれの高さを１０００ｎｍ以下とすることで、可視光の反射を効率よく低減できる。複数の構造物８１が形成される周期（ピッチ）は１０ｎｍないし４００ｎｍとすればよい。なお、このピッチは使用される光源の波長に応じて適宜選択される。
【００５２】
複数の構造物８１は、陽極酸化法、ショートピーニング法またはナノインプリントによって形成可能である。これらの手法は効率よく複数の構造物８１を製造する上で非常に有用である。
【００５３】
また、これらの振動素子３０を光走査装置に搭載すれば、コントラストの低下やノイズの発生しにくい光走査を実現できる。
【００５４】
〔画像形成装置〕
上述した振動素子３０の揺動体３２に光反射面３１１を形成することで、振動素子３０は光走査装置として機能する。光走査装置は、たとえば、画像形成装置や画像投影装置としてさらに応用できる。ここでは、まず、画像形成装置について説明する。
【００５５】
図９に本実施例における電子写真方式の画像形成装置２００を示す。感光ドラム２０４は、静電潜像やトナー画像を担持する像担持体である。感光ドラム２０４は、帯電部によって一様に帯電したあとに、露光部２１０によって光を照射され、静電潜像を形成される。静電潜像は、現像部によってトナー画像へと現像される。トナー画像は転写部によって記録媒体上に転写される。さらに、定着部においてトナー画像は記録媒体上に定着する。  
【００５６】
露光部２１０は、光走査装置２２０、周知のコリメータ光学系２０２およびｆθレンズ２０３を備えている。光走査装置２２０は、画像情報に対応したパルス状のレーザー光Ｌを発振するためのレーザー光源２０１や上述した振動素子３０を備えている。振動素子３０が備える揺動体３２の光反射面３１１が揺動することで、感光ドラム２０４の回転軸線と平行な方向にレーザー光Ｌが移動する。
【００５７】
ＢＤセンサ２０５は感光ドラム２０４の回転軸方向の両端に設けられており、レーザー光Ｌが入射したときに制御装置２０６へ検出信号を送出する。制御装置２０６は、ＢＤセンサ２０５の検出信号に基づいて、素子駆動部２０７を駆動するための制御信号を出力する。素子駆動部２０７は、制御信号にしたがって振動素子３０を駆動する。とりわけ、制御装置２０６は、振動素子３０の揺動体３２の揺動による光反射面３１１の振れ角αが感光ドラム２０４の表面の所定範囲内に収まるように、一対のＢＤセンサ２０５からの検出信号に基づいて素子駆動部２０７の出力電流をフィードバック制御する。
【００５８】
画像信号に応じてレーザー光源２０１から出射するパルス状のレーザー光Ｌは、コリメータ光学系２０２を通って振動素子３０の揺動体３２の光反射面３１１に入射する。この光反射面３１１にて反射したレーザー光は、ｆθレンズ２０３を介して感光ドラム２０４の表面に照射される。振動素子３０の揺動体３２の光反射面３１１が揺動軸線、すなわちトーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏ、の回りに揺動（振動）する。これにより、レーザー光Ｌが感光ドラム２０４の回転軸線と平行な方向に走査される。さらに、感光ドラム２０４も回転することで、画像情報、すなわち、静電潜像が感光ドラム２０４の表面に形成されることになる。
【００５９】
本実施例の画像形成装置２００は上述した振動素子３０を採用している。つまり、振動素子３０のうち光反射面３１１を除く部分に低反射構造体の一例である無反射構造体８０が設けられている。これにより、迷光を低減でき、画像形成装置２００により記録媒体上に形成される画像の品質も安定するようになる。
【００６０】
〔画像投影装置〕
実施例にかかる振動素子３０を、オーバーヘッドプロジェクターなどの画像投影装置３００に適用した実施例について図１０を用いて説明する。本実施例においては、画像形成装置２００に適用した実施例と同一の機能を有する構成要素については同一符号を記すに止め、重複する説明を省略する。
【００６１】
画像投影装置３００は、光源３０１、光走査装置２２０、光源３０１からの光を所定方向に変更させる光偏向装置３０２およびこの光偏向装置３０２により偏向した光が照射されるスクリーン３０４を備えている。光走査装置２２０は、スクリーン３０４に対して水平方向に光を走査し、光偏向装置３０２は、スクリーン３０４に対して垂直方向に光を走査する。このようにして、２次元走査が実現される。この光偏向装置３０２による光の偏向速度は、振動素子３０の揺動体３２の振動周期よりも相対的に遅くすることができる。よって、光偏向装置３０２は、制御装置２０６によって制御されるガルバノミラーで実現できる。
【００６２】
ＲＧＢ三原色を含む光源３０１から出射する光は、振動素子３０および光偏向装置３０２により２次元走査され、スクリーン３０４に画像として投射される。振動素子３０の主要部を構成する揺動体３２の光反射面３１１の振れ角αは、制御装置２０６から出力される制御信号に基づいて素子駆動部２０７により調整される。また、光偏向装置３０２も同様に、制御装置２０６からの出力に基づき、揺動体３２の理想揺動軸線に対して直行する軸線回りの振れ角が制御される。制御装置２０６には、スクリーン３０４に投影される画像情報が入力部３０３から伝達され、光源３０１からスクリーン３０４に至る光路の距離に関する情報が測距部３０５から入力される。制御装置２０６は、これら入力部３０３および測距部３０５からの情報に応じた投影画角や拡大率などの設定、像の大きさやその縦横比に基づき、振動素子３０および光偏向装置３０２の走査角をそれぞれ変更する。なお、画像の拡大率は、走査角を変更せずとも光源３０１に対する通電のオン／オフ制御によっても可能である。しかしながら、走査角を変更することによって光源３０１のオフ時間を減らすことで、高輝度の画像をスクリーン３０４に投影することができる。
【００６３】
本実施例の画像投影装置３００も、加工硬化および時効硬化型のＣｏ−Ｎｉ基合金からなるトーションバー（不図示）に揺動体を固定しているため、小型化に加えてジッターなどの不安定性を低減でき、走査角を変更した場合でも安定した動作が可能である。また、振動減衰率の歪み振幅依存性が小さいため、走査角を大きくした場合の急激な消費電力の増加も起こらない。さらに、光の有効利用によって光源３０１の駆動電力を低減することができる。これらのことから、小型化と併せて、素子駆動部２０７や電源の容量を低減させることが可能となり、小型で投影画角の大きな高性能の画像投影装置３００を実現することができる。
【００６４】
とりわけ、本実施例の画像投影装置３００は上述した振動素子３０を採用している。つまり、振動素子３０のうち光反射面３１１を除く部分に低反射構造体の一例である無反射構造体８０が設けられている。これにより、迷光を低減でき、画像投影装置３００により投影される画像の品質も安定するようになる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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