(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を反射するミラーと、該ミラーを支持する弾性支持手段と、該弾性支持手段を捻り変形させて上記ミラーを回動させる駆動手段とを備え、一端は前記ミラーの端部の一部に取り付けられ、他端は自由端であり、かつ長手方向に延びた変形可能な検出部材を設け、該検出部材に圧電部材を固着し、前記ミラーの揺動に伴い前記圧電部材に発生するピーク間電圧に基づいて前記ミラーの最大回転角度を検出する光偏向装置において、
前記検出部材の厚さは、前記弾性支持手段を構成する部材の厚さより薄いことを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】
請求項１記載の光偏向装置において、
前記検出部材の固定端は、前記弾性支持手段によって前記ミラーを支持する支持箇所の近傍に取り付けられていることを特徴とする光偏向装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光偏向装置において、
前記検出部材の自由端の先端に錘を設けることを特徴とする光偏向装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光偏向装置において、
前記検出部材は、前記ミラーの回転中心軸と直交する長手方向に延びて形成されていることを特徴とする光偏向装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の光偏向装置において、
前記検出部材の固定端は、前記ミラーの回転の略中心軸上に配置されていることを特徴とする光偏向装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の光偏向装置において、
前記弾性支持手段は、一端が前記ミラーの一方側に接続された第１の弾性支持部材と、一端が前記ミラーの他方側に接続された第２の弾性支持部材とを備えることを特徴とする光偏向装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の光偏向装置において、
前記弾性支持手段は、前記ミラーの回転の中心軸に直交する方向を長手方向とする複数の部材が繰り返され各部材が接続された蛇行状を形成し、前記各部材上に複数の圧電部材が固着されていることを特徴とする光偏向装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかに記載の光偏向装置において、
前記検出部材を複数設けることを特徴とする光偏向装置。
【請求項９】
光源と、該光源からの光ビームを往復偏向させる請求項１〜８のいずれかに記載の光偏向装置と、該光偏向装置により偏向された光ビームを被走査面に結像する結像光学系と、を備えることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項９記載の光走査装置と、該光走査装置による光ビームの走査により潜像を形成する像担持体と、該像担持体上の潜像をトナーで顕像化する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を直接又は中間転写体を介して記録材に転写する転写手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
光源と、該光源から光を画像信号に応じて変調する変調器と、請求項１〜８のいずれかに記載の光偏向装置と、を有す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、光源からの光を反射するミラーを支持する弾性支持部材を捻り変形させてミラーを回動させる光偏向装置、それを用いる光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の光偏向装置において、ミラーを駆動する方法として、静電力、電磁力、あるいは圧電力を用いたものなどがある。これらの中で、小さな電力で大きな力を発生可能な圧電力を用いた方法が多く採用されている。この圧電力を用いた方法では、弾性支持部材であるトーションバースプリングに支持されたミラーと、トーションバースプリングを捻り変形させてミラーを揺動させるための圧電部材を有する駆動手段とを備えている。駆動手段の圧電部材に駆動電圧を印加して圧電部材の圧電変位によってトーションバースプリングが捻り変形し、トーションバースプリングを軸としてミラーが揺動する。この光偏向装置の各構成部材はマイクロマシニング技術で形成され、モータを使ってポリゴンミラーを回転させる光走査装置と比較し、構造が簡単で半導体プロセスでの一括形成が可能なため小型化が容易で製造コストも低い。また、単一の反射面を利用するため、ポリゴンミラーのように反射面毎の精度のばらつきがなく高精度な偏向走査が可能となる等の効果を期待できる。
【０００３】
この光偏向装置を様々な応用分野に適用する場合、駆動系や支持系の製造上のばらつき、温度等の環境変化などが影響し、駆動電圧に対して実際のミラーの動きが一定とならないことがシステム上問題となる。そのため、往復揺動するミラーの動きを検出し、検出結果に基づいて駆動電圧を制御することが必要となっている。
【０００４】
ミラーの動きを検出する方法として、ミラーの最大回転角度を検出する方法、例えば回動するミラーにより往復走査された光を、ミラーの最大回転角度に対応する位置の近傍に設けたセンサで検出する方法がある。この検出方法ではミラーから離れた位置にセンサを設けるため装置全体が大きくなってしまう。この不具合を考慮し、検出機構をミラー自体に設ける方法が提案されている。例えば特許文献１の光偏向装置では、２つのトーションバースプリングの一端にはミラーが固定され、各トーションバースプリングの他端にはトーションバースプリングを捻るための、圧電部材を有する駆動手段が取り付けられている。ミラーは変形可能な部材で形成された板状の構造体の一方の面に形成されている。そして、駆動手段を駆動させて、トーションバースプリングを捻ることにより、トーションバースプリングとの各固定端を結ぶ軸で回動して光源からミラーへ入射した光を所定の偏向幅で偏向走査することができる。そして、板状の上記構造体の一方の面と同一の面上であってミラーが形成されていない箇所に、ミラーの動きを検出する検出部材が設けられ、この検出部材には圧電部材が固着されている。この検出部材がミラーの回動と共に回動することで、ミラーの回動の振幅変動に対応した任意の振幅を有する慣性力が上記構造体に働く。このため、上記構造体にもミラーの回動の振幅変動に対応した変位が生じる。そして、検出部材に固着されている圧電部材にも振幅変動の変位が生じ、この変位によって圧電効果による分極が発生し圧電部材に振幅を有する電圧変動が生じる。この電圧変動はミラーの最大回転角度範囲に相関するため、ピーク間電圧値を測定することでミラーの最大回転角度を検出することができる。
【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、上記特許文献１では、検出部材及びミラーが共に板状の上記構造体の同一面上に設けられている。検出部材の検出感度を大きくするために検出部材を変形し易くすると、検出部材の変形が上記構造体を変形させる。これに伴ってミラーも平面精度の許容値以上に変形し、ミラーにおける反射面の平面精度が低下する。逆に、ミラーにおける反射面の平面精度を確保するために検出部材を変形しにくくすると検出部材の検出感度が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、ミラーの最大回転角度を検出する検出部材の検出感度を大きくしてもミラーにおける反射面の平面精度の低下を抑制できる光偏向装置、該光偏向装置を用いた光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、光源からの光を反射するミラーと、該ミラーを支持する弾性支持手段と、該弾性支持手段を捻り変形させて上記ミラーを回動させる駆動手段とを備え、一端は前記ミラーの端部の一部に取り付けられ、他端は自由端であり、かつ長手方向に延びた変形可能な検出部材を設け、該検出部材に圧電部材を固着し、前記ミラーの揺動に伴い前記圧電部材に発生するピーク間電圧に基づいて前記ミラーの最大回転角度を検出する光偏向装置において、前記検出部材の厚さは、前記弾性支持手段を構成する部材の厚さより薄いことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の光偏向装置において、前記検出部材の固定端は、前記弾性支持手段によって前記ミラーを支持する箇所の近傍であることを特徴とするものである。
更に、請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の光偏向装置において、前記検出部材の自由端の先端に錘を設けることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の光偏向装置において、前記検出部材は、前記ミラーの回転中心軸と直交する長手方向に延びて形成されていることを特徴とするものである。
更に、請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の光偏向装置において、前記検出部材の固定端は、前記ミラーの回転の略中心軸上に配置されていることを特徴とするものである。
更に、請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の光偏向装置において、前記弾性支持手段は、一端が前記ミラーの一方側に接続された第１の弾性支持部材と、一端が前記ミラーの他方側に接続された第２の弾性支持部材とを備えることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の光偏向装置において、前記弾性支持手段は、前記ミラーの回転の中心軸に直交する方向を長手方向とする複数の部材が繰り返され各部材が接続された蛇行状を形成し、前記各部材上に複数の圧電部材が固着されていることを特徴とするものである。
更に、請求項８の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の光偏向装置において、前記検出部材を複数設けることを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、光源と、該光源からの光ビームを往復偏向させる請求項１〜８のいずれかに記載の光偏向装置と、該光偏向装置により偏向された光ビームを被走査面に結像する結像光学系と、を備えることを特徴とするものである。
更に、請求項１０の発明は、請求項９記載の光走査装置と、該光走査装置による光ビームの走査により潜像を形成する像担持体と、該像担持体上の潜像をトナーで顕像化する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を直接又は中間転写体を介して記録材に転写する転写手段と、を有することを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、光源と、該光源から光を画像信号に応じて変調する変調器と、請求項１〜８のいずれかに記載の光偏向装置と、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明においては、変形可能な検出部材の一端は固定端としてミラーの端部の一部に取り付けられ、他端は固定端から長手方向に延びている自由端となっている。ミラーが弾性支持部材の捻りによって揺動すると、検出部材の自由端には慣性力が働き検出部材全体はミラーの揺動に応じて揺動し歪む。検出部材には圧電部材が固着されているので、歪む検出部材に伴い圧電部材も歪む。この圧電部材の歪みはミラーの揺動に応じた振幅を有し、圧電部材の圧電効果によって振幅変動のある電圧が発生する。この発生した電圧のピーク間電圧値を測定することでミラーの最大回転角度を検出できる。そして、検出部材の一端だけがミラーの端部の一部に取り付けられているので、検出部材とミラーとの接触面積は非常に小さい。このため、検出部材の歪みはミラー側には影響しにくい。これにより、検出部材の検出感度を大きくするために検出部材を変形し易くしたとしても検出部材の歪みがミラーの反射面に及ぼす影響は少なく、反射面の平面精度の低下は抑制される。
【発明の効果】
【０００９】
以上、本発明によれば、ミラーの最大回転角度を検出する検出部材の検出感度を大きくしてもミラーにおける反射面の平面精度の低下を抑制できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の光走査装置における光偏向装置の構成を示す斜視図である。
【図２】駆動梁の構造説明図である。
【図３】光偏向装置の駆動信号波形を示す波形図である。
【図４】図１の部分拡大図である。
【図５】本実施形態の光走査装置における光偏向装置の変形例を示す斜視図である。
【図６】図５の部分平面図である。
【図７】本実施形態の光走査装置における光偏向装置の別の変形例を示す斜視図である。
【図８】図７の部分拡大斜視図である。
【図９】実施形態における検出部材の変形例を示す斜視図である。
【図１０】実施形態の光偏向装置を利用した光走査装置を有する光書込みユニットを示す概略斜視図である。
【図１１】光偏向装置の駆動手段を示す斜視図である。
【図１２】光書込装置を搭載した画像形成装置の構成を示す概略断面図である。
【図１３】実施形態の光偏向装置を搭載した画像投影装置の概念図である。
【図１４】画像投影装置の全体斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した光走査装置の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施形態の光走査装置における光偏向装置の構成を示す斜視図である。同図に示す光偏向装置１０は、１方向に光を偏向する圧電駆動方式の光偏向装置である。光偏向装置１０は、光を反射させる反射面１１を有するミラー１２を有している。このミラー１２の両側には、ミラー１２の重心からΔＳ（図示せず）だけオフセットされた点を通るトーション軸（図中一点鎖線で示す）に沿って変形可能な弾性支持部材であるトーションバースプリング１３がそれぞれ接続されている。つまり、トーション軸はミラー１２の重心を通る回転中心軸（図中二点鎖線で示す）とΔＳの離間された平行線となる。各トーションバースプリング１３においてミラー１２と接続されている端部の反対側の端部はそれぞれ固定ベース１４に接続されている。なお、トーション軸が回転中心軸と一致してもよい。また、各トーションバースプリング１３の固定ベース１４との接続端部の近傍には、駆動梁１５ａ、１５ｂがそれぞれ接続されている。これら駆動梁１５ａ、１５ｂは、その長手方向がトーションバースプリング１３の軸と略直交する向きに延び、トーションバースプリング１３と接続している接続部分Ａの両側の端部はそれぞれ固定ベース１４に接続部分Ｂで接続されている。
【００１２】
本実施形態ではMEMS（micro electro mechanical systems）プロセスによって加工することで、図１に示すミラー１２、トーションバースプリング１３、駆動梁１５を一体で形成している。ミラー１２はシリコン基板の表面にアルミニウムなどの金属の薄膜を形成する（図示せず）ことによって反射面を形成している。駆動梁１５は平板状のユニモルフ構造となっており、後述する支持梁となる片面に圧電部材が積層された構造となっている。
【００１３】
ユニモルフ構造の部分の支持梁の厚さは薄いほうが変形し易いが、図１のミラー１２は薄いと反射面が変形し光学的な波面が劣化してしまう、そこで、ＳＯＩ基板を用いて支持梁は活性層部分のみを残して薄く形成し、ミラー１２はＳＯＩ基板の活性層と支持基板両方の厚さになるように構成されている。本実施形態では活性層の厚さは０．０５［ｍｍ］、支持基板の厚さは０．３［ｍｍ］としている。図１のトーションバースプリング１３の部分の厚さは、ＳＯＩ基板の活性層の厚さになるように構成してあるが必要な共振周波数やレイアウト上の設計次第で、支持基板部分のみの厚さ、もしくは両方の厚さにしても良い。
【００１４】
次に、駆動梁の詳細な構成を説明する。図２は駆動梁の構造説明図である。同図の（ａ）は支持梁上に下部電極、圧電部材、上部電極の順に形成した状態を示す要部平面図、同図の（ｂ）は同図の（ａ）に更に絶縁層を設けた状態を示す要部平面図、同図の（ｃ）は同図の（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。同図に示すように、駆動梁１５は、支持梁１５−１の上に、接着層１５−２、下部電極１５−３、圧電部材１５−４、上部電極１５−５の順でスパッタにより成膜して積層し必要な部分だけが残るようにエッチング加工することで形成されている。接着層１５−２の材料はチタン（Ti）を使用し、下部電極１５−３及び上部電極１５−５は白金（Pt）を使用している。そして、圧電部材１５−４の材料はチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）を使用している。下部電極１５−３は駆動梁１５の接続部分Ｂから更に固定ベース１４側まで延びて配線されている。固定ベース１４及び駆動梁１５の全体は絶縁層１５−６で覆われている。駆動梁１５の接続部分Ｂから更に固定ベース１４側まで延びている下部電極１５−３からの配線は絶縁膜１５−６の一部を露出させて形成したランド部１５−７から引き出されている。下部電極１５−３と上部電極１５−５との間に電圧を印加すると、圧電部材１５−４が圧電特性により、支持梁１５−１の表面の面内方向に伸縮することで駆動梁１５の全体が反り変形するようになっている。
【００１５】
そして、光偏向装置の駆動信号波形を示す図３のように、２つの駆動梁駆動梁１５ａ、１５ｂに積層されている２つの圧電部材１５−４に、位相の反転した駆動信号（駆動電圧）を与えることで、２つの圧電部材１５−４は時間的に交互に変形し、図１の各トーションバースプリング１３の軸を中心とする捻り方向の振動を加えることでミラー１２を揺動回転する。つまり、本実施形態の光偏向装置１０にはトーションバースプリング１３のトーション軸と平行な回転中心軸を中心としてミラー１２が回転する振動モードが存在し、その共振周波数はトーションバースプリング１３の剛性とミラー１２の慣性モーメントで定まる。厳密にはミラー１２の回転モードの共振周波数には駆動梁１５の剛性等も影響している。この回転モードの共振周波数に近い周波数の正弦波、もしくはパルス波で駆動梁１５を駆動することで、トーションバースプリング１３と駆動梁１５の接続部分は上下に振動する。上述したように、ミラー１２の重心とトーションバースプリング１３のトーション軸がオフセットされているため、接続部分の上下振動によりミラー１２の回転モードが励起され、小さな駆動電力で大きなミラーの回転振幅を得ることができる。
【００１６】
そして、本実施形態では、図１に示すように、板状のミラー１２の端部の一部には検出部材１６ａ、１６ｂの一端が取り付けられている。そして、図１の部分拡大図である図４に示すように、各検出部材１６ａ、１６ｂも駆動梁１５と同様にユニモルフ構造となっており、片面に圧電部材１６−１が積層され形成されている。この検出部材１６ａ、１６ｂでは、接続部分Ｃにおいて固定端１６−４がミラー１２の端部の一部に接続されている。検出部材１６ａ、１６ｂは変形可能な部材で形成され、自由端は固定端からミラー１２の回転中心軸と略直交する方向である長手方向に延びている。略直交する方向でなく所定の角度を持たせた方向であればよい。そして、ミラー１２が所定の振幅で揺動すると、固定端１６−４を支点にして検出部材１６も所定の振幅で揺動する。このため、圧電部材１６−１が伸縮するので、この圧電部材１６−１の上下面に電位差を生じる。この電位差はミラー１２の回転角度とある一定の相関をもっているため、電位差信号を演算することでミラー１２の最大回転角度を検出することが可能となっている。光偏向装置１０におけるミラー１２の振幅は、構造体の寸法ばらつきや、圧電部材の特性ばらつきによって駆動電圧に対応した振幅が得られるとは限らないため、本実施形態における検出信号を利用することによって、システムに必要な振幅となるように制御することが可能となる。検出部材の両面に圧電部材を固着した場合は各圧電部材のピーク間電圧値に基づいてミラー１２の最大回転角度を検出する。
【００１７】
また、ミラー１２の動作に対して、図４に示す検出部材１６の梁部材１６−２の変形量が小さいと十分なＳ／Ｎが取れない。ミラー１２の動作に対して、検出部材１６の梁部材１６−２の変形量が大きくなるように、梁部材１６−２の長手方向はミラー１２の揺動回転の中心軸と略直交する方向に形成されている。更に、梁部材１６−２の自由端の先端に錘１６−３を設けることによって、変形量が大きくなり良好な信号を得ることができる。ミラー１２と固定端１６−４との接続部分Ｃはトーションバースプリング１３に近いため、ミラー１２の揺動を感度よく検出部材１６に伝えられ、更にはかつ接触面積も小さいため、反射面１１に対して影響する変位を最小限に抑えられている。これにより、ミラー部の回転角度を感度良く検出でき、ミラー１２の平面精度の低下を抑制することができる。
【００１８】
図５は本実施形態の光走査装置における光偏向装置の変形例を示す斜視図である。図６は部分平面図である。両図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図５、図６に示す光偏向装置２０において、各駆動梁２１ａ、２１ｂは、その長手方向が回転中心軸に対し同じ方向のみに延び、トーションバースプリング１３と接続している接続部分Ｃの方側の端部はそれぞれ固定ベース１４に接続部分Ｄで接続されている。光偏向装置２０は、トーションバースプリング１３及び駆動梁２１という細長い片持ち梁で支えられている。このような構成の光偏向装置２０には、各駆動梁２１ａ、２１ｂと同じ長手方向に延びた各検出部材２２ａ、２２ｂが設けられている。本実施形態における検出信号を利用することによって、システムに必要な振幅となるように制御することが可能となる。
【００１９】
図７は本実施形態の光走査装置における光偏向装置の別の変形例を示す斜視図である。図８は図７の部分拡大斜視図である。両図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。駆動梁における平板状のユニモルフ構造の変形量は微小であるため、１本の駆動梁の変位角度は非常に小さい。そこで、図７及び図８に示すように、光偏向装置３０では、駆動梁を複数折り返して蛇行状の駆動梁３１を形成し、駆動梁３１の変位を累積させる構造が知られている。非共振の光偏向装置の検出は共振の場合に比べて個々の微小な変位を検出することは難しい。そこで、図７及び図８に示すように、検出部材３２ａ、３２ｂの可動部の動きを直接検出することで良好な検出信号を得ることができる。また、検出信号を大きくするために、検出部材３２ａ、３２ｂのユニモルフ構造の梁部分を支持構造体（活性層）上に構造用の膜を形成して変形し易くしてもよい。
【００２０】
図９に示すように、上記実施形態における検出部材１６の圧電部材１６−１の梁部材を薄く形成し、圧電部材１６−１の裏面には構造膜１６−５及び支持構造体１６−６が設けられている。また、実施形態においてミラー１２を支持する弾性支持部材はトーションバネスプリング１３を用いているが、捻りではなく撓み構造による弾性支持部材を用いることもできる。
【００２１】
次に、上記実施形態で１方向に光を偏向する光偏向装置を説明したが、この光偏向装置を用いて光書き込みユニットおよび画像形成装置を構成した実施例を図１０〜図１４に示す。
図１０は実施形態の光偏向装置を利用した光走査装置を有する光書込みユニットを示す概略斜視図である。同図に示す光書込みユニット１００において、レーザ素子１０１からのレーザ光をコリメータレンズ系１０２を介した後、光偏向装置１０３によりレーザ光が偏向される。その後、偏向されたレーザ光は、第一レンズ１０４と第二レンズ１０５からなる走査レンズ系で感光ドラム等のビーム走査面１０７にミラー１０６を介して供給される。
【００２２】
図１１は光偏向装置の駆動手段を示す斜視図である。同図において、光偏向装置２０１には、ミラー駆動手段２０２が配置されている。光偏向装置２０１の図１〜図９に示した駆動梁の圧電部材の上部電極及び下部電極は、それぞれミラー駆動手段２０２と電気的に接続されている。そして、ミラー駆動手段２０２は圧電部材の上部電極と下部電極との間に駆動電圧を印加し、光偏向装置２０１を駆動する。このように本実施形態の光偏向装置を利用した光書込みユニットは写真印刷方式のプリンタや複写機などの画像形成装置のための光書込装置の構成部材として最適である。
【００２３】
次に、そのような画像形成装置の一例について図１２を参照して説明する。
図１２に示す画像形成装置３００において、光書込みユニット３０１はレーザビームを被走査面に出射して画像を書き込む。感光体ドラム３０２は光書込みユニット３０１による走査対象としての被走査面を提供する像担持体である。光書込みユニット３０１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３０２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３０２は矢印方向に回転駆動され、帯電手段３０３により帯電された表面に光書込みユニット３０１により光走査されることによって静電潜像を形成される。この静電潜像は現像手段３０４でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写手段３０５で記録紙Ｐに転写される。転写されたトナー像は定着手段３０６によって記録紙Ｐに定着される。転写手段３０５を通過した感光体ドラム３０２の表面部分はクリーニング部３０７で残留トナーを除去される。感光体ドラム３０２に代えてべ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。
【００２４】
光書込みユニット３０１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光源３０８と、光源３０８を変調する光源駆動手段３０９と、上記実施形態の光偏向装置３１０と、この光偏向装置３１０のミラー基板のミラー面に光源３０８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３１１と、ミラー面で反射された１本又は複数本のレーザビームを感光体ドラム３０２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３１２などから構成される。光偏向装置３１０は、その駆動のための集積回路３１３とともに回路基板３１４に実装された形で光書込みユニット３０１に組み込まれている。
【００２５】
本実施形態による光偏向装置は、回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置の省電力化に有利である。光偏向装置のミラー基板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。光走査装置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、また光偏向装置の発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、よって画像形成装置の小型化に有利である。記録紙の搬送機構、感光体ドラムの駆動機構、現像手段、転写手段などの制御手段、光源部の駆動系などは、従来の画像形成装置と同様でよいため図中省略されている。
【００２６】
次に、２方向に光を偏向する２次元光偏向装置で画像投影装置を構成した例について説明する。はじめに、２次元光偏向装置の構成について概説すると、ミラー部の両側は支持部材である第１のトーションバースプリングが接続されている。第１のトーションバースプリングのミラーと反対側の端部は、他端が可動枠に接続されている第１の駆動梁の第１の支持梁が接続されている。第１の駆動梁はその長手方向が第１のトーションバースプリングの軸と略直交する向きに、第１のトーションバースプリングの両側に配置されている。更に、可動枠の外周側には、第１のトーションバースプリングと直交する方向に第２のトーションバースプリングが接続されている。第２のトーションバースプリングの可動枠と反対側の端部は、他端が固定ベースに接続されている第２の駆動梁の支持梁が接続されている。
【００２７】
図１３は画像投影装置の概念図であり、図１４は全体斜視図である。両図に示す構成の画像投影装置４００では、画像情報４０１に応じて画像生成部４０２で画像信号を生成し、この画像信号が変調器４０３を介して光源駆動回路４０４とスキャナ駆動回路４０５に送られる。３波長のレーザ光源４０６は、光源駆動回路４０４によりそれぞれ本実施形態の光偏向装置４０７によって走査されるタイミングに合わせて強度変調されており、投影面４０８に二次元の画像情報を投影する。強度変調はパルス幅を変調してもよいし、振幅を変調してもよい。この変調された信号を光源駆動回路４０４によりレーザ光を駆動できる電流に変換してレーザ光源４０６を駆動している。図１４に示すように、レーザ光源５０１から出射されたＲ、Ｇ、Ｂの３波長のレーザ光は集光レンズ５０２により略平行光になり、ミラー５０３やハーフミラー５０４などを介して合成プリズム５０５に入射し、合成プリズム５０５によって合成され、本実施形態の光偏向装置５０６により偏向走査されて投影面５０７に投射され、画像を投影する。略平行になったレーザ光はプリズムによって合成され、MEMSの２次元偏光ミラーに入射される。２次元偏光ミラーは直交した２つの方向に所定角度（例えば１０［deg］程度）の振幅で共振振動をする。２次元偏光ミラーは一個で二次元のものではなく一次元走査のものを二つ組み合わせても良い。また、ポリゴンミラーなどの回転走査ミラーを組み合わせて使用することもできる。
【００２８】
以上説明したように、実施形態によれば、図１に示すように、ミラー１２とトーションバースプリング１３との接続部分の近傍で検出部材１６ａ、１６ｂの一端がミラー１２と接続されている。図４に示すように、各検出部材１６ａ、１６ｂはユニモルフ構造となっており、片面に圧電部材１６−１が積層され形成されている。この検出部材１６ａ、１６ｂでは、接続部分Ｃにおいて固定端１６−４がミラー１２の一部の端部に接続されている。この検出部材１６ａ、１６ｂの他端である自由端はミラー１２の回転軸と略直交する方向に延びている。ミラー１２が揺動すると、固定端１６−４を介して検出部材１６の自由端がミラーの揺動による慣性力を受けて各検出部材１６ａ、１６ｂが揺動し、圧電部材１６−１が伸縮する。このため、圧電部材１６−１の上下面に電位差を生じ、この電位差はミラー１２の変形とある一定の相関をもっている。これにより、電位差信号を演算することでミラー１２の回転角度を検出することが可能となる。
【００２９】
また、実施形態によれば、図４に示すように、検出部材１６における梁部材の自由端の先端に錘１６−３を設けることで、検出部材１６の変形量が大きくなり検出感度が向上する。
【００３０】
更に、実施形態によれば、図１に示すように、検出部材１６における梁部材１６−１は、ミラー１２の揺動回転の中心軸と直交する長手方向に延びて形成されていることで、検出部材１６がミラー１２の揺動とより等価な揺動を行うことができ、検出感度を上げることができる。
【００３１】
また、実施形態によれば、図１及び図４に示すように、検出部材１６がミラー１２の一部に接続する固定端１６−４は、ミラー１２の揺動回転の略中心軸上に配置されている。これにより、ミラー１２の揺動状態により近い揺動することで、検出部材１６の揺動の検出感度を上げることができる。
【００３２】
更に、実施形態によれば、図７及び図８に示すように、トーションバースプリング１３がミラー１２の揺動回転の中心軸に直交する方向を長手方向とする複数の駆動梁３１が繰り返し接続され、各駆動梁上に複数の圧電部材が形成されている。このような蛇行状の駆動梁の光偏向装置にも本実施形態は適用可能である。
【００３３】
また、実施形態によれば、図１０に示すように、光走査装置１００では、上記のような光偏向装置１０３によって光源であるレーザ素子１０１からの光ビームを往復偏向させる。この光偏向装置１０３により偏向された光ビームを感光体ドラムのビーム走査面１０７に結像する。
【００３４】
更に、実施形態によれば、図１２に示す画像形成装置３００では、光書込みユニット３０１による光ビームの走査により像担持体である感光体ドラム３０２に潜像を形成する。現像手段３０４によってこの像担持体上の潜像をトナーで顕像化し、転写手段３０５によって像担持体上のトナー像を直接又は中間転写体を介して記録材に転写する。
【００３５】
また、実施形態によれば、図１３に示す画像投影装置４００では、変調器４０３によってレーザ光源４０６から光を画像信号に応じて変調し、変調された光ビームは上記のような光偏向装置４０７によって偏向、走査され投影面４０８に投影される。
【符号の説明】
【００３６】
１０  光偏向装置
１１  反射面
１２  ミラー
１３  トーションバースプリング
１４  固定ベース
１５  駆動梁
１６  検出部材
２０  光偏向装置
２１  駆動梁
２２  検出部材
３０  光偏向装置
３１  駆動梁
３２  検出部材
１００  光書込みユニット
１０１  レーザ素子
１０２  コリメータレンズ系
１０３  光偏向装置
１０４  第一レンズ
１０５  第二レンズ
１０６  ミラー
１０７  ビーム走査面
２０１  変更ミラー
２０２  ミラー駆動手段
３００  画像形成装置
３０１  光書込みユニット
３０２  感光体ドラム
３０３  帯電手段
３０４  現像手段
３０５  転写手段
３０６  定着手段
３０７  クリーニング部
３０８  光源
３０９  光源駆動手段
３１０  光偏向装置
３１１  結像光学系
３１２  走査光学系
３１３  集積回路
３１４  回路基板
４００  画像投影装置
４０１  画像情報
４０２  画像生成部
４０３  変調器
４０４  光源駆動回路
４０５  スキャナ駆動回路
４０６  レーザ光源
４０７  光偏向装置
４０８  投影面
５０１  レーザ光源
５０２  集光レンズ
５０３  ミラー５０３
５０４  ハーフミラー
５０５  合成プリズム
５０６  光偏向装置
５０７  投影面
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３７】
【特許文献１】特開２００９−１６９３２５号公報
【図１】
0005716992.tif 000002
【図２】
0005716992.tif 000003
【図３】
0005716992.tif 000004
【図４】
0005716992.tif 000005
【図５】
0005716992.tif 000006
【図６】
0005716992.tif 000007
【図７】
0005716992.tif 000008
【図８】
0005716992.tif 000009
【図９】
0005716992.tif 000010
【図１０】
0005716992.tif 000011
【図１１】
0005716992.tif 000012
【図１２】
0005716992.tif 000013
【図１３】
0005716992.tif 000014
【図１４】
0005716992.tif 000015