(57)【要約】【課題】小型化を図りつつ、可動板の振れ角を大きくすることができる光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置を提供すること。【解決手段】駆動手段５は、非駆動状態の可動板２２の板面に平行でかつ軸線Ｘに直角な方向に伸縮するように設けられた圧電素子５２と、軸線Ｘに対し可動板２２の厚さ方向に偏心した位置で各軸部材２３、２４に接合され、圧電素子５２の駆動力を各軸部材２３、２４に伝達する伝達部材５１とを備え、通電により圧電素子５２を伸縮させることにより、伝達部材５１が各軸部材２３、２４に軸線Ｘまわりのトルクを与え、可動板２２を回動させるように構成されている。【選択図】図１
2008122714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
前記可動板を回動可能に支持する１対の軸部材と、
前記軸部材を捩れ変形させながら前記可動板を前記１対の軸部材に沿った軸線まわりに回動させる駆動手段とを有し、
前記光反射部で反射した光を走査または偏向し得るように構成された光学デバイスであって、
前記駆動手段は、非駆動状態の前記可動板の板面に平行でかつ前記軸線に直角な方向に伸縮するように設けられた圧電素子と、前記軸線に対し前記可動板の厚さ方向に偏心した位置で前記可動板上および／または前記各軸部材上に接合され、前記圧電素子の駆動力を前記可動板および／または前記各軸部材に伝達する伝達部材とを備え、通電により前記圧電素子を伸縮させることにより、前記伝達部材を変位させ、前記可動板および／または前記各軸部材に前記軸線まわりのトルクを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
前記伝達部材は、前記可動板の一方の面、および／または、前記可動板の厚さ方向における前記各軸部材の一方の端に接合されている請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記伝達部材は、スペーサを介して前記可動板上および／または前記各軸部材上に接合されている請求項１または２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記伝達部材は、ＳＯＩ基板の一方のＳｉ層を加工することにより形成され、前記スペーサは、前記ＳＯＩ基板のＳｉＯ２層を加工することにより形成されたものである請求項３に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記可動板および前記軸部材は、前記ＳＯＩ基板の前記一方のＳｉ層と反対側のＳｉ層を加工することにより形成されたものである請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記各軸部材は、前記可動板と離間して設けられた駆動板と、前記駆動板と前記枠体とを連結する第１の連結部材と、前記駆動板と前記可動板とを連結する第２の連結部材とを備え、前記駆動手段は、前記伝達部材が前記各駆動板上に接合され、前記各第１の連結部材を捩れ変形させながら前記各駆動板を回動させ、これに伴って、前記各第２の連結部材を捩れ変形させながら前記可動板を回動させるように構成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記伝達部材は、前記軸線の近傍で前記可動板上および／または前記各軸部材上に接合されている請求項１ないし６のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記圧電素子は、圧電体層と電極層とが交互に複数積層されてなる請求項１ないし７のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記各軸部材は、その幅が厚さよりも大きい部分を有する請求項１ないし８のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１０】
光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
前記可動板を回動可能に支持する１対の軸部材と、
前記軸部材を捩れ変形させながら前記可動板を前記１対の軸部材に沿った軸線まわりに回動させる駆動手段とを有し、
前記光反射部で反射した光を走査し得るように構成された光スキャナであって、
前記駆動手段は、非駆動状態の前記可動板の板面に平行でかつ前記軸線に直角な方向に伸縮するように設けられた圧電素子と、前記軸線に対し前記可動板の厚さ方向に偏心した位置で前記可動板上および／または前記各軸部材上に接合され、前記圧電素子の駆動力を前記可動板および／または前記各軸部材に伝達する伝達部材とを備え、通電により前記圧電素子を伸縮させることにより、前記伝達部材を変位させ、前記可動板および／または前記各軸部材に前記軸線まわりのトルクを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする光スキャナ。
【請求項１１】
光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
前記可動板を回動可能に支持する１対の軸部材と、
前記軸部材を捩れ変形させながら前記可動板を前記１対の軸部材に沿った軸線まわりに回動させる駆動手段とを有し、
前記光反射部で反射した光を走査または偏向し、対象物上に画像を形成するように構成された画像形成装置であって、
前記駆動手段は、非駆動状態の前記可動板の板面に平行でかつ前記軸線に直角な方向に伸縮するように設けられた圧電素子と、前記軸線に対し前記可動板の厚さ方向に偏心した位置で前記可動板上および／または前記各軸部材上に接合され、前記圧電素子の駆動力を前記可動板および／または前記各軸部材に伝達する伝達部材とを備え、通電により前記圧電素子を伸縮させることにより、前記伝達部材を変位させ、前記可動板および／または前記各軸部材に前記軸線まわりのトルクを与え、前記可動板を回動させるように構成されてい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、光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザープリンタ等に用いられ、光走査により描画を行う光スキャナとして、小型化を図ることなどの目的から、ねじり振動子を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
例えば、特許文献１に記載の光スキャナは、板状の反射ミラー（可動板）を弾性変形部材により回動可能に支持するとともに、弾性変形部材上に積層型電気機械変換素子を接合してなる。かかる光スキャナでは、積層型電気機械変換素子が反射ミラーの板厚方向に伸縮するように設けられている。そして、圧電素子の駆動により、弾性変形部材を捩れ変形させて、反射ミラーを回動（振動）させる。
しかしながら、かかる光学デバイスにあっては、積層型電気機械変換素子の取り付け位置が回転軸から離れているため、反射ミラーの回動角度を大きくするには、伸縮幅の大きい積層型電気機械変換素子を用いなければならない。このため、反射ミラーの板厚方向に寸法が大きい積層型電気機械変換素子を用いることになり、光学デバイスの大型化を招いてしまう。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１１９１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、小型化を図りつつ、可動板の振れ角を大きくすることができる光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光学デバイスは、光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
前記可動板を回動可能に支持する１対の軸部材と、
前記軸部材を捩れ変形させながら前記可動板を前記１対の軸部材に沿った軸線まわりに回動させる駆動手段とを有し、
前記光反射部で反射した光を走査または偏向し得るように構成された光学デバイスであって、
前記駆動手段は、非駆動状態の前記可動板の板面に平行でかつ前記軸線に直角な方向に伸縮するように設けられた圧電素子と、前記軸線に対し前記可動板の厚さ方向に偏心した位置で前記可動板上および／または前記各軸部材上に接合され、前記圧電素子の駆動力を前記可動板および／または前記各軸部材に伝達する伝達部材とを備え、通電により前記圧電素子を伸縮させることにより、前記伝達部材を変位させ、前記可動板および／または前記各軸部材に前記軸線まわりのトルクを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする。
【０００６】
これにより、小型化を図りつつ、可動板の振れ角を大きくすることができる。
特に、かかる光学デバイスは、圧電素子の伸縮方向が可動板の厚さ方向に直角な方向であるため、可動板の厚さ方向における光学デバイスの寸法を抑えつつ、圧電素子の伸縮方向での長さを大きくして、圧電素子の変位量を大きくすることができる。また、光学デバイス内の空間を有効利用して、圧電素子を設けることができる。これらのようなことから、光学デバイスの小型化を図りつつ、可動板の振れ角を大きくすることができる。
しかも、可動板の回動中心軸近傍で可動板や軸部材にその軸線まわりのトルクを与えることができる。そのため、圧電素子の変位量に対する可動板の回動角を大きくすることができる。
【０００７】
圧電素子の変位量に対する可動板の回動角は、可動板の厚さ方向おける可動板の回動中心軸と圧電素子（力点）との距離に大凡応じたものとなり、当該距離や力点は、圧電素子の取り付け位置や形状などによって適宜設定される。また、圧電素子の取り付け位置は、伝達部材の厚さや形状などによって任意に設計することができる。そのため、光学デバイスの設計自由度を向上させることができる。
また、圧電素子の変位量に対する可動板の回動角を大きくすることができるため、可動板を非共振で振動させても、可動板の回動角を大きくすることができる。この点でも、光学デバイスの設計自由度を向上させることができる。
【０００８】
本発明の光学デバイスでは、前記伝達部材は、前記可動板の一方の面、および／または、前記可動板の厚さ方向における前記各軸部材の一方の端に接合されていることが好ましい。
これにより、伝達部材が可動板や軸部材に効果的にその軸線まわりのトルクを与えることができる。そのため、可動板の回動中心軸のブレを防止して、可動板を円滑に回動させることができる。
【０００９】
本発明の光学デバイスでは、前記伝達部材は、スペーサを介して前記可動板上および／または前記各軸部材上に接合されていることが好ましい。
これにより、伝達部材と可動板や軸部材との不本意な接触を防止しつつ、伝達部材が可動板や軸部材に圧電素子の駆動力を伝達することができる。その結果、可動板をより円滑に回動させることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記伝達部材は、ＳＯＩ基板の一方のＳｉ層を加工することにより形成され、前記スペーサは、前記ＳＯＩ基板のＳｉＯ２層を加工することにより形成されたものであることが好ましい。
これにより、比較的簡単かつ高精度に、スペーサや伝達部材を形成することができる。
【００１０】
本発明の光学デバイスでは、前記可動板および前記軸部材は、前記ＳＯＩ基板の前記一方のＳｉ層と反対側のＳｉ層を加工することにより形成されたものであることが好ましい。
これにより、比較的簡単かつ高精度に、可動板および軸部材を形成することができる。また、可動板と軸部材とが一体的に形成され、かつ、これらがシリコンで構成されているため、優れた振動特性を発揮することができる。
【００１１】
本発明の光学デバイスでは、前記各軸部材は、前記可動板と離間して設けられた駆動板と、前記駆動板と前記枠体とを連結する第１の連結部材と、前記駆動板と前記可動板とを連結する第２の連結部材とを備え、前記駆動手段は、前記伝達部材が前記各駆動板上に接合され、前記各第１の連結部材を捩れ変形させながら前記各駆動板を回動させ、これに伴って、前記各第２の連結部材を捩れ変形させながら前記可動板を回動させるように構成されていることが好ましい。
これにより、可動板と１対の第１の連結部材とからなる振動系と、駆動部材と１対の第２の連結部材とからなる振動系とで２自由度振動系を構成することができる。そして、伝達部材が圧電素子の駆動力を各駆動部材に伝達するように構成されているため、各駆動部材の回動角を抑えつつ、可動板の回動角を大きくすることができる。
【００１２】
本発明の光学デバイスでは、前記伝達部材は、前記軸線の近傍で前記可動板上および／または前記各軸部材上に接合されていることが好ましい。
これにより、伝達部材が圧電素子の駆動力を可動板や軸部材に効率的に伝達することができる。
本発明の光学デバイスでは、前記圧電素子は、圧電体層と電極層とが交互に複数積層されてなることが好ましい。
これにより、圧電素子の伸縮方向の寸法と圧電素子に印加する電圧（駆動電圧）とを抑えつつ、圧電素子の変位量を大きくすることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記各軸部材は、その幅が厚さよりも大きい部分を有することが好ましい。
これにより、可動板の回動中心軸のブレを防止しつつ、伝達部材が圧電素子の駆動力を可動板や軸部材に伝達することができる。
【００１３】
本発明の光スキャナは、光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
前記可動板を回動可能に支持する１対の軸部材と、
前記軸部材を捩れ変形させながら前記可動板を前記１対の軸部材に沿った軸線まわりに回動させる駆動手段とを有し、
前記光反射部で反射した光を走査し得るように構成された光スキャナであって、
前記駆動手段は、非駆動状態の前記可動板の板面に平行でかつ前記軸線に直角な方向に伸縮するように設けられた圧電素子と、前記軸線に対し前記可動板の厚さ方向に偏心した位置で前記可動板上および／または前記各軸部材上に接合され、前記圧電素子の駆動力を前記可動板および／または前記各軸部材に伝達する伝達部材とを備え、通電により前記圧電素子を伸縮させることにより、前記伝達部材を変位させ、前記可動板および／または前記各軸部材に前記軸線まわりのトルクを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、小型化を図りつつ、可動板の振れ角を大きくすることができる光スキャナを提供することができる。
【００１４】
本発明の画像形成装置は、光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、
前記可動板を回動可能に支持する１対の軸部材と、
前記軸部材を捩れ変形させながら前記可動板を前記１対の軸部材に沿った軸線まわりに回動させる駆動手段とを有し、
前記光反射部で反射した光を走査または偏向し、対象物上に画像を形成するように構成された画像形成装置であって、
前記駆動手段は、非駆動状態の前記可動板の板面に平行でかつ前記軸線に直角な方向に伸縮するように設けられた圧電素子と、前記軸線に対し前記可動板の厚さ方向に偏心した位置で前記可動板上および／または前記各軸部材上に接合され、前記圧電素子の駆動力を前記可動板および／または前記各軸部材に伝達する伝達部材とを備え、通電により前記圧電素子を伸縮させることにより、前記伝達部材を変位させ、前記可動板および／または前記各軸部材に前記軸線まわりのトルクを与え、前記可動板を回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、小型化を図りつつ、可動板の振れ角を大きくすることができる画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の光学デバイスの第１実施形態を説明する。
図１は、本発明の光学デバイスの第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１に示す光学デバイスの平面図、図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図、図４は、図２中のＢ−Ｂ線断面図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図２中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図３中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「奥」、左側を「手前」と言い、図４中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００１６】
図１および図２に示す光学デバイス１は、振動系を有する基体２と、この基体２を支持する支持体３と、基体２の振動系を駆動するための駆動手段５とを有している。
かかる光学デバイス１にあっては、駆動手段５を作動させることにより、基体２の振動系に軸線Ｘまわりの振動を生じさせる。なお、図１では、互いに直交する３軸のそれぞれの方向を「ｘ方向」、「ｙ方向」、「ｚ方向」とし、これらを図示している。ここで、ｘ方向は軸線Ｘに平行な方向である。
【００１７】
以下、光学デバイス１を構成する各部を順次説明する。
基体２は、図１および図２に示すように、枠状をなす支持部材２１と、支持部材２１の内側に設けられた可動板２２と、支持部材２１に対し可動板２２を回動可能に支持する１対の軸部材２３、２４とを有している。
本実施形態では、基体２は、平面視したときに、左右対称な形状となるように形成されている。
【００１８】
支持部材２１は、枠状（より具体的には四角環状）をなしている。
このような支持部材２１の内側には、支持部材２１に対し離間した状態で、可動板２２が設けられている。
可動板２２は、板状をなし、その板面（上面）に光反射部２２１が設けられている。これにより、光学デバイス１を光スキャナ、光アッテネータ、光スイッチなどの光デバイスに適用することができる。
【００１９】
本実施形態では、可動板２２の平面視形状が円形である。すなわち、可動板２２は、円板状をなしている。そのため、可動板２２の慣性モーメントを抑えつつ、光反射部２２１の光反射に利用可能な面積を大きくすることができる。なお、可動板２２の平面視形状は、光学デバイスの設計などに応じて決定されるものであり、前述したような円板状に限定されず、例えば、４角形、５角形などの多角形状や、楕円形状、長円形状などであってもよい。
このような可動板２２は、１対の軸部材２３、２４を介して支持部材２１に支持されている。
【００２０】
軸部材２３は、可動板２２に離間して設けられた駆動部材２３１と、駆動部材２３１と可動板２２とを連結する第１の連結部材２３２と、駆動部材２３１と支持部材２１とを連結する第２の連結部材２３３とを有している。これと同様に、軸部材２４は、可動板２２に離間して設けられた駆動部材２４１と、駆動部材２４１と可動板２２とを連結する第１の連結部材２４２と、駆動部材２４１と支持部材２１とを連結する第２の連結部材２４３とを有している。
言い換えると、可動板２２は、１対の第１の連結部材２３２、２４２、１対の駆動部材２３１、２４１、および１対の第２の連結部材２３３、２４３を介して支持部材２１に支持されている。
【００２１】
１対の駆動部材２３１、２４１は、それぞれ板状をなし、可動板２２を介して互いに間隔を隔てて設けられている。そして、１対の駆動部材２３１、２４１の下面には、駆動部材２３１、２４１を軸線Ｘまわりに回動させる駆動手段５の伝達部材５１が接合されている。なお、駆動手段５については、後に詳述する。
１対の第１の連結部材２３２、２４２および１対の第２の連結部材２３３、２４３は、それぞれ、弾性変形可能に構成されている。
そして、第１の連結部材２３２は、可動板２２を駆動部材２３１に対して回動可能とするように連結し、第１の連結部材２４２は、可動板２２を駆動部材２４１に対して回動可能とするように連結している。
一方、第２の連結部材２３３は、駆動部材２３１を支持部材２１に対して回動可能とするように連結し、第２の連結部材２４３は、駆動部材２４１を支持部材２１に対して回動可能とするように連結している。
【００２２】
１対の第１の連結部材２３２、２４２および１対の第２の連結部材２３３、２４３は、軸線Ｘに沿って同軸的に設けられており、これらを回動中心軸（回転軸）として、各駆動部材２３１、２４１が支持部材２１に対して、また、可動板２２が各駆動部材２３１、２４１に対して回動可能となっている。
このように、可動板２２および１対の第１の連結部材２３２、２４２からなる第１の振動系と、１対の駆動部材２３１、２４１および１対の第２の連結部材２３３、２４３からなる第２の振動系とで２自由度振動系を構成している。
【００２３】
以上説明したような基体２は、例えば、シリコンを主材料として構成されている。また、基体２は、支持部材２１と可動板２２と１対の軸部材２３、２４とが一体的に形成されている。
特に、本実施形態では、ＳＯＩ基板の一方のＳｉ層を加工することにより、基体２が形成されている。また、当該ＳＯＩ基板の他方のＳｉ層（前記一方のＳｉ層とは反対側のＳｉ層）を加工することにより、後述するスペーサ３２の第２の層３２２と伝達部材５１とが形成されている。さらに、当該ＳＯＩ基板のＳｉＯ２層を加工することにより、後述するスペーサ３２の第１の層３２１と伝達部材５１のためのスペーサ５３、５４とが形成されている。
【００２４】
前述したように支持部材２１と可動板２２と１対の軸部材２３、２４とがＳＯＩ基板のＳｉ層を加工することにより形成されたものであると、比較的簡単かつ高精度に、支持部材２１と可動板２２と１対の軸部材２３、２４とを形成することができる。また、支持部材２１と可動板２２と１対の軸部材２３、２４とが一体的に形成され、かつ、これらがシリコンで構成されているため、優れた振動特性を発揮することができる。
このようにＳＯＩ基板を用いて基体２等を製造すると、簡単かつ高精度に、基体２等の構造体を形成することができる。そのため、優れた特性を有する光学デバイス１を安価に製造することができる。なお、基体２等の製造に用いる基板や基材は、前述したＳＯＩ基板に限定されない。
【００２５】
以上説明したような基体２の支持部材２１の下面には、支持体３が接合されている。
支持体３は、基板３１と、この基板３１の上面に接合された１対のスペーサ３２とを備えている。
基板３１、例えば、ガラスやシリコンなどを主材料として構成されている。
このような基板３１の上面に接合されたスペーサ３２は、環状をなし、支持部材２１の下面に接合されており、基体２の振動系が振動する際、すなわち可動板２２が回動（振動）する際に、基板３１に接触するのを防止する逃げ部（空間）を形成する。
【００２６】
スペーサ３２は、支持部２７の下面に接合された第１の層３２１と、第１の層３２１の下面に接合された第２の層３２２とで構成されている。
前述したように、第１の層３２１は、ＳｉＯ２を主材料として構成され、第２の層３２２は、シリコンを主材料として構成されている。
また、スペーサ３２の内壁面には、後述する第１の駆動手段５の圧電素子５２が接合・支持されている。
【００２７】
ここで、駆動手段５について詳述する。
前述した可動板２２を軸線Ｘまわりに回動させる駆動手段５は、前述したスペーサ３２に接合・支持された圧電素子５２と、圧電素子５２と前述した駆動部材２３１、２４１とを連結してなる伝達部材５１とを有している。
圧電素子５２は、可動板２２の板面に平行でかつ軸線Ｘに直角な方向（すなわち図１に示すｙ方向）に伸縮するように配置されている。このような圧電素子５２は、その伸縮方向での一端がスペーサ３２に接合・支持され、他端が伝達部材５１に接合されている。
【００２８】
このような圧電素子５２としては、特に限定されないが、圧電体層と電極層とが交互に複数積層されてなるものが好ましい。これにより、圧電素子５２の伸縮方向の寸法と圧電素子５２への印加電圧（駆動電圧）とを抑えつつ、圧電素子５２の変位量を大きくすることができる。
このような圧電素子５２は、図示しない電源回路に接続されていて、周期的に変化する電圧が印加されるようになっている。これにより、圧電素子５２を伸縮させることができる。
【００２９】
伝達部材５１は、前述した圧電素子５２の駆動力を受けて、ｙ方向に変位することにより、１対の駆動部材２３１、２４１を軸線Ｘまわりに回動させる機能を有する。
このような伝達部材５１は、軸線Ｘに対し可動板２２の厚さ方向（図１に示すｚ方向）に偏心した位置で各軸部材２３、２４に接合され、圧電素子５２の駆動力を各軸部材２３、２４に伝達するように構成されている。
【００３０】
より具体的に説明すると、伝達部材５１は、前述した圧電素子５２に支持・固定され、基板３１と基体２との間でこれらに沿って設けられている。そして、伝達部材５１は、その途中で分岐し、駆動部材２３１、２４１のそれぞれの下面に接合されている。本実施形態では、伝達部材５１は、スペーサ５３を介して駆動部材２３１に接合され、スペーサ５４を介して駆動部材２４１に接合されている。
【００３１】
このような駆動手段５は、通電により圧電素子５２を伸縮させることにより、伝達部材５１が各軸部材２３、２４に軸線Ｘまわりのトルクを与え、可動板２２を回動させる。
このような駆動手段５は、圧電素子５２の伸縮方向が可動板２２の厚さ方向（図１に示すｚ方向）に直角な方向であるため、可動板２２の厚さ方向における光学デバイス１の寸法を抑えつつ、圧電素子５２の伸縮方向での長さを大きくして、圧電素子５２の変位量を大きくすることができる。また、光学デバイス１内の空間（本実施形態では平面視にて支持部材２１の内側の空間）を有効利用して、圧電素子５２を設けることができる。これらのようなことから、光学デバイス１の小型化を図りつつ、可動板２２の振れ角を大きくすることができる。
【００３２】
しかも、可動板２２の回動中心軸である軸線Ｘ近傍で各軸部材２３、２４に軸線Ｘまわりのトルクを与えることができる。そのため、圧電素子５２の変位量に対する可動板２２の回動角を大きくすることができる。その結果、圧電素子５２の伸縮方向での長さを抑えることができ、光学デバイス１は、前述したように光学デバイス１内の空間を有効利用して圧電素子５２を配置することが容易なものとなっている。
【００３３】
さらに、本実施形態においては、前述したように可動板２２および１対の軸部材２３、２４が２自由度振動系を構成しているため、可動板２２が共振するような振動数にて１対の駆動部材２３１、２４１を駆動することで、１対の駆動部材２３１、２４１の第１の軸線Ｘまわりの回転角が小さくても、可動板２２の第１の軸線Ｘまわりの回転角を大きくすることができる。つまり、圧電素子５２の変位量が小さくても、可動板２２を第１の軸線Ｘまわりに大きく角変位させることができる。
【００３４】
圧電素子５２の変位量に対する可動板２２の回動角は、可動板２２の厚さ方向（すなわちｚ方向）における軸線Ｘと圧電素子５２（力点）との距離に大凡応じたものとなり、当該距離や力点は、圧電素子５２の取り付け位置や形状などによって適宜設定される。また、圧電素子５２の取り付け位置は、伝達部材５１の厚さや形状などによって任意に設計することができる。そのため、光学デバイス１の設計自由度を向上させることができる。
さらに、伝達部材５１が可動板２２の厚さ方向における各軸部材２３、２４の一方の端（本実施形態では、下面）に接合されているため、伝達部材５１が各軸部材２３、２４に効果的に軸線Ｘまわりのトルクを与えることができる。そのため、可動板２２の回動中心軸である軸線Ｘのブレを防止して、可動板２２を円滑に回動させることができる。
【００３５】
また、伝達部材５１がスペーサ５３を介して軸部材２３（駆動部材２３１）に接合されるとともにスペーサ５４を介して軸部材２４（駆動部材２４１）に接合されているため、伝達部材５１と各軸部材２３、２４との不本意な接触を防止しつつ、伝達部材５１が各軸部材２３、２４に圧電素子５２の駆動力を伝達することができる。その結果、可動板２２をより円滑に回動させることができる。
ここで、伝達部材５１がＳＯＩ基板の一方のＳｉ層を加工することにより形成され、スペーサ５３、５４が前記ＳＯＩ基板のＳｉＯ２層を加工することにより形成されたものであるため、比較的簡単かつ高精度に、スペーサ５３、５４や伝達部材５１を形成することができる。
【００３６】
また、伝達部材５１が圧電素子５２の駆動力を各駆動部材２３１、２４１に伝達するように構成されているため、各駆動部材２３１、２４１の回動角を抑えつつ、可動板２２の回動角を大きくすることができる。
また、伝達部材５１が軸線Ｘの近傍で各軸部材２３、２４（具体的には駆動部材２３１、２４１）に接合されているため、伝達部材５１が圧電素子５２の駆動力を各軸部材２３、２４に効率的に伝達することができる。
さらに、平面視にて伝達部材５１および圧電素子５２がｘ方向に対称となるように設けられているため、より確実に、伝達部材５１が圧電素子５２の駆動力を均等に各軸部材２３、２４に伝達することができる。そのため、軸線Ｘのブレを防止して、可動板２２をより安定的に回動させることができる。
【００３７】
以上説明したように構成された光学デバイス１は、次のようにして作動する。
圧電素子５２に周期的に変化する電圧が印加される。かかる電圧は、例えば、交流であってもよいし、間欠的な直流であってもよい。
このような電圧が印加された圧電素子５２は、印加された電圧の周波数で、図１に示すｙ方向に伸縮する。このような圧電素子５２の駆動力を受けて、伝達部材５１が、図１に示すｙ方向に振動（変位）する。その結果、圧電素子５２の駆動力が伝達部材５１を介して駆動部材２３１、２４１の下面の軸線Ｘ付近に伝達される。すなわち、駆動部材２３１、２４１に軸線Ｘまわりのトルクを与え、１対の第２の連結部材２３３、２４３を捩れ変形させながら駆動部材２３１、２４１を回動させる。
これに伴い、１対の第１の連結部材２３２、２４２を捩れ変形させながら可動板２２を第１の軸線Ｘまわりに回動させる。
【００３８】
また、圧電素子５２に印加する電圧の周波数（駆動電圧）は、可動板２２および１対の第１の連結部材２３２、２４２からなる振動子（前述した第１の振動系）のねじり共振周波数と等しくなるように設定されているのが好ましい。これにより、１対の駆動部材２３１、２４１の軸線Ｘまわりの回動角を抑えつつ、可動板２２の軸線Ｘまわりの回動角を大きくすることができる。そのため、圧電素子５２に印加する電圧を抑えることができる。なお、このような駆動電圧の周波数と第１の振動系の振動の周波数との関係は、電源回路の設計や、可動板２２および１対の第１の連結部材２３２、２４２の設計により設定することができる。
【００３９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の光学デバイスの第２実施形態を説明する。
図５は、本発明の光学デバイスの第２実施形態を示す平面図、図６は、図５中のＡ−Ａ線断面図、図７は、図５中のＣ−Ｃ線断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図５中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図６中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「奥」、左側を「手前」と言い、図７中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００４０】
以下、第２実施形態の光学デバイスについて、前述した第１実施形態の光学デバイスとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態の光学デバイス１Ａは、図５ないし図７に示すように、振動系および駆動手段の構成が異なる以外は、第１実施形態の光学デバイス１とほぼ同様である。
第２実施形態の光学デバイス１Ａは、図５ないし図７に示すように、支持体３に支持され、１自由度振動系を有する基体２Ａと、この基体２Ａの振動系を駆動するための駆動手段５Ａとを有している。
【００４１】
基体２Ａは、枠状をなす支持部材２１Ａと、支持部材２１Ａの内側に設けられた可動板２２と、支持部材２１Ａに対し可動板２２を軸線Ｘまわりに回動可能に支持する１対の軸部材２３Ａ、２４Ａとを有している。
軸部材２３Ａ、２４Ａは、それぞれ、軸線Ｘに沿って延在する長手形状をなしている。すなわち、軸部材２３Ａ、２４Ａは、それぞれ、軸線Ｘに沿って設けられた棒状部材として構成されている。
このように１対の軸部材２３Ａ、２４Ａは、軸線Ｘに沿って同軸的に設けられており、これらを回動中心軸（回転軸）として、可動板２２が支持部材２１Ａに対して回動可能となっている。
【００４２】
可動板２２を軸線Ｘまわりに回動させる駆動手段５は、圧電素子５２と可動板２２とを連結してなる伝達部材５１Ａを有している。
伝達部材５１Ａは、圧電素子５２の駆動力を受けて、ｙ方向に変位することにより、可動板２２を軸線Ｘまわりに回動させる機能を有する。
このような伝達部材５１Ａは、軸線Ｘに対し可動板２２の厚さ方向（図１に示すｚ方向）に偏心した位置で可動板２２に接合され、圧電素子５２の駆動力を可動板２２に伝達するように構成されている。
【００４３】
より具体的に説明すると、伝達部材５１Ａは、前述した圧電素子５２に支持・固定され、基板３１と基体２Ａとの間でこれらに沿って設けられている。そして、伝達部材５１Ａは、その途中で分岐し、可動板２２の軸線Ｘ方向での両側から可動板２２の下面へ延び、可動板２２の下面に接合されている。本実施形態では、伝達部材５１Ａは、スペーサ５３Ａを介して可動板２２に接合されている。
このような駆動手段５Ａは、通電により圧電素子５２を伸縮させることにより、伝達部材５１Ａが可動板２２に軸線Ｘまわりのトルクを与え、可動板２２を回動させる。
以上のような本実施形態の光学デバイス１Ａにおいても、前述した第１の実施形態の光学デバイス１と同様の効果の効果を発揮することができる。特に、可動板２２を非共振で振動させても、可動板２２の回動角を大きくすることができ、この点でも、光学デバイス１Ａの設計自由度を向上させることができる。
【００４４】
以上説明したような光学デバイス１、１Ａは、例えば、光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータなどに適用することができる。
光学デバイス１を光スキャナとして用いた場合、光学デバイス１（本発明にかかる光スキャナ）は、光反射部２２１で反射した光を走査する。このような本発明にかかる光スキャナは、可動板２２の回動角を大きくすることができるため、対象物と光学デバイス１（光スキャナ）との間の距離を小さくすることができる。
このような光スキャナは、例えば、レーザープリンタ、イメージング用ディスプレイ、バーコードリーダー、走査型共焦点顕微鏡などの画像形成装置に好適に適用することができる。
【００４５】
光スキャナとして用いた光学デバイス１を備えた画像形成装置（本発明にかかる画像形成装置）は、可動板２２の回動角を大きくすることができるため、対象物（例えば、後述する感光体１１やスクリーン１９７）と光学デバイス１（光スキャナ）との間の距離を小さくしつつ、対象物に対し光を広範囲で主走査および／または副走査することができる。その結果、画像形成装置の小型化を図ることができる。また、本発明の画像形成装置をイメージングディスプレイのような表示装置に適用した場合には、対象物（後述するスクリーン１９７）と光学デバイス１（光スキャナ）との間の距離を小さくして、画像形成装置の大型化を抑制しつつ、表示領域であるスクリーン（対象物）の大きさを大きくすることができる。
【００４６】
以下、本発明の光スキャナを備えた画像形成装置の具体例を説明する。
まず、電子写真方式を採用するプリンタに本発明を適用した例を説明する。
図８は、本発明の光スキャナを備える画像形成装置（プリンタ）の一例を示す全体構成の模式的断面図、図９は、図８に示す画像形成装置に備えられた露光ユニットの概略構成を示す図である。
【００４７】
図８に示す画像形成装置１０（プリンタ）は、露光・現像・転写・定着を含む一連の画像形成プロセスによって、トナーからなる画像を紙やＯＨＰシートなどの記録媒体に記録するものである。このような画像形成装置１０は、図８に示すように、図示矢印方向に回転する感光体１１を有し、その回転方向に沿って順次、帯電ユニット１２、露光ユニット１３、現像ユニット１４、転写ユニット１５、クリーニングユニット１６が配設されている。また、画像形成装置１０は、図８にて、下部に、紙などの記録媒体Ｐを収容する給紙トレイ１７が設けられ、上部に、定着装置１８が設けられている。
【００４８】
感光体１１は、例えば、円筒状の導電性基材（図示せず）の外周面に感光層（図示せず）を形成してなり、その軸線まわりに回転可能となっている。
帯電ユニット１２は、コロナ帯電などにより感光体１１の表面を一様に帯電するための装置である。
露光ユニット１３は、図示しないパーソナルコンピュータなどのホストコンピュータから画像情報を受けこれに応じて、一様に帯電された感光体１１上に、レーザーを選択的に照射することによって、静電的な潜像を形成する装置である。
【００４９】
より具体的に説明すると、露光ユニット１３は、図９に示すように、光スキャナである光学デバイス１と、レーザー光源１３１と、コリメータレンズ１３２と、ｆθレンズ１３３とを有している。
このような露光ユニット１３にあっては、レーザー光源１３１からコリメータレンズ１３２を介して光学デバイス１（光反射部２２１）にレーザー光Ｌが照射される。そして、光反射部２２１で反射したレーザー光Ｌがｆθレンズを介して感光体１１上に照射される。
【００５０】
その際、光学デバイス１の駆動（可動板２２の回動中心軸Ｘまわりの回動）により、光反射部２２１で反射した光（レーザーＬ）は、感光体１１の軸線方向に走査（主走査）される。一方、感光体１１の回転により、光反射部２２１で反射した光（レーザーＬ）は、感光体１１の周方向に走査（副走査）される。また、レーザー光源１３１から出力されるレーザー光Ｌ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。
このようにして露光ユニット１３は、感光体１１上を選択的に露光して画像形成（描画）を行う。
【００５１】
現像ユニット１４は、４つの現像装置１４１、１４２、１４３、１４４と、これらの現像装置を保持する保持体１４５を有し、保持体１４５を軸１４６まわりに回転させることにより、各現像装置を感光体１１に選択的に対向させるようになっている。ここで、現像装置１４１はブラック（Ｋ）トナー用の現像装置、現像装置１４２はマゼンタ（Ｍ）トナー用の現像装置、現像装置１４３はシアン（Ｃ）トナー用の現像装置、現像装置１４４はイエロー（Ｙ）トナー用の現像装置である。
【００５２】
転写ユニット１５は、エンドレスベルト状の中間転写ベルト１５１と、この中間転写ベルト１５１を張架する３つのローラ（一次転写ローラ１５２、従動ローラ１５３、駆動ローラ１５４）と、中間転写ベルト１５１を介して駆動ローラ１５４に対向する二次転写ローラ１５５とを有している。
中間転写ベルト１５１は、駆動ローラ１５４の回転により、一次転写ローラ１５２および従動ローラ１５３を従動回転させながら、図８に示す矢印方向に、感光体１１とほぼ同じ周速度にて回転駆動されるようになっている。
【００５３】
一次転写ローラ１５２は、感光体１１に形成された単色のトナー像を中間転写ベルト１５１に転写するための装置である。
二次転写ローラ１５５は、中間転写ベルト１５１上に形成された単色やフルカラーなどのトナー像を、紙、フィルム、布等の記録媒体Ｐに転写するための装置である。
定着装置１８は、前記トナー像の転写を受けた記録媒体Ｐを加熱および加圧することにより、前記トナー像を記録媒体Ｐに融着させて永久像として定着させるための装置である。
【００５４】
クリーニングユニット１６は、一次転写ローラ１５２と帯電ユニット１２との間で感光体１１の表面に当接するゴム製のクリーニングブレード１６１を有し、一次転写ローラ１５２によって中間転写ベルト１５１上にトナー像が転写された後に、感光体１１上に残存するトナーをクリーニングブレード１６１により掻き落として除去するための装置である。
【００５５】
このような画像形成装置１０にあっては、まず、図示しないホストコンピュータからの指令により、感光体１１、現像ユニット１４に設けられた現像ローラ（図示せず）、および中間転写ベルト１５１が回転を開始する。そして、感光体１１は、回転しながら、帯電ユニット１２により順次帯電される。
感光体１１の帯電された領域は、感光体１１の回転に伴って露光位置に至り、露光ユニット１３によって、第１色目、例えばイエローＹの画像情報に応じた潜像が前記領域に形成される。
感光体１１上に形成された潜像は、感光体１１の回転に伴って現像位置に至り、イエロー現像のための現像装置１４４によってイエロートナーで現像される。これにより、感光体１１上にイエロートナー像が形成される。このとき、現像ユニット１４は、現像装置１４４が、前記現像位置にて感光体１１と対向している。
【００５６】
感光体１１上に形成されたイエロートナー像は、感光体１１の回転に伴って一次転写位置（すなわち、感光体１１と一次転写ローラ１５２との対向部）に至り、一次転写ローラ１５２によって、中間転写ベルト１５１に転写（一次転写）される。このとき、一次転写ローラ１５２には、トナーの帯電極性とは逆の極性の一次転写電圧（一次転写バイアス）が印加される。なお、この間、二次転写ローラ１５５は、中間転写ベルト１５１から離間している。
前述の処理と同様の処理が、第２色目、第３色目および第４色目について繰り返して実行されることにより、各画像信号に対応した各色のトナー像が、中間転写ベルト１５１に重なり合って転写される。これにより、中間転写ベルト１５１上にはフルカラートナー像が形成される。
【００５７】
一方、記録媒体Ｐは、給紙トレイ１７から、給紙ローラ１７１、レジローラ１７２によって二次転写位置（すなわち、二次転写ローラ１５５と駆動ローラ１５４との対向部）へ搬送される。
中間転写ベルト１５１上に形成されたフルカラートナー像は、中間転写ベルト１５１の回転に伴って二次転写位置に至り、二次転写ローラ１５５によって記録媒体Ｐに転写（二次転写）される。このとき、二次転写ローラ１５５は中間転写ベルト１５１に押圧されるとともに二次転写電圧（二次転写バイアス）が印加される。
【００５８】
記録媒体Ｐに転写されたフルカラートナー像は、定着装置１８によって加熱および加圧されて記録媒体Ｐに融着される。その後、片面プリントの場合には、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対１７３によって画像形成装置１０の外部へ排出される。
一方、感光体１１は一次転写位置を経過した後に、クリーニングユニット１６のクリーニングブレード１６１によって、その表面に付着しているトナーが掻き落とされ、次の潜像を形成するための帯電に備える。掻き落とされたトナーは、クリーニングユニット１６内の残存トナー回収部に回収される。
【００５９】
両面プリントの場合には、定着装置１８によって一方の面に定着処理された記録媒体Ｐを一旦排紙ローラ対１７３により挟持した後に、排紙ローラ対１７３を反転駆動するとともに、搬送ローラ対１７４、１７６を駆動して、当該記録媒体Ｐを搬送路１７５を通じて表裏反転して二次転写位置へ帰還させ、前述と同様の動作により、記録媒体Ｐの他方の面に画像を形成する。
【００６０】
次に、イメージングディスプレイ（表示装置）に本発明を適用した例を説明する。
図１０は、本発明の画像形成装置（イメージングディスプレイ）の一例を示す概略図である。
図１０に示す画像形成装置１９は、光スキャナである光学デバイス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、スクリーン１９７とを備えている。
【００６１】
このような画像形成装置１９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（光反射部２２１）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２２１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。
【００６２】
その際、光学デバイス１の駆動（可動板２２の回動中心軸Ｘまわりの回動）により、光反射部２２１で反射した光は、スクリーン１９７の横方向に走査（主走査）される。一方、ガルバノミラー１９５の軸線Ｙまわりの回転により、光反射部２２１で反射した光は、スクリーン１９７の縦方向に走査（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。
このようにして画像形成装置１９は、スクリーン１９７上を画像形成（描画）を行う。
【００６３】
以上、本発明の光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の光学デバイス等では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、前述した実施形態では、駆動手段が１つの圧電素子を有するものを説明したが、駆動手段は２個以上の圧電素子を有するものであってもよい。この場合、伝達部材は、１つであってもよいし、各圧電素子に対応して複数設けられていてもよい。
【００６４】
また、前述した実施形態では、可動板および１対の軸部材が１自由度または２自由度の振動系を構成するように軸部材が形成されているものを説明したが、可動板および１対の軸部材は、３自由度以上の振動系を構成するものであってもよい。
また、前述した実施形態では、光反射部が可動板の上面（支持体とは逆側の面）に設けられている構成について説明したが、例えば、その逆に設けられている構成であってもよい。この場合、基板３１に透明基板を採用したり、基板３１に開口部を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の光学デバイスの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す光学デバイスの平面図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】本発明の光学デバイスの第２実施形態を示す平面図である。
【図６】図５中のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】図５中のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】本発明の光スキャナを備える画像形成装置（プリンタ）の一例を示す模式的断面図である。
【図９】図８の画像形成装置に備えられた露光ユニットの概略構成を示す図である。
【図１０】本発明の光スキャナを備える画像形成装置（イメージングディスプレイ）の一例を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１、１Ａ……光学デバイス（光スキャナ）  １０、１９……画像形成装置  １１……感光体  １２……帯電ユニット  １３……露光ユニット  １３１……レーザー光源  １３２……コリメータレンズ  １３３……ｆθレンズ  １４……現像ユニット  １４１〜１４４……現像装置  １４５……保持体  １４６……軸  １５……転写ユニット  １５１……中間転写ベルト  １５２……一次転写ローラ  １５３……従動ローラ  １５４……駆動ローラ  １５５……二次転写ローラ  １６……クリーニングユニット  １６１……クリーニングブレード  １７……給紙トレイ  １７１……給紙ローラ  １７２……レジローラ  １７３……排紙ローラ対  １７４、１７６……搬送ローラ対  １７５……搬送路  １８……定着装置  １９１〜１９３……光源  １９４……クロスダイクロイックプリズム  １９５……ガルバノミラー  １９６……固定ミラー  １９７……スクリーン  ２、２Ａ……基体  ２１、２１Ａ……支持部材  ２２……可動板  ２２１……光反射部  ２３、２３Ａ、２４、２４Ａ……軸部材  ２３１、２４１……駆動部材  ２３２、２４２……第１の連結部材  ２３３、２４３……第２の連結部材  ３……支持体  ３１……基板  ３２、５３、５３Ａ、５４……スペーサ  ５、５Ａ……駆動手段  ５１、５１Ａ……伝達部材  ５２……圧電素子  Ｐ……記録媒体  Ｘ、Ｙ……軸線
【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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【図１０】
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