(57)【要約】【課題】省電力化および小型化を図りつつ、大きい回動角を有する光学デバイス、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】光反射部６を備える質量部２１と、支持部２４と、１対の弾性部２２、２３と、質量部２１を回動させる駆動手段とを有し、駆動手段を作動させることにより、弾性部２２、２３を捩れ変形させながら、質量部２１を回動させ、光反射部６で光を走査するように構成された光学デバイスであって、駆動手段は、質量部２１に設けられ、該質量部の面に直角な方向に磁化された磁性部４１と、非駆動状態の質量部２１の平面視にて、質量部２１を介して、その回動中心軸Ｘに直角な方向に対向するように設けられた１対の磁極５１１、５２１を備えた磁界発生手段とを有し、磁界発生手段が、１対の磁極５１１、５２１間に磁界を発生させることで、質量部２１を支持部２４に対して回動させるように構成されている。【選択図】図１
2008040353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状をなし、光反射性を有する光反射部を備える質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記質量部を前記支持部に対し回動可能に連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
前記質量部を回動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動させることにより、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光の向きを変更しうる光学デバイスであって、
前記駆動手段は、
前記質量部に設けられ、該質量部の面に直角な方向に磁化された磁性部と、
非駆動状態の前記質量部の平面視にて、当該磁性部を介して、その回動中心軸に直角な方向に対向するように設けられ、互いに極性の異なる１対の磁極と、前記１対の磁極に磁力を発生させるためのコイルとを備えた磁界発生手段とを有し、
前記磁界発生手段は、前記コイルに電圧を印加することで、前記１対の磁極間に磁界を発生させ、前記質量部を前記支持部に対して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】
前記質量部の一方の面側には、前記光反射部が設けられ、
前記質量部の他方の面側には、前記磁性部が設けられている請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記磁性部は、薄膜状をなし、前記質量部の面に沿って設けられている請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記磁界発生手段は、
前記コイルが巻きつけられた磁心と、
前記磁心の両端部に設けられ、前記１対の磁極を形成するように磁路を形成する１対のヨークと、
前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを有し、
前記電圧印加手段により前記コイルへ電圧を印加することで、前記１対の磁極間に磁界を発生させるように構成されている請求項３に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記電圧印加手段は、前記コイルへ交番電圧を印加するように構成されている請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記質量部の回動中心軸と平行な方向において、各前記磁極の長さは、前記磁性部の長さとほぼ等しい請求項４または５に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記１対の磁極同士の間の距離が、前記光の入射側の領域において、前記光の出射方向へ向けて漸増する部分を有する請求項４ないし６のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記質量部は、
板状をなす１対の第１の質量部と、
平面視にて、前記１対の第１の質量部の間に設けられた第２の質量部と、
前記第２の質量部を前記第１の質量部に対し回動可能に連結する弾性変形可能な１対の連結部材とを有し、
前記光反射部は、前記第２の質量部に設けられ、
前記磁性部は、各前記第１の質量部に設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項９】
板状をなし、光反射性を有する光反射部を備える質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記質量部を前記支持部に対し回動可能に連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
前記質量部を回動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動させることにより、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査する光スキャナであって、
前記駆動手段は、
前記質量部に設けられ、該質量部の面に直角な方向に磁化された磁性部と、
非駆動状態の前記質量部の平面視にて、当該磁性部を介して、その回動中心軸に直角な方向に対向するように設けられ、互いに極性の異なる１対の磁極と、前記１対の磁極に磁力を発生させるためのコイルとを備えた磁界発生手段とを有し、
前記磁界発生手段は、前記コイルに電圧を印加することで、前記１対の磁極間に磁界を発生させ、前記質量部を前記支持部に対して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１０】
板状をなし、光反射性を有する光反射部を備える質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記質量部を前記支持部に対し回動可能に連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
前記質量部を回動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動させることにより、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査する光スキャナを備えた画像形成装置であって、
前記駆動手段は、
前記質量部に設けられ、該質量部の面に直角な方向に磁化された磁性部と、
非駆動状態の前記質量部の平面視にて、当該磁性部を介して、その回動中心軸に直角な方向に対向するように設けられ、互いに極性の異なる１対の磁極と、前記１対の磁極に磁力を発生させるためのコイルとを備えた磁界発生手段とを有し、
前記磁界発生手段は、前記コイルに電圧を印加することで、前記１対の磁極間に磁界を発生させ、前記質量部を前記支持部に対して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学デバイスとしては、小型化を図ることなどの目的から、ねじり振動子を用いる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にかかる光学デバイスは、鏡面加工された小磁石（ミラー部）と、小磁石を支持するための支持部と、小磁石を支持部に対して回動可能に連結するトーションバネと、小磁石の面と対向するように設けられたコイルとを有している。そして、コイルに交番電流を流すことにより交番磁界を発生させ、小磁石を共振振動させることで光走査を行う。
【０００３】
コイルに電流を流すことにより発生する磁力が等しい場合には、小磁石とコイルとの間の距離が小さいほど小磁石に働く磁力が大きくなる。言い換えすれば、小磁石とコイルとの間の距離が小さいほど低電圧駆動を行うことができ、消費電力の削減を図ることができる。しかし、特許文献１にかかる光学デバイスでは、コイルが小磁石の面と対抗するように設けられているため、小磁石の回動を許容できる程度（小磁石とコイルとがぶつからない程度）に、コイルと小磁石とを離隔して配置しなければならない。したがって、消費電力の削減を図ることが困難であるという問題が生じる。
【０００４】
また、小磁石の回動を許容できる程度にコイルと小磁石とを離隔して配置すれば、光学デバイスの大型化を招いてしまう。この問題は、小磁石の回動角を大きくすればするほど顕著となる。すなわち、小磁石の回動角を大きくしつつ、光学デバイスの小型化を図ることが困難であるという問題も生じる。
以上のように、特許文献１にかかる光学デバイスでは、省電力化および小型化を図りつつ、小磁石の回動角を大きくすることが困難であるという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１３８３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、省電力化および小型化を図りつつ、大きい回動角を有する光学デバイス、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】
【０００７】
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、板状をなし、光反射性を有する光反射部を備える質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記質量部を前記支持部に対し回動可能に連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
前記質量部を回動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動させることにより、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光の向きを変更しうる光学デバイスであって、
前記駆動手段は、
前記質量部に設けられ、該質量部の面に直角な方向に磁化された磁性部と、
非駆動状態の前記質量部の平面視にて、当該磁性部を介して、その回動中心軸に直角な方向に対向するように設けられ、互いに極性の異なる１対の磁極と、前記１対の磁極に磁力を発生させるためのコイルとを備えた磁界発生手段とを有し、
前記磁界発生手段は、前記コイルに電圧を印加することで、前記１対の磁極間に磁界を発生させ、前記質量部を前記支持部に対して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、前記質量部と前記１対の磁極との干渉を防止することができるため、質量部の回動角を大きくしつつ、光学デバイスの小型化を図ることができる。
【０００８】
本発明の光学デバイスでは、前記質量部の一方の面側には、前記光反射部が設けられ、
前記質量部の他方の面側には、前記磁性部が設けられていることが好ましい。
これにより、前記光反射部および前記磁性部の配置などの設計の自由度を増大させることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記磁性部は、薄膜状をなし、前記質量部の面に沿って設けられていることが好ましい。
これにより、前記質量部の回動中心軸のぶれを抑制することができ、前記質量部を安定的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、前記磁界発生手段は、
前記コイルが巻きつけられた磁心と、
前記磁心の両端部に設けられ、前記１対の磁極を形成するように磁路を形成する１対のヨークと、
前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを有し、
前記電圧印加手段により前記コイルへ電圧を印加することで、前記１対の磁極間に磁界を発生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、比較的簡単な構成で、前記１対の磁極間に磁界を発生させることができる。
【００１０】
本発明の光学デバイスでは、前記電圧印加手段は、前記コイルへ交番電圧を印加するように構成されていることが好ましい。
これにより、１対の磁極間の磁界の向きを周期的に切り換えることができ、前記質量部を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、前記質量部の回動中心軸と平行な方向において、各前記磁極の長さは、前記磁性部の長さとほぼ等しいことが好ましい。
これにより、前記質量部を安定的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１対の磁極同士の間の距離が、前記光の入射側の領域において、前記光の出射方向へ向けて漸増する部分を有することが好ましい。
これにより、前記光反射部で反射した光の行路を妨害してしまうことを防止することができる。
【００１１】
本発明の光学デバイスでは、前記質量部は、
板状をなす１対の第１の質量部と、
平面視にて、前記１対の第１の質量部の間に設けられた第２の質量部と、
前記第２の質量部を前記第１の質量部に対し回動可能に連結する弾性変形可能な１対の連結部材とを有し、
前記光反射部は、前記第２の質量部に設けられ、
前記磁性部は、各前記第１の質量部に設けられていることが好ましい。
これにより、消費電力を削減することができる。
【００１２】
本発明の光スキャナは、板状をなし、光反射性を有する光反射部を備える質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記質量部を前記支持部に対し回動可能に連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
前記質量部を回動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動させることにより、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査する光スキャナであって、
前記駆動手段は、
前記質量部に設けられ、該質量部の面に直角な方向に磁化された磁性部と、
非駆動状態の前記質量部の平面視にて、当該磁性部を介して、その回動中心軸に直角な方向に対向するように設けられ、互いに極性の異なる１対の磁極と、前記１対の磁極に磁力を発生させるためのコイルとを備えた磁界発生手段とを有し、
前記磁界発生手段は、前記コイルに電圧を印加することで、前記１対の磁極間に磁界を発生させ、前記質量部を前記支持部に対して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、前記質量部と前記１対の磁極との干渉を防止することができるため、小型で、質量部の回動角の大きい光スキャナを提供することができる。
【００１３】
本発明の画像形成装置は、板状をなし、光反射性を有する光反射部を備える質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記質量部を前記支持部に対し回動可能に連結する弾性変形可能な１対の弾性部と、
前記質量部を回動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動させることにより、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査する光スキャナを備えた画像形成装置であって、
前記駆動手段は、
前記質量部に設けられ、該質量部の面に直角な方向に磁化された磁性部と、
非駆動状態の前記質量部の平面視にて、当該磁性部を介して、その回動中心軸に直角な方向に対向するように設けられ、互いに極性の異なる１対の磁極と、前記１対の磁極に磁力を発生させるためのコイルとを備えた磁界発生手段とを有し、
前記磁界発生手段は、前記コイルに電圧を印加することで、前記１対の磁極間に磁界を発生させ、前記質量部を前記支持部に対して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、優れた光走査特性を有す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】
【００１４】
以下、本発明の光学デバイス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中のＡ−Ａ線断面図、図３は、駆動手段を説明するための図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図１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２および図３中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００１５】
光学デバイス１は、図１に示すような１自由度振動系を有する基体２と、この基体２を支持する支持基板３とを有している。
基体２は、質量部（可動部）２１と、１対の弾性部２２、２３と、支持部２４とを備えている。
このような光学デバイス１にあっては、後述する１対の磁極５１１、５２１間に磁界を発生させることにより、１対の弾性部２２、２３を捩れ変形させながら、質量部２１を回動させるように構成されている。このとき、１対の弾性部２２、２３は、図１に示す回動中心軸Ｘを中心にして回動する。
【００１６】
このような１対の弾性部２２、２３は、質量部２１の平面視にて、質量部２１を中心として、ほぼ左右対称となるように設けられている。すなわち、本実施形態にかかる光学デバイス１は、平面視にて、質量部２１を中心として、ほぼ左右対称となるように形成されている。さらに、光学デバイス１は、平面視にて、回動中心軸Ｘに対して対称となるように形成されている。
【００１７】
質量部２１は、板状をなし、その上面（支持基板３と反対側の板面）には、光反射部６が設けられている。
一方、質量部２１の下面（支持基板３と対向する側の板面）には、磁性体（磁性部）４１が設けられている。磁性体４１については、後述する駆動手段４で詳細に説明する。
このような質量部２１は、弾性部２２、２３を介して支持部２４に接続されている。
【００１８】
弾性部２２は、質量部２１を支持部２４に対して回動可能とするように、質量部２１と支持部２４とを連結している。これと同様に、弾性部２３は、質量部２１を支持部２４に対して回動可能とするように、質量部２１と支持部２４とを連結している。
このような１対の弾性部２２、２３は、同軸的に設けられており、これらを回動中心軸（回転軸）Ｘとして、質量部２１が支持部２４に対して回動可能となっている。
このように、基体２は、質量部２１と１対の弾性部２２、２３とで構成された１つの振動系を有する。すなわち、基体２は、１自由度振動系を有する。
【００１９】
このような基体２は、例えば、シリコンを主材料として構成されていて、質量部２１と、１対の弾性部２２、２３と、支持部２４とが一体的に形成されている。このように、シリコンを主材料とすることにより、優れた回動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、微細な処理（加工）が可能であり、光学デバイス１の小型化を図ることができる。
なお、基体２は、ＳＯＩ基板等の積層構造を有する基板から、質量部２１と、１対の弾性部２２、２３と、支持部２４とを形成したものであってもよい。その際、質量部２１と、弾性部２２、２３と、支持部２４の一部とが一体的となるように、これらを積層構造基板の１つの層で構成するのが好ましい。
【００２０】
以上のような基体２は、図１に示すように、支持基板３に接合（支持）されている。
支持基板３は、例えば、ガラスやシリコンなどの非磁性体を主材料として構成されている。
支持基板３の上面には、図２に示すように、凹部３０が形成されている。この凹部３０は、質量部２１が回動する際に、支持基板３に接触するのを防止する逃げ部を構成する。
【００２１】
次に、質量部２１を回動させるための駆動手段４について詳述する。
駆動手段４は、質量部２１に設けられた磁性体（磁性部）４１と、磁性体４１に作用させる磁界を発生させる磁界発生手段５とを有している。
磁性体４１は、質量部２１の下面（光反射部６と反対側の面）に設けられている。これにより、光反射部６および磁性体４１の配置などの設計の自由度を増大させることができる。
【００２２】
また、磁性体４１は、平面視にて、回動中心軸Ｘに対して対象となるように、質量部２１の面に設けられている。これにより、質量部２１に磁性体４１を設けることにより、質量部２１の回動中心軸Ｘがぶれてしまうことを抑制することができる。その結果、光学デバイス１は、質量部２１を安定的に回動させることができる。
また、磁性体４１は、薄膜状をなし、質量部２１の面に沿って設けられている。これにより、質量部２１全体の厚み（面に垂直な方向での長さ）を抑えることができ、光学デバイス１の小型化を図ることができる。また、質量部２１の面と垂直な方向での、質量部２１と磁性体４１との中心間距離を小さくすることができるため、質量部２１を安定的に回動させることができる。
【００２３】
また、このような磁性体４１は、質量部２１の面に直角な方向（質量部２１の厚み方向）に磁化（着磁）されている。すなわち、図２にて、上方向または下方向に磁化している。具体的には、磁性体４１は、例えば、質量部２１と対向する面側にＮ極が形成され、その反対の面側にＳ極が形成されている場合には、図２にて上方向に磁化し、質量部２１と対向する面とは反対の面側にＮ極、質量部２１と対抗する面にＳ極が形成されている場合には、図２にて下方向に磁化することとなる。なお、以下、説明の便宜上、図２にて、上方向に磁化（着磁）している場合について説明する。
磁性体４１は、硬質磁性材料を着磁したもの（いわゆる永久磁石）である。このような磁性体４１としては、特に限定されないが、ネオジウム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石などが挙げられる。
【００２４】
磁界発生手段５は、磁路を形成する１対のヨーク５１、５２と、磁界を発生させるためのコイル５３と、コイル５３が巻きつけられた磁心５４と、コイル５３に電圧を印加する交流電源（電圧印加手段）５５とを有している。
磁心５４は、図２に示すように、支持基板３に固定的に設けられている。そして、この磁心５４には、コイル５３が巻きつけられており、コイル５３は、交流電源（電圧印加手段）５５に接続されている。
磁心５４は、軟質磁性材料を主材料として構成されている。このような軟磁性材料としては、特に限定されないが、Ｆｅ、各種Ｆｅ合金（ケイ素鉄、パーマロイ、アモルファス、センダスト）、軟磁性フェライトなどが挙げられる。
【００２５】
ヨーク５１のうちの一端は、磁心５４に接続しており、他端は、質量部２１の回動中心軸Ｘから遠位の側面に対向するように設けられている。そして、ヨーク５１の質量部２１に対向する側の端部は、磁極５１１として機能する。本実施形態では、ヨーク５１は、略「コ」の字状をなしている。
これと同様に、ヨーク５２のうちの一端は、磁心５４に接続しており、他端は、質量部２１の回動中心軸Ｘから遠位の側面に対向するように設けられている。そして、ヨーク５２の質量部２１に対向する側の端部は、磁極５２１として機能する。本実施形態では、ヨーク５２は、略「コ」の字状をなし、ヨーク５１とほぼ同一形状、同一寸法となるように形成されている。
すなわち、ヨーク５１、５２は、１対の磁極５１１、５２１を形成するように磁路を形成している。
【００２６】
このような磁界発生手段５は、交流電源５５によりコイル５３へ電圧を印加することで、１対の磁極５１１、５２１を互いに異なる極性とし、１対の磁極５１１、５２１の間に磁界を発生させるように構成されている。これにより、比較的簡単な構成で、１対の磁極５１１、５２１の間に磁界を発生させることができる。
このようなヨーク５１、５２の材料としては、磁束を誘導することができれば、特に限定されず、例えば、軟質磁性材料などを好適に用いることができる。
【００２７】
また、１対の磁極５１１、５１２は、非駆動状態の質量部２１の平面視にて、質量部２１を介して、その回動中心軸Ｘに直角な方向に対向するように設けられている。このような構成にすることにより、１対の磁極５１１、５２１を質量部２１に接近させて設けることができ、光学デバイスの小型化および省電力化を図ることができる。また、このような構成とすることにより、１対の磁極５１１、５２１が、質量部２１の回動を阻害することを防止することができるため、質量部２１の回動角を大きくすることができる。すなわち、光学デバイス１の小型化および省電力化を図りつつ、質量部２１の回動角を大きくすることができる。
【００２８】
また、質量部２１の回動中心軸Ｘと平行な方向において、各磁極５１１、５２１の長さが、磁性体４１（質量部２１）の長さより若干長くなるように（ほぼ等しくなるように）、１対の磁極５１１、５２１が設けられている。これにより、回動中心軸Ｘと平行な方向において、磁性体４１は、均一に磁力を受けることとなり、その結果、質量部２１を安定的に回動させることができる。また、省電力化を図ることができる。
【００２９】
また、磁極５１１、５１２は、図３に示すように、質量部２１の回動中心軸Ｘから遠位の縁部に臨むように設けられている。これにより、１対の磁極５１１、５２１間により確実に磁界を発生させることができる。
さらに、１対の磁極５１１、５２１同士の間の距離が、光の入射側の領域において、光の出射方向へ向けて漸増する部分を有している。これにより、入射した光の反射を妨害することを防止することができる。
【００３０】
以上のような構成の駆動手段４は、次のようにして質量部２１を回動（駆動）させる。
交流電源５５によってコイル５３に電圧を印加すると、磁心５４に磁力が発生し、１対の磁極５１１、５２１のうちの一方がＳ極となり、他方がＮ極となる。これにより、１対の磁極５１１、５２１の間には、磁界が発生する。
一方、質量部２１には、その面に垂直な方向に磁化（着磁）した磁性体４１が設けられている。そのため、非駆動状態の質量部２１の平面視にて、１対の磁極５１１、５２１の間に発生する磁界の向きと磁性体４１の磁化方向とが直交する。
このような状態（１対の磁極５１１、５２１の間に発生する磁界の向きと磁性体４１の磁化方向とが直交する状態）では、磁性体４１（質量部２１）は、磁性体４１の磁化方向が１対の磁極５１１、５２１間で発生する磁界の方向と同方向（平行）となるような力（トルク）を受ける。
【００３１】
具体的には、例えば、磁極５１１がＳ極で、磁極５２１がＮ極である場合（この場合を「第１の状態」とする）、１対の磁極５１１、５２１間には、図３にて、右方向（磁極５２１から磁極５１１へ向かう方向）の磁界が発生する。そして、磁性体４１（質量部２１）は、回動中心軸Ｘを軸として、図３にて、時計回り（右回り）方向のトルクを受ける。反対に、磁極５１１がＮ極で、磁極５２１がＳ極である場合（この場合を「第２の状態」という）、１対の磁極５１１、５２１間には、図３にて、左方向（磁極５１１から磁極５２１へ向かう方向）の磁界が発生する。そして、磁性体４１は、回動中心軸Ｘを軸として、図３にて、反時計回り（左回り）方向のトルクを受ける。
【００３２】
このような第１の状態と第２の状態とを交互に繰り返すことにより、弾性部２２、２３を捩れ変形させながら、質量部２１を支持部２４に対して回動させることができる。電圧印加手段として交流電源５５を用いることで、１対の磁極５１１、５２１の極性を周期的に切り換えることができ、質量部２１を円滑に回動させることができる。
以上のような駆動手段４により、光学デバイス１の小型化および省電力化を図りつつ、質量部２１の回動角を大きくすることができる。
【００３３】
以上説明したような光学デバイス１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。
本発明にかかる光スキャナは、本発明にかかる光学デバイス１と同様に、質量部と、光反射部と、支持部と、１対の弾性部と、駆動手段とを有している。このような光スキャナは、前記駆動手段を作動させることにより、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するものである。また、光スキャナの駆動手段は、光学デバイス１の駆動手段４と同様である。これにより、光スキャナの回動角を大きくすることができるため、光反射部と走査対象物との距離を小さくすることができる。その結果、本発明にかかる光スキャナの小型化を図ることができる。
【００３４】
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。
本発明にかかる画像形成装置は、本発明にかかる光スキャナを備えているため、小型化を図りつつ、優れた描画特性を発揮することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、図２中、上方向に磁化した磁性体４１について説明したが、質量部２１の面に垂直な方向に磁化していればよく、すなわち、図２にて、下方向へ磁化した磁性体４１を用いてもよい。
また、本実施形態では、磁性体４１について、質量部２１の光反射部６とは反対の面に設けられたものについて説明したが、質量部２１の面に垂直な方向に磁化するように設けられれば、これに限定されず、例えば、質量部２１の光反射部６が設けられている面に設けてもよいし、質量部２１の両面に設けてもよい。
【００３６】
また、本実施形態では、磁性体４１について、薄膜状をなしているものについて説明したが、質量部２１の面に垂直な方向に磁化するように設けることができれば、これに限定されず、例えば、板状であってもよく、棒状であってもよい。
また、ヨーク５１、５２について、「コ」の字状をなしているものについて説明したが、質量部２１を介して対抗するように設けることができれば、これに限定されず、例えば、「Ｕ」字状であってもよいし、異形状であってもよい。また、ヨーク５１とヨーク５２の形状は、同一でなくてもよい。
【００３７】
また、本実施形態では、電圧印加手段５５として交流電源を用いたものについて説明したが、コイル５３に電圧を印加することができれば、これに限定されず、例えば、直流電源を用いてもよい。この場合には、例えば、直流電圧を間欠的に印加することで、質量部２１を支持部２４に対して回動させることができる。
また、本実施形態では、１対の磁極５１１、５２１同士の間の距離が、光の入射側の領域において、光の出射方向へ向けて漸増する部分を有しているものについて説明したが、このような部分を有していなくてもよい。
また、本実施形態では、ヨーク５１、５２と磁心５４とが別体として構成されているものについて説明したが、ヨーク５１、５２と磁心５４とが一体的に構成されていてもよい。
【００３８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の光学デバイスの第２実施形態について説明する。
図４は、本発明の光学デバイスの第２実施形態を示す部分拡大図、図５は、図４中、Ａ−Ａ線断面図、図６は、本発明の光学デバイスの駆動手段を説明するための図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図４の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
以下、第２実施形態の光学デバイス１Ａについて、前述した第１実施形態の光学デバイス１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。
【００３９】
第２実施形態の光学デバイス１Ａは、質量部２１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。
すなわち、光学デバイス１Ａでは、質量部２１Ａは、図４に示すように、１対の第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａと、第２の質量部２１３Ａと、１対の連結部２１４Ａ、２１５Ａとで構成されている。
【００４０】
このような光学デバイス１Ａにあっては、後述する１対の磁極５１１Ａ、５２１Ａ間に磁界を発生させることにより、１対の弾性部２２Ａ、２３Ａを捩れ変形させながら、１対の第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａを回動させ、これに伴って、１対の連結部２１４Ａ、２１５Ａを捩れ変形させながら第２の質量部２１３Ａを回動させる。このとき、１対の第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａおよび第２の質量部２１３Ａは、それぞれ、図４に示す回動中心軸Ｘを中心にして回動する。
【００４１】
このような１対の第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａの間には、第２の質量部２１３Ａが設けられており、１対の第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａは、第２の質量部２１３Ａの平面視にて、第２の質量部２１３Ａを中心として、ほぼ左右対称となるように設けられている。同様に、１対の連結部２１４Ａ、２１５Ａは、平面視にて、第２の質量部２１３Ａを中心として、ほぼ左右対称となるように設けられており、１対の弾性部２２Ａ、２３Ａは、平面視にて、第２の質量部２１３Ａを中心として、ほぼ左右対称となるように設けられている。すなわち、本実施形態にかかる光学デバイス１Ａは、平面視にて、第２の質量部２１３Ａを中心として、ほぼ左右対称となるように形成されている。さらに、光学デバイス１Ａは、平面視にて、回動中心軸Ｘに対して対称となるように形成されている。
【００４２】
第２の質量部２１３Ａは、板状をなし、その上面（支持基板３Ａと反対側の板面）に光反射部６Ａ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。
第１の質量部２１１Ａおよび第１の質量部２１２Ａは、板状をなしており、互いにほぼ同一形状、同一寸法である。さらに、第１の質量部２１１Ａの下面（支持基板３Ａに対向する側の面）には、磁性体４１Ａが設けられており、第１の質量部２１２Ａの下面には、磁性体４１Ａが設けられている。
【００４３】
第２の質量部２１３Ａおよび第１の質量部２１１Ａにあっては、第１の質量部２１１Ａが弾性部２２Ａを介して支持部２４Ａに接続され、第２の質量部２１３Ａが連結部２１４Ａを介して第１の質量部２１１Ａに接続されている。
これと同様に、第２の質量部２１３Ａおよび第１の質量部２１２Ａにあっては、第１の質量部２１２Ａが弾性部２３Ａを介して支持部２４Ａに接続され、第２の質量部２１３Ａが連結部２１５Ａを介して第１の質量部２１２Ａに接続されている。
弾性部２２Ａは、第１の質量部２１１Ａを支持部２４に対して回動可能とするように、第１の質量部２１１Ａと支持部２４Ａとを連結している。これと同様に、弾性部２３Ａは、第１の質量部２１２Ａを支持部２４Ａに対して回動可能とするように、第１の質量部２１２Ａと支持部２４Ａとを連結している。
【００４４】
連結部２１４Ａは、第２の質量部２１３Ａを第１の質量部２１１Ａに対して回動可能とするように、第２の質量部２１３Ａと第１の質量部２１１Ａとを連結している。これと同様に、連結部２１５Ａは、第２の質量部２１３Ａを第１の質量部２１２Ａに対して回動可能とするように、第２の質量部２１３Ａと第１の質量部２１２Ａとを連結している。なお、連結部２１４Ａ、２１５Ａは、弾性変形可能な棒状部材である。
このような１対の弾性部２２Ａ、２３Ａおよび、１対の連結部２１４Ａ、２１５Ａは、同軸的に設けられており、これらを回動中心軸（回転軸）Ｘとして、１対の第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａが支持部２４Ａに対して回動可能となっている。さらに、第２の質量部２１３Ａが第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａに対して回動可能となっている。
【００４５】
このように、基体２Ａは、１対の第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａと１対の弾性部２２Ａ、２３Ａとで構成された第１の振動系と、第２の質量部２１３Ａと１対の連結部２１４Ａ、２１５Ａとで構成された第２の振動系とを有する。すなわち、基体２Ａは、第１の振動系および第２の振動系からなる２自由度振動系を有する。
このような基体２Ａは、例えば、シリコンを主材料として構成されていて、第２の質量部２１３Ａと、第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａと、弾性部２２Ａ、２３Ａと、連結部２１４Ａ、２１５Ａと、支持部２４Ａとが一体的に形成されている。このように、シリコンを主材料とすることにより、優れた回動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、微細な処理（加工）が可能であり、光学デバイス１Ａの小型化を図ることができる。
【００４６】
なお、基体２Ａは、ＳＯＩ基板等の積層構造を有する基板から、第２の質量部２１３Ａと、第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａと、弾性部２２Ａ、２３Ａと、連結部２１４Ａ、２１５Ａと、支持部２４とを形成したものであってもよい。その際、第２の質量部２１３Ａと、第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａと、弾性部２２Ａ、２３Ａと、連結部２１４Ａ、２１５Ａと、支持部２４の一部とが一体的となるように、これらを積層構造基板の１つの層で構成するのが好ましい。
【００４７】
次に、第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａと、第２の質量部２１３Ａとの関係について詳述する。
第１の質量部２１１Ａの回動中心軸Ｘからこれにほぼ垂直な方向（長手方向）での長さをＬ１とし、第１の質量部２１２Ａの回動中心軸Ｘからこれにほぼ垂直な方向（長手方向）での長さをＬ２とし、第２の質量部２１３Ａの回動中心軸Ｘからこれにほぼ垂直な方向での長さをＬ３としたとき、本実施形態では、第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａが、それぞれ独立して設けられているため、第２の質量部２１３Ａの大きさ（長さＬ３）にかかわらず、第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａと第２の質量部２１３Ａとが干渉せず、Ｌ１およびＬ２を小さくすることができる。これにより、第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａの回転角度（振れ角）を大きくすることができ、その結果、第２の質量部２１３Ａの回転角度を大きくすることができる。
【００４８】
また、第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａおよび第２の質量部２１３Ａの寸法は、それぞれ、Ｌ１＜Ｌ３かつＬ２＜Ｌ３なる関係を満足するよう設定されるのが好ましい。
前記関係を満たすことにより、Ｌ１およびＬ２をより小さくすることができ、第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａの回転角度をより大きくすることができ、第２の質量部２１３Ａの回転角度をさらに大きくすることができる。
この場合、第２の質量部２１３Ａの最大回転角度が、２０°以上となるように構成されるのが好ましい。
【００４９】
これらによって、第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａの低電圧駆動と、第２の質量部２１３Ａの大回転角度での振動（回動）とを実現することができる。
このため、このような光学デバイス１Ａを、例えば、プロジェクタ、レーザープリンタ、走査型共焦点レーザー顕微鏡等の装置に用いられる光スキャナに適用した場合には、より容易に装置を小型化することができる。
なお、前述したように、本実施形態では、Ｌ１とＬ２とはほぼ等しく設定されているが、Ｌ１とＬ２とが異なっていてもよいことは言うまでもない。
【００５０】
以上詳述した基体２Ａには、支持基板３Ａが接合している。
このような支持基板３Ａは、例えば、ガラスやシリコンなどの非磁性材料を主材料として構成されている。
支持基板３Ａの上面には、図５に示すように、凹部３０Ａが形成されている。さらに、凹部３０の底面には第２の質量部２１３Ａに対応する部分に開口部３１Ａが形成されている。この開口部３１Ａは、第２の質量部２１３Ａが回動（振動）する際に、支持基板３Ａに接触するのを防止する逃げ部を構成する。開口部（逃げ部）３１Ａを設けることにより、光学デバイス１Ａ全体の大型化を防止しつつ、第２の質量部２１３Ａの振れ角（振幅）をより大きく設定することができる。
【００５１】
なお、前述したような逃げ部は、前記効果を十分に発揮し得る構成であれば、必ずしも支持基板３Ａの下面（第２の質量部２１３Ａと反対側の面）で開放（開口）していなくてもよい。すなわち、逃げ部は、支持基板３Ａの上面に形成された凹部で構成することもできる。また、凹部３０Ａの深さが第２の質量部２１３Ａの振れ角（振幅）に対し大きい場合などには、開口部３１Ａを設けなくともよい。
【００５２】
次に、質量部２１Ａを回動させるための駆動手段４について詳述する。
駆動手段４Ａは、第１の質量部２１１Ａに設けられた磁性体（磁性部）４１Ａと、第１の質量部２１２Ａに設けられた磁性体（磁性部）４１Ａと、１対の磁性体４１Ａ、４１Ａに作用させる磁界を発生させる磁界発生手段５Ａとを有している。
以下、駆動手段４Ａについて具体的に説明するが、図６に示すように、第１の質量部２１１Ａを駆動させる構成（手段）と、第１の質量部２１２Ａを駆動させる構成（手段）とが同様であるため、第１の質量部２１１Ａを駆動させる構成について代表して説明し、第１の質量部２１２Ａを駆動させる手段については、その説明を省略する。
【００５３】
第１の質量部２１１Ａの下面（光反射部６と反対側の面）には、磁性体４１Ａが設けられている。
このような磁性体４１Ａは、回動中心軸Ｘに対して対称となるように、第１の質量部２１１Ａに設けられている。これにより、第１の質量部２１１Ａに磁性体４１Ａを設けても、第１の質量部２１１Ａの回動中心軸Ｘがぶれてしまうことを防止することができる。その結果、光学デバイス１Ａは、第１の質量部２１１Ａを安定的に回動させることができ、それに伴い、第２の質量部２１３Ａを安定的に回動させることができる。
【００５４】
また、磁性体４１Ａは、薄膜状をなし、第１の質量部２１１Ａの面に沿って設けられている。これにより、第１の質量部２１１Ａ全体の厚み（面に垂直な方向での長さ）を抑えることができ、光学デバイス１Ａの小型化を図ることができる。また、第１の質量部２１１Ａの面と垂直な方向での、第１の質量部２１１Ａと磁性体４１Ａとの中心間距離を小さくすることができるため、第１の質量部２１１Ａを安定的に回動させることができる。
また、このような磁性体４１Ａは、第１の質量部２１１Ａの面に直角な方向に磁化（着磁）されている。
【００５５】
磁界発生手段５Ａは、第１の質量部２１１Ａを回動させるため、磁路を形成する１対のヨーク５１Ａ、５２Ａと、磁界を発生させるためのコイル５３Ａと、コイル５３Ａが巻きつけられた磁心５４Ａと、コイル５３Ａに電圧を印加する交流電源５５Ａとを有している。
さらに、磁界発生手段５Ａは、第１の質量部２１２Ａを回動させるため、磁路を形成する１対のヨーク５１Ａ、５２Ａと、磁界を発生させるためのコイル５３Ａと、コイル５３Ａが巻きつけられた磁心５４Ａと、コイル５３Ａに電圧を印加する交流電源（電圧印加手段）５５Ａとを有している。
【００５６】
磁心５４Ａは、図５に示すように、支持基板３Ａに固定的に設けられている。そして、この磁心５４Ａには、コイル５３Ａが巻きつけられており、コイル５３Ａは、交流電源５５Ａに接続されている。
ヨーク５１Ａのうちの一端は、磁心５４Ａに接続しており、他端は、第１の質量部２１１Ａの側面に対向するように設けられている。そして、ヨーク５１Ａの第１の質量部２１１Ａに対向する側の端部は、磁極５１１Ａとして機能する。本実施形態では、ヨーク５１Ａは、略「コ」の字状をなしている。
【００５７】
これと同様に、ヨーク５２Ａのうちの一端は、磁心５４Ａに接続しており、他端は、第１の質量部２１１Ａの側面に対向するように設けられている。そして、ヨーク５２Ａの第１の質量部２１１Ａに対向する側の端部は、磁極５２１Ａとして機能する。本実施形態では、ヨーク５２Ａは、略「コ」の字状をなし、ヨーク５１Ａとほぼ同一形状、同一寸法となるように形成されている。
【００５８】
すなわち、ヨーク５１Ａ、５２Ａは、１対の磁極５１１Ａ、５２１Ａを形成するように磁路を形成している。
このような磁界発生手段５Ａは、交流電源５５Ａによりコイル５３Ａへ電圧を印加することで、１対の磁極５１１Ａ、５２１Ａを互いに異なる極性とし、１対の磁極５１１Ａ、５２１Ａの間に磁界を発生させるように構成されている。これにより、比較的簡単な構成で、１対の磁極５１１Ａ、５２１Ａの間に磁界を発生させることができる。
【００５９】
１対の磁極５１１Ａ、５２１Ａは、非駆動状態の質量部２１Ａの平面視にて、第１の質量部２１１Ａを介して、その回動中心軸Ｘに直角な方向に対向するように設けられている。このような構成にすることにより、１対の磁極５１１Ａ、５２１Ａを第１の質量部２１１Ａに接近させて設けることができ、光学デバイス１Ａの小型化および省電力化を図ることができる。また、このような構成とすることにより、１対の磁極５１１Ａ、５２１Ａが、第１の質量部２１１Ａの回動を阻害することを防止することができるため、第１の質量部２１１Ａの回動角を大きくすることができる。すなわち、光学デバイス１Ａの小型化および省電力化を図りつつ、第２の質量部２１３Ａの回動角を大きくすることができる。
【００６０】
また、質量部２１Ａの回動中心軸Ｘと平行な方向において、各磁極５１１Ａ、５２１Ａの長さが、磁性体４１Ａの長さより若干大きくなるように（ほぼ等しくなるように）、１対の磁極５１１Ａ、５２１Ａが設けられている。これにより、回動中心軸Ｘと平行な方向において、磁性体４１Ａは、均一に磁力を受けることとなり、その結果、第１の質量部２１１Ａを安定的に回動させることができる。また、省電力化を図ることができる。
また、磁極５１１Ａ、５１２Ａは、図４に示すように、第１の質量部２１１Ａの回動中心軸Ｘから遠位での縁部に臨むように設けられている。これにより、１対の磁極５１１Ａ、５２１Ａ間により確実に磁界を発生させることができる。
以上、駆動手段４Ａにおいて、第１の質量部２１１Ａを回動させるための構成について説明したが、前述したように、第１の質量部２１１Ａを回動させるために、同様の構成が設けられている。
【００６１】
交流電源５５Ａは、図６に示すように、１対のコイル５３Ａ、５３Ａのそれぞれに電圧を印加するように構成されている。これにより、第１の質量部２１１Ａと第１の質量部２１２Ａとを同期させて回動させることができる。その結果、第２の質量部２１３Ａをより安定的に回動させることができる。
なお、本実施形態では、磁性体４１Ａが、第１の質量部２１１Ａの下面に設けられているものについて説明したが、第１の質量部２１１Ａの面に垂直方向へ磁化していればこれに限定されず、例えば、上面に設けられていてもよい。また、第１の質量部２１１Ａと第１の質量部２１２Ａとで、磁性体４１Ａの配置が異なっていてもよい。
【００６２】
また、ヨーク５１Ａ、５２Ａについて、「コ」の字状をなしているものについて説明したが、第１の質量部２１１Ａ、２１２Ａを介して対抗するように磁極５１１Ａ、５２１Ａを設けることができれば、これに限定されず、例えば、「Ｕ」字状であってもよいし、異形状であってもよい。また、ヨーク５１Ａとヨーク５２Ａの形状は、同一でなくてもよい。
また、本実施形態では、交流電源（電圧印加手段）５５Ａは、１対のコイル５３Ａ、５３Ａのそれぞれに交流電圧を印加しているが、例えば、２つの交流電源を用いて、その一方の交流電源が一方のコイル５３Ａに電圧を印加し、他方の交流電源が他方のコイル５３Ａに電圧を印加するように構成されていてもよい。
【００６３】
また、本実施形態では、磁界発生手段５Ａは、１対のヨーク５１Ａ、５２Ａと、コイル５３Ａと、磁心５４Ａとをそれぞれ１対（２組）有しているが、これに限定されない。例えば、回動中心軸Ｘと平行な方向にて、質量部２１Ａの長さとほぼ等しい長さを有する１対のヨークを用いてもよい。
このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６４】
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、光スキャナの中心を通り質量部や駆動部の回動軸線に直角な面に対しほぼ対称（左右対称）な形状をなしている構造を説明したが、非対称であってもよい。
また、前述した実施形態では、光反射部が質量部の上面（支持基板とは逆側の面）に設けられ、放熱部が質量部の裏面（支持基板側の面）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。
【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中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】駆動手段を説明するための図である。
【図４】本発明にかかる光学デバイスの第２実施形態を示す部分拡大図である。
【図５】図４中のＡ−Ａ銭断面図である。
【図６】駆動手段を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６６】
１、１Ａ‥‥‥光学デバイス  ２、２Ａ‥‥‥基体  ２１、２１Ａ‥‥‥質量部  ２１１Ａ、２１２Ａ‥‥‥第１の質量部  ２１３Ａ‥‥‥第２の質量部  ２１４Ａ、２１５Ａ‥‥‥連結部  ２２、２２Ａ、２３、２３Ａ‥‥‥弾性部  ２４、２４Ａ‥‥‥支持部  ３、３Ａ‥‥‥支持基板  ３０、３０Ａ‥‥‥凹部  ３１Ａ‥‥‥開口部（逃げ部）  ４、４Ａ‥‥‥駆動手段  ４１、４１Ａ‥‥‥磁性体（磁性部）  ５、５Ａ‥‥‥磁界発生手段  ５１、５１Ａ、５２、５２Ａ‥‥‥ヨーク  ５１１、５１１Ａ、５２１、５２１Ａ‥‥‥磁極  ５３、５３Ａ‥‥‥コイル  ５４、５４Ａ‥‥‥磁心  ５５、５５Ａ‥‥‥交流電源（電圧印加手段）  ６、６Ａ‥‥‥光反射部  Ｘ‥‥‥回動中心軸
【図１】
2008040353.tif 000003
【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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