(57)【要約】【課題】  単一の素子で２次元の偏向走査を行うことができる小型の光偏向器を提供する。【解決手段】  固有振動モードを用いながら、略等角速度の偏向走査領域を有する駆動を実現する。【選択図】  図１
2005250078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を偏向走査する光偏向器であって、
該光偏向器は、
支持体と振動系と、
該振動系を駆動する駆動手段とで構成され、
該振動系は、
第１のねじり軸まわりに、複数の第１軸ねじりバネで弾性的に直列に連結された２つ以上の第１軸揺動可動子と、
前記第１のねじり軸と直交した第２のねじり軸まわりに、第２軸ねじりバネで弾性的に連結された第２軸揺動可動子と、
第２軸揺動可動子に設置された光偏向体とを有し、
少なくとも１つの前記第１軸揺動可動子は、
前記第１のねじり軸まわりに、前記第１軸ねじりバネで前記支持体と弾性的に連結され、
前記第２軸揺動可動子は、
前記第２のねじり軸まわりに、前記第２軸ねじりバネで、少なくとも１つの前記第１軸揺動可動子と弾性的に連結され、
前記振動系は、
前記第１のねじり軸まわりに、
周波数が異なる少なくとも２つの固有振動モードを有し、
前記駆動手段は、前記振動系を、
前記第１のねじり軸まわりに少なくとも２つの前記固有振動モードで、
同時にねじり振動させることを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
前記振動系は、２つの前記第１軸揺動可動子と、４つの前記第１軸ねじりバネとを有し、
前記第１軸揺動可動子は、互いに、２つの前記第１軸ねじりバネで連結され、
一方の前記第１軸揺動可動子は、前記支持体と、２つの前記第１軸ねじりバネで連結され、
他方の前記第１軸揺動可動子は、前記第２軸揺動可動子と２つの前記第２軸ねじりバネで連結されることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項３】
前記振動系は、前記第１のねじり軸まわりに、周波数が異なる２つの前記固有振動モードを有し、該固有振動モードの一方の周波数が他方の周波数の２倍であることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項４】
前記振動系は、前記第１のねじり軸まわりに、周波数が異なる２つの前記固有振動モードを有し、該固有振動モードの一方の周波数が他方の周波数の３倍であることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項５】
光源と、請求項１〜４の何れか１つに記載の光偏向器とを有し、該光偏向器は、前記光偏向器制御装置で制御され、前記光源からの光を前記光偏向器により偏向し、該光の少なくとも一部を画像表示体上に投影することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を偏向する光偏向器、更にはそれを用いた画像形成装置に関する。例えば、光の２次元偏向走査によって画像を投影するプロジェクションディスプレイなどの画像形成装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
光偏向器として、側面が反射面である多角柱を回転させて、入射した光の反射方向を変化させるポリゴンミラー、平面鏡を電磁アクチュエータによって軸中心に振動させるガルバノミラーなどがよく知られている。２次元的に光を走査させる場合、これらポリゴンミラーとガルバノミラーの組み合わせ、あるいはポリゴンミラー２枚の組み合わせが用いられるが、複数の光偏向器を必要とするため装置が大型となるばかりでなく、それぞれの鏡による走査方向が直交するよう配置する必要があり、光学調整が非常に煩雑であった。
【０００３】
このような課題を改善するため、単一の光偏向器で２次元的に光を偏向走査できる特許文献１、特許文献２、特許文献３のジンバル型光偏向器が開示されている。
【０００４】
図９は特許文献１、特許文献２、特許文献３に代表されるジンバル型光偏向器の典型例を説明する概略図である。外側可動子１０２３は、第１のねじりバネ１０２４によって支持体１０２５と第１のねじり軸１０１７まわりにねじり振動可能に連結されている。一方、可動子１０２１は、第２のねじりバネ１０２２によって、外側可動子１０２３と第２のねじり軸１０１８まわりにねじり振動可能に連結されている。可動子１０２１には、例えば反射面のような光を偏向する光偏向体（不図示）が設置されている。したがって、外側可動子１０２３、可動子１０２１が、駆動手段１０１６によってそれぞれ第１のねじり軸１０１７、第２のねじり軸１０１８まわりにねじり振動することにより光源からの光を２次元に偏向走査することができる。ここで、駆動手段１０１６は例えば、可動子１０２１、外側可動子１０２３に設けられた永久磁石とそれぞれの永久磁石を駆動するための固定コイルとすることなどで実現できる。特に、光偏向器の形状や材質で決定されるねじり軸まわりの固有振動モードの周波数で、光偏向器を駆動すると小さなエネルギーで大きな変位が得られるため好適である。
【０００５】
さて、第２のねじり軸１０１８まわり、第１のねじり軸１０１７まわりのそれぞれのねじり振動によって光が偏向走査される方向を、それぞれ主走査方向、副走査方向とすると、図１１に示したように、主走査方向の偏向走査の周波数が、副走査方向に比べ非常に大きい２次元走査（以下、本明細書ではラスタスキャンとする）を行うことが一般的である。また主走査方向と副走査方向の偏向走査の周波数比を非常に近接して設定し、それらを固定して被走査面上を図１０（ａ）に示すようなリサージュ図形の軌跡で走査する方法もある（図は特に、主走査方向に周波数比５：６、位相差９０°の場合を示している）。また、図１０（ｂ）（ｃ）に示すように主走査方向と副走査方向の偏向走査の周波数比を任意のある値に固定して、それぞれの振幅比も固定したまま、それぞれの振幅を偏向走査と共に徐々に減少させ、図１０（ｂ）（ｃ）のように被走査面上を走査曲線に沿ったα方向と、その略法線方向のβ方向へ２次元走査する例などがある。
【０００６】
このようなジンバル型光偏向器は、２次元の偏向走査を単一の光偏向器で行うため、小型で光学調整などが簡単な２次元走査系を実現しうる可能性があるが、以下に示す課題を有している。
【特許文献１】米国特許第６０４４７０５号公報
【特許文献２】特開平７―２７９８９号公報
【特許文献３】特開２００３−２９５１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来例において、固有振動モードの周波数と略一致した駆動周波数で光偏向器を駆動し、ラスタスキャンを実現しようとすると、主走査方向と副走査方向共に正弦振動であるため、偏向走査の角速度が一定とならず余弦的に変化する。偏向走査の両端に向かうにつれ偏向走査の角速度は減少するため、被走査領域の中央部分では、光の走査速度が速く被走査領域を照射する時間が両端部と比べ短時間となってしまう。
【０００８】
特に、副走査方向の角速度が変化すると、主走査方向への偏向走査による主走査ラインのライン間隔が一定とならず、被走査領域中央では、間隔が大きく、副走査方向両端に向かうほど間隔が小さくなってしまう。したがって、光偏向器を画像形成装置に用いた場合、画像の歪みや輝度ムラを引き起こしてしまう。
【０００９】
一方、主走査方向、副走査方向共に固有振動モードの周波数と略一致した駆動周波数で駆動し、ラスタスキャンを用いず、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）のようなリサージュ図形状の軌跡で２次元走査する場合も、偏向走査される光の角速度は、軌跡に沿って一定ではなく被走査領域の中央部では特に速い。また、被走査領域内で走査ラインのライン間隔が一定ではない２次元走査となる。したがって、画像形成装置に用いると、被走査領域の中央部で光を画像形成に有効利用出来ないばかりか、画像の歪みや輝度ムラを起してしまう。
【００１０】
更に、図１０（ｂ）（ｃ）の場合、偏向走査の軌跡が四角形と異なるため、光偏向器を画像形成装置に用いた場合、実際に画像形成に利用する領域より大きな偏向走査を行う必要がある。そのため、偏向走査の利用効率が悪く、装置が大型化、大消費電力化する。
【００１１】
また、副走査方向の偏向走査の周波数を固有振動モードの周波数とせず、駆動波形も正弦振動ではなく、等角速度の領域を有する三角波などの振動とした場合は、所望の振動振幅に駆動させるため大きな発生力が必要で、駆動手段が大型化、大消費電力化してしまう。
【００１２】
本発明は、上記従来の光偏向器の問題点に鑑みてなされたものであって、副走査方向の偏向走査に、固有振動モードを用いながら、略等角速度の偏向走査領域を有する駆動を実現することにより、単一の素子で２次元の偏向走査を行うことができる小型の光偏向器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】
【００１３】
本発明の目的は、光源からの光を偏向走査する光偏向器であって、該光偏向器は、支持体と振動系と該振動系を駆動する駆動手段とで構成され、該振動系は、第１のねじり軸まわりに、複数の第１軸ねじりバネで弾性的に直列に連結された２つ以上の第１軸揺動可動子と、前記第１のねじり軸と直交した第２のねじり軸まわりに、第２軸ねじりバネで弾性的に連結された第２軸揺動可動子と、第２軸揺動可動子に設置された光偏向体とを有し、少なくとも１つの前記第１軸揺動可動子は、前記第１のねじり軸まわりに、前記第１軸ねじりバネで前記支持体と弾性的に連結され、前記第２軸揺動可動子は、前記第２のねじり軸まわりに、前記第２軸ねじりバネで、少なくとも１つの前記第１軸揺動可動子と弾性的に連結され、前記振動系は、前記第１のねじり軸まわりに周波数が異なる少なくとも２つの固有振動モードを有し、前記駆動手段は、前記振動系を前記第１のねじり軸まわりに少なくとも２つの前記固有振動モードで同時にねじり振動させることを特徴とする光偏向器により達成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光偏向器によって、副走査方向の偏向走査に、固有振動モードを用いながら、略等角速度の偏向走査領域を有する駆動を実現することにより、単一の素子で２次元の偏向走査を行うことができる小型の光偏向器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】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明の光偏向器の第１実施例を示す上面図である。図１に示すように、本実施例の光偏向器は、第１のねじり軸１０８、第２のねじり軸１０９の２つのねじり軸まわりに、第１の第１軸揺動可動子１０４、第２の第１軸揺動可動子１０５、第２軸揺動可動子１０７の３つの可動部分がねじり振動自在に弾性支持された構成を有している。
【００１７】
機械的な接地面である支持体１０１と、第１の第１軸揺動可動子１０４とは、２つの第１の第１軸ねじりバネ１０２によって、第１のねじり軸１０８まわりにねじり振動自在に連結されている。また、第２の第１軸揺動可動子１０５は、図示のように第１の第１軸揺動可動子１０４の内側に位置しており、第１の第１軸揺動可動子１０４と２つの第２の第１軸ねじりバネ１０３によって第１のねじり軸１０８まわりにねじり振動自在に連結されている。つまり、第１の第１軸揺動可動子１０４、第２の第１軸揺動可動子１０５は第１のねじり軸１０８まわりに機械的に直列に弾性支持されている。
【００１８】
一方、第２軸揺動可動子１０７は、図示のように、第２の第１軸揺動可動子１０５の内側に位置しており、第２の第１軸揺動可動子と２つの第２軸ねじりバネ１０６によって第２のねじり軸１０９まわりにねじり振動自在に連結されている。また、第２軸揺動可動子１０７の表面には図示しない反射面を光偏向体として有しており、入射した光を反射して、偏向することができる。尚、本実施例では、光偏向体として反射面としたが、回折格子など他の光偏向体で構成してもよい。
【００１９】
更に、第１のねじり軸１０８と第２のねじり軸１０９とは略直交しているため、第２軸揺動可動子１０７は、第２のねじり軸１０９まわりのねじり変位と共に、第１の第１軸揺動可動子１０４、第２の第１軸揺動可動子１０５の第１ねじり軸１０８まわりの変位によって、第１のねじり軸１０８、第２のねじり軸１０９の２つの軸まわりに変位することができる。したがって、第２軸揺動可動子１０７の反射面に入射した光は、第２軸揺動可動子１０７の２つの軸まわりのねじり振動により、２次元的に偏向走査される。以下、第１のねじり軸１０８、第２のねじり軸１０９まわりの偏向走査を、それぞれ副走査、主走査と呼ぶ。本発明の実施例の光偏向器は、図１１に示すように、主走査方向の偏向走査のスピードが副走査方向の偏向走査に比べ非常に速い、ラスタスキャン状に光の２次元走査を行う。以下により詳しい駆動原理を説明する。
【００２０】
図２（ａ）は、電極１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄを有する電極基板１１１を示す上面図である。電極基板１１１は、第１の第１軸揺動可動子１０４、第２の第１軸揺動可動子１０５、第２軸揺動可動子１０７と空隙をはさんで対向して設置される。図２（ａ）には、電極基板１１１と第１の第１軸揺動可動子１０４、第２の第１軸揺動可動子１０５、第２軸揺動可動子１０７の上面から見た位置関係を示すため、特に、第１ねじり軸１０８、第２ねじり軸１０９の位置が示してある。図示のように、電極１１０ａ、１１０ｂは第２のねじり軸１０９をはさんで両側に、電極１１０ｃ、１１０ｄは第１のねじり軸１０８をはさんで両側に設置されている。また、４つの電極１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄには独立して電圧を印加することができる。図２（ｂ）は、本実施例の光偏向器の第１のねじり軸１０８での断面を示す断面図である。図は特に第２軸揺動可動子１０７付近を拡大して示すものである。前述の通り、第２軸揺動可動子１０７と空隙をはさんで電極１１０ａ、１１０ｂが配置されている。第２軸揺動可動子１０７は電気的に接地されており、電極１１０ｂには電圧が印加されている。電極１１０ｂに電圧が印加されることにより静電引力が発生し、第２のねじり軸１０９まわりのトルクが第２軸揺動可動子１０７にかかる。したがって、第２のねじり軸１０９まわりに第２軸揺動可動子１０７を変位することができる。また、電極１１０ａに電圧を印加すれば逆方向のトルクを発生することができるため、電極１１０ａ、１１０ｂに電圧を交互に印加することで第２軸揺動可動子１０７を第２のねじり軸１０９まわりにねじり振動することができる。同様の原理で、第１の第１軸揺動可動子１０４を電極１１０ｃ、１１０ｄにより、第１のねじり軸１０８まわりにねじり振動することができる。したがって、第２の第１軸ねじりバネ１０３で連結された第２の第１軸揺動可動子１０５も第１のねじり軸１０８まわりにねじり振動することができる。
【００２１】
さて、本実施例の光偏向器は、第２のねじり軸１０９を中心としたねじり振動について、主走査周波数として周波数ｓ０の固有振動モードを有している。特に、本実施例では、周波数ｓ０は２２ｋＨｚである。電極１１０ａ、１１０ｂにより、第２軸揺動可動子１０７は略この周波数で第２のねじり軸１０９まわりに駆動される。
【００２２】
一方、第１のねじり軸１０８を中心としたねじり振動については、副走査周波数となる周波数ｆ０の１次の固有振動モードと副走査周波数の２倍の周波数２ｆ０の２次の固有振動モードを有している２自由度振動系として扱うことができる。第１のねじり軸１０８まわりへの変位の駆動手段である電極１１１ｃ、１１１ｄは、この１次の固有振動モードの周波数ｆ０とこれに対して２倍の周波数２ｆ０の２つの周波数で本実施例の光偏向器を第１のねじり軸１０８まわりに駆動する。本実施例では、周波数ｆ０は６０Ｈｚである。
【００２３】
図３は、横軸を時間ｔとして、第２の第１軸揺動可動子１０５の周波数ｆ０のねじり振動の変位角を説明する図である。図は、特に第２の第１軸揺動可動子１０５のねじり振動の１周期Ｔ０に相当する部分を示している（−Ｔ０／２＜Ｘ＜Ｔ０／２）。
【００２４】
曲線６１は、電極１１０ｃ、１１０ｄを駆動する駆動信号のうち、副走査周波数ｆ０の成分を示しており、最大振幅±Φ１の範囲で往復振動し時間ｔ、角周波数ｗ０＝２πｆ０として、
【００２５】
【数１】
2005250078.tif 000003
であらわされる正弦振動である。
【００２６】
一方、曲線６２は、副走査周波数ｆ０の２倍の周波数成分を示しており、最大振幅±Φ２の範囲で振動し、
【００２７】
【数２】
2005250078.tif 000004
なる正弦振動である。
【００２８】
曲線６３は、このような駆動の結果生じる第２の第１軸揺動可動子１０５のねじり振動の変位角を示している。本実施例の光偏向器は、前述のように第１のねじり軸１０８まわりのねじり振動について、２自由度振動系として扱うことができ、副走査周波数ｆ０の固有振動モードと周波数が２ｆ０の２次の固有振動モードを第１のねじり軸１０８中心のねじり振動について有している。そのため、本実施例の光偏向器には、第１のねじり軸１０８まわりについて、上記θ１θ２の駆動信号に励起された共振がそれぞれ生じる。つまり、曲線６３の第２可動子１０５の変位角は、２つの正弦振動の重ね合わせの振動となり、
【００２９】
【数３】
2005250078.tif 000005
【００３０】
で表される鋸波状の振動となる。ここで、図３の曲線６３は特にΦ１を１．２０、Φ２を−０．２５とした場合の曲線である。図４は、図３の曲線６１、６３、直線６４を微分した曲線６１ａ、６３ａ、直線６４ａを示しており、これらの曲線の角速度を説明している。周波数ｆ０の正弦振動の角速度である曲線６１ａと比べ、第２の第１軸揺動可動子１０５の鋸波状の往復振動の角速度を示す曲線６３ａは、区間Ｎ−Ｎ’において、極大点の角速度Ｖ１、極小点の角速度Ｖ２を最大・最小とする範囲に角速度が収まっている。したがって、本実施例の光偏向器による光の偏向走査を利用する応用において、等角速度走査である直線６４ａからの角速度の許容誤差以内にＶ１、Ｖ２が存在するならば、区間Ｎ−Ｎ’は実質的な等角度走査とみなすことができる。このように、鋸波状の往復振動によって、副走査の角速度は、変位角が正弦波であったときと比べ、実質的な等角速度となる領域を広く設定することができる。そのため、主走査、副走査とも固有振動モードで駆動することで、駆動手段の発生力が小さくても、大きな変位を実現でき、更にラスタスキャンを行っても区間Ｎ−Ｎ’内での主走査方向の偏向走査が形成する走査ラインを略等間隔にすることができる。したがって、本実施例によって、単一の素子で良好な２次元の偏向走査を行うことができる小型の光偏向器を実現できる。特に、鋸波状の往復振動である本実施例では、偏向走査の往路（または復路）の一方の走査を利用する応用に好適な実施例となる。更に、本実施例では、第１の第１軸揺動可動子１０４、第２の第１軸揺動可動子１０５、第２軸揺動可動子１０７がそれぞれ２つのねじりバネで連結されているため、それぞれのねじり軸が弾性支持するねじり方向以外の回転・並進成分の力に対して高剛性を有している。そのため、偏向走査方向のねじり振動の固有振動モードを他の固有振動モードから分離しやすく、更に、外部からの衝撃に強い光偏向器とすることができる。
【実施例２】
【００３１】
図５は本発明の光偏向器の第２実施例を示す上面図である。本実施例では、第１実施例と同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。図５に示すように、本実施例の光偏向器は、第１のねじり軸１０８、第２のねじり軸１０９の２つのねじり軸まわりに、第１の第１軸揺動可動子２０３、第２の第１軸揺動可動子２０５、第３の第１軸揺動可動子２０７、第２軸揺動可動子２０９の４つの可動部分がねじり振動自在に弾性支持された構成を有している。
【００３２】
機械的な接地面である支持体２０１と、第１の第１軸揺動可動子２０３とは、第１の第１軸ねじりバネ２０２によって、第１のねじり軸１０８まわりにねじり振動自在に連結されている。また、第２の第１軸揺動可動子２０５、第３の第１軸揺動可動子２０７も図示のように、それぞれ第２の第１軸ねじりバネ２０４、第３の第１軸ねじりバネ２０６によって、第１のねじり軸１０８まわりにねじり振動自在に連結されている。つまり、第１の第１軸揺動可動子２０３、第２の第１軸揺動可動子２０５、第３の第１軸揺動可動子２０７は第１のねじり軸１０８まわりに機械的に直列に弾性支持されている。
【００３３】
一方、第２軸揺動可動子２０９は、図示のように、第３の第１軸揺動可動子２０７の内側に位置しており、第３の第１軸揺動可動子と第２軸ねじりバネ２０８によって第２のねじり軸１０９まわりにねじり振動自在に連結されている。また、第２軸揺動可動子２０９の表面には図示しない反射面を有しており、入射した光を反射して偏向することができる。
【００３４】
更に、第１のねじり軸１０８と第２のねじり軸１０９とは略直交しているため、第２軸揺動可動子２０９は、第２のねじり軸１０９まわりのねじり変位と共に、第１の第１軸揺動可動子２０３、第２の第１軸揺動可動子２０５、第３の第１軸揺動可動子２０７の第１のねじり軸１０８まわりのねじり変位によって、第１のねじり軸１０８、第２のねじり軸１０９の２つの軸まわりに変位することができる。したがって、第２軸揺動可動子２０９の反射面に入射した光は、第２軸揺動可動子２０９の２つの軸まわりのねじり振動により、２次元的に偏向走査される。本発明の実施例の光偏向器は、第１実施例と同様に、図１１に示すように、主走査方向の偏向走査のスピードが副走査方向の偏向走査に比べ非常に速い、ラスタスキャン状に光の２次元走査を行う。
【００３５】
駆動手段は、第１実施例と同様の方法で静電引力によって駆動することができる。
【００３６】
さて、本実施例の光偏向器は、第２のねじり軸１０９を中心としたねじり振動について、主走査周波数として周波数ｓ０の固有振動モードを有している。特に、本実施例では、周波数ｓ０は２２ｋＨｚであり、略この周波数で第２のねじり軸１０９まわりに駆動される。
【００３７】
一方、第１のねじり軸１０８を中心としたねじり振動については、副走査周波数となる周波数ｆ０の１次の固有振動モードと副走査周波数の３倍の周波数となる２次の固有振動モード、更に副走査周波数の５倍の周波数となる３次の固有振動モードを有している３自由度振動系として扱うことができる。第１のねじり軸１０８まわりへの変位の駆動手段（不図示）は、この１次の固有振動モードの周波数ｆ０とこれに対して３倍の周波数３ｆ０、５倍の周波数５ｆ０の３つの周波数で本実施例の光偏向器を第１のねじり軸１０８まわりに駆動する。本実施例では、周波数ｆ０は６０Ｈｚである。
【００３８】
図５は、横軸を時間ｔとして、第３の第１軸揺動可動子２０７の周波数ｆ０のねじり振動の変位角を説明する図である。図は、特に第３の第１軸揺動可動子２０７のねじり振動の１周期Ｔ０に相当する部分を示している（−Ｔ０／２＜Ｘ＜Ｔ０／２）。
【００３９】
曲線２１１は、第３の第１軸揺動可動子２０７の変位のうち、副走査周波数ｆ０の成分を示しており、最大振幅±Φ１の範囲で往復振動し、時間ｔ、角周波数ｗ０＝２πｆ０として、
【００４０】
【数４】
2005250078.tif 000006
【００４１】
であらわされる正弦振動である。本実施例の光偏向器を駆動する駆動信号は、第１の実施例の光偏向器を駆動する駆動信号が２つの固有振動モードに対応した２つの周波数成分の駆動信号を有していたのと同様に、３つの固有振動モードに対応した周波数ｆ０、３ｆ０、５ｆ０の成分を有している。
【００４２】
曲線２１０は、このような駆動の結果生じる第３の第１軸揺動可動子２０７のねじり振動の変位角を示している。本実施例の光偏向器は、前述のように第１のねじり軸１０８まわりのねじり振動について、３自由度振動系として扱うことができ、副走査周波数ｆ０の固有振動モードと周波数が３ｆ０、５ｆ０の２次、３次の固有振動モードを第１のねじり軸１０８中心のねじり振動について有している。そのため、本実施例の光偏向器には、第１のねじり軸１０８まわりについて、上記３つの異なる周波数成分の駆動信号に励起された共振がそれぞれ生じる。つまり、曲線２１０の第３可動子２０７の変位角は、３つの正弦振動の重ね合わせの振動となり、
【００４３】
【数５】
2005250078.tif 000007
【００４４】
で表される三角波状の振動となる。ここで、図５の曲線２１０は特にΦ１を１、Φ２を−０．０８、Φ３を０．０１とした場合の曲線である。図６は、図５の曲線２１０、２１１を微分した曲線２１０ａ、２１１ａを示しており、これらの曲線の角速度を説明している。周波数ｆ０の正弦振動の角速度である曲線２１１ａと比べ、第３の第１軸揺動可動子２０７の三角波状の往復振動の角速度を示す曲線２１０ａは、区間Ｍ−Ｍ’、区間Ｌ−Ｌ’（Ｌ−Ｌ’については、図６上のＬから更に時間軸の右側に現れる図中Ｌ’に相当する位相までの区間）において、極大点の角速度Ｖ１、極小点の角速度Ｖ２（区間Ｌ−Ｌ’では、極小点の角速度極大点の角速度−Ｖ２、極小点の角速度−Ｖ１）を最大・最小とする範囲に角速度が収まっている。したがって、本実施例の光偏向器による光の偏向走査を利用する応用において、第１の実施例と同様に、角速度の許容誤差以内にＶ１、Ｖ２が存在するならば、区間Ｍ−Ｍ’、区間Ｌ−Ｌ’は実質的な等角度走査とみなすことができる。このように、三角波状の往復振動によって、副走査の角速度は、変位角が正弦波であったときと比べ、実質的な等角速度となる領域を広く設定することができる。そのため、主走査、副走査とも固有振動モードで駆動することで、駆動手段の発生力が小さくても、大きな変位を実現でき、更にラスタスキャンを行っても、区間Ｍ−Ｍ’、区間Ｌ−Ｌ’内での主走査方向の偏向走査が形成する走査ラインを略等間隔にすることができる。したがって、本実施例によって、単一の素子で良好な２次元の偏向走査を行うことができる小型の光偏向器を実現できる。特に、第１の実施例と異なり三角波状の往復振動である本実施例では、偏向走査の往路、復路両方の走査を利用する応用に好適な実施例となる。
【実施例３】
【００４５】
図７は上記光偏向器を用いた光学機器の実施例を示す図である。ここでは光学機器として画像表示装置を示している。図７において、２００１は、本発明の光偏向器であり、投影面２００５にラスタスキャン状に入射光を偏向走査する。２００２はレーザ光源である。２００３はレンズ或いはレンズ群であり、２００４は書き込みレンズまたはレンズ群、２００５は投影面である。レーザ光源２００２から入射したレーザ光は光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて光偏向器２００１により２次元的に走査する。この走査されたレーザ光は書き込みレンズ２００４により投影面２００５上に画像を形成する。
【００４６】
さて、本発明の光偏向器を用いることによって、小型で省電力な共振を利用した光偏向器でありながら、略等角速度に光をラスタスキャン状に偏向走査することができる。そのため、描画される画像の主走査ライン（ここでは投影面２００５の水平方向のライン）のライン間隔を略一定とすることができ、画像の輝度むらをなくし、画像の垂直方向の全体サイズを一定にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施例の光偏向器を示す上面図である。
【図２】（ａ）本発明の第１の実施例の電極基板を示す上面図である。（ｂ）本発明の第１の実施例の動作原理を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例の光偏向器によって偏向走査された光の変位角を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例の光偏向器によって偏向走査された光の角速度を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施例の光偏向器を示す上面図である。
【図６】本発明の第２の実施例の光偏向器によって偏向走査された光の変位角を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施例の光偏向器によって偏向走査された光の角速度を示す図である。
【図８】本発明の光偏向器を用いた光学機器の一実施形態を示す図である。
【図９】従来例の光偏向器を示す上面図である。
【図１０】従来例の光偏向器の光の偏向走査の軌跡を示す概念図である。
【図１１】ラスタスキャンの光の偏向走査の軌跡を示す概念図である。
【符号の説明】
【００４８】
６１、６１ａ  曲線
６２  曲線
６３、６３ａ  曲線
６４、６４ａ  直線
７１、７１ａ  曲線
７２、７２ａ  曲線
１０１  支持体
１０２  第１の第１軸ねじりバネ
１０３  第２の第１軸ねじりバネ
１０４  第１の第１軸揺動可動子
１０５  第２の第１軸揺動可動子
１０６  第２軸ねじりバネ
１０７  第２軸揺動可動子
１０８  第１のねじり軸
１０９  第２のねじり軸
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ  電極
１１１  電極基板
２０１  支持体
２０２  第１の第１軸ねじりバネ
２０３  第１の第１軸揺動可動子
２０４  第２の第１軸ねじりバネ
２０５  第２の第１軸揺動可動子
２０６  第３の第１軸ねじりバネ
２０７  第３の第１軸揺動可動子
２０８  第２軸ねじりバネ
２０９  第２軸揺動可動子
２１０、２１０ａ  曲線
２１１、２１１ａ  曲線
１０１６  駆動手段
１０１８  第２のねじり軸
１０１７  第１のねじり軸
１０２１  可動子
１０２２  第２のねじりバネ
１０２３  外側可動子
１０２４  第１のねじりバネ
１０２５  支持体
２００１  光偏向器
２００２  レーザ光源
２００３  レンズ
２００４  書き込みレンズ
２００５  投影面
【図１】
2005250078.tif 000008
【図２】
2005250078.tif 000009
【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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【図１１】
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