(57)【要約】【課題】二軸それぞれの駆動信号間のクロストークを低減できるジンバル構造による二軸駆動光偏向器である。【解決手段】光偏向器は、可動ミラー１と、可動ミラー１を第１の支持部２により回転軸の回りで揺動可能に支持するジンバル３と、ジンバル３を第２の支持部４により可動ミラー１の回転軸と角度をなす回転軸の回りで揺動可能に支持するフレーム５と、ジンバル３の揺動方向とほぼ平行な面を持つジンバル３上の可動電極６と、可動電極６の面と対向し合うように配置された固定電極７と、可動電極６と固定電極７との間に働く静電力によりジンバル３を変位させる静電駆動手段と、電磁力により可動ミラー１を変位させる電磁駆動手段とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動ミラーと、該可動ミラーを第１の支持部により回転軸の回りで揺動可能に支持するジンバルと、該ジンバルを第２の支持部により該可動ミラーの回転軸と角度をなす回転軸の回りで揺動可能に支持するフレームと、前記ジンバル上の該ジンバルの揺動方向とほぼ平行な面を持つ可動電極と、該可動電極の面と対向し合うように配置された固定電極と、可動電極と固定電極との間に働く静電力により該ジンバルを変位させる静電駆動手段と、電磁力により該可動ミラーを変位させる電磁駆動手段とを有することを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
前記可動電極は可動櫛型電極であり、前記固定電極は、該可動櫛型電極と隙間を隔てて互いに噛み合うように配置される固定櫛型電極である請求項１記載の光偏向器。
【請求項３】
前記電磁駆動手段は、固定コイルと、前記可動ミラー上に配置される可動磁石とを有し、該固定コイルと該可動磁石との間に働く電磁力により該可動ミラーを変位させる請求項１または２に記載の光偏向器。
【請求項４】
前記電磁駆動手段は、少なくとも１つ以上の固定磁石と、前記可動ミラー上に配置される可動コイルとを有し、該固定磁石と該可動コイルとの間に働く電磁力により該可動ミラーを変位させる請求項１または２に記載の光偏向器。
【請求項５】
前記固定磁石が複数であり、かつ、ジンバルの回転軸と平行に一列に配置されている請求項４に記載の光偏向器。
【請求項６】
前記フレーム、前記固定電極、前記固定コイルが形成されたコイル基板、前記固定磁石のうちの少なくとも１つが共通基板に支持されている請求項１乃至５のいずれかに記載の光偏向器。
【請求項７】
前記固定電極、前記コイル基板、前記固定磁石のうちの少なくとも１つが前記共通基板に形成された凹部に設置されている請求項６に記載の光偏向器。
【請求項８】
前記電磁駆動手段と前記静電駆動手段の少なくとも一方が、前記可動ミラーまたは前記ジンバルを共振駆動させる手段である請求項１乃至７のいずれかに記載の光偏向器。
【請求項９】
光源、該光源からの光を偏向する請求項１乃至８のいずれかに記載の光偏向器を具備し、該光偏向器からの光で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、マイクロメカニクスの手法などにて作製される光偏向器に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
近年、マイクロメカニクス技術を用いたマイクロアクチュエータの開発が盛んである。駆動手段は静電駆動・圧電駆動・電磁駆動等がある。こうしたマイクロアクチュエータに対しては、コストダウンやモバイル機器等への需要に伴い、小型化・大出力（小電力で比較的大きな偏向角を得られること）の要請が強くなってきている。特に、２つのトーションバー（ねじり梁）で支持された可動ミラーを偏向させる光偏向器は、簡便な構成で光センサーや画像形成装置を形成することが可能なデバイスとして開発が進んでいる。
【０００３】
この様な構成の可動ミラーを駆動する方法としては、まず、図６に断面図と平面図で示すように対向電極と可動ミラーとの間に働く静電力により可動ミラーをトーションバーの回転軸の回りで偏向（変位）させる方法がある（特許文献１参照）。また、図７に示すように可動ミラー上に櫛型電極を形成し、これと隙間を隔てて互いに噛み合うように櫛型電極を配置し、２つの櫛型電極の間に働く静電力により可動ミラーをトーションバーの回転軸の回りで偏向させる方法がある（特許文献２参照）。また、図８に示すように可動ミラー上にコイルを配線し、コイルの近傍に永久磁石を配置し、コイルに電流を流すことで発生する磁場が永久磁石と作用することにより可動ミラーをトーションバーの回転軸の回りで偏向させる、ムービングコイルと呼ばれる方法がある（特許文献３参照）。また、図９に示すように可動ミラー上に磁石を配置し、磁石の近傍にコイルを配置し、コイルに電流を流すことで発生する磁場が永久磁石と作用することにより可動ミラーをトーションバーの回転軸の回りで偏向させる、ムービングマグネットと呼ばれる方法がある（特開平６−８２７１１）。
【０００４】
さらに、図１０に示すように上記のような偏向器を二軸偏向可能に配置した構造のアクチュエータも開発されている（特許文献５参照）。すなわち、可動ミラーが２つのトーションバーでジンバル（可動な基板ないしフレーム）に支持され、ジンバルが他の２つのトーションバーで基板に支持され、可動ミラーとジンバルとの駆動軸が互いに直交する構造を有しており、可動部と二対の対向電極との間の静電力により可動部を駆動する。ここには、磁気的な手段による可動部の駆動も開示されている。この構成においては、可動ミラーとジンバルとの共振周波数を所望の値にして、ラスタ走査による画像形成が可能な二軸光偏向器を提供することができる。
【特許文献１】特公昭６０−５７０５１号公報
【特許文献２】特開平４−３４３３１８号公報
【特許文献３】特公昭６０−５７０５２号公報
【特許文献４】特開平６−８２７１１号公報
【特許文献５】特開昭６０−１０７０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなジンバル構造を有するアクチュエータにおいて、二軸の回りの駆動を静電駆動で行う場合、対向電極であるか櫛型電極であるか、また、その他の方法であるかに関わらず、二軸駆動のためにそれぞれの電極を配置する為、互いの作る電場のクロストークが問題となる。同様に、二軸の回りの駆動を電磁駆動で行う場合、ムービングマグネットであるかムービングコイルであるか、また、その他の方法であるかに関わらず、二軸駆動のためにそれぞれの永久磁石や電磁コイルを配置する為、磁石の配置の制限や、互いの作る磁場のクロストークが問題となる。また、一方の駆動が対向電極による静電駆動の場合、対向電極の構造上の欠点として、可動部駆動用発生力と可動部変位量とのどちらかを犠牲にしなければならない。すなわち、変位量が大きく取れるように電極間距離を大きくすると所望の変位角を得る為の駆動電圧が高くなるという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明の光偏向器は、可動ミラーと、該可動ミラーを第１の支持部により回転軸の回りで揺動可能に支持するジンバルと、該ジンバルを第２の支持部により該可動ミラーの回転軸と角度をなす回転軸の回りで揺動可能に支持するフレームと、前記ジンバル上の該ジンバルの揺動方向とほぼ平行な面を持つ可動電極と、該可動電極の面と対向し合うように配置された固定電極と、可動電極と固定電極との間に働く静電力により該ジンバルを変位させる静電駆動手段と、電磁力により該可動ミラーを変位させる電磁駆動手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
上記基本構成に基づいて、以下の様な態様が可能である。
前記可動電極が可動櫛型電極であり、前記固定電極が、可動櫛型電極と隙間を隔てて互いに噛み合うように配置される固定櫛型電極である様にできる。或いは、ジンバルの両端部（ジンバルの回転軸に直交する方向の両端）に設けた可動電極に、ジンバルの揺動方向とほぼ平行な比較的広い面積の平面を持たせ、これと対向して比較的広い面積の平面を固定電極に持たせる様な態様にすることも可能である。また、第１の支持部が、ジンバルに対して可動ミラーを回転軸の回りでねじり回転可能に支持する２つのトーションバーであり、第２の支持部が、フレームに対してジンバルを、可動ミラーの回転軸と直交する回転軸の回りでねじり回転可能に支持する２つのトーションバーである様にできる。ねじり回転可能なトーションバーを用いる場合、共振駆動を容易に実現できて高速走査が可能となる。勿論、支持部としては、可動ミラーやジンバルを揺動可能に支持するものであればどの様なものでもよく、また、可動ミラーの回転軸とジンバルの回転軸は角度をなしていれば、直角以外の角度で交差する様になっていてもよい。
【０００８】
また、前記電磁駆動手段は、固定コイルと、可動ミラー上に配置される可動磁石とを有し、固定コイルと可動磁石との間に働く電磁力により該可動ミラーを変位させる構成を有したり、少なくとも１つ以上の固定磁石と、可動ミラー上に配置される可動コイルとを有し、固定磁石と可動コイルとの間に働く電磁力により該可動ミラーを変位させる構成を有したりする。この場合、前記固定磁石が複数であり、かつ、ジンバルの回転軸と平行に一列に離散的に配置されている態様にできる。こうした構成により、偏向角を大きく取れる。
【０００９】
また、前記フレーム、固定電極、固定コイルが形成されたコイル基板、固定磁石のうちの少なくとも１つが共通基板に支持されている構成にもできる。この場合、前記固定電極、コイル基板、固定磁石のうちの少なくとも１つが共通基板に形成された凹部に設置されている様にできる。この構成において、固定電極が共通基板上に形成された取り出し電極上に設置されている構成や、フレームがスペーサを介して共通基板に支持されている構成を採り得る。
【００１０】
また、前記電磁駆動手段と静電駆動手段の少なくとも一方が、可動ミラーまたはジンバルを共振駆動させる手段である様にもできる。
【００１１】
更に、上記課題に鑑み、本発明の画像形成装置は、光源、該光源からの光を偏向する上記の光偏向器を具備し、該光偏向器からの光で画像を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、比較的変位角を大きくでき、比較的低電圧で駆動でき、コンパクトな構成にでき、高速走査が可能で、二軸それぞれの駆動信号間のクロストークを低減できるジンバル構造による二軸駆動光偏向器を実現できる。すなわち、ジンバルの揺動方向とほぼ平行な面同士で対向し合う可動電極と固定電極による静電駆動を用いるので比較的変位角を大きくでき、電磁力により可動ミラーを変位させる電磁駆動を用いるので比較的低電圧で駆動でき、こうした静電駆動手段や電磁駆動手段を用いるのでコンパクトな構成にでき、可動ミラーを変位させるのに電磁駆動を用いることでその慣性モーメントを比較的小さくできて高速走査が可能となり、二軸それぞれの駆動力の性質を異ならせているのでクロストークを低減できる。また、共通基板に凹部を形成する場合、そこに配置する固定電極や固定コイルや固定磁石の位置精度を向上させることができる。また、ジンバルの回転軸と平行な方向に固定磁石を離散的に一列に配置する場合、二軸の偏向角を共に大きくすることができる。更に、本発明により、コンパクトな構成にでき、比較的低電圧で駆動でき、比較的偏向角を大きくでき、高精細な画像が得られる画像形成装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上述した様に、本発明は、ジンバル構造を有する二軸光偏向器において、ジンバル（可動な第１の基板）の揺動方向とほぼ平行な面を持つ電極（櫛型電極など）による静電駆動でジンバルを固定の第２の基板に対して揺動駆動し、かつ、可動ミラーを電磁駆動でジンバルに対して揺動駆動することを特徴とする。こうした特徴を有する本発明による光偏向器の一実施形態について、図１を用いて説明する。図１（ａ）は、光偏向器の反射面と反対側の面から見た可動部分の構成図、図１（ｂ）はA-A’断面図である。
【００１４】
本実施形態では、反射膜１１を備えた可動ミラー１が、２つのトーションバー２により、ジンバル３にねじり回転可能に支持されている。ジンバル３は、他の２つのトーションバー４により、可動ミラー１の回転軸と直交する軸方向にねじり回転可能にフレーム５に支持されている。ジンバル３には２つの可動櫛型電極６が形成され、可動櫛型電極６と適当な隙間を隔てて互いに噛み合うように２つの固定櫛型電極７が配置されている。２つの固定櫛型電極７は取り出し電極８を介して共通基板９上に配置されている。また、フレーム５はスペーサ１０を介して共通基板９に接合されている。こうして、ジンバル３は静電力で駆動される。
【００１５】
一方、可動ミラー１は電磁力により駆動される。この電磁力は、可動ミラー１上の磁石２０と、コイル基板２２、取り出し電極２３を介して共通基板９上に配置された固定コイル２１との間で発生する。この構成では、コイル基板２２により固定コイル２１は磁石２０に接近して配置できて、電磁力は有効に磁石２０に作用する。図１においては固定コイル２１の作る磁場により可動ミラー１上の磁石２０が力を受けて変位するが、可動ミラー上のコイルに流れる電流が固定磁石の作る磁場と作用して変位する方法も、同様に用いることが可能である。
【００１６】
本実施形態においては、上記した様にジンバル３を櫛型電極６、７による静電駆動で駆動するが、櫛型電極駆動では、櫛歯のピッチや対向面積の設計により、背景技術ところで説明した対向電極より低電圧にでき、かつ、変位量を大きくできる。特に、ジンバル３は可動ミラー１と比較して端の辺の長さが大きいので、櫛歯の本数を多くできる為、駆動用発生力を大きくすることが可能である。
【００１７】
他方、ラスタ走査の高速走査に対応する可動ミラー１の揺動は電磁駆動によるので、櫛型電極のジンバル３と比較して可動ミラー１の慣性モーメントを小さくでき、その共振周波数を高くできる。この結果、可動ミラー１は小型でかつ高速走査が可能となる。また、電磁駆動の特徴として比較的低電圧で駆動でき、可動体１が高電圧にならないので、ショートの問題が無いという利点がある。さらに、可動ミラー１を電磁駆動、ジンバル３を櫛型電極による静電駆動とすることで二軸それぞれの駆動信号間のクロストークを低減でき、高性能なデバイスを提供できる。
【００１８】
図２は本実施形態による光偏向器の駆動の様子を示したものである。図２（ａ）は駆動前の状態（中立の状態）、図２（ｂ）はジンバル３を偏向させた状態、図２（ｃ）はジンバル３と可動ミラー１との両方を偏向させた状態である。すなわち、可動ミラー１およびジンバル３を支持するそれぞれのトーションバー２、４が捻れることにより、可動ミラー１およびジンバル３が偏向する。こうして、可動ミラー１の偏向にはジンバル３の偏向が重畳され、可動ミラー１の二次元的な偏向が可能となる。偏向には後述するＤＣ駆動を用いてもよいが、可動ミラー１およびジンバル３それぞれの共振振動を利用することにより、比較的小さい消費電力で可動ミラー１を駆動できる。
【００１９】
本発明の光偏向器においては、また、固定櫛型電極と共通基板とを別体で形成し、固定櫛型電極を共通基板上に設置した構成をも採り得る（図３等参照）。この構成により、固定櫛型電極と可動櫛型電極との位置関係を任意に設計できる。また、固定櫛型電極やコイル基板や固定磁石を共通基板上の凹部に設置することにより、位置制御を容易にすることが可能となる。
【００２０】
本発明の光偏向器においては、また、固定磁石をジンバルの回転軸と平行に一列に配置した構成をも採り得る（図４等参照）。この配置方法により、ジンバルの変位の影響を受けずに可動ミラーを偏向させることができる。
【００２１】
本発明は、また、本発明の光偏向器を用いた画像形成装置をも対象とする。本発明による低電圧駆動が可能で、高速走査に対応でき、変位角を大きく取れる光偏向器を用いることで、小型かつ低コストで、消費電力が小さく、解像度の高い画像形成装置を実現することが可能となる。
【実施例】
【００２２】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
【００２３】
（実施例１）
本実施例は本発明による光偏向器の第一態様である。図１にその構成を示す。その概略構成は上記実施形態のところで説明した通りである。本実施例において、可動ミラー１、トーションバー２、ジンバル３、トーションバー４、およびフレーム５は、厚さ１５０μｍのシリコン基板をエッチング加工することにより一体形成される。可動ミラー１上には、反射膜１１が形成され、また、可動ミラー１の反射膜１１と反対面上には２つの可動磁石２０が接合されている。
【００２４】
固定コイル２１は、コイル基板２２上に形成され、コイル基板２２は２つの取り出し電極２３を介して共通基板９上に配置されている。２つの取り出し電極２３は、それぞれコイル基板２２に形成された貫通配線を経由して、固定コイル２１の最内周と最外周とに接続される。
【００２５】
本実施例による光偏向器は、さらに、可動櫛型電極６と固定櫛型電極７との間に電位差を発生させ、可動櫛型電極６と固定櫛型電極７との間に働く静電力によりジンバル３を駆動させる静電駆動手段（不図示）と、固定コイル２１に電流を流すことで発生する磁場が可動磁石２０に作用することにより可動ミラー１を駆動させる電磁駆動手段（不図示）とを有している。
【００２６】
本実施例の駆動方法を説明する。本実施例においては、可動ミラー１およびジンバル３を共振駆動により駆動させる。まず、ジンバル３の駆動方法について説明する。駆動電源と制御回路よりなる静電駆動手段により、可動櫛型電極６と固定櫛型電極７との間にジンバル３のねじり振動周波数と同じ周波数の交流電圧を印加して、ジンバル３を振動させる。
【００２７】
この共振駆動されるジンバル３の外形寸法は４×１０ｍｍ、厚さは１５０μｍとする。ジンバル３用のトーションバー４の長さは５ｍｍ、幅は２０μｍ、厚さは１５０μｍとする。また、ジンバル３は一回往復振動する間にラスタ走査の２フレームを描画する様にする。ここでのフレームレートは６０Ｈｚで、従ってジンバル３の共振周波数は３０Ｈｚである。偏向角は±１０°とする。
【００２８】
さらに、ジンバル３の慣性モーメントＩは約１×１０−１０ [kgm2]、トーションバー４のばね定数k は約３．６×１０−６ [Nm] とする。その共振のＱ値は約１００であり、偏向角±１０°の振動に必要なトルクを求めると約５×１０−９
[kgm2]となる。ジンバル３の長辺は上記の如く１０ｍｍであり、トルクより必要な力を求めると力Ｆ＝約１×１０−６
[N]である。
【００２９】
一方、櫛型電極の発生力Ｆは、ジンバル３の変位（偏向）に伴う可動櫛型電極６と固定櫛型電極７との間の静電容量Ｃの変化を用いて、
Ｆ＝１／２・ｄＣ／ｄｘ・Ｖ２（変位量ｘ）
で表現される。櫛歯の間隔は１０μｍ、櫛歯の幅は１０μｍとしたので、櫛歯は片側４０μｍピッチである。櫛歯の形成されるジンバル３の辺の長さは４０００μｍ（４ｍｍ）なので、櫛歯の本数は片側１００本となる。１本の櫛歯の長さは３００μｍとする。共振のＱ値は１００であるので、偏向角±１０°の振動に必要な電圧を上式を用いて求めると約６Ｖであった。
【００３０】
次に、可動ミラー１の駆動方法について説明する。駆動電源と制御回路よりなる電磁駆動手段を用いて、固定コイル２１に可動ミラー１のねじり振動周波数と同じ周波数の交流電流を流すことにより交流磁界を発生させ、この磁界と可動磁石２０との作用により可動ミラー１を駆動させる。
【００３１】
可動ミラー１の外形寸法は１．１×１．３ｍｍ、厚さは１５０μｍ、慣性モーメントＩは７×１０−１４ [kgm2]とする。可動ミラー１用のトーションバー２の長さは３．７ｍｍ、幅は１００μｍ、厚さは１５０μｍとする。可動ミラー１の共振周波数は２０ｋＨｚで偏向角は±１２°である。また、固定コイル２１の配線幅は３０μｍ、高さは５０μｍ、ターン数は４０ターンとする。ここにおいて、共振のＱ値は約３０００であり、駆動に必要な電圧は約８Ｖであった。
【００３２】
上記構成の本実施例により、比較的変位角（偏向角）が大きく、比較的低電圧で駆動でき、コンパクトな構成であり、高速走査が可能で、２つの駆動信号のクロストークを低減できる光偏向器を実現できた。
【００３３】
（実施例２）
本実施例は本発明による光偏向器の第二態様である。図３にその構成を示す。図３（ａ）は、光偏向器の反射面と反対側の面から見た可動部分の構成図、図３（ｂ）はA-A’断面図であり、その構成は実施例１と略同様である。
【００３４】
本実施例が実施例１と異なる点は、共通基板９に設けた複数の凹部２５に、固定櫛型電極７とコイル基板２２とを設置したことにある。凹部２５はフォトリソグラフィーとエッチングの手法により共通基板９に精度良く形成することが可能である。本実施例においては、共通基板９として面方位（１００）の単結晶シリコン基板を用い、１００℃に加熱した３０％の水酸化カリウム水溶液を用いて２００μｍの深さの凹部２５を形成する。
【００３５】
本実施例に示す様に、凹部２５に固定櫛型電極７とコイル基板２２とを設置することにより、可動櫛型電極６と固定櫛型電極７との相対位置、および、可動ミラー１とコイル基板２２との相対位置を精度良く形成することができた。
【００３６】
（実施例３）
本実施例は本発明による光偏向器の第三態様である。図４にその構成を示す。図４（ａ）は、光偏向器の反射面と反対側の面から見た可動部分の構成図、図４（ｂ）はA-A’断面図、図４（ｃ）はB-B’断面図である。本実施例においても、可動ミラー１は２つのトーションバー２によりジンバル３にねじり回転可能に支持されている。可動ミラー１上には反射膜１１が形成され、また、可動ミラー１の反射膜１１と反対面上には可動コイル３１が形成されている。可動コイル３１の最内周端と最外周端からは、トーションバー２、ジンバル３、トーションバー４上を経て配線が引き出され、フレーム５上の電極パッド３３にそれぞれ接続されている。
【００３７】
さらに、本実施例においても、ジンバル３は２つのトーションバー４により可動ミラー１の回転軸と直交する軸方向にねじり回転可能にフレーム５に支持されている。そして、可動ミラー１、トーションバー２、ジンバル３、トーションバー４、およびフレーム５は、厚さ１５０μｍのシリコン基板をエッチング加工することにより一体形成される。また、上記実施例と同様に、ジンバル３には２つの可動櫛型電極６が形成され、可動櫛型電極６と隙間を隔てて互いに噛み合うように２つの固定櫛型電極７が配置されている。フレーム５はスペーサ１０を介して共通基板９に接合される。
【００３８】
本実施例では、共通基板９の表面に設けた複数の凹部２５に、２つの固定櫛型電極７と３つの固定磁石３２とが設置されている。２つの固定櫛型電極７は取り出し電極８を介して凹部２５に配置されている。また、３つの固定磁石３２は接着剤により凹部２５に固定されている。本実施例の凹部２５は高密度プラズマを用いたドライエッチングにより形成した。
【００３９】
３つの固定磁石３２はいずれもＦｅとＣｒとＣｏを含有する円筒状の永久磁石であり、長手方向に着磁されている。また、中央の固定磁石３２と両脇の固定磁石３２とは互いに逆方向に着磁されており、可動ミラー１を駆動させる磁場が可動コイル３１に対して効果的に作用する配置となっている。ただし、固定磁石の数、着磁方向、配置形態はこれに限らず、磁場が可動コイル３１に対して効果的に作用する態様であれば、どの様なものでもよい。また、３つの固定磁石３２は、図４（ａ）のようにジンバル３を支持するトーションバー４の伸長方向と平行な方向に一列に配置されている。これにより、ジンバル３の揺動範囲が３つの固定磁石３２の存在で制限されず、ジンバル３の偏向角を大きく取れる構造となっている。更に、３つの固定磁石３２は、可動コイル３１を支持するトーションバー２の伸長方向と直角な方向に配置されているが、３つが図４（ｃ）に示すごとく空間を開けて離散的に配置されているので可動ミラー１が揺動する際にその端部が固定磁石３２に触れる恐れは無く、可動ミラー１の偏向角も大きく取れる構造となっている。
【００４０】
本実施例による光偏向器は、さらに、可動櫛型電極６と固定櫛型電極７との間に電位差を発生させ、可動櫛型電極６と固定櫛型電極７との間に働く静電力によりジンバル３を駆動させる静電駆動手段（不図示）と、可動コイル３１に電流を流すことで発生する磁場が固定磁石３２と作用することにより、可動ミラー１を駆動させる電磁駆動手段（不図示）とを有している。
【００４１】
本実施例の駆動方法を説明する。本実施例においては、可動ミラー１を共振駆動により駆動し、ジンバル３をノコギリ波駆動信号を用いたＤＣ制御により駆動する。まず、ジンバル３の駆動方法について説明すると、駆動電源と制御回路よりなる静電駆動手段により、可動櫛型電極６と固定櫛型電極７との間に６０Ｈｚのノコギリ波を印加して、ジンバル３を±１０°の偏向角範囲で偏向させる。
【００４２】
本実施例では、ジンバル３の外形寸法は４×１０ｍｍ、厚さは１５０μｍとする。また、トーションバー４の長さは４ｍｍ、幅は１３０μｍ（上記実施例のものより相当大きくなっている）、厚さは１５０μｍである。ジンバル３の共振周波数は６００Ｈｚ、トーションバー４のばね定数は１．５×１０−３[Nm]であって、ジンバル３を±１０°偏向させるために必要なトルクは２．５×１０−４[Nm]である。ここにおいて必要とされる電圧は約１．２ｋＶであった。本実施例においては、上記の様に、ジンバル３の駆動に共振駆動でなくノコギリ波によるＤＣ駆動を用いる。ＤＣ駆動では駆動電圧が比較的高くなる欠点はあるが、画像形成において画像データを並べ替える必要が無い点で、１フレーム分のメモリが必要な往復利用の共振駆動と比較して有利である。
【００４３】
次に、可動ミラー１の駆動方法について説明する。駆動電源と制御回路よりなる電磁駆動手段を用いて、可動コイル３１に可動ミラー１のねじり振動周波数と同じ周波数の交流電流を流すことにより交流磁界を発生させ、この磁界と３つの固定磁石３２との作用により可動ミラー１を電磁駆動させる。
【００４４】
本実施例では、可動ミラー１の外形寸法は１．１×１．３ｍｍ、厚さは１５０μｍ、慣性モーメントＩは７×１０−１４ [kgm2]とする。トーションバー２の長さは３．７ｍｍ、幅は１００μｍ、厚さは１５０μｍである。また、可動ミラー１の共振周波数は２０ｋＨｚで、偏向角は±１２°である。さらに、可動コイル３１の配線幅は３０μｍ、厚さは１μｍ、ターン数は１０ターンである。この場合、共振のＱ値は約３０００であり、駆動に必要な電圧は約１０Ｖであった。
【００４５】
上記構成の本実施例では、ジンバル３の回転軸伸長方向と平行な方向に固定磁石３２を一列に配置することにより、ジンバル３の偏向角を妨げずに可動ミラー１の偏向を行なえた。また、凹部２５を形成してそこに固定磁石３２を納めることで固定磁石３２の長さを大きくすることができ、磁場発生力を大きくできた。
【００４６】
（実施例４）
本実施例は、本発明による光偏向器を用いた画像形成装置の例である。図５に本実施例の構成を示す。まず、光源変調駆動部５１から出た変調信号５２により直接変調光源５３の変調を行う。本実施例においては、直接変調光源５３として赤色の半導体レーザを用いた。直接変調光源５３は、また、赤色、青色、緑色の直接変調可能な光源を用い、これらを混色光学系にて混色して用いてもよい。直接変調光源５３から直接変調された出力光５４は、光偏向器５５の反射面に照射される。さらに、光偏向器５５により２次元的に偏向された反射光は、補正光学系５６を通って画像表示体５７上に画像として表示される。補正光学系５６は、投影による画像の歪みを補正する光学系である。
【００４７】
本実施例の光偏向器５５は、両方向において共振駆動である実施例２による光偏向器であり、光偏向器５５を用いて出力光５４をラスタ走査することにより、画像表示体５７に画像を表示する。高速走査（可動ミラー）は、周波数２０ｋＨｚの往復描画であり、偏向角は±１０°で、反射角にすると±２０°である。低速走査（ジンバル）は、３０Ｈｚの往復描画であり、偏向角は±８°で、反射角にすると±１６°である。また、光偏向器５５の駆動電圧は８Ｖである。
【００４８】
上記構成の本実施例により、コンパクトな構成を有し、比較的低電圧で駆動でき、偏向角が大きく、高精細な画像が得られる画像形成装置を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態および実施例１による光偏向器を示す図。
【図２】図１の光偏向器の駆動状態を示す図。
【図３】実施例２による光偏向器を示す図。
【図４】実施例３による光偏向器を示す図。
【図５】実施例４による画像形成装置を示す図。
【図６】従来例による光偏向器を示す図。
【図７】従来例による光偏向器を示す図。
【図８】従来例による光偏向器を示す図。
【図９】従来例による光偏向器を示す図。
【図１０】従来例による光偏向器を示す図。
【符号の説明】
【００５０】
１  可動ミラー
２、４  トーションバー
３  ジンバル
５  フレーム
６  可動櫛型電極
７  固定櫛型電極
８  固定櫛型電極の取り出し電極
９  共通基板
１０  スペーサ
１１  反射膜
２０  可動磁石
２１  固定コイル
２２  コイル基板
２３  固定コイルの取り出し電極
２５  凹部
３１  可動コイル
３２  固定磁石
３３  電極パッド
５１  光源変調駆動部
５２  変調信号
５３  直接変調光源
５４  直接変調された出力光
５５  光偏向器
５６  補正光学系
５７  画像表示体
【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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