JP2004177543A

JP2004177543A - Optical scanning device, and image forming apparatus with optical scanning device

Info

Publication number: JP2004177543A
Application number: JP2002341861A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Asai; 伸明浅井; Yoshiharu Yamada; 祥治山田
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: JP3956839B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanning device which is stably driven with a low driving energy without a deterioration in straightness of a scanning beam, and to provide an image forming apparatus furnished with the optical scanning device. <P>SOLUTION: A vibration body 5 of the optical scanning device 1 is formed from a very fine, flat and substantially rectangular silicone plate, and a reflection mirror 8, first spring parts 9 and 10 connected to the first spring parts, second spring parts 12 and 13 connected to the first spring part 9, second spring parts connected to the first spring part 10, and a fixed frame part 7 to which the second spring parts 12, 13, 15 and 16 are connected are formed by etching on the silicone plate, and the division width of the second spring parts 12 and 13 and the second spring parts 15 and 16 does not exceed the width of the reflection mirror 8. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光走査装置およびその光走査装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、共振を利用して反射ミラー部を振動する共振型の光走査装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この光走査装置は、反射ミラー部とバネ部と駆動源とから構成されており、弾性変形部と反射ミラー部により決定される固有振動モードの周波数にあった振動を駆動源から供給することによって、当該振動モードで反射ミラー部を駆動する方式をとっていた。また、光を高速で走査するために、高次の振動モードを使っていた。
一方、共振型の光走査装置の設計では、走査ビームの直進性を安定化させるため、ネジレ共振の周波数をその他の振動モードより低くしているものが提案されている（例えば、非特許文献１。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１０４５４３号公報
【非特許文献１】
上田譲、浅田規裕「２次元マイクロ磁気スキャナの実用化に関する考察」（社）日本応用磁気学会第１１７回研究会「薄膜アクチュエータの応用と新展開」−磁気工学における将来展望− 平成１３年１２月２２日資料ｐ．３９−４４
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光走査装置の走査ビームの直進性を安定化させるため、ネジレ共振の周波数をその他の振動モードより低くした場合、光走査装置のネジレ共振周波数を大きくすることができず、高速な光走査装置を作製することは困難であった。また、振動の周波数を高くして、高次の振動モードを利用した場合、高速で光走査装置を走査することはできるが、不要な高次の振動モードの重なり、あるいは、外乱等の理由により、破損あるいは安定した光走査ができないという問題があった。また、高次の振動モードを利用する場合、振幅を大きくするために、バネ部の剛性を低くしていたことからも、外乱等により、破損しやすいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、高速走査光走査装置を実現し、なおかつ、走査ビームの直進性が劣化することなく、安定して、低駆動エネルギーで駆動できる光走査装置及びその光走査装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の光走査装置は、光を反射する反射ミラー部と、前記反射ミラー部から延出し振動によりネジレ変位が発生するバネ部と、前記バネ部を固定する固定枠部とを有する振動体の少なくとも一部を振動させることにより、前記反射ミラー部に入射した光の反射方向を変化させて光を走査する共振型の光走査装置において、前記バネ部は、前記反射ミラー部に連結され、振動によりネジレ変位が発生する第１のバネ部と、当該第１のバネ部に連結され、且つ、前記固定枠部に前記第１のバネ部の幅よりも広い間隔で分岐して連結されると共に、振動により曲げおよびネジレ変位が発生する第２のバネ部とを備え、前記第２のバネ部の分岐幅が前記反射ミラー部の幅を超えないことを特徴とする構成となっている。
【０００７】
この構成の光走査装置では、反射ミラー部に連結され、振動によりネジレ変位が発生する第１のバネ部と、当該第１のバネ部に連結され、且つ、固定枠部に第１のバネ部の幅よりも広い間隔で分岐して連結されると共に、振動により曲げおよびネジレ変位が発生する第２のバネ部の分岐幅が反射ミラー部の幅を超えないようになっているので、捻れ固有振動数より低い周波数範囲内における、垂直あるいは水平固有振動の高次振動モードの発生が低減される。これにより他の固有振動モードとの振動数の差を大きくできることから、捻れ共振させたときも、固有振動の重なりが発生せず、安定して光が走査できる。また、高い駆動周波数及び走査角を保ちながらも、不要振動モードあるいはそれらの重なりによる破損が低減し、安定して走査することができる。
【０００８】
また、請求項２に係る光走査装置では、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記第２のバネ部に各々設けられ、前記反射ミラー部を振動させる駆動源と、前記反射ミラー部を共振周波数で振動させるために、前記分岐している第２のバネ部の各々に設けられている前記駆動源を互いに逆相で振動させるように駆動する駆動制御手段とを備えている。
【０００９】
この構成の光走査装置では、請求項１に記載の発明の作用に加えて、分岐している第２のバネ部の各々に設けられている駆動源を互いに逆相で振動させるので、捻れ振動を効率よく発生させられることから、更に安定して光走査装置を駆動できる。
【００１０】
また、請求項３に係る発明の画像形成装置では、請求項２に記載の発明の構成に加えて前記駆動源は、圧電体であることを特徴とする構成となっている。
【００１１】
この構成の光走査装置は、請求項２に記載の発明の作用に加えて、駆動源に電気−機械変換効率の高い圧電体を使うことにより、低消費電力化をはかることができる。
【００１２】
また、請求項４に係る発明の光走査装置では、請求項２又は３に記載の発明の構成に加えて、前記駆動源は、薄膜形成法により形成されたことを特徴とする構成になっている。
【００１３】
この構成の光走査装置は、請求項２又は３に記載の発明の作用に加えて、駆動源は、薄膜形成法により形成されるので、第２のばね部上に接着剤を用いずに駆動源を形成することができる。
【００１４】
また、請求項５に係る発明の光走査装置では、請求項４に記載の発明の作用に加えて、前記薄膜形成法は、ＣＶＤ、スパッタリング、水熱合成、ゾルゲル、微粒子吹き付けの何れかであることを特徴とする構成になっている。
【００１５】
この構成の光走査装置は、請求項４に記載の発明の作用に加えて、薄膜形成法としては、ＣＶＤ、スパッタリング、水熱合成、ゾルゲル、微粒子吹き付けの何れかを用いることができるので、微細な第２のばね部と固定枠部との間に、一番適切な薄膜形成法を用いることができる。
【００１６】
また、請求項６に係る発明の画像形成装置では、請求項１乃至５の何れかに記載の光走査装置を備えたことを特徴とする構成になっている。
【００１７】
この構成の画像形成装置では、請求項１乃至５の何れかに記載の光走査装置を応用することにより、高精細な画像が提供でき、且つ、装置を小型化できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態である光走査装置１を備えた網膜走査型画像形成装置１００の全体構造について説明する。図１は、本発明の一実施の形態である光走査装置１を備えた網膜走査型画像形成装置１００の概略構成を示すブロック図である。
【００２０】
図１に示すように、光走査装置１を備えた画像形成装置１００は、観察者の網膜上に直接画像を結像させるように構成されており、観察者の頭部に装着して使用するディスプレイ装置である。図１に示すように、画像形成装置１００は、光源ユニット部１０１と、垂直走査系１０２と、水平走査系１０３と、リレー光学系１２６，１２７と、コリメトリーレンズ１２２と、光センサ１２３とから構成されている。
【００２１】
また、光源ユニット部１０１は、映像信号供給回路１０４と、映像信号供給回路１０４に接続された光源ドライブ回路１０５と、光源ドライブ回路１０８により駆動される光源１０６と、コリメート光学系１０７と、ダイクロイックミラー１１５，１１５，１１５と結合光学系１１６と、ＤＢ信号検出回路１１８とから構成されている。尚、結合光学系１１６とコリメトリーレンズ１２２との間は、光ファイバ１１７により光学的に接続されている。
【００２２】
さらに、この映像信号供給回路１０４には、光源ドライブ回路１０５として、青色レーザドライバ１０８、緑色レーザドライバ１０９、及び赤色レーザドライバ１１０が接続され、これらに対して、映像信号供給回路１０４は、入力された映像信号に基づいて各色の駆動信号を供給するものである。また、映像信号供給回路１０４は、水平走査系１０３の水平走査駆動回路１２１（本発明の駆動制御手段に相当）及び垂直走査系１０２の垂直走査駆動回路１２４にも接続されており、走査動作の同期に必要な水平同期信号及び水平同期信号を供給している。また、映像信号供給回路１０４には、ＢＤ信号検出回路１１８が接続され、ＢＤ信号検出回路１１８には、光走査装置１の走査光を検出するＢＤセンサ１２３が接続され、走査光がＢＤセンサ１２３上を通過する際に得られる電気信号は、ＢＤ信号検出回路１１８に入力され、映像信号供給回路１０４では、ＢＤ信号検出回路１１８から得られた信号を利用することで、画像信号の１フレームの出力開始のタイミングを正確に決定できるようになっている。
【００２３】
青色レーザドライバ１０８、緑色レーザドライバ１０９、及び赤色レーザドライバ１１０は、映像信号供給回路１０４から供給される映像信号に基づいて、各々青色レーザ１１１、緑色レーザ１１２、赤色レーザ１１３を強度変調させるための駆動信号を供給する回路であり、青色レーザ１１１、緑色レーザ１１２、赤色レーザ１１３は、青色レーザドライバ１０８、緑色レーザドライバ１０９、及び赤色レーザドライバ１１０からの駆動信号に基づいて、各々青色、緑色、赤色の各波長に対応する強度変調されたレーザ光の光束を発生させるものである。
【００２４】
また、コリメート光学系１０７に設けられたコリメートレンズ１１４，１１４，１１４は、青色レーザ１１１、緑色レーザ１１２、赤色レーザ１１３から拡散するように発射された３色のレーザ光を各々平行光として、ダイクロイックミラー１１５，１１５，１１５に入射させるようになっており、ダイクロイックミラー１１５，１１５，１１５は、３色のレーザ光を合成し、合成された３色のレーザ光は、結合光学系１１６により結合されて光ファイバ１１７に導かれるようになっている。そして、光ファイバ１１７を経由してコリメトリーレンズ１２２から平行光として射出されたレーザ光は、水平走査系１０３に水平走査装置として設けられた光走査装置１の反射ミラー８に入射するようになっている。
【００２５】
光走査装置１は、映像信号供給回路１０４から供給される水平同期信号１１９に基づいて駆動される水平走査駆動回路１２１の制御により反射ミラー８を振動させることにより、反射ミラー８に入射したレーザ光の反射方向を変化させてレーザ光を水平方向に走査するものである。このようにして走査されたレーザ光は、リレー光学系１２６を経由して、垂直走査系１０２の反射ミラー部１２５に導かれる。尚、光走査装置１の詳細については、後述する。
【００２６】
次に、垂直走査系１０２について説明する。垂直走査系１０２は、映像信号供給回路１０４から供給される垂直同期信号１２０に基づいて駆動される垂直走査駆動回路１２４により反射ミラー部１２５を図示外のアクチュエータにより図１に示す矢印方向に往復振動させることにより、反射ミラー部１２５に入射したレーザ光の反射方向を変化させてレーザ光を垂直方向に走査するものである。つまり、水平走査系１０３の光走査装置１と垂直走査系１０２の反射ミラー部１２５とにより、レーザ光は二次元的に走査されることになる。このようにして、走査されたレーザ光は、リレー光学系１２７により光束としてビーム整形されて、観察者の瞳孔に入射されると共に、網膜上に直接画像として結像される。
【００２７】
次に、図２を参照して、水平走査系１０３の水平走査駆動回路１２１の詳細について説明する。図２は、水平走査駆動回路１２１のブロック図である。図２に示すように、水平走査駆動回路１２１は、発振器１２１ａと、位相反転回路１２１ｂ、位相シフタ１２１ｃ，１２１ｄ、及びアンプ１２１ｅ，１２１ｆから構成されている。図１に示す映像信号供給回路１０４から供給される水平同期信号１１９は発振器１２１ａに入力され、発振器１２１ａでは水平同期信号１１９に基づいて正弦波が生成され、その正弦波は、位相反転回路１２１ｂ及び位相シフタ１２１ｃに入力され、位相シフタ１２１ｃでは、画像信号と反射ミラー部の位相を調整するための信号を生成し、当該信号がアンプ１２１ｅで電圧増幅されて、駆動電圧が光走査装置１に設けられた駆動源ａおよびｂに供給される。
【００２８】
他方、発振器１２１ａから位相反転回路１２１ｂを通り、位相シフタ１２１ｄおよびアンプ１２１ｆを経由した駆動電圧は、光走査装置１に設けられた駆動源ｃおよびｄに供給される。位相を反転させて駆動源ａ，ｂおよびｃ，ｄを駆動することで、駆動源の変位方向が左右反転するため、反射ミラー８がネジレ振動し、レーザ光は水平走査されることになる。このようにして走査されたレーザ光は、前述のように、リレー光学系１２６を経由して垂直光走査系１０２の反射ミラー部１２５に導かれることになる。
【００２９】
次に、図３乃至図５を参照して、上記のような画像形成装置１００に使用される第１の実施の形態の光走査装置１について説明する。図３は、光走査装置１の斜視図であり、図４は、光走査装置１の分解斜視図であり、図５は、第１の実施の形態の光走査装置１の反射ミラー８の表面の状態を示す分解斜視図である。
【００３０】
図３及び図４に示すように、光走査装置１は、上面中央部に凹部２ａが形成された略直方体のベース台２上に振動体５が固着されている。このベース台２の中央部には、略直方体形状に深く抉られた凹部２ａが形成され、凹部２ａの周囲は、振動体５の固定枠部７と略同一の幅の平面が「ロの字」形状に形成された支持部３が形成されている。尚、凹部２ａを深く抉っているのは、反射ミラー８の振動時に反射ミラー８が、凹部２ａの底部に干渉しないようにするためである。尚、ベース台２は、実際には、非常に微細な大きさに形成されており、凹部２ａはエッチング等により形成される。
【００３１】
次に、振動体５について、図３及び図４を参照して説明する。振動体５は、非常に微細な大きさに形成された平面視、略長方形のシリコン板から形成され、そのシリコン板に反射ミラー８と、当該反射ミラー８に連結される第１のばね部９，１０と、第１のばね部９に接続される第２のばね部１２，１３と、第１のばね部１０に接続される第２のばね部１５，１６と、第２のばね部１２，１３，１５，１６が接続される固定枠部７とがエッチングにより形成されている。
【００３２】
次に、反射ミラー８について説明する。反射ミラー８は平面視、長方形又は正方形の方形状に形成され、固定枠部７のほぼ中央部に配置されている。この反射ミラー８は、振動されることにより入射した光の反射方向を変化させるものである。図５に示すように、反射ミラー８の表面には光反射膜８ａが形成されており、反射効率を高めるようにしている。なお、反射ミラー８の共振周波数は、動作振動周波数にほぼ一致するように設定するのが好ましい。
【００３３】
第１のばね部９，１０及び第２のばね部１２，１３，１５，１６は、固定枠部７のほぼ中央部に配置された反射ミラー８を捻れ変位可能に支持するものである。詳細には、反射ミラー８の両側面の重心位置に連結され、振動により捻れ変位が発生する第１のばね部９，１０と、その第１のばね部９に連結され、且つ、振動体５の固定枠部７に対して第１のばね部９の幅よりも広い間隔で連結されると共に、振動により曲げ及び捻れ変位が発生する第２のばね部１２，１３と、第１のばね部１０に連結され、且つ、振動体５の固定枠部７に対して第１のばね部１０の幅よりも広い間隔で連結されると共に、振動により曲げ及び捻れ変位が発生する第２のばね部１５，１６とから構成されている。即ち、第１のばね部９，１０が反射ミラー８を直接支持し、第２のばね部１２，１３が第１のばね部９を支持し、第２のばね部１５，１６が第１のばね部１０を支持することにより反射ミラー８を間接的に支持するものである。
【００３４】
第２のばね部１２，１３は、平面視Ｌ状、又は逆Ｌ字状に形成されており、その一端部が第１のばね部９に対して略垂直状に連結され、且つ、その他端部が固定枠部７に対して略垂直状に連結されている。また同様に、第２のばね部１５，１６は、平面視Ｌ状、又は逆Ｌ字状に形成されており、その一端部が第１のばね部１０に対して略垂直状に連結され、且つ、その他端部が固定枠部７に対して略垂直状に連結されている。本実施の形態では、１つの第１のばね部９に対して２つの第２のばね部１２，１３が一体的に連結され、また同様に、１つの第１のばね部１０に対して２つの第２のばね部１５，１６が一体的に連結されている。そして、第１のばね部９，１０は、反射ミラー８の重心を通る直線上に配置され、第２のばね部１２，１３はその直線を中心として対称となるように配置されている。また、第２のばね部１５，１６もその直線を中心として対称となるように配置されている。
【００３５】
このように、第１のばね部９，１０及び第２のばね部１２，１３，１５，１６を構成したことにより、反射ミラー８が振動して捻れ変位した場合にでも、第２のばね部１２，１３，１５，１６と固定枠部７との連結点に発生する応力を分散させることができる。従って、ばね部を徒に太くしたり長くしたりしなくても、反射ミラー部の共振周波数を確保しながら十分な捻れ角を得ることができると共に、装置全体をコンパクト化できて、捻り振動以外の固有振動の発生を防止することができる。
【００３６】
次に、図４を参照して、固定枠部７について説明する。図４に示すように、固定枠部７は、反射ミラー８に連結された第１のばね部９，１０に接続された第２のばね部１２，１３，１５，１６を支持すると共に、振動体５をベース台２に固着させるものである。具体的には、振動体５の固定枠部７の下面がベース台２の支持部３に固着されている。
【００３７】
次に、振動体５の製造方法について説明する。上記のような構造の振動体５を製造するには、例えば、シリコンウエハ上に固定枠部７、反射ミラー８、第１のばね部９，１０及び第２のばね部１２，１３，１５，１６からなる振動体５のパターンを形成し、これをエッチングすることにより一体形成する。そして、図５に示すように、反射ミラー８となるべき箇所の表面に、金、クロム、白金、アルミ等の材料により反射膜８ａを形成すれば完成する。このように製造することによって複数のものを同時に製造することができる。
【００３８】
次に、図３、図４、図６及び図７を参照して、駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄの形成について説明する。尚、図６は、振動体５の図４に於ける手前側から視た部分正面図であり、図７は、振動体５の図４に於ける手前側から視た駆動源ｄの構造の詳細を示す部分正面図である。図３及び図４に示すように、駆動源ａは第２のばね部１２上に直接形成され、駆動源ｂも第２のばね部１３上に直接形成され、駆動源ｃも第２のばね部１５上に直接形成され、駆動源ｄも第２のばね部１６上に直接形成されている。
【００３９】
尚、この駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄは、ＰＺＴ、ＺｎＯ、ＢＳＴ等の圧電体から構成されている。圧電体は、電気−機械変換効率の高い部材であることから、駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄに圧電体を用いると、低消費電力化することができる。また、ＰＺＴ、ＺｎＯ、ＢＳＴ等の圧電体からの駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄの形成には、ＣＶＤ、スパッタリング、水熱合成、ゾルゲル、微粒子吹き付け等の薄膜形成法を用いて、第２のばね部１２，１３，１５，１６及び固定枠部７上に直接形成している。従って、図３、図４及び図６に示すように、この駆動源ａ，ｂ，ｃ，ｄは、各々第２のばね部１２，１３，１５，１６から固定端部１３を越えて固定枠部７に掛かるように直接形成されている。尚、固定枠部７上には、駆動源ａに駆動電圧を入力するための入力端子ａ１、ａ２と、駆動源ｂに駆動電圧を入力するための入力端子ｂ１、ｂ２と、駆動源ｃに駆動電圧を入力するための入力端子ｃ１、ｃ２と、駆動源ｄに駆動電圧を入力するための入力端子ｄ１、ｄ２とが各々金属薄膜により形成されている。尚、脆弱性が高い材料であっても薄くすることにより、大きな変形をさせることができるので、駆動源の厚みと第２のばね部の厚みを合計した厚さは２００μｍ以下になるように構成されている。
【００４０】
次に、図７を参照して、駆動源ｄの構造の詳細について説明する。図７に示すように、駆動源ｄは、第２のばね部１３から固定枠部７に掛けて形成されており、駆動源ｄの図７に於ける下側には、下部電極ｄ４が形成され、駆動源ｄの図７に於ける上側には、上部電極ｄ３が形成されている。従って、駆動源ｄを構成する圧電体は、上部電極ｄ３及び下部電極ｄ４にサンドウィッチ状に挟まれている。また、図３、図４及び図７に示すように、上部電極ｄ３は、入力端子ｄ２に接続され、図３及び図４に示すように、下部電極ｄ４は、入力端子ｄ１に接続されている。尚、他の駆動源ａ，ｂ，ｃも駆動源ｄと同様の構造となっている。振動体５では、上記の構成とすることにより、駆動源ａ，ｂによって一対の圧電ユニモルフが構成され、駆動源ｃ，ｄによって一対の圧電ユニモルフが構成される。
【００４１】
次に、図８乃至図１０を参照して、光走査装置１の第２の実施の形態について説明する。図８は、光走査装置１の第２の実施の形態の斜視図であり、図９は、光走査装置１の第２の実施の形態の分解斜視図であり、図１０は、水平走査駆動回路１２１の第２の実施の形態のブロック図である。
【００４２】
図８及び図９に示すように、第２の実施の形態の光走査装置１は、上面中央部に凹部２ｂが形成され、その凹部２ｂの両側に、一段浅く形成された凹部２ｃが形成された略直方体のベース台２上に振動体５が固着されている。振動体５の固定枠部７と略同一の幅の平面が「ロの字」形状に形成された支持部３が形成されている。尚、凹部２ｂを深く抉っているのは、反射ミラー８の振動時に反射ミラー８が、凹部２ｂの底部に干渉しないようにするためである。尚、ベース台２は、実際には、非常に微細な大きさに形成されており、凹部２ｂ及び凹部２ｃはエッチング等により形成される。
【００４３】
ベース台２の下部には、ベース台２の長手方向と直交する方向の奥側には、積層型の圧電アクチュエータである駆動源ｅが接着により固着され、ベース台２の長手方向と直交する方向の手前側には、積層型の圧電アクチュエータである駆動源ｆが接着により固着されている。駆動源ｅの上部には電極ｅ１が設けられ、駆動源ｅの下部には電極ｅ２が設けられている。また、駆動源ｆの上部には電極ｆ１が設けられ、駆動源ｆの下部には電極ｆ２が設けられている。従って、駆動源ｅは電極ｅ１及び電極ｅ２にサンドウィッチ状に挟まれており、駆動源ｆは電極ｆ１及び電極ｆ２にサンドウィッチ状に挟まれている。この駆動源ｅ，ｆは、ＰＺＴ、ＺｎＯ、ＢＳＴ等の圧電体が積層されて構成された圧電アクチュエータである。圧電体は、電気−機械変換効率の高い部材であることから、駆動源ｅ，ｆに圧電体を用いると、低消費電力化することができる。ここで、電極ｅ１及び電極ｅ２間に印加する駆動電圧の極性を所定の周波数で変動させることにより駆動源ｅは伸び縮みして振動する。また、電極ｆ１及び電極ｆ２間に印加する駆動電圧の極性を所定の周波数で変動させることにより駆動源ｆは伸び縮みして振動する。従って、駆動源ｅ及び駆動源ｆを逆相の駆動電圧で駆動することにより振動体５を振動させることができる。
【００４４】
次に、振動体５について、図８及び図９を参照して説明する。振動体５は、非常に微細な大きさに形成された平面視、略長方形のシリコン板から形成され、そのシリコン板に反射ミラー８と、当該反射ミラー８に連結される第１のばね部９，１０と、第１のばね部９に接続される第２のばね部１２，１３と、第１のばね部１０に接続される第２のばね部１５，１６と、第２のばね部１２，１３，１５，１６が接続される固定枠部７とがエッチングにより形成されている。従って、振動体５は、第１の実施の形態とは駆動源以外の構成は同じである。
【００４５】
次に、図１０を参照して、第２の実施の形態の水平走査駆動回路１２１の詳細について説明する。図１０は、第２の実施の形態の水平走査駆動回路１２１のブロック図である。図１０に示すように、第２の実施の解体の水平走査駆動回路１２１は、図２に示す第１の実施の形態の水平走査駆動回路１２１は、回路構成は同一であるが、アンプ１２１ｅの出力が駆動源ｅに入力され、アンプ１２１ｆの出力が駆動源ｆに入力される点が異なっている。
【００４６】
具体的には、第２の実施の形態の水平走査駆動回路１２１は、発振器１２１ａと、位相反転回路１２１ｂ、位相シフタ１２１ｃ，１２１ｄ、及びアンプ１２１ｅ，１２１ｆから構成されている。図１に示す映像信号供給回路１０４から供給される水平同期信号１１９は発振器１２１ａに入力され、発振器１２１ａでは水平同期信号１１９に基づいて正弦波が生成され、その正弦波は、位相反転回路１２１ｂ及び位相シフタ１２１ｃに入力され、位相シフタ１２１ｃでは、画像信号と反射ミラー部の位相を調整するための信号を生成し、当該信号がアンプ１２１ｅで電圧増幅されて、駆動電圧が光走査装置１に設けられた駆動源ｅに供給される。
【００４７】
他方、発振器１２１ａから位相反転回路１２１ｂを通り、位相シフタ１２１ｄおよびアンプ１２１ｆを経由した駆動電圧は、光走査装置１に設けられた駆動源ｆに供給される。位相を反転させて駆動源ｅおよび駆動源ｆを振動させることで、第１のばね部９，１０、第２のばね部１２，１３，１５，１６及び反射ミラー８で構成される振動体のねじれ振動モードに一致する周波数の振動が与えられると、この振動体が共振を起こして、反射ミラー８が大きな捻れ振動を起こすことができる。
【００４８】
次に、図１１乃至図２０を参照して、上記の第１及び第２の実施の形態の光走査装置１に使用される振動体５の形状及び振動特性を説明する。図１１は、振動体５の振動特性を解析するための振動体５のコンピュータシュミレーションの図である。この図１１に示す例では、振動体５の反射ミラー８は、厚さ１００μｍで、長さ１ｍｍ、幅１ｍｍの正方形である。また、第１のバネ部９，１０は、何れも長さが５ｍｍで、幅が６０μｍの長方形であり、および第２のバネ部１２，１３，１５，１６の長さが１．５ｍｍ、幅が４０μｍの長方形であり、連結部１７，１８は、何れも長さ０．６ｍｍ、幅４０μｍの長方形である。従って、第２のバネ部１２，１３，及び第２のバネ部１５，１６の分岐幅は、連結部１７，１８の長さになるので、図１１に示す例では、第２のバネ部１２，１３，及び第２のバネ部１５，１６の分岐幅Ｌ２が、反射ミラー８の幅Ｌ１を超えない例となっている。
【００４９】
図１２は、図１１に示す振動体５のコンピュータシュミレーションでの静止状態を示す図である。この静止状態の振動体５を、モード１として、１０．６ｋＨｚで振動させ、モード２として、１５．１ｋＨｚで振動させ、モード３として、２１．８ｋＨｚで振動させ、モード４として、２５．２ｋＨｚで振動させた。
【００５０】
以下、図１３〜図２０を参照して、上記の振動体５の各モードでの振動特性のコンピュータシュミレーションについて説明する。図１３は、モード１のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図であり、また、図１４は、モード２のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図であり、図１５は、モード３のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図であり、図１６は、モード４のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。また、図１７は、静止状態の振動体５とモード１のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ね合わせた状態を示す図である。図１８は、静止状態の振動体５とモード２のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。図１９は、静止状態の振動体５とモード３のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。図２０は、静止状態の振動体５とモード４のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。
【００５１】
図１３及び図１７に示すように、モード１、即ち、１０．６ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が反射面に平行な方向に振動して共振する状態となる。また、図１４及び図１８に示すように、モード２、即ち、１５．１ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が反射面に垂直な方向に振動して共振する状態となる。また、図１５及び図１９に示すように、モード３、即ち、２１．８ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が第１のばね部８，９を軸として回動して捻れて共振する状態となる。この状態が光の走査に使用できる。また、図１６及び図２０に示すように、モード４、即ち、２５．２ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が反射面の中心点を回転中心として、反射ミラー８が反射面の沿って往復回転して共振する状態となる。
【００５２】
次に、上記の振動体５の振動特性と対比するために、図２１乃至図３０を参照して、振動体５の連結部１７，１８の長さを１．１ｍｍとし、他の部材のサイズは、図１１に示す振動体５と同じにしたものの振動特性を解析するためのコンピュータシュミレーションの結果について説明する。図２１に示す例では、第２のバネ部１２，１３，及び第２のバネ部１５，１６の分岐幅Ｌ２が１．１ｍｍであり、反射ミラー８の幅Ｌ１が１ｍｍであるので、第２のバネ部１２，１３，及び第２のバネ部１５，１６の分岐幅Ｌ２が、反射ミラー８の幅Ｌ１を超えている例となっている。
【００５３】
図２２は、図２１に示す振動体５のコンピュータシュミレーションでの静止状態を示す図である。この静止状態の振動体５を、モード１として、１０．０ｋＨｚで振動させ、モード２として、１４．２ｋＨｚで振動させ、モード３として、２２．０ｋＨｚで振動させ、モード４として、２５．５ｋＨｚで振動させた。
【００５４】
以下、図２３〜図３０を参照して、各モードでの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションについて説明する。図２３は、モード１のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図であり、また、図２４は、モード２のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図であり、図２５は、モード３のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図であり、図２６は、モード４のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。また、図２７は、静止状態の振動体５とモード１のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ね合わせた状態を示す図である。図２８は、静止状態の振動体５とモード２のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。図２９は、静止状態の振動体５とモード３のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。図３０は、静止状態の振動体５とモード４のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。
【００５５】
図２３及び図２７に示すように、モード１、即ち、１０．０ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が反射面に平行な方向に振動して共振する状態となる。また、図２４及び図２８に示すように、モード２、即ち、１４．２ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が反射面に垂直な方向に振動して共振する状態となる。また、図２５及び図２９に示すように、モード３、即ち、２２．０ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が反射面の中心点を回転中心として、反射ミラー８が反射面の沿って往復回転して共振する状態となる。また、図２６及び図３０に示すように、モード４、即ち、２５．５ｋＨｚで振動体５を振動させた場合には、反射ミラー８が第１のばね部８，９を軸として回動して捻れて共振する状態となる。
【００５６】
次に、図３１を参照して、光走査装置１の振動体５の近似モデルを用いた振動の１次〜３次の振動モードを説明する。図３１は、光走査装置１の振動体５の近似モデルを示す図である。反射ミラー８の質量を「Ｍ１」とし、第１のばね部を「無質量」とし、連結部１７，１８の質量を各々「Ｍ２」とし、第２のばね部を「無質量」とし、第２のばね部を２本を合成して１本とする。上記のように近似すると、水平方向あるいは鉛直方向に関しては、それぞれ３自由度の振動系になる。バネ部の質量まで考慮すると、自由度が無限になってしまうので、ここでは割愛する。光走査を安定して行うには、高次の振動モードが捻れ振動の固有振動数より低い領域に出ないようにすることが望ましい。上記の近似モデルは図３１に示すようになる。図３１に示す近似例では、上段の振動モードが１次モードであり、中段の振動モードが２次モードであり、下段の振動モードが３次モードである。
【００５７】
図１３〜図３０のコンピュータシュミレーションによる解析例に示したように、固有振動数のモード解析を行うと、垂直あるいは水平の１次固有振動が周波数の低い領域で発生する。図１１に示す振動体５と図３１に示す振動モードを対応させると、図１３に示すモード１が図３１に示す１次モードにあたり、図１６に示すモード４が図３１に示す２次モードにあたる。更に上の周波数まで解析を行えば、３次モードあるいはそれ以上まで解析できる。Ｍ１の質量とバネ部の剛性が一定と仮定すると、高次のモードの周波数は、Ｍ２の質量に依存することになる。Ｍ２の質量増加は、図３１に示す例において、１次モードの振動周波数の低下を招き、それに、２次モードの振動数も低下し、ネジレ固有振動数に接近する要因になっていた。
【００５８】
本実施の形態の振動体５では、図１１に示すように連結部１７，１８の長さ、即ち、第２のばね部１２，１３及び第２のばね部１５，１６の分岐幅（図１１に示すＬ２）を反射ミラー８の幅（図１１に示すＬ１）よりも狭くすることで、連結部１７，１８の質量Ｍ２を低下させることにより、高速化した故に避けがたい、水平方向および垂直方向の１次モード以外の振動モードの発生を抑制し、振動体５の捻れ振動を安定化させ、安定して光走査することができるようにしている。
【００５９】
上記の実施の形態では、図１５に示すモード３が光走査装置１に必要な振動（共振）モードであり、固有振動数は２１．８ｋＨｚになっている。これより下の周波数では、図１４に示すモード２が反射ミラー８の反射面に対して垂直な方向、モード１が水平な方向における振動（共振）モードになっており、垂直および水平方向の１次モードしかない。従って、振動体５の捻れ振動を安定化させ、光走査装置１が安定して光走査することができる。
【００６０】
また、図２１に示す、連結部１７，１８の長さ（第２のばね部１２，１３及び第２のばね部１５，１６の分岐幅）Ｌ２を１．１ｍｍにした場合には、図２６及び図３０に示す捻れ振動モード４の共振周波数２５．５ｋＨｚの下の周波数である２２．０ｋＨｚで振動した図２５及び図２９に示すモード３にモード１の高次の振動が発生している。従って、振動体５の捻れ振動が安定化せず、光走査装置１が安定して光走査することができない。
【００６１】
次に、図３２乃至図４９を参照して、振動体５の連結部１７，１８の長さを２ｍｍとし、他の部材のサイズは、図１１に示す振動体５と同じにしたものの振動特性を解析するためのコンピュータシュミレーションの結果について説明する。図３２に示す例では、第２のバネ部１２，１３，及び第２のバネ部１５，１６の分岐幅Ｌ２が２ｍｍであり、反射ミラー８の幅Ｌ１が１ｍｍであるので、第２のバネ部１２，１３，及び第２のバネ部１５，１６の分岐幅Ｌ２が、反射ミラー８の幅Ｌ１の２倍となっている。
【００６２】
図３３は、図３２に示す振動体５のコンピュータシュミレーションでの静止状態を示す図である。この静止状態の振動体５を、モード１として、９．０ｋＨｚで振動させ、モード２として、１２．１ｋＨｚで振動させ、モード３として、１５．４ｋＨｚで振動させ、モード４として、１７．６ｋＨｚで振動させ、モード５として、２９．１ｋＨｚで振動させ、モード６として、３２．１ｋＨｚで振動させ、モード７として、６０．４ｋＨｚで振動させ、モード８として、６４．２ｋＨｚで振動させた。
【００６３】
図３４は、モード１のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図であり、また、図３５は、モード２のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図であり、図３６は、モード３のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図であり、図３７は、モード４のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。また、図３８は、静止状態の振動体５とモード１のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ね合わせた状態を示す図である。図３９は、静止状態の振動体５とモード２のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。図４０は、静止状態の振動体５とモード３のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。図４１は、静止状態の振動体５とモード４のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。
【００６４】
また、図４２は、モード５のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図であり、また、図４３は、モード６のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図であり、また、図４４は、静止状態の振動体５とモード５のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ね合わせた状態を示す図である。また、図４５は、静止状態の振動体５とモード６のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。
【００６５】
図３２乃至図４５に示すように、第２のバネ部１２，１３，及び第２のバネ部１５，１６の分岐幅Ｌ２が、反射ミラー８の幅Ｌ１の２倍となった例では、さらに数多くの捻れ振動以外の振動モードが、捻れ振動の周波数より低い領域で発生することになり、光走査装置１の光の走査の安定性が低下する。従って、振動体５では、連結部１７，１８の長さ、即ち、第２のばね部１２，１３及び第２のばね部１５，１６の分岐幅（図１１に示すＬ２）を反射ミラー８の幅（図１１に示すＬ１）よりも狭くすることで、連結部１７，１８の質量Ｍ２を低下させることにより、高速化した故に避けがたい、水平方向および垂直方向の１次モード以外の振動モードの発生を抑制し、振動体５の捻れ振動を安定化させ、安定して光走査することができることが判明した。
【００６６】
次に、上記のように構成された光走査装置１の動作について説明する。図１、図２及び図３を参照して説明する。まず、図１に示す映像信号供給回路１０４から供給される水平同期信号１１９は、図２に示す水平走査駆動回路１２１の発振器１２１ａに入力され、発振器１２１ａでは水平同期信号１１９に基づいて正弦波が生成される。その正弦波は、位相反転回路１２１ｂ及び位相シフタ１２１ｃに入力され、位相シフタ１２１ｃでは、画像信号と反射ミラー部の位相を調整するための信号を生成し、当該信号がアンプ１２１ｅで電圧増幅されて、駆動電圧が入力端子ａ１，ａ２を介して、第２のばね部１２に形成された駆動源ａに供給され、また、同じ駆動電圧が入力端子ｂ１，ｂ２を介して、第２のばね部１５に形成された駆動源ｂに供給される。
【００６７】
他方、発振器１２１ａから位相反転回路１２１ｂを通り、位相シフタ１２１ｄおよびアンプ１２１ｆを経由した駆動電圧が入力端子ｄ１，ｄ２を介して、第２のばね部１３に形成された駆動源ｄに供給され、また、同じ駆動電圧が入力端子ｃ１，ｃ２を介して、第２のばね部１６に形成された駆動源ｃに供給される。
【００６８】
従って、駆動源ａ，ｂが、図３に於ける下側に撓んだ時には、第２のばね部１２，１５も図３に於ける下側に撓み、同時に、駆動源ｃ，ｄが、図３に於ける上側に撓み、第２のばね部１３，１６も図３に於ける上側に撓むことになる。また、駆動源ａ，ｂが、図３に於ける上側に撓んだ時には、第２のばね部１２，１５も図３に於ける上側に撓み、同時に、駆動源ｃ，ｄが、図３に於ける下側に撓み、第２のばね部１３，１６も図３に於ける下側に撓むことになる。従って、水平走査駆動回路１２１が、図１に示す映像信号供給回路１０４から供給される水平同期信号１１９に従って、駆動源ａ，ｂ及び駆動源ｃ，ｄに印加する駆動電圧を交互に共振周波数で振動（反転）させることにより、振動体５の第２のばね部１２，１５及び１３，１６が交互に反対方向に曲がり及び捻れるように撓んで、振動体５が共振周波数で共振して第１のばね部９，１０に支持された反射ミラー８が、振動を繰り返して、反射ミラー８に入射するレザー光を水平走査することが可能となる。反射ミラー８で水平走査されたレーザ光は、リレー光学系１２６を経由して、垂直走査系１０２の反射ミラー部１２５に導かれ、反射ミラー部１２５に入射したレーザ光は、垂直方向に走査され、リレー光学系１２７により光束としてビーム整形されて、観察者の瞳孔に入射されると共に、網膜上に直接画像として結像される。尚、図８及び図９に示す光走査装置１を使用した場合には、駆動源ｅ及び駆動源ｆが逆相で振動することにより、振動体５が共振周波数で共振して第１のばね部９，１０に支持された反射ミラー８が、振動を繰り返して、反射ミラー８に入射するレザー光を水平走査することが可能となる。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態の光走査装置１の振動体５では、連結部１７，１８の長さ、即ち、第２のばね部１２，１３及び第２のばね部１５，１６の分岐幅（図１１に示すＬ２）を反射ミラー８の幅（図１１に示すＬ１）よりも狭くすることで、連結部１７，１８の質量を低下させることにより、高速化した故に避けがたい、水平方向および垂直方向の１次モード以外の振動モードの発生を抑制し、振動体５の捻れ振動を安定化させ、安定して光走査することができる。
【００７０】
尚、本発明は上記の実施の形態のように、光走査装置１を画像形成装置１００に用いたものに限らず、レーザプリンタ、バーコードスキャナ、プロジェクタ等の走査装置を用いる各種の装置に利用することができ、この場合には、装置を小型化できるという効果がある。また、本発明では、光走査装置１の振動体５の上側をレーザ光が塚可能な透明なカバーで覆って振動体５を密封し、光走査装置１内部を減圧又は不活性ガスを充填しても良い。
【００７１】
【発明の効果】
以上、説明したことから明らかなように、請求項１に係る発明の光走査装置では、反射ミラー部に連結され、振動によりネジレ変位が発生する第１のバネ部と、当該第１のバネ部に連結され、且つ、固定枠部に第１のバネ部の幅よりも広い間隔で分岐して連結されると共に、振動により曲げおよびネジレ変位が発生する第２のバネ部の分岐幅が反射ミラー部の幅を超えないようになっているので、捻れ固有振動数より低い周波数範囲内における、垂直あるいは水平固有振動の高次振動モードの発生が低減される。これにより他の固有振動モードとの振動数の差を大きくできることから、捻れ共振させたときも、固有振動の重なりが発生せず、安定して光が走査できる。また、高い駆動周波数及び走査角を保ちながらも、不要振動モードあるいはそれらの重なりによる破損が低減し、安定して走査することができる。
【００７２】
また、請求項２に係る発明の光走査装置では、請求項１に記載の発明の効果に加えて、分岐している第２のバネ部の各々に設けられている駆動源を互いに逆相で振動させるので、捻れ振動を効率よく発生させられることから、更に安定して光走査装置を駆動できる。
【００７３】
また、請求項３に係る発明の画像形成装置では、請求項２に記載の発明の効果に加えて、駆動源に電気−機械変換効率の高い圧電体を使うことにより、低消費電力化をはかることができる。
【００７４】
また、請求項４に係る発明の光走査装置では、請求項２又は３に記載の発明の効果に加えて、駆動源は、薄膜形成法により形成されるので、第２のばね部上に接着剤を用いずに駆動源を形成することができる。
【００７５】
また、請求項５に係る発明の光走査装置では、請求項４に記載の発明の効果に加えて、薄膜形成法としては、ＣＶＤ、スパッタリング、水熱合成、ゾルゲル、微粒子吹き付けの何れかを用いることができるので、微細な第２のばね部と固定枠部との間に、一番適切な薄膜形成法を用いることができる。
【００７６】
また、請求項６に係る発明の画像形成装置では、請求項１乃至５の何れかに記載の光走査装置を応用することにより、高精細な画像が提供でき、且つ、装置を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態である光走査装置１を備えた網膜走査型画像形成装置１００の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、水平走査駆動回路１２１のブロック図である。
【図３】図３は、光走査装置１の斜視図である。
【図４】図４は、光走査装置１の分解斜視図である。
【図５】図５は、光走査装置１の反射ミラー８の表面の状態を示す分解斜視図である。
【図６】図６は、振動体５の図４に於ける手前側から視た部分正面図である。
【図７】図７は、振動体５の図４に於ける手前側から視た駆動源ｄの構造の詳細を示す部分正面図である。
【図８】図８は、光走査装置１の第２の実施の形態の斜視図である。
【図９】図９は、光走査装置１の第２の実施の形態の分解斜視図である。
【図１０】図１０は、水平走査駆動回路１２１の第２の実施の形態のブロック図である。
【図１１】図１１は、振動体５の振動特性を解析するための振動体５のコンピュータシュミレーションの図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す振動体５のコンピュータシュミレーションでの静止状態を示す図である。
【図１３】図１３は、モード１のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。
【図１４】図１４は、モード２のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。
【図１５】図１５は、モード３のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。
【図１６】図１６は、モード４のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。
【図１７】図１７は、静止状態の振動体５とモード１のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ね合わせた状態を示す図である。
【図１８】図１８は、静止状態の振動体５とモード２のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。
【図１９】図１９は、静止状態の振動体５とモード３のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。
【図２０】図２０は、静止状態の振動体５とモード４のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。
【図２１】図２１は、第２のバネ部１５，１６の分岐幅Ｌ２を１．１ｍｍとした場合の振動体５の振動特性を解析するための振動体５のコンピュータシュミレーションの図である。
【図２２】図２２は、図２１に示す振動体５のコンピュータシュミレーションでの静止状態を示す図である。
【図２３】図２３は、モード１のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。
【図２４】図２４は、モード２のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。
【図２５】図２５は、モード３のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。
【図２６】図２６は、モード４のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。
【図２７】図２７は、静止状態の振動体５とモード１のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ね合わせた状態を示す図である。
【図２８】図２８は、静止状態の振動体５とモード２のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。
【図２９】図２９は、静止状態の振動体５とモード３のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。
【図３０】図３０は、静止状態の振動体５とモード４のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。
【図３１】図３１は、光走査装置１の振動体５の近似モデルを示す図である。
【図３２】図３２は、第２のバネ部１５，１６の分岐幅Ｌ２を２．０ｍｍとした場合の振動体５の振動特性を解析するための振動体５のコンピュータシュミレーションの図である。
【図３３】図３３は、図３２に示す振動体５のコンピュータシュミレーションでの静止状態を示す図である。
【図３４】図３４は、モード１のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。
【図３５】図３５は、モード２のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。
【図３６】図３６は、モード３のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。
【図３７】図３７は、モード４のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。
【図３８】図３８は、静止状態の振動体５とモード１のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ね合わせた状態を示す図である。
【図３９】図３９は、静止状態の振動体５とモード２のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。
【図４０】図４０は、静止状態の振動体５とモード３のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。
【図４１】図４１は、静止状態の振動体５とモード４のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。
【図４２】図４２は、モード５のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。
【図４３】図４３は、モード６のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを示す図である。
【図４４】図４４は、静止状態の振動体５とモード５のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ね合わせた状態を示す図である。
【図４５】図４５は、静止状態の振動体５とモード６のときの振動体５の振動特性のコンピュータシュミレーションを重ねた合わせた状態を示す図である。
【符号の説明】
１光走査装置
５振動体
７固定枠部
８反射ミラー
８ａ光反射膜
９，１０第１のばね部
１２，１３，１５，１６第２のばね部
１７，１８連結部
１００画像形成装置
１０１光源ユニット部
１０２垂直走査系
１０３水平走査系
１０７コリメート光学系
１１１青色レーザ
１１２緑色レーザ
１１３赤色レーザ
１２１水平走査駆動回路
１２１ａ発振器
１２１ｂ位相反転回路
１２１ｃ，１２１ｄ位相シフタ
１２１ｅ，１２１ｆアンプ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ駆動源[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical scanning device and an image forming apparatus including the optical scanning device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a resonance-type optical scanning device that vibrates a reflection mirror unit using resonance has been known (for example, see Patent Document 1). This optical scanning device is composed of a reflection mirror section, a spring section, and a drive source, and supplies vibration corresponding to the frequency of the natural vibration mode determined by the elastic deformation section and the reflection mirror section from the drive source. In this case, the reflection mirror is driven in the vibration mode. Further, in order to scan light at high speed, a higher-order vibration mode is used.
On the other hand, in the design of a resonance type optical scanning device, there has been proposed a device in which the frequency of torsion resonance is set lower than other vibration modes in order to stabilize the straightness of a scanning beam (for example, Non-Patent Document 1). .).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-10-104543
[Non-patent document 1]
Joe Ueda, Norihiro Asada "Consideration on the practical application of two-dimensional micro magnetic scanner" The 117th meeting of the Japan Society of Applied Magnetics "Application and New Development of Thin Film Actuators"-Future Perspective in Magnetic Engineering-December 2001 March 22 Document p. 39-44
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the frequency of the torsion resonance is set lower than the other vibration modes in order to stabilize the straightness of the scanning beam of the optical scanning device, the torsion resonance frequency of the optical scanning device cannot be increased, resulting in a high-speed optical scanning. It was difficult to fabricate the device. In addition, when the vibration frequency is increased and a higher-order vibration mode is used, the optical scanning device can be scanned at a high speed. However, unnecessary high-order vibration modes overlap or due to disturbance or the like. However, there is a problem that the optical scanning is broken or stable optical scanning cannot be performed. Further, when a higher-order vibration mode is used, the rigidity of the spring portion is reduced in order to increase the amplitude.
[0005]
The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and realizes a high-speed scanning optical scanning device, and can stably drive the scanning beam with low driving energy without deteriorating the straightness of a scanning beam. An object of the present invention is to provide a scanning device and an image forming apparatus including the optical scanning device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the optical scanning device according to claim 1 includes a reflecting mirror unit that reflects light, a spring unit that extends from the reflecting mirror unit and generates torsion displacement due to vibration, and the spring unit. In a resonance type optical scanning device that scans light by changing the reflection direction of light incident on the reflection mirror unit by vibrating at least a part of a vibrating body having a fixed frame unit to be fixed, the spring unit A first spring portion connected to the reflection mirror portion and torsionally displaced by vibration; and a first frame portion connected to the first spring portion and having a width greater than a width of the first spring portion. And a second spring portion that bends and connects at a wide interval and generates bending and torsion displacement due to vibration, and a branch width of the second spring portion does not exceed a width of the reflection mirror portion. The configuration is characterized by There.
[0007]
In the optical scanning device having this configuration, the first spring portion connected to the reflection mirror portion and causing torsional displacement due to vibration is connected to the first spring portion, and the first spring portion is connected to the fixed frame portion. Is branched at a wider interval than the width of the second mirror portion, and the branch width of the second spring portion, which causes bending and twisting displacement due to vibration, does not exceed the width of the reflection mirror portion. The occurrence of higher-order vibration modes of vertical or horizontal natural vibration in a frequency range lower than the frequency is reduced. As a result, the difference in frequency from other natural vibration modes can be increased, so that even when torsional resonance occurs, light can be scanned stably without overlapping of natural vibrations. In addition, while maintaining a high driving frequency and a high scanning angle, damage due to unnecessary vibration modes or their overlap is reduced, and scanning can be performed stably.
[0008]
Further, in the optical scanning device according to the second aspect, in addition to the configuration of the invention according to the first aspect, a driving source that is provided in each of the second spring portions and vibrates the reflection mirror portion; Drive control means for driving the drive sources provided in each of the branched second spring portions to vibrate in opposite phases to each other so as to vibrate the portions at the resonance frequency.
[0009]
In the optical scanning device having this configuration, in addition to the operation of the first aspect of the invention, the driving sources provided in each of the branched second spring portions vibrate in opposite phases to each other, so that the torsional vibration is generated. Can be generated efficiently, so that the optical scanning device can be driven more stably.
[0010]
In the image forming apparatus according to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second aspect, the driving source is a piezoelectric body.
[0011]
The optical scanning device having this configuration can achieve low power consumption by using a piezoelectric body having high electro-mechanical conversion efficiency as the driving source in addition to the operation of the invention described in claim 2.
[0012]
Further, in the optical scanning device according to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second or third aspect, the driving source is formed by a thin film forming method. I have.
[0013]
In the optical scanning device having this configuration, in addition to the operation of the invention described in claim 2 or claim 3, since the drive source is formed by a thin film forming method, the drive is performed without using an adhesive on the second spring portion. A source can be formed.
[0014]
In the optical scanning device according to a fifth aspect of the present invention, in addition to the operation of the fourth aspect, the thin film forming method is any one of CVD, sputtering, hydrothermal synthesis, sol-gel, and fine particle spraying. The configuration is characterized by the following.
[0015]
In the optical scanning device having this configuration, in addition to the function of the invention described in claim 4, the thin film can be formed by any one of CVD, sputtering, hydrothermal synthesis, sol-gel, and fine particle spraying. The most appropriate thin film forming method can be used between the second spring portion and the fixed frame portion.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, an image forming apparatus includes the optical scanning device according to any one of the first to fifth aspects.
[0017]
In the image forming apparatus having this configuration, by applying the optical scanning device according to any one of claims 1 to 5, a high-definition image can be provided, and the device can be downsized.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
First, an overall structure of a retinal scanning image forming apparatus 100 including an optical scanning device 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a retinal scanning image forming apparatus 100 including an optical scanning device 1 according to an embodiment of the present invention.
[0020]
As shown in FIG. 1, an image forming apparatus 100 including an optical scanning device 1 is configured to form an image directly on a retina of an observer, and is used by being mounted on the observer's head. A display device. As shown in FIG. 1, the image forming apparatus 100 includes a light source unit 101, a vertical scanning system 102, a horizontal scanning system 103, relay optical systems 126 and 127, a collimating lens 122, and an optical sensor 123. It is configured.
[0021]
The light source unit 101 includes a video signal supply circuit 104, a light source drive circuit 105 connected to the video signal supply circuit 104, a light source 106 driven by the light source drive circuit 108, a collimating optical system 107, and a dichroic mirror. 115, 115, 115, a coupling optical system 116, and a DB signal detection circuit 118. The coupling optical system 116 and the collimating lens 122 are optically connected by an optical fiber 117.
[0022]
Further, a blue laser driver 108, a green laser driver 109, and a red laser driver 110 are connected to the video signal supply circuit 104 as a light source drive circuit 105, and the video signal supply circuit 104 is input thereto. The drive signal of each color is supplied based on the video signal. The video signal supply circuit 104 is also connected to a horizontal scan drive circuit 121 (corresponding to the drive control means of the present invention) of the horizontal scan system 103 and a vertical scan drive circuit 124 of the vertical scan system 102, and performs a scan operation. A horizontal synchronization signal required for synchronization and a horizontal synchronization signal are supplied. Further, a BD signal detection circuit 118 is connected to the video signal supply circuit 104, and a BD sensor 123 for detecting the scanning light of the optical scanning device 1 is connected to the BD signal detection circuit 118, and the scanning light is transmitted to the BD sensor 123. The electric signal obtained when passing through the upper part is input to the BD signal detection circuit 118, and the video signal supply circuit 104 uses the signal obtained from the BD signal detection circuit 118 to generate one frame of the image signal. The output start timing can be accurately determined.
[0023]
The blue laser driver 108, the green laser driver 109, and the red laser driver 110 are used to modulate the intensity of the blue laser 111, the green laser 112, and the red laser 113, respectively, based on the video signal supplied from the video signal supply circuit 104. This is a circuit for supplying a drive signal. The blue laser 111, the green laser 112, and the red laser 113 are based on drive signals from the blue laser driver 108, the green laser driver 109, and the red laser driver 110, respectively. This is to generate a light beam of intensity-modulated laser light corresponding to each red wavelength.
[0024]
Further, the collimating lenses 114, 114, and 114 provided in the collimating optical system 107 convert dichroic laser beams of three colors emitted from the blue laser 111, the green laser 112, and the red laser 113 into parallel light, respectively. The dichroic mirrors 115, 115, 115 combine laser beams of three colors, and the combined laser beams of three colors are combined by a combining optical system 116. The optical fiber 117. Then, the laser light emitted as parallel light from the collimator lens 122 via the optical fiber 117 enters the reflection mirror 8 of the optical scanning device 1 provided as a horizontal scanning device in the horizontal scanning system 103. ing.
[0025]
The optical scanning device 1 oscillates the reflection mirror 8 under the control of the horizontal scanning drive circuit 121 driven based on the horizontal synchronization signal 119 supplied from the video signal supply circuit 104, so that the laser light incident on the reflection mirror 8 The laser beam is scanned in the horizontal direction by changing the reflection direction of the laser beam. The laser beam scanned in this way is guided to the reflection mirror unit 125 of the vertical scanning system 102 via the relay optical system 126. The details of the optical scanning device 1 will be described later.
[0026]
Next, the vertical scanning system 102 will be described. The vertical scanning system 102 reciprocally oscillates the reflection mirror unit 125 in the direction of the arrow shown in FIG. 1 by an actuator (not shown) by a vertical scanning drive circuit 124 driven based on a vertical synchronization signal 120 supplied from the video signal supply circuit 104. By doing so, the laser light is scanned in the vertical direction by changing the reflection direction of the laser light incident on the reflection mirror section 125. That is, the laser beam is two-dimensionally scanned by the optical scanning device 1 of the horizontal scanning system 103 and the reflection mirror unit 125 of the vertical scanning system 102. In this way, the scanned laser light is beam-shaped by the relay optical system 127 as a light beam, is incident on the pupil of the observer, and is formed as an image directly on the retina.
[0027]
Next, details of the horizontal scanning drive circuit 121 of the horizontal scanning system 103 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram of the horizontal scanning drive circuit 121. As shown in FIG. 2, the horizontal scanning drive circuit 121 includes an oscillator 121a, a phase inversion circuit 121b, phase shifters 121c and 121d, and amplifiers 121e and 121f. The horizontal synchronization signal 119 supplied from the video signal supply circuit 104 shown in FIG. 1 is input to the oscillator 121a, and the oscillator 121a generates a sine wave based on the horizontal synchronization signal 119. The phase shifter 121c generates an image signal and a signal for adjusting the phase of the reflection mirror unit, and the signal is amplified by an amplifier 121e, and a driving voltage is provided to the optical scanning device 1. Are supplied to the driving sources a and b.
[0028]
On the other hand, a drive voltage from the oscillator 121a, through the phase inversion circuit 121b, and through the phase shifter 121d and the amplifier 121f is supplied to drive sources c and d provided in the optical scanning device 1. By driving the driving sources a and b and c and d by inverting the phase, the displacement direction of the driving source is reversed left and right, so that the reflection mirror 8 is torsionally vibrated and the laser light is scanned horizontally. The laser light scanned in this manner is guided to the reflection mirror unit 125 of the vertical light scanning system 102 via the relay optical system 126 as described above.
[0029]
Next, the optical scanning device 1 according to the first embodiment used in the above-described image forming apparatus 100 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a perspective view of the optical scanning device 1, FIG. 4 is an exploded perspective view of the optical scanning device 1, and FIG. 5 is a surface of the reflection mirror 8 of the optical scanning device 1 according to the first embodiment. FIG. 4 is an exploded perspective view showing the state of FIG.
[0030]
As shown in FIGS. 3 and 4, in the optical scanning device 1, a vibrating body 5 is fixed on a substantially rectangular parallelepiped base table 2 having a concave portion 2 a formed in the center of the upper surface. At the center of the base 2, there is formed a concave portion 2 a that is deeply hollowed out in a substantially rectangular parallelepiped shape. Around the concave portion 2 a, a flat surface having substantially the same width as the fixed frame portion 7 of the vibrating body 5 has a “C” shape. Is formed. The reason why the concave portion 2a is deeply recessed is to prevent the reflecting mirror 8 from interfering with the bottom of the concave portion 2a when the reflecting mirror 8 vibrates. Note that the base 2 is actually formed in a very fine size, and the recess 2a is formed by etching or the like.
[0031]
Next, the vibrator 5 will be described with reference to FIGS. The vibrating body 5 is formed of a silicon plate having a very fine size and a substantially rectangular shape in a plan view. The silicon plate has a reflection mirror 8 and a first spring portion 9 connected to the reflection mirror 8. , 10, second spring portions 12, 13 connected to the first spring portion 9, second spring portions 15, 16 connected to the first spring portion 10, and second spring portion 12 , 13, 15, and 16 are formed by etching.
[0032]
Next, the reflection mirror 8 will be described. The reflection mirror 8 is formed in a rectangular or square shape in a plan view, and is disposed substantially at the center of the fixed frame 7. The reflection mirror 8 changes the reflection direction of incident light by being vibrated. As shown in FIG. 5, a light reflection film 8a is formed on the surface of the reflection mirror 8 so as to increase the reflection efficiency. Preferably, the resonance frequency of the reflection mirror 8 is set so as to substantially coincide with the operating vibration frequency.
[0033]
The first spring portions 9, 10 and the second spring portions 12, 13, 15, 16 support the reflecting mirror 8 arranged at a substantially central portion of the fixed frame portion 7 so as to be capable of torsional displacement. More specifically, first spring portions 9 and 10 that are connected to the positions of the centers of gravity of both side surfaces of the reflection mirror 8 and generate torsional displacement due to vibration, are connected to the first spring portions 9, and The second spring portions 12 and 13 which are connected to the fixed frame portion 7 at an interval wider than the width of the first spring portion 9 and which are bent and twisted by vibration, and the first spring portion 10 and is connected to the fixed frame portion 7 of the vibrating body 5 at an interval wider than the width of the first spring portion 10, and the bending and torsional displacement is generated by vibration. 15 and 16. That is, the first spring portions 9 and 10 directly support the reflection mirror 8, the second spring portions 12 and 13 support the first spring portion 9, and the second spring portions 15 and 16 correspond to the first spring portion. The reflection mirror 8 is indirectly supported by supporting the spring portion 10.
[0034]
The second spring portions 12 and 13 are formed in an L shape or an inverted L shape in plan view, one end of which is connected to the first spring portion 9 in a substantially vertical shape, and the other end is formed. The part is connected to the fixed frame part 7 substantially vertically. Similarly, the second spring portions 15 and 16 are formed in an L shape or an inverted L shape in plan view, and one end thereof is connected to the first spring portion 10 in a substantially vertical shape. The other end is connected to the fixed frame 7 in a substantially vertical shape. In the present embodiment, two second spring portions 12 and 13 are integrally connected to one first spring portion 9, and similarly, two second spring portions 12 and 13 are connected to one first spring portion 10. The two second spring portions 15, 16 are integrally connected. The first spring portions 9 and 10 are arranged on a straight line passing through the center of gravity of the reflection mirror 8, and the second spring portions 12 and 13 are arranged symmetrically about the straight line. The second spring portions 15, 16 are also arranged symmetrically about the straight line.
[0035]
By configuring the first spring portions 9 and 10 and the second spring portions 12, 13, 15 and 16 in this manner, even if the reflection mirror 8 vibrates and is distorted, the second spring portions 9 and 10. The stress generated at the connection point between the 12, 13, 15, 16 and the fixed frame 7 can be dispersed. Therefore, it is possible to obtain a sufficient torsion angle while securing the resonance frequency of the reflection mirror part without making the spring part unnecessarily thick or long, and it is possible to make the entire apparatus compact, Can be prevented from occurring.
[0036]
Next, the fixed frame 7 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the fixed frame portion 7 supports the second spring portions 12, 13, 15, 16 connected to the first spring portions 9, 10 connected to the reflection mirror 8, and vibrates. The body 5 is fixed to the base 2. Specifically, the lower surface of the fixed frame 7 of the vibrating body 5 is fixed to the support 3 of the base 2.
[0037]
Next, a method for manufacturing the vibrating body 5 will be described. In order to manufacture the vibrating body 5 having the above structure, for example, a fixed frame portion 7, a reflection mirror 8, first spring portions 9, 10 and second spring portions 12, 13, 15, A pattern of the vibrating body 5 made of 16 is formed, and this is integrally formed by etching. Then, as shown in FIG. 5, a reflection film 8a is formed on the surface of the portion to be the reflection mirror 8 by using a material such as gold, chromium, platinum, and aluminum. By manufacturing in this way, a plurality of products can be manufactured simultaneously.
[0038]
Next, formation of the driving sources a, b, c, and d will be described with reference to FIGS. 3, 4, 6, and 7. FIG. 6 is a partial front view of the vibrating body 5 as viewed from the near side in FIG. 4, and FIG. 7 is a structure of the driving source d of the vibrating body 5 as viewed from the near side in FIG. It is a partial front view showing details. As shown in FIGS. 3 and 4, the driving source a is formed directly on the second spring portion 12, the driving source b is also formed directly on the second spring portion 13, and the driving source c is also formed on the second spring portion. The drive source d is also formed directly on the second spring portion 16.
[0039]
The drive sources a, b, c, d are made of a piezoelectric material such as PZT, ZnO, BST, or the like. Since the piezoelectric body is a member having high electro-mechanical conversion efficiency, when the piezoelectric bodies are used for the driving sources a, b, c, and d, the power consumption can be reduced. The driving sources a, b, c, and d from a piezoelectric material such as PZT, ZnO, or BST are formed by a thin film forming method such as CVD, sputtering, hydrothermal synthesis, sol-gel, or fine particle spraying. Are directly formed on the spring portions 12, 13, 15, 16 and the fixed frame portion 7. Therefore, as shown in FIGS. 3, 4, and 6, the driving sources a, b, c, and d respectively move from the second spring portions 12, 13, 15, and 16 beyond the fixed end 13 to the fixed frame. It is formed directly so as to hang on the part 7. The fixed frame 7 has input terminals a1 and a2 for inputting a drive voltage to the drive source a, input terminals b1 and b2 for inputting a drive voltage to the drive source b, and a drive source c. The input terminals c1 and c2 for inputting the driving voltage and the input terminals d1 and d2 for inputting the driving voltage to the driving source d are each formed of a metal thin film. It should be noted that since a material having high brittleness can be greatly deformed by making it thin, the total thickness of the driving source and the thickness of the second spring portion is 200 μm or less. Have been.
[0040]
Next, details of the structure of the driving source d will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, the drive source d is formed so as to extend from the second spring portion 13 to the fixed frame portion 7, and a lower electrode d4 is formed below the drive source d in FIG. 7. The upper electrode d3 is formed above the driving source d in FIG. Therefore, the piezoelectric body constituting the driving source d is sandwiched between the upper electrode d3 and the lower electrode d4. Further, as shown in FIGS. 3, 4 and 7, the upper electrode d3 is connected to the input terminal d2, and as shown in FIGS. 3 and 4, the lower electrode d4 is connected to the input terminal d1. . The other driving sources a, b, and c have the same structure as the driving source d. In the vibrating body 5, with the above configuration, a pair of piezoelectric unimorphs is formed by the driving sources a and b, and a pair of piezoelectric unimorphs is formed by the driving sources c and d.
[0041]
Next, a second embodiment of the optical scanning device 1 will be described with reference to FIGS. 8 is a perspective view of a second embodiment of the optical scanning device 1, FIG. 9 is an exploded perspective view of the second embodiment of the optical scanning device 1, and FIG. FIG. 9 is a block diagram of a circuit 121 according to a second embodiment.
[0042]
As shown in FIGS. 8 and 9, in the optical scanning device 1 according to the second embodiment, a concave portion 2 b is formed at the center of the upper surface, and a concave portion 2 c which is formed one step deeper is formed on both sides of the concave portion 2 b. The vibrating body 5 is fixed on the substantially rectangular parallelepiped base 2. The support portion 3 is formed such that a plane having substantially the same width as the fixed frame portion 7 of the vibrating body 5 is formed in a “b” shape. The reason why the concave portion 2b is deeply recessed is to prevent the reflecting mirror 8 from interfering with the bottom of the concave portion 2b when the reflecting mirror 8 vibrates. The base 2 is actually formed in a very fine size, and the recess 2b and the recess 2c are formed by etching or the like.
[0043]
A drive source e, which is a stacked piezoelectric actuator, is fixed to the lower part of the base 2 at the back side in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the base 2 by bonding, and is arranged in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the base 2. A drive source f, which is a laminated piezoelectric actuator, is fixed to the near side by an adhesive. An electrode e1 is provided above the drive source e, and an electrode e2 is provided below the drive source e. An electrode f1 is provided above the driving source f, and an electrode f2 is provided below the driving source f. Therefore, the driving source e is sandwiched between the electrodes e1 and e2, and the driving source f is sandwiched between the electrodes f1 and f2. The drive sources e and f are piezoelectric actuators formed by stacking piezoelectric bodies such as PZT, ZnO, and BST. Since the piezoelectric body is a member having high electro-mechanical conversion efficiency, power consumption can be reduced by using the piezoelectric bodies for the driving sources e and f. Here, by changing the polarity of the drive voltage applied between the electrode e1 and the electrode e2 at a predetermined frequency, the drive source e expands and contracts and vibrates. The drive source f expands and contracts and vibrates by changing the polarity of the drive voltage applied between the electrode f1 and the electrode f2 at a predetermined frequency. Accordingly, the vibrating body 5 can be vibrated by driving the driving sources e and f with driving voltages having opposite phases.
[0044]
Next, the vibrator 5 will be described with reference to FIGS. 8 and 9. The vibrating body 5 is formed of a silicon plate having a very fine size and a substantially rectangular shape in a plan view. The silicon plate has a reflection mirror 8 and a first spring portion 9 connected to the reflection mirror 8. , 10, second spring portions 12, 13 connected to the first spring portion 9, second spring portions 15, 16 connected to the first spring portion 10, and second spring portion 12 , 13, 15, and 16 are formed by etching. Therefore, the configuration of the vibrating body 5 is the same as that of the first embodiment except for the driving source.
[0045]
Next, details of the horizontal scanning drive circuit 121 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a block diagram of the horizontal scanning drive circuit 121 according to the second embodiment. As shown in FIG. 10, the horizontal scanning drive circuit 121 of the disassembled second embodiment has the same circuit configuration as the horizontal scanning drive circuit 121 of the first embodiment shown in FIG. The difference is that the output is input to the drive source e and the output of the amplifier 121f is input to the drive source f.
[0046]
Specifically, the horizontal scanning drive circuit 121 according to the second embodiment includes an oscillator 121a, a phase inversion circuit 121b, phase shifters 121c and 121d, and amplifiers 121e and 121f. The horizontal synchronization signal 119 supplied from the video signal supply circuit 104 shown in FIG. 1 is input to the oscillator 121a, and the oscillator 121a generates a sine wave based on the horizontal synchronization signal 119. The phase shifter 121c generates an image signal and a signal for adjusting the phase of the reflection mirror unit, and the signal is amplified by an amplifier 121e, and a driving voltage is provided to the optical scanning device 1. Is supplied to the drive source e.
[0047]
On the other hand, the drive voltage from the oscillator 121a, through the phase inversion circuit 121b, and through the phase shifter 121d and the amplifier 121f is supplied to the drive source f provided in the optical scanning device 1. By inverting the phase and oscillating the driving sources e and f, the vibrating body constituted by the first spring portions 9 and 10, the second spring portions 12, 13, 15, 16 and the reflecting mirror 8 is formed. When a vibration having a frequency corresponding to the torsional vibration mode is given, the vibrating body resonates, and the reflection mirror 8 can generate a large torsional vibration.
[0048]
Next, the shape and vibration characteristics of the vibrating body 5 used in the optical scanning device 1 according to the first and second embodiments will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a diagram of a computer simulation of the vibrating body 5 for analyzing the vibration characteristics of the vibrating body 5. In the example shown in FIG. 11, the reflecting mirror 8 of the vibrating body 5 is a square having a thickness of 100 μm, a length of 1 mm, and a width of 1 mm. Each of the first spring portions 9 and 10 is a rectangle having a length of 5 mm and a width of 60 μm, and the second spring portions 12, 13, 15 and 16 have a length of 1.5 mm and a width of 1.5 mm. Is a rectangle having a length of 40 μm, and each of the connecting portions 17 and 18 is a rectangle having a length of 0.6 mm and a width of 40 μm. Therefore, the branch width of the second spring portions 12 and 13 and the second spring portions 15 and 16 is the length of the connecting portions 17 and 18, and therefore, in the example shown in FIG. , 13, and the branch width L2 of the second spring portions 15, 16 does not exceed the width L1 of the reflection mirror 8.
[0049]
FIG. 12 is a diagram illustrating a stationary state of the vibrating body 5 illustrated in FIG. 11 in a computer simulation. The stationary vibrator 5 is vibrated at 10.6 kHz in mode 1, vibrated at 15.1 kHz in mode 2, vibrated at 21.8 kHz in mode 3, and driven at 25.2 kHz in mode 4. Vibrated.
[0050]
Hereinafter, with reference to FIGS. 13 to 20, computer simulations of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in each mode will be described. FIG. 13 is a diagram illustrating a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 1, and FIG. 14 is a diagram illustrating a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 2. FIG. 15 is a diagram illustrating a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 3, and FIG. 16 is a diagram illustrating a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 4. FIG. 17 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 1 is superimposed on the vibrating body 5 in the stationary state. FIG. 18 is a diagram showing a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 2 is overlapped with the vibrating body 5 in the stationary state. FIG. 19 is a diagram showing a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 3 is overlapped with the vibrating body 5 in the stationary state. FIG. 20 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 4 is overlapped with the vibrating body 5 in the stationary state.
[0051]
As shown in FIGS. 13 and 17, when the vibrating body 5 is vibrated at mode 1, that is, at 10.6 kHz, the reflection mirror 8 vibrates in a direction parallel to the reflection surface and resonates. As shown in FIG. 14 and FIG. 18, when the vibrating body 5 is vibrated at mode 2, that is, at 15.1 kHz, the reflection mirror 8 vibrates in a direction perpendicular to the reflection surface and resonates. Become. Further, as shown in FIGS. 15 and 19, when the vibrating body 5 is vibrated at the mode 3, that is, at 21.8 kHz, the reflection mirror 8 rotates around the first spring portions 8, 9 as axes. It becomes twisted and resonates. This state can be used for light scanning. As shown in FIG. 16 and FIG. 20, when the vibrating body 5 is vibrated at the mode 4, that is, at 25.2 kHz, the reflecting mirror 8 is turned around the center point of the reflecting surface as the center of rotation. A reciprocating rotation along the reflection surface results in a state of resonance.
[0052]
Next, in order to compare with the vibration characteristics of the vibrating body 5, referring to FIGS. 21 to 30, the length of the connecting portions 17 and 18 of the vibrating body 5 is set to 1.1 mm, and the size of other members is set. A description will be given of the result of a computer simulation for analyzing vibration characteristics of the same vibration member 5 as shown in FIG. In the example shown in FIG. 21, the branch width L2 of the second spring portions 12, 13 and the second spring portions 15, 16 is 1.1 mm, and the width L1 of the reflection mirror 8 is 1 mm. In this example, the branch width L2 of the spring portions 12, 13 and the second spring portions 15, 16 exceeds the width L1 of the reflection mirror 8.
[0053]
FIG. 22 is a diagram illustrating a stationary state of the vibrating body 5 illustrated in FIG. 21 in a computer simulation. The stationary vibrator 5 is vibrated at 10.0 kHz in mode 1, vibrated at 14.2 kHz in mode 2, vibrated at 22.0 kHz in mode 3, and 25.5 kHz in mode 4. Vibrated.
[0054]
Hereinafter, with reference to FIGS. 23 to 30, computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in each mode will be described. FIG. 23 is a diagram showing a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 1, and FIG. 24 is a diagram showing a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 2. FIG. 25 is a diagram illustrating a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 3, and FIG. 26 is a diagram illustrating a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 4. FIG. 27 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 1 is superimposed on the vibrating body 5 in the stationary state. FIG. 28 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 2 is overlapped with the vibrating body 5 in the stationary state. FIG. 29 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 3 is overlapped with the vibrating body 5 in the stationary state. FIG. 30 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 4 is overlapped with the vibrating body 5 in the stationary state.
[0055]
As shown in FIGS. 23 and 27, when the vibrating body 5 is vibrated at mode 1, that is, at 10.0 kHz, the reflecting mirror 8 vibrates in a direction parallel to the reflecting surface and resonates. Further, as shown in FIGS. 24 and 28, when the vibrating body 5 is vibrated at the mode 2, that is, at 14.2 kHz, the reflection mirror 8 vibrates in a direction perpendicular to the reflection surface and resonates. Become. Further, as shown in FIGS. 25 and 29, when the vibrating body 5 is vibrated at mode 3, that is, at 22.0 kHz, the reflecting mirror 8 is rotated about the center point of the reflecting surface as the center of rotation. A reciprocating rotation along the reflection surface results in a state of resonance. As shown in FIGS. 26 and 30, when the vibrating body 5 is vibrated at mode 4, that is, at 25.5 kHz, the reflecting mirror 8 rotates around the first spring portions 8, 9. It becomes twisted and resonates.
[0056]
Next, primary to tertiary vibration modes of vibration using the approximate model of the vibrator 5 of the optical scanning device 1 will be described with reference to FIG. FIG. 31 is a diagram illustrating an approximate model of the vibrating body 5 of the optical scanning device 1. The mass of the reflection mirror 8 is “M1”, the first spring portion is “massless”, the masses of the connecting portions 17 and 18 are each “M2”, and the second spring portion is “massless”. The two spring portions are combined into two to form one. When approximated as described above, the vibration system has three degrees of freedom in the horizontal direction or the vertical direction. Considering the mass of the spring portion, the degree of freedom is infinite, so it is omitted here. In order to stably perform optical scanning, it is desirable that higher-order vibration modes do not appear in a region lower than the natural frequency of the torsional vibration. The above approximation model is as shown in FIG. In the approximation example shown in FIG. 31, the upper vibration mode is the primary mode, the middle vibration mode is the secondary mode, and the lower vibration mode is the tertiary mode.
[0057]
As shown in the analysis example by the computer simulation in FIGS. 13 to 30, when the mode analysis of the natural frequency is performed, the vertical or horizontal primary natural vibration is generated in a low frequency region. When the vibrating body 5 shown in FIG. 11 is associated with the vibration mode shown in FIG. 31, mode 1 shown in FIG. 13 corresponds to the primary mode shown in FIG. 31, and mode 4 shown in FIG. 16 corresponds to the secondary mode shown in FIG. . If analysis is performed up to a higher frequency, analysis can be performed up to the third-order mode or higher. Assuming that the mass of M1 and the rigidity of the spring portion are constant, the frequency of the higher-order mode depends on the mass of M2. In the example shown in FIG. 31, the increase in the mass of M2 causes a decrease in the vibration frequency of the first mode, and also a decrease in the frequency of the second mode, approaching the torsion natural frequency.
[0058]
In the vibrating body 5 of the present embodiment, as shown in FIG. 11, the lengths of the connecting portions 17 and 18, that is, the branch widths of the second spring portions 12 and 13 and the second spring portions 15 and 16 (FIG. L2) is smaller than the width of the reflection mirror 8 (L1 shown in FIG. 11), and the mass M2 of the connecting portions 17, 18 is reduced. The generation of vibration modes other than the primary mode in the direction is suppressed, the torsional vibration of the vibrating body 5 is stabilized, and stable optical scanning can be performed.
[0059]
In the above embodiment, mode 3 shown in FIG. 15 is a vibration (resonance) mode required for the optical scanning device 1, and the natural frequency is 21.8 kHz. At frequencies lower than this, mode 2 shown in FIG. 14 is a vibration (resonance) mode in the direction perpendicular to the reflection surface of the reflection mirror 8 and mode 1 is a vibration (resonance) mode in the horizontal direction. There is only next mode. Therefore, the torsional vibration of the vibrating body 5 is stabilized, and the optical scanning device 1 can stably perform optical scanning.
[0060]
When the length L2 (the branch width of the second spring portions 12, 13 and the second spring portions 15, 16) L2 shown in FIG. 21 is 1.1 mm, FIG. In addition, high-order vibration of mode 1 is generated in mode 3 shown in FIGS. 25 and 29 which vibrates at 22.0 kHz which is a frequency lower than the resonance frequency 25.5 kHz of torsional vibration mode 4 shown in FIG. Therefore, the torsional vibration of the vibrating body 5 is not stabilized, and the optical scanning device 1 cannot perform stable optical scanning.
[0061]
Next, with reference to FIGS. 32 to 49, the vibration characteristics of the vibration member 5 in which the lengths of the connecting portions 17 and 18 are set to 2 mm and the other members are the same in size as the vibration member 5 shown in FIG. The result of the computer simulation for analyzing the data will be described. In the example shown in FIG. 32, the branch width L2 of the second spring portions 12, 13 and the second spring portions 15, 16 is 2 mm, and the width L1 of the reflection mirror 8 is 1 mm. The branch width L2 of the portions 12, 13 and the second spring portions 15, 16 is twice the width L1 of the reflection mirror 8.
[0062]
FIG. 33 is a diagram showing a stationary state of the vibrating body 5 shown in FIG. 32 in a computer simulation. The vibrating body 5 in the stationary state is vibrated at 9.0 kHz as mode 1, vibrated at 12.1 kHz as mode 2, vibrated at 15.4 kHz as mode 3, and at 17.6 kHz as mode 4. Vibration was performed at mode 2 at 29.1 kHz, mode 6 at 32.1 kHz, mode 7 at 60.4 kHz, and mode 8 at 64.2 kHz.
[0063]
FIG. 34 is a diagram showing a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 1, and FIG. 35 is a diagram showing a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 2. FIG. 36 is a diagram illustrating a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 3, and FIG. 37 is a diagram illustrating a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 4. FIG. 38 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 1 is superimposed on the vibrating body 5 in the stationary state. FIG. 39 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 2 is overlapped with the vibrating body 5 in the stationary state. FIG. 40 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 3 is overlapped with the vibrating body 5 in the stationary state. FIG. 41 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 4 is overlapped with the vibrating body 5 in the stationary state.
[0064]
FIG. 42 is a diagram showing a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 5, and FIG. 43 is a diagram showing a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 6. FIG. 44 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 5 is superimposed on the vibrating body 5 in the stationary state. FIG. 45 is a diagram showing a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 6 is overlapped with the vibrating body 5 in the stationary state.
[0065]
As shown in FIGS. 32 to 45, in the example where the branch width L2 of the second spring portions 12 and 13 and the second spring portions 15 and 16 is twice the width L1 of the reflection mirror 8, Many vibration modes other than the torsional vibration will occur in a region lower than the frequency of the torsional vibration, and the light scanning stability of the optical scanning device 1 will be reduced. Therefore, in the vibrating body 5, the length of the connecting portions 17 and 18, that is, the branch width (L 2 shown in FIG. 11) of the second spring portions 12 and 13 and the second spring portions 15 and 16 is determined by the reflection mirror 8. Vibration modes other than the horizontal and vertical primary modes, which are unavoidable due to high speed, are reduced by reducing the mass M2 of the connecting portions 17 and 18 by making them smaller than the width (L1 shown in FIG. 11). It has been found that the occurrence of the vibration can be suppressed, the torsional vibration of the vibrator 5 can be stabilized, and the optical scanning can be stably performed.
[0066]
Next, the operation of the optical scanning device 1 configured as described above will be described. This will be described with reference to FIGS. First, the horizontal synchronization signal 119 supplied from the video signal supply circuit 104 shown in FIG. 1 is input to the oscillator 121a of the horizontal scanning drive circuit 121 shown in FIG. 2, and the oscillator 121a generates a sine wave based on the horizontal synchronization signal 119. Generated. The sine wave is input to the phase inversion circuit 121b and the phase shifter 121c, and the phase shifter 121c generates a signal for adjusting the image signal and the phase of the reflection mirror unit, and the signal is voltage-amplified by the amplifier 121e. The drive voltage is supplied to the drive source a formed on the second spring portion 12 via the input terminals a1 and a2, and the same drive voltage is supplied via the input terminals b1 and b2 to the second spring portion. 15 is supplied to the drive source b formed.
[0067]
On the other hand, a driving voltage from the oscillator 121a through the phase inverting circuit 121b, via the phase shifter 121d and the amplifier 121f is supplied to the driving source d formed on the second spring portion 13 via the input terminals d1 and d2, Further, the same drive voltage is supplied to the drive source c formed in the second spring portion 16 via the input terminals c1 and c2.
[0068]
Therefore, when the drive sources a and b are bent downward in FIG. 3, the second spring portions 12 and 15 are also bent downward in FIG. 3, and at the same time, the drive sources c and d are The second spring portions 13 and 16 also bend upward in FIG. 3. When the drive sources a and b deflect upward in FIG. 3, the second spring portions 12 and 15 also deflect upward in FIG. 3 and the second spring portions 13 and 16 also bend downward in FIG. Therefore, the horizontal scanning drive circuit 121 alternately changes the drive voltages applied to the drive sources a and b and the drive sources c and d at the resonance frequency in accordance with the horizontal synchronization signal 119 supplied from the video signal supply circuit 104 shown in FIG. By vibrating (reversing), the second spring portions 12, 15 and 13, 16 of the vibrating body 5 are alternately bent and twisted in opposite directions so that the vibrating body 5 resonates at the resonance frequency. The reflection mirror 8 supported by the first spring portions 9 and 10 can horizontally scan laser light incident on the reflection mirror 8 by repeating vibration. The laser light horizontally scanned by the reflection mirror 8 is guided to the reflection mirror 125 of the vertical scanning system 102 via the relay optical system 126, and the laser light incident on the reflection mirror 125 is scanned in the vertical direction. The beam is shaped as a light beam by the relay optical system 127, enters the pupil of the observer, and is imaged directly on the retina as an image. When the optical scanning device 1 shown in FIGS. 8 and 9 is used, the driving source e and the driving source f vibrate in opposite phases, so that the vibrating body 5 resonates at the resonance frequency and the first spring The reflection mirror 8 supported by the units 9 and 10 can horizontally scan laser light incident on the reflection mirror 8 by repeating vibration.
[0069]
As described above, in the vibrating body 5 of the optical scanning device 1 according to the present embodiment, the lengths of the connecting portions 17 and 18, that is, the lengths of the second spring portions 12 and 13 and the second spring portions 15 and 16 are determined. By making the branch width (L2 shown in FIG. 11) smaller than the width of the reflection mirror 8 (L1 shown in FIG. 11), the mass of the connecting portions 17 and 18 is reduced, so that it is inevitable because the speed is increased. Occurrence of vibration modes other than the primary mode in the horizontal and vertical directions is suppressed, the torsional vibration of the vibrator 5 is stabilized, and optical scanning can be stably performed.
[0070]
The present invention is not limited to the optical scanning device 1 used in the image forming apparatus 100 as in the above embodiment, but may be applied to various devices using a scanning device such as a laser printer, a barcode scanner, and a projector. In this case, there is an effect that the device can be downsized. Further, in the present invention, the upper side of the vibrating body 5 of the optical scanning device 1 is covered with a transparent cover through which laser light can pass, the vibrating body 5 is sealed, and the inside of the optical scanning device 1 is depressurized or filled with an inert gas. May be.
[0071]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, in the optical scanning device according to the first aspect of the present invention, the first spring unit connected to the reflection mirror unit and generating torsion displacement by vibration, and the first spring unit , And is connected to the fixed frame portion by branching at an interval wider than the width of the first spring portion, and the branch width of the second spring portion where bending and torsion displacement occurs due to vibration is increased by the reflection mirror. Since the width of the portion is not exceeded, the occurrence of higher-order vibration modes of vertical or horizontal natural vibration in a frequency range lower than the torsional natural frequency is reduced. As a result, the difference in frequency from other natural vibration modes can be increased, so that even when torsional resonance occurs, light can be scanned stably without overlapping of natural vibrations. In addition, while maintaining a high driving frequency and a high scanning angle, damage due to unnecessary vibration modes or their overlap is reduced, and scanning can be performed stably.
[0072]
In the optical scanning device according to the second aspect of the present invention, in addition to the effects of the first aspect, the driving sources provided in each of the branched second spring portions have a phase opposite to each other. Since the torsional vibration is generated, the torsional vibration can be generated efficiently, so that the optical scanning device can be driven more stably.
[0073]
Further, in the image forming apparatus according to the third aspect of the invention, in addition to the effects of the second aspect of the invention, low power consumption is achieved by using a piezoelectric body having a high electro-mechanical conversion efficiency for the driving source. be able to.
[0074]
In the optical scanning device according to the fourth aspect, in addition to the effects of the second or third aspect, since the driving source is formed by a thin film forming method, the driving source is adhered on the second spring portion. The driving source can be formed without using an agent.
[0075]
In the optical scanning device according to the fifth aspect of the present invention, in addition to the effect of the fourth aspect, any one of CVD, sputtering, hydrothermal synthesis, sol-gel, and fine particle spraying is used as the thin film forming method. Therefore, the most appropriate thin film forming method can be used between the fine second spring portion and the fixed frame portion.
[0076]
In the image forming apparatus according to the sixth aspect of the invention, by applying the optical scanning device according to any one of the first to fifth aspects, a high-definition image can be provided and the apparatus can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a retinal scanning image forming apparatus 100 including an optical scanning device 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a horizontal scanning drive circuit 121.
FIG. 3 is a perspective view of the optical scanning device 1.
FIG. 4 is an exploded perspective view of the optical scanning device 1.
FIG. 5 is an exploded perspective view showing a state of a surface of a reflection mirror 8 of the optical scanning device 1.
FIG. 6 is a partial front view of the vibrating body 5 viewed from the near side in FIG. 4;
FIG. 7 is a partial front view showing details of the structure of a driving source d as viewed from the near side of the vibrating body 5 in FIG. 4;
FIG. 8 is a perspective view of an optical scanning device 1 according to a second embodiment.
FIG. 9 is an exploded perspective view of an optical scanning device 1 according to a second embodiment.
FIG. 10 is a block diagram of a horizontal scanning drive circuit according to a second embodiment;
FIG. 11 is a diagram of a computer simulation of the vibrating body 5 for analyzing vibration characteristics of the vibrating body 5.
FIG. 12 is a diagram showing a stationary state of the vibrating body 5 shown in FIG. 11 in a computer simulation.
FIG. 13 is a diagram illustrating a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 1;
FIG. 14 is a diagram illustrating a computer simulation of vibration characteristics of the vibrating body 5 in a mode 2;
FIG. 15 is a diagram illustrating a computer simulation of a vibration characteristic of the vibrating body 5 in a mode 3;
FIG. 16 is a diagram illustrating a computer simulation of a vibration characteristic of the vibrating body 5 in a mode 4;
FIG. 17 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 1 is superimposed on the vibrating body 5 in the stationary state.
FIG. 18 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the stationary state and the vibrating body 5 in the mode 2 are overlapped with each other.
FIG. 19 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the stationary state and the vibrating body 5 in the mode 3 are overlapped with each other.
FIG. 20 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 4 is overlapped with the vibrating body 5 in the stationary state.
FIG. 21 is a diagram of computer simulation of the vibrating body 5 for analyzing vibration characteristics of the vibrating body 5 when the branch width L2 of the second spring portions 15 and 16 is set to 1.1 mm.
FIG. 22 is a diagram illustrating a stationary state of the vibrating body 5 illustrated in FIG. 21 in a computer simulation.
FIG. 23 is a diagram illustrating a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 1;
FIG. 24 is a diagram illustrating a computer simulation of a vibration characteristic of the vibrating body 5 in a mode 2;
FIG. 25 is a diagram illustrating a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 3;
FIG. 26 is a diagram illustrating a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in mode 4;
FIG. 27 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 1 is superimposed on the vibrating body 5 in the stationary state.
FIG. 28 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the stationary state and the vibrating body 5 in the mode 2 are overlapped with each other;
FIG. 29 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the stationary state and the vibrating body 5 in the mode 3 are overlapped with each other.
FIG. 30 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in mode 4 and the vibrating body 5 in the stationary state are overlapped with each other;
FIG. 31 is a diagram showing an approximate model of a vibrating body 5 of the optical scanning device 1.
FIG. 32 is a diagram of a computer simulation of the vibrating body 5 for analyzing the vibration characteristics of the vibrating body 5 when the branch width L2 of the second spring portions 15 and 16 is 2.0 mm.
FIG. 33 is a diagram illustrating a stationary state of the vibration body 5 illustrated in FIG. 32 in a computer simulation.
FIG. 34 is a diagram illustrating a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 1;
FIG. 35 is a diagram illustrating a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 2;
FIG. 36 is a diagram showing a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in mode 3;
FIG. 37 is a diagram showing a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in mode 4;
FIG. 38 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 1 is superimposed on the vibrating body 5 in the stationary state.
FIG. 39 is a diagram illustrating a state in which a computer simulation of vibration characteristics of the vibrating body 5 in the stationary state and the vibrating body 5 in the mode 2 are overlapped with each other;
FIG. 40 is a diagram showing a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the stationary state and the vibrating body 5 in the mode 3 are superimposed on each other.
FIG. 41 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 4 is overlapped with the vibrating body 5 in the stationary state.
FIG. 42 is a diagram showing a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 5;
FIG. 43 is a diagram showing a computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 6;
FIG. 44 is a diagram illustrating a state in which the computer simulation of the vibration characteristics of the vibrating body 5 in the mode 5 is superimposed on the vibrating body 5 in the stationary state.
FIG. 45 is a diagram illustrating a state in which a computer simulation of vibration characteristics of the vibrating body 5 in the stationary state and the vibrating body 5 in the mode 6 are overlapped with each other;
[Explanation of symbols]
1 Optical scanning device
5 vibrator
7 Fixed frame
8 Reflection mirror
8a Light reflection film
9,10 First spring part
12, 13, 15, 16 Second spring portion
17,18 connecting part
100 Image forming apparatus
101 Light source unit
102 vertical scanning system
103 horizontal scanning system
107 Collimating optical system
111 blue laser
112 green laser
113 red laser
121 horizontal scanning drive circuit
121a oscillator
121b phase inversion circuit
121c, 121d Phase shifter
121e, 121f Amplifier
a, b, c, d, e, f drive source

Claims

By vibrating at least a part of a vibrating body having a reflecting mirror part that reflects light, a spring part that extends from the reflecting mirror part and generates torsion displacement due to vibration, and a fixed frame part that fixes the spring part. In a resonance-type optical scanning device that scans light by changing the reflection direction of light incident on the reflection mirror unit,
The spring portion,
A first spring unit connected to the reflection mirror unit and generating torsion displacement by vibration;
A second spring, which is connected to the first spring portion, is branched to the fixed frame portion at an interval wider than the width of the first spring portion, and is bent and twisted by vibration. With a spring part,
An optical scanning device, wherein a branch width of the second spring portion does not exceed a width of the reflection mirror portion.

A drive source provided on each of the second spring portions to vibrate the reflection mirror portion;
Drive control means for driving the drive sources provided in each of the branched second spring portions to vibrate in opposite phases to each other to vibrate the reflection mirror portion at a resonance frequency. The optical scanning device according to claim 1, wherein:

The optical scanning device according to claim 2, wherein the driving source is a piezoelectric body.

The optical scanning device according to claim 2, wherein the driving source is formed by a thin film forming method.

The optical scanning device according to claim 4, wherein the thin film forming method is any one of CVD, sputtering, hydrothermal synthesis, sol-gel, and fine particle spraying.

An image forming apparatus comprising the optical scanning device according to claim 1.