JP2008111881A - Optical device, optical scanner, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学デバイス、光スキャナおよび画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an optical device, an optical scanner, and an image forming apparatus.
例えば、プロジェクタなどの画像形成装置において、光を２次元的に走査することにより描画を行うための光スキャナとして、光反射部をＸ軸まわりに回動させる手段と、Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動させる手段とを備えた光スキャナが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、光をＸ軸まわりに回動させるガルバノ偏向器と、それに支持され、光をＹ軸まわりに回動させる共振型ＭＥＭＳ偏向器とを備えた光スキャナが開示されている。このような光スキャナは、共振型ＭＥＭＳ偏向器が備える反射面をＹ軸まわりに回動させつつ、ガルバノ偏向器により共振型ＭＥＭＳ偏向器自体をＸ軸まわりに揺動（回転）させることで、反射面で反射した光を２次元的に走査するように構成されている。
しかし、このような光スキャナでは、ガルバノ偏向器を用いて共振型ＭＥＭＳ偏向器自体をＸ軸まわりに揺動させるように構成されているため、装置全体の大型化を招き、小型化を図ることが難しいという問題がある
Patent Document 1 discloses an optical scanner including a galvano deflector that rotates light around the X axis and a resonance-type MEMS deflector that is supported by the galvano deflector and rotates light around the Y axis. In such an optical scanner, the resonant MEMS deflector itself is swung (rotated) around the X axis by rotating the reflecting surface of the resonant MEMS deflector around the Y axis by the galvano deflector. The light reflected by the reflecting surface is scanned two-dimensionally.
However, such an optical scanner is configured so that the resonant MEMS deflector itself is swung around the X-axis using a galvano deflector, which leads to an increase in the size of the entire apparatus and a reduction in size. There is a problem that is difficult
本発明の目的は、小型化を図りつつ、可動板をＸ軸およびＸ軸に直交するＹ軸のそれぞれの軸まわりに回動させることのできる光学デバイス、光スキャナおよび画像形成装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical device, an optical scanner, and an image forming apparatus capable of rotating a movable plate around respective axes of an X axis and a Y axis orthogonal to the X axis while reducing the size. It is in.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光学デバイスは、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、
前記可動板を支持するための支持部と、
前記可動板と前記支持部とを連結する１対の連結部と、
前記１対の連結部のそれぞれを捩れ変形させつつ、前記可動板を前記１対の連結部に沿ったＸ軸まわりに回動させる第１の駆動手段と、
前記可動板を前記Ｘ軸に対して直交するＹ軸まわりに回動させる第２の駆動手段とを有し、
前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段のそれぞれを作動させることにより、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成された光学デバイスであって、
前記第２の駆動手段は、前記Ｙ軸から離間した位置で、かつ、前記可動板の厚さ方向へ伸縮するように設けられた少なくとも１つの圧電素子を備え、前記支持部を前記可動板とともに前記Ｙ軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、小型化を図りつつ、光を２次元的に走査することのできる光学デバイスを提供することができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The optical device of the present invention includes a movable plate including a light reflecting portion having light reflectivity,
A support portion for supporting the movable plate;
A pair of connecting portions for connecting the movable plate and the support portion;
First driving means for rotating the movable plate around the X axis along the pair of connecting portions while twisting and deforming each of the pair of connecting portions;
Second driving means for rotating the movable plate around a Y axis orthogonal to the X axis;
An optical device configured to two-dimensionally scan the light reflected by the light reflecting portion by operating each of the first driving means and the second driving means,
The second driving means includes at least one piezoelectric element provided at a position spaced from the Y-axis and extending and contracting in the thickness direction of the movable plate, and the support portion together with the movable plate It is configured to rotate around the Y axis.
Accordingly, it is possible to provide an optical device that can scan light two-dimensionally while reducing the size.
本発明の光学デバイスでは、前記圧電素子は、前記Ｙ軸を介して互いに対向するように少なくとも１対設けられていることが好ましい。
これにより、前記支持基板を前記Ｙ軸まわりに大きく回動させることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記圧電素子は、前記Ｘ軸を介して互いに対向するように少なくとも１対設けられていることが好ましい。
これにより、前記Ｙ軸を一定に保ちつつ前記支持部を前記Ｙ軸まわりに回動させることができる。
In the optical device according to the aspect of the invention, it is preferable that at least one pair of the piezoelectric elements is provided so as to face each other via the Y axis.
Thereby, the support substrate can be largely rotated around the Y axis.
In the optical device according to the aspect of the invention, it is preferable that at least one pair of the piezoelectric elements is provided so as to face each other via the X axis.
Thereby, the support portion can be rotated around the Y axis while keeping the Y axis constant.
本発明の光学デバイスでは、前記支持部は、板状をなし、
前記圧電素子は、前記支持部の厚さ方向で、前記支持部を狭持するように少なくとも１対設けられていることが好ましい。
これにより、前記支持部を狭持する１対の圧電素子のうちの一方の圧電素子を収縮状態とし、他方の圧電素子を伸張状態とすることで、大きい駆動力を発揮することができるため、応答性を向上させることができる。
In the optical device of the present invention, the support portion has a plate shape,
It is preferable that at least one pair of the piezoelectric elements is provided so as to sandwich the support portion in the thickness direction of the support portion.
Thereby, since one piezoelectric element of the pair of piezoelectric elements sandwiching the support portion is in a contracted state and the other piezoelectric element is in an expanded state, a large driving force can be exhibited. Responsiveness can be improved.
本発明の光学デバイスでは、前記圧電素子と前記支持部とは、点接触、または、前記Ｙ軸方向へ延在するように線接触していることが好ましい。
これにより、前記圧電素子を伸縮させて前記支持部をＹ軸まわりに回動させる際に、前記支持部の前記圧電素子との接触部付近が撓んでしまうことを防止することができる。その結果、前記支持部を円滑に前記Ｙ軸まわりに回動させることができる。
In the optical device according to the aspect of the invention, it is preferable that the piezoelectric element and the support portion are in point contact or line contact so as to extend in the Y-axis direction.
Accordingly, when the piezoelectric element is expanded and contracted and the support portion is rotated about the Y axis, the vicinity of the contact portion of the support portion with the piezoelectric element can be prevented from being bent. As a result, the support portion can be smoothly rotated around the Y axis.
本発明の光学デバイスでは、前記支持部を狭持する前記１対の圧電素子のそれぞれの伸縮方向での前記支持部とは反対側の端部同士の離間距離を一定に保つための固定部材を有することが好ましい。
これにより、前記支持部をその厚さ方向で狭持する前記１対の圧電素子の駆動力を効率的に前記支持部へ伝達することができる。
In the optical device according to the aspect of the invention, a fixing member for maintaining a constant separation distance between the opposite ends of the pair of piezoelectric elements that sandwich the support portion in the expansion / contraction direction of the support portion. It is preferable to have.
Accordingly, the driving force of the pair of piezoelectric elements that sandwich the support portion in the thickness direction can be efficiently transmitted to the support portion.
本発明の光学デバイスでは、前記固定部材は、前記支持部を狭持する前記１対の圧電素子を該圧電素子の伸縮方向で狭持するとともに、前記可動板、前記支持部および前記１対の連結部を収容し、前記光反射部での光走査を許容するための光透過部を備えるケーシングであることが好ましい。
これにより、前記光反射部などへの浮遊物の付着などを防止することができ、長時間にわたり、優れた光走査特性を維持することができる。
In the optical device of the present invention, the fixing member holds the pair of piezoelectric elements holding the support portion in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element, and the movable plate, the support portion, and the pair of pairs. It is preferable that the casing includes a coupling portion and includes a light transmission portion for allowing light scanning at the light reflecting portion.
As a result, it is possible to prevent the floating matter from adhering to the light reflecting portion and the like, and it is possible to maintain excellent optical scanning characteristics over a long period of time.
本発明の光学デバイスでは、前記圧電素子は、複数の圧電体層と複数の電極層とを交互に積層してなるものであることが好ましい。
これにより、駆動電圧を低減しつつ、前記圧電素子の変位量を大きくすることができる。
本発明の光学デバイスでは、前記第１の駆動手段は、圧電素子を駆動源として前記可動板を前記Ｘ軸まわりに回動させるように構成されていることが好ましい。
これにより、前記可動板を前記Ｘ軸まわりに高速で回動させることができる。
In the optical device according to the aspect of the invention, it is preferable that the piezoelectric element is formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric layers and a plurality of electrode layers.
Thereby, the amount of displacement of the piezoelectric element can be increased while reducing the driving voltage.
In the optical device according to the aspect of the invention, it is preferable that the first driving unit is configured to rotate the movable plate around the X axis using a piezoelectric element as a driving source.
Thereby, the movable plate can be rotated around the X axis at high speed.
本発明の光スキャナは、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、
前記可動板を支持するための支持部と、
前記可動板と前記支持部とを連結する１対の連結部と、
前記１対の連結部のそれぞれを捩れ変形させつつ、前記可動板を前記１対の連結部に沿ったＸ軸まわりに回動させる第１の駆動手段と、
前記可動板を前記Ｘ軸に対して直交するＹ軸まわりに回動させる第２の駆動手段とを有し、
前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段のそれぞれを作動させることにより、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成された光スキャナであって、
前記第２の駆動手段は、前記Ｙ軸から離間した位置で、かつ、前記可動板の厚さ方向へ伸縮するように設けられた少なくとも１つの圧電素子を備え、前記支持部を前記可動板とともに前記Ｙ軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、小型化を図りつつ、光を２次元的に走査することのできる光スキャナを提供することができる。
The optical scanner of the present invention includes a movable plate including a light reflecting portion having light reflectivity,
A support portion for supporting the movable plate;
A pair of connecting portions for connecting the movable plate and the support portion;
First driving means for rotating the movable plate around the X axis along the pair of connecting portions while twisting and deforming each of the pair of connecting portions;
Second driving means for rotating the movable plate around a Y axis orthogonal to the X axis;
An optical scanner configured to two-dimensionally scan the light reflected by the light reflecting section by operating each of the first driving unit and the second driving unit,
The second driving means includes at least one piezoelectric element provided at a position spaced from the Y-axis and extending and contracting in the thickness direction of the movable plate, and the support portion together with the movable plate It is configured to rotate around the Y axis.
Thereby, it is possible to provide an optical scanner capable of two-dimensionally scanning light while achieving downsizing.
本発明の画像形成装置は、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、
前記可動板を支持するための支持部と、
前記可動板と前記支持部とを連結する１対の連結部と、
前記１対の連結部のそれぞれを捩れ変形させつつ、前記可動板を前記１対の連結部に沿ったＸ軸まわりに回動させる第１の駆動手段と、
前記可動板を前記Ｘ軸に対して直交するＹ軸まわりに回動させる第２の駆動手段とを有し、
前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段のそれぞれを作動させることにより、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成された光スキャナを備える画像形成装置であって、
前記第２の駆動手段は、前記Ｙ軸から離間した位置で、かつ、前記可動板の厚さ方向へ伸縮するように設けられた少なくとも１つの圧電素子を備え、前記支持部を前記可動板とともに前記Ｙ軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、小型化を図りつつ、すぐれた描画特性を発揮することができる画像形成装置を提供することができる。
An image forming apparatus of the present invention includes a movable plate including a light reflecting portion having light reflectivity,
A support portion for supporting the movable plate;
A pair of connecting portions for connecting the movable plate and the support portion;
First driving means for rotating the movable plate around the X axis along the pair of connecting portions while twisting and deforming each of the pair of connecting portions;
Second driving means for rotating the movable plate around a Y axis orthogonal to the X axis;
An image forming apparatus including an optical scanner configured to two-dimensionally scan light reflected by the light reflecting section by operating each of the first driving unit and the second driving unit. And
The second driving means includes at least one piezoelectric element provided at a position spaced from the Y-axis and extending and contracting in the thickness direction of the movable plate, and the support portion together with the movable plate It is configured to rotate around the Y axis.
Accordingly, it is possible to provide an image forming apparatus that can exhibit excellent drawing characteristics while achieving downsizing.
以下、本発明の光学デバイス、光スキャナおよび画像形成装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の光学デバイスの第１実施形態を説明する。
図１は、本発明の光学デバイスの第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１中のＢ−Ｂ線断面図、図４は、図１に示す光学デバイスの駆動電圧の電圧波形の一例を示す図、図５は、図１に示す光学デバイスの駆動を説明するための図、図６は、圧電素子の部分断面斜視図、図７は、図１に示す光学デバイスの駆動電圧の電圧波形の一例を示す図、図８は、図１に示す光学デバイスの駆動を説明するための図である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an optical device, an optical scanner, and an image forming apparatus of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the optical device of the present invention will be described.
1 is a perspective view showing a first embodiment of an optical device of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 4 is a diagram showing an example of the voltage waveform of the drive voltage of the optical device shown in FIG. 1, FIG. 5 is a diagram for explaining the drive of the optical device shown in FIG. 1, and FIG. 6 is a partial sectional perspective view of the piezoelectric element. 7 is a diagram illustrating an example of a voltage waveform of the drive voltage of the optical device shown in FIG. 1, and FIG. 8 is a diagram for explaining the drive of the optical device shown in FIG.
なお、以下では、説明の便宜上、図１中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図２、図３、図５および図８中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。また、図１中に示すように、互いに直交する３軸を、それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とする。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」といい、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」といい、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。 In the following, for convenience of explanation, the front side of the page in FIG. 1 is referred to as “up”, the back side of the page is referred to as “down”, the right side is referred to as “right”, and the left side is referred to as “left”. 5 and FIG. 8, the upper side is called “upper”, the lower side is called “lower”, the right side is called “right”, and the left side is called “left”. As shown in FIG. 1, the three axes orthogonal to each other are defined as an X axis, a Y axis, and a Z axis, respectively. A direction parallel to the X axis is referred to as “X axis direction”, a direction parallel to the Y axis is referred to as “Y axis direction”, and a direction parallel to the Z axis is referred to as “Z axis direction”.
光学デバイス１は、図１に示すような基体２と、接合層４を介して基体２を支持する支持基板３と、第１の駆動手段５と、第２の駆動手段６と、これらを収容するケーシング７とを有している。
このような光学デバイス１は、第１の駆動手段５を作動させることで後述する光反射部２１１（可動板２１）を図１中Ｘ軸まわりに回動させ、これと同時に、第２の駆動手段６を作動させることで光反射部２１１を図１中Ｘ軸に対して直交するＹ軸まわりに回動させ、光反射部２１１で反射した光を２次元的に走査するように構成されている。
The optical device 1 contains a
Such an optical device 1 operates the first driving means 5 to rotate a light reflecting portion 211 (movable plate 21), which will be described later, around the X axis in FIG. By operating the means 6, the
以下、基体２、支持基板３、第１の駆動手段５、第２の駆動手段６およびケーシング７について詳述する。
基体２は、図１に示すように、可動板２１と、支持部２２と、１対の連結部２３、２４とを備えている。
可動板２１は、その上面（支持基板３と反対側の面）に光反射性を有する光反射部２１１を備えている。これにより光学デバイス１は、光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータなどに適用することができる。
Hereinafter, the
As shown in FIG. 1, the
The
そして、可動板２１の平面視にて、可動板２１の外周を囲むように枠状の支持部２２が形成されており、可動板２１は、１対の連結部２３、２４を介して支持部２２と連結している。
１対の連結部２３、２４は、可動板２１を両持ち支持するように形成されている。このような連結部２３は、弾性部２３１と、１対の駆動部２３２、２３３とを備えており、同様に、連結部２４は、弾性部２４１と、１対の駆動部２４２、２４３とを備えている。
A frame-
The pair of connecting
このような１対の連結部２３、２４は、可動板２１の平面視にて、Ｙ軸に対して対称に設けられている。すなわち、弾性部２３１と弾性部２４１とは、可動板２１の平面視にて、Ｙ軸に対して対称となるように設けられ、１対の駆動部２３２、２３３と１対の駆動部２４２、２４３とは、可動板２１の平面視にて、Ｙ軸に対して対称となるように設けられている。
Such a pair of connecting
弾性部２３１は、可動板２１を支持部２２に対して回動可能とするように、可動板２１と支持部２２とを連結している。この弾性部２３１は、Ｘ軸方向を長手とする長手形状（棒状）をなし、かつ、可動板２１の平面視にて、Ｘ軸上に延在するように（Ｘ軸と一致するように）形成されている。
同様に、弾性部２４１は、可動板２１を支持部２２に対して回動可能とするように、可動板２１と支持部２２とを連結している。この弾性部２４１は、Ｘ軸方向を長手とする長手形状をなし、かつ、可動板２１の平面視にて、Ｘ軸上に延在するように設けられている。
すなわち、弾性部２３１と弾性部２４１とは、同軸的に設けられており、光学デバイス１の駆動時にて、１対の弾性部２３１、２４１を軸（Ｘ軸）として可動板２１が支持部２２に対して回動する。
The
Similarly, the
That is, the
１対の駆動部２３２、２３３は、それぞれＹ軸方向を長手とする長手形状（板状）をなし、可動板２１の平面視にて、Ｘ軸に対して対称となるように形成されている。このような駆動部２３２、２３３は、それぞれ、弾性部２３１の長手方向での中央部と支持部２２とを連結するように形成されている。
同様に、１対の駆動部２４２、２４３は、それぞれＹ軸方向を長手とする長手形状をなし、可動板２１の平面視にて、Ｘ軸に対して対称となるように形成されている。このような駆動部２４２、２４３は、それぞれ、弾性部２４１の長手方向での中央部と支持部２２とを連結するように形成されている。
The pair of
Similarly, the pair of
ここで、基体２は、例えば、シリコンを主材料として構成されていて、可動板２１と、支持部２２と、弾性部２３１、２４１と、駆動部２３２、２３３、２４２、２４３とが一体的に形成されている。例えば、シリコン基板にエッチングなどにより異形孔を形成することで基体２を得ることができる。このように、シリコンを主材料とすることにより、優れた回動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、微細な処理（加工）が可能であり、光学デバイス１の小型化を図ることができる。
Here, the
なお、基体２は、ＳＯＩ基板等の積層構造を有する基板から、可動板２１と、支持部２２と、弾性部２３１、２４１と、駆動部２３２、２３３、２４２、２４３とを形成したものであってもよい。その際、可動板２１と、支持部２２と、弾性部２３１、２４１と、駆動部２３２、２３３、２４２、２４３とが一体となるように、これらを積層構造基板の１つの層で構成するのが好ましい。以上、説明した基体２は、接合層４を介して支持基板３により支持されている。
The
支持基板３は、板状をなし、その中央部で接合層４を介して基体２を支持している。このことから、支持部２２と支持基板３とで可動板２１を支持するための支持部を構成していると言える。また、支持基板３の中央部には、開口部３１が形成されている。開口部３１は、可動板２１の平面視にて、その縁と支持部２２の内縁とが一致するように形成されている。この開口部３１は、光学デバイス１の駆動の際に、可動板２１および駆動部２３２、２３３、２４２、２４３が支持基板３に接触するのを防止する逃げ部を構成する。
The
なお、前述したような逃げ部は、前記効果を十分に発揮し得る構成であれば、必ずしも支持基板３の下面で開放（開口）していなくてもよい。すなわち、逃げ部は、支持基板３の上面に形成された凹部で構成することもできる。また、接合層４の厚さが可動板２１の振れ角（振幅）に対し大きい場合などには、開口部３１を設けなくともよい。なお、このような支持基板３は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。シリコンを主材料として支持基板３を形成する場合には、例えば、ＳＯＩ基板（その厚さ方向に、Ｓｉ層とＳｉＯ２層とＳｉ層とが積層されている基板）を用いて、その一方のＳｉ層で基体２を形成し、ＳｉＯ２層で接合層４を形成し、他方のＳｉ層で支持基板３を形成することにより、基体２と支持基板３と接合層４とを一体的に形成することができる。このような支持基板３には、Ｚ軸方向に伸縮するように設けられた後述する圧電素子６１〜６８が接合されている。
Note that the relief portion as described above does not necessarily have to be opened (opened) on the lower surface of the
次に、第１の駆動手段５および第２の駆動手段６について詳述する。
第１の駆動手段５は、圧電素子５１〜５４を備えており、圧電素子５１〜５４のそれぞれを伸縮させることにより、１対の弾性部２３１、２４１を捩れ変形させつつ、可動板２１をＸ軸まわりに回動させるように構成されている。
圧電素子５１は、駆動部２３２の上面に接合されＹ軸方向に伸縮する。同様に、圧電素子５２は、駆動部２３３の上面に接合されＹ軸方向に伸縮し、圧電素子５３は、駆動部２４２の上面に接合されＹ軸方向に伸縮し、圧電素子５４は、駆動部２４３の上面に接合されＹ軸方向に伸縮する。また、各圧電素子５１〜５４は、その圧電素子が接合されている駆動部の上面の全域を覆うように形成されている。
Next, the first driving means 5 and the second driving means 6 will be described in detail.
The first driving means 5 includes
The
次に、圧電素子５１〜５４について具体的に説明するが、圧電素子５１〜５４は、互いに同様の構成さあるため、圧電素子５１について代表して説明し、圧電素子５２〜５４については、その説明を省略する。
圧電素子５１は、図３に示すように、圧電材料を主材料として構成された圧電体層５１１と、この圧電体層５１１を挟持する１対の電極５１２、５１３とを有している。
Next, the
As shown in FIG. 3, the
圧電体層５１１を構成するための圧電材料としては、例えば、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、その他、各種のものが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、特に、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウムおよびチタン酸ジルコン酸鉛のうちの少なくとも１種を主とするものが好ましい。このような材料で圧電体層５１１を構成することにより、より高い周波数で光学デバイス１を駆動することができる。なお、後述する圧電素子６１の圧電体層６１１に関しても同様である。
Examples of the piezoelectric material for forming the
電極５１２は、その一部が、圧電体層５１１の下面（図３にて下端の面）から露出するように設けられている。電極５１３は、圧電体層５１１の上面（図３にて上端の面）と同一形状をなし、圧電体層５１１の上面に設けられている。そして、電極５１２と電極５１３とは、それぞれ、図示しない電源（電圧印加手段）に接続されている。
電極５１２と電極５１３との間に電圧を印加すると、圧電体層５１１は、その圧電効果により、Ｙ軸方向に伸縮する。
A part of the
When a voltage is applied between the
このような第１の駆動手段５は、例えば、次のようにして可動板２１をＸ軸まわりに回動させる。例えば、図４（ａ）に示すような電圧を圧電素子５１および圧電素子５３に印加するとともに、図４（ｂ）に示すような電圧を圧電素子５２および圧電素子５４に印加する。すなわち、圧電素子５１、５３と、圧電素子５２、５４とに電圧を交互に印加する。以下、図５に基づいて可動板２１の回動を具体的に説明するが、１対の連結部２３、２４は、同様に変形するため、連結部２３を代表して説明し、連結部２４については、その説明を省略する。
For example, the first driving unit 5 rotates the
まず、圧電素子５２に電圧を印加して圧電素子５２を伸張状態とすることで、図５（ａ）に示すように、駆動部２３３の長手方向（Ｙ軸方向）での中央部が上側へ向けて変位する。すなわち、駆動部２３３は、上に凸となるように湾曲する。これに伴って、駆動部２３２は、その長手方向での中央部が下側へ向けて変位する。すなわち、駆動部２３２は、下に凸となるように湾曲する。このように、駆動部２３３が上側へ湾曲し、それに伴い、駆動部２３２が下側へ湾曲することにより、弾性部２３１が、図５にて反時計回りに捩れ変形し、その結果、可動板２１がＸ軸まわりに傾斜する。
First, by applying a voltage to the
一方、圧電素子５１に電圧を印加して圧電素子５１を伸張状態とすることで、図５（ｂ）に示すように、駆動部２３２の長手方向（Ｙ軸方向）での中央部が上側へ向けて変位する。すなわち、駆動部２３２は、上に凸となるように湾曲する。これに伴って、駆動部２３３は、その長手方向での中央部が下側へ向けて変位する。すなわち、駆動部２３３は、下に凸となるように湾曲する。このように、駆動部２３２が上側へ湾曲し、それに伴い、駆動部２３３が下側へ湾曲することにより、弾性部２３１が、図５にて時計回りに捩れ変形し、その結果、可動板２１がＸ軸まわりに傾斜する。
On the other hand, by applying a voltage to the
このように圧電素子５１、５３と圧電素子５２、５４とに電圧を交互に印加することで、可動板２１をＸ軸まわりに回動させることができる。
以上のような第１の駆動手段５は、駆動源として圧電素子を用いているため、低電圧駆動であっても比較的大きな駆動力で駆動することができる。そのため、低電圧駆動であっても、弾性部２３１、２４１のバネ定数を高めて、高周波で駆動することができる。
Thus, by alternately applying voltages to the
Since the first driving means 5 as described above uses a piezoelectric element as a driving source, it can be driven with a relatively large driving force even in low voltage driving. Therefore, even with low voltage driving, the spring constants of the
第２の駆動手段６は、圧電素子６１〜６８を備えており、圧電素子６１〜６８のそれぞれを伸縮させることにより、支持基板３（支持部）を可動板２１とともにＹ軸まわりに回動させるように構成されている。
圧電素子６１〜６８のそれぞれは、Ｚ軸方向（非駆動時での支持基板３の厚さ方向）へ伸縮するように設けられており、その伸縮方向での一端が支持基板３に接合されている。
また、圧電素子６１〜６４は、支持基板３の上面に接合するように設けられており、圧電素子６５〜６８は、支持基板３の下面に接合するように設けられている。このような圧電素子６１〜６４と圧電素子６５〜６８とは、支持基板３に対して対称となるように設けられている。
The second drive means 6 includes
Each of the
The
すなわち、圧電素子６１と圧電素子６５とは、Ｚ軸方向で支持基板３を狭持するように設けられ、これと同様に、圧電素子６２と圧電素子６６とは、Ｚ軸方向で支持基板３を狭持するように設けられ、圧電素子６３と圧電素子６７とは、Ｚ軸方向で支持基板３を狭持するように設けられ、圧電素子６４と圧電素子６８とは、Ｚ軸方向で支持基板３を狭持するように設けられている。そして、支持基板３を狭持した１対の圧電素子のうちの一方の圧電素子を収縮状態とし、他方の圧電素子を伸張状態とすることで、大きい駆動力で支持基板３をＹ軸まわりに回動させることができるため、光学デバイスの応答性を向上させることができる。また、支持基板３の上面側および下面側のそれぞれを有効利用することで、光学デバイス１の小型化を図ることができる。
That is, the
次に、圧電素子６１〜６８の配置について説明するが、圧電素子６１〜６４と圧電素子６５〜６８とは、前述したように支持基板３に対して対称に設けられているため、圧電素子６１〜６４について代表して説明し、圧電素子６５〜６８については、その説明を省略する。
圧電素子６１と圧電素子６３とは、Ｙ軸から離間して、かつ、Ｙ軸に対して対称に設けられており、同様に、圧電素子６２と圧電素子６４とは、Ｙ軸から離間して、かつ、Ｙ軸に対して対称に設けられている。このようにＹ軸を介して設けられた１対の圧電素子を設けることにより、支持基板３をＹ軸まわりに大きく回動させることができる。
Next, the arrangement of the
The
また、圧電素子６１〜６４のそれぞれは、支持基板３のうちのＹ軸から遠位に位置する部位に設けられている。これにより、支持基板３の回動の応答性を向上させることができる。ただし、圧電素子６１〜６４のそれぞれは、支持基板３のうちのＹ軸から近位に位置する部位に設けられていてもよい。この場合には、支持基板３を大きく回動させることができる。
In addition, each of the
また、圧電素子６１と圧電素子６２とは、Ｘ軸から離間して、かつ、Ｘ軸に対して対称に設けられており、同様に、圧電素子６３と圧電素子６４とは、Ｘ軸から離間して、かつ、Ｘ軸に対して対称に設けられている。また、圧電素子６１〜６４のそれぞれは、支持基板３のうちのＸ軸から遠位に位置する部位に設けられている。言い換えれば、Ｙ軸方向に互いに間隔を隔てて設けられた１対の圧電素子（例えば圧電素子６１と圧電素子６２）が、Ｙ軸に対して対称となるように２組（圧電素子６１、６２の組と、圧電素子６３、６４の組）配設されている。このような構成とすることにより。Ｙ軸を一定に保ちつつ、支持基板３をＹ軸まわりに回動させることができる。
The
このような各圧電素子６１〜６４は、それぞれ支持基板３と接合している。このように、各圧電素子６１〜６４と支持基板３とを接合することで確実に支持基板３を狭持（支持）することができる。だたし、これに限定されず、各圧電素子６１〜６８と支持基板３とが接合していなくてもよい。
４つの圧電素子６１〜６４が上述のように配設されることにより、Ｙ軸を一定に保ちつつ、支持基板３を大きく回動させることができる。また、各圧電素子５１〜５４の大きさを小さくすることができるため、光学デバイス１の小型化を図ることができる。
Each of the
By arranging the four
次に、圧電素子６１〜６８について具体的に説明するが、圧電素子６１〜６８については、同様の構成であるため、圧電素子６１を代表して説明し、圧電素子６２〜６８については、その説明を省略する。
圧電素子６１は、図６に示すように、圧電性を有する複数の圧電体層６１１と、各圧電体層６１１に電圧を印加するための複数の電極層６１２とがＺ軸方向に交互に積層されている。すなわち、圧電素子６１は、図６にて上下方向に伸縮する積層型の圧電素子である。このような積層型の圧電素子である圧電素子６１は、駆動電圧を低減しつつ、変位量を大きくすることができる。
Next, the
As shown in FIG. 6, the
複数の圧電体層６１１は、隣接する圧電体層６１１の分極方向が互いに反対方向となるように形成されている。すなわち、複数の圧電体層６１１のうちの支持基板３側から奇数番目の圧電体層６１１の分極方向は、偶数番目の圧電体層６１１の分極方向と反対方向となっている。これにより、より確実に、駆動電圧を低減しつつ、圧電素子６１の変位量を大きくすることができる。なお、本明細書において、「分極方向」とは、圧電体層に電界も応力も加えない状態において、圧電体層の一方の面付近に正電荷、他方の面付近に負電荷が過剰に存在しているとき（自発分極または残留分極のとき）、圧電体層の負電荷が過剰に存在している面から、正電荷が過剰に存在している面へ向かう方向を言う。
The plurality of
そして、各電極層６１２は、隣接する圧電体層６１１同士の間に介挿されている。また、隣接する２つの電極層６１２が重なり領域（活性領域）をもつように複数の電極層６１２が形成されている。複数の電極層６１２のうち、支持基板３側から奇数番目の電極層６１２は、圧電素子６１の側面に設けられた共通電極８１と接続しており、支持基板３側から偶数番目の電極層６１２は、圧電素子６１の共通電極８１が設けられた面と対向する面に設けられた共通電極８２と接続している。
Each
そして、共通電極８１と共通電極８２との間に電圧を印加することにより、前記重なり領域にて各圧電体層６１１に電圧を印加することができる。その結果、各圧電体層６１１がその厚さ方向へ伸縮する。なお、共通電極８１、８２は、圧電素子６１の側面に設けられていなくてもよく、例えば支持部２２上に形成されていてもよい。
このような第１の駆動手段５は、例えば、次のようにして可動板２１をＸ軸まわりに回動させる。
Then, by applying a voltage between the
For example, the first driving unit 5 rotates the
例えば、図７（ａ）に示すような電圧を圧電素子６１、６２、６７、６８に印加するとともに、図７（ｂ）に示すような電圧を圧電素子６３、６４、６５、６６に印加する。すなわち、互いに位相の１８０°ずれた電圧を圧電素子６１、６２、６７、６８と、圧電素子６３、６４、６５、６６とに印加する。すると、圧電素子６１、６２、６７、６８を収縮状態とするとともに、圧電素子６３、６４、６５、６６を伸張状態とする状態（この状態を「第１の状態」とする）と、圧電素子６１、６２、６７、６８を伸張状態とするとともに、圧電素子６３、６４、６５、６６を収縮状態とする状態（この状態を「第２の状態」とする）とを交互に繰り返す。
For example, a voltage as shown in FIG. 7A is applied to the
以下、図８に基づいて支持基板３の回動について具体的に説明する。
まず、第１の状態では、図８（ａ）に示すように、圧電素子６１を収縮状態、圧電素子６５を伸張状態としているため、支持基板３のＹ軸に対して左側の部分が上側（基体２側）へ向けて変位する。
また、圧電素子６７を収縮状態、圧電素子６３を伸張状態としているため、支持基板３のＹ軸に対して右側の部分が下側（基体２と反対側）へ向けて変位する。
このように、支持基板３のＹ軸に対して左側の部分が上側へ変位しつつ、支持基板３のＹ軸に対して右側の部分が下側へ変位することにより、支持基板３がＹ軸まわりに図８にて時計回りに傾斜する。そして、これに伴って、支持基板３に支持された基体２が可動板２１とともに傾斜することとなる。
Hereinafter, the rotation of the
First, in the first state, as shown in FIG. 8A, since the
Further, since the
As described above, the left side portion with respect to the Y axis of the
一方、第２の状態では、図８（ｂ）に示すように、圧電素子６１を伸張状態、圧電素子６５を収縮状態としているため、支持基板３のＹ軸に対して左側の部分が下側に向かって変位する。
また、圧電素子６７を伸張状態、圧電素子６３を収縮状態としているため、支持基板３のＹ軸に対して右側の部分が上側に向かって変位する。
On the other hand, in the second state, as shown in FIG. 8B, since the
Further, since the
このように、支持基板３のＹ軸に対して左側の部分が下側へ変位しつつ、支持基板３のＹ軸に対して右側の部分が上側へ変位することにより、支持基板３がＹ軸まわりに図８にて反時計回りに傾斜する。そして、これに伴って、支持基板３に支持された基体２が可動板２１とともに傾斜することとなる。
以上のような、第１の状態と第２の状態とを繰り返すことにより、基体２を可動板２１とともにＹ軸まわりに回動させることができる。
As described above, the left side portion with respect to the Y axis of the
By repeating the first state and the second state as described above, the
このような第２の駆動手段６は、圧電素子により支持基板３（可動板２１）を回動させるため、低電圧駆動であっても比較的大きな駆動力で駆動することができる。
光学デバイス１は、前述した第１の駆動手段５と第２の駆動手段６とを同時に作動させることにより、可動板２１をＸ軸およびＹ軸のそれぞれの軸まわりに回動させ、光反射部２１１で反射した光を２次元的に走査することができる。
Since the second driving means 6 as described above rotates the support substrate 3 (movable plate 21) by the piezoelectric element, it can be driven with a relatively large driving force even in the case of low voltage driving.
The optical device 1 rotates the
以上、第１の駆動手段５および第２の駆動手段６のそれぞれについて説明した。ここで、可動板２１をＸ軸まわりに回動させるために圧電素子５１〜５４へ印加する電圧の周波数、および、可動板２１をＹ軸まわりに回動させるために圧電素子６１〜６８へ印加する電圧の周波数のそれぞれを所望の値に設定することにより、所望の走査特性を発揮することのできる光学デバイス１を提供することができる。
また、第１の駆動手段５の駆動源と第２の駆動手段６の駆動源とをそれぞれ圧電素子とすることにより駆動源の種類を統一することができ、例えば、第１の駆動手段５を作動させるための回路、および、第２の駆動手段６を作動させるための回路のそれぞれの構成を簡略化することができる（例えば、電源を共有することができる等）。
In the above, each of the 1st drive means 5 and the 2nd drive means 6 was demonstrated. Here, the frequency of the voltage applied to the
In addition, the drive source of the first drive means 5 and the drive source of the second drive means 6 are respectively piezoelectric elements, so that the types of drive sources can be unified. For example, the first drive means 5 is The configurations of the circuit for operating and the circuit for operating the second driving means 6 can be simplified (for example, the power source can be shared).
前述した基体２と、支持基板３と、第１の駆動手段５（圧電素子５１〜５４）と、第２の駆動手段６（圧電素子６１〜６８）とは（以下、単に「振動系」ともいう）、ケーシング７に収容されている。ケーシング７は、上方に開口する箱体７２と、箱体７２の開口を覆うように設けられた蓋体７１とを備えている。すなわち、箱体７２の内壁面と蓋体７１の下面とで空間７３が画成され、この空間７３内に振動系が収容されている。このように、ケーシング７の内部に振動系を収容することにより、振動系（特に光反射部２１１）への浮遊物の付着などを防止することができ、長時間にわたり、優れた光走査特性を維持することができる。また、空間７３内を減圧状態（真空状態含む）としたり、空間７３に、例えばアルゴンなどの不活性ガスを充填したりすることができ、振動系の振動特性を向上させることができる。
The
箱体７２の底面は、平坦面をなしている。この底面には、各圧電素子６５〜６８が接合されている。具体的には、圧電素子６５〜６８のそれぞれについて、伸縮方向での支持基板３とは反対側の端面が箱体７２の底面に接合されている。
また、空間７３のＺ軸方向での長さは、光学デバイス１の非駆動時にて、圧電素子６１の上端と圧電素子６５の下端との離間距離にほぼ等しい。
The bottom surface of the
Further, the length of the
このような箱体７２の構成材料としては、圧電素子６５〜６８を支持（固定）することができれば特に限定されず、例えば、シリコンや、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの各種金属材料、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂の各種樹脂材料、各種セラミック、各種ガラスなどを好適に用いることができる。
The material of the
蓋体７１は、箱体７２の開口の全域を覆うように設けられ、かつ、箱体７２と接合している。このような蓋体７１は、板状をなしており、箱体７２と接合された状態にて、蓋体７１の下面と圧電素子６１〜６４の上端面とが接合している。言い換えれば、ケーシング７は、支持基板３をＺ軸方向で狭持する１対の圧電素子（圧電素子６１と圧電素子６５、圧電素子６２と圧電素子６６、圧電素子６３と圧電素子６７、圧電素子６４と圧電素子６８）をその伸縮方向で狭持するように設けられている。これにより、光学デバイス１の駆動時にて、圧電素子６１の上端面と圧電素子６５の下端面との離間距離を一定に保つことができ、同様に、圧電素子６２の上端面と圧電素子６６の下端面との離間距離、電素子６３の上端面と圧電素子６７の下端面との離間距離、および、電素子６４の上端面と圧電素子６８の下端面との離間距離をそれぞれ一定に保つことができる。その結果、支持基板３をＺ軸方向で狭持する１対の圧電素子の駆動力を極めて効率的に支持基板３へ伝達することができる。
The
すなわち、ケーシング７は、支持基板３を狭持する１対の圧電素子のそれぞれの伸縮方向での支持基板３とは反対側の端同士の離間距離を一定に保つための固定部材である。ただし、支持基板３を狭持する１対の圧電素子のそれぞれの伸縮方向での支持基板３とは反対側の端同士の離間距離を一定に保つことができれば、本実施形態のようなケーシング７に限定されず、例えば、蓋体７１の可動板２１に対応（対向）する位置に開口が形成されているものであってもよい。
That is, the casing 7 is a fixing member for keeping the distance between the ends opposite to the
このような蓋体７１は、光透過性を有する材料で構成されている。このような材料としては、例えば、各種ガラス、シリコンなどが挙げられる。このように、光透過性を有する材料で蓋体７１を構成することにより、光反射部２１１で反射した光を走査することができる。なお、例えば、ガラスを主材料として蓋体７１を構成した場合には、蓋体７１の上面および下面に反射防止膜を設けてもよい。これにより、光の反射を防止することができ、光学デバイス１の光走査特性を向上させることができる。
ただし、蓋体７１の構成としては、光反射部２１１で反射した光を走査することができれば、これに限定されず、例えば、光透過性を有しない材料で構成され、光反射部に対応（対向）する部分に開口部が設けられているものなどであってもよい。
Such a
However, the configuration of the
以上、本発明の光学デバイスの第１実施形態について説明したが、本発明の光学デバイスは、これに限定されない。例えば、８つの圧電素子６１〜６８を備えた第２の駆動手段６について説明したが、Ｙ軸から離間した位置で、かつ、Ｚ軸方向へ伸縮するように設けられていれば、圧電素子の数は限定されず、例えば、１つの圧電素子であってもよいし、９つ以上の圧電素子であってもよい。
The first embodiment of the optical device of the present invention has been described above, but the optical device of the present invention is not limited to this. For example, the second driving unit 6 including eight
この場合において、例えば、Ｚ軸方向で対向するように設けられた圧電素子６１〜６４および圧電素子６５〜６８のうちの一方を省略してもよい（すなわち４つの圧電素子）。
また、第２の駆動手段６は、Ｙ軸を介して互いに対向するように設けられた１対の圧電素子を１組備えるものであってもよい（すなわち２つの圧電素子）。この場合には、可動板２１の平面視にて、各圧電素子をＸ軸上に設けることが好ましい。
In this case, for example, one of the
Further, the second driving means 6 may include a pair of piezoelectric elements provided so as to face each other via the Y axis (that is, two piezoelectric elements). In this case, it is preferable to provide each piezoelectric element on the X axis in a plan view of the
また、本実施形態では、基体２を支持するための支持基板３を回動させることにより可動板２１をＹ軸まわりに回動させる場合について説明したが、可動板２１をＹ軸まわりに回動させることができれば、特に限定されず、例えば、支持基板３を省略し、基体２の支持部２２を圧電素子６１〜６８で狭持してもよい。
また、本実施形態では、圧電素子６１〜６４および圧電素子６５〜６８のそれぞれは、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれに対して対称的に設けられていたが、支持基板３を回動させることができれば、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれに対して非対称であってもよい。
また、本実施形態では、第１の駆動手段５の駆動源として圧電素子５１〜５４を用いたものについて説明したが、可動板２１をＸ軸まわりに回動させることができれば、特に限定されず、例えば、第１の駆動手段５の駆動源として静電力を用いてもよく、電磁力を用いてもよい。
In this embodiment, the case where the
In the present embodiment, each of the
In the present embodiment, the
＜第２実施形態＞
次に、本発明の光学デバイスの第２実施形態について説明する。
図９は、本発明の光学デバイスの第２実施形態を示す斜視図である。
以下、第２実施形態の光学デバイス１Ａについて、前述した第１実施形態の光学デバイス１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the optical device of the present invention will be described.
FIG. 9 is a perspective view showing a second embodiment of the optical device of the present invention.
Hereinafter, the optical device 1A of the second embodiment will be described focusing on the differences from the optical device 1 of the first embodiment described above, and the description of the same matters will be omitted.
本発明の第２実施形態にかかる光学デバイス１Ａは、第２の駆動手段６Ａが備える圧電素子６１Ａ〜６８Ａの配設位置、および、圧電素子６１Ａ〜６８Ａと支持基板３Ａとの接触状態が異なる以外は、第１実施形態の光学デバイス１とほぼ同様である。なお、圧電素子６１Ａ〜６４Ａと圧電素子６５Ａ〜６８Ａは、支持基板３Ａに対して対称に設けられているため、第１実施形態と同様に、圧電素子６１Ａ〜６４Ａについて代表して説明し、圧電素子６５Ａ〜６８Ａについては、その説明を省略する。
The optical device 1A according to the second embodiment of the present invention is different in that the arrangement positions of the
圧電素子６１Ａと圧電素子６３Ａとは、Ｙ軸に対して対称に設けられており、同様に、圧電素子６２Ａと圧電素子６４Ａとは、Ｙ軸に対して対称に設けられている。また、圧電素子６１Ａ〜６４Ａのそれぞれは、支持基板３のうちのＹ軸から近位に位置する部位に設けられている。これにより、圧電素子６１Ａ〜６４Ａをそれぞれ伸縮させることで支持基板３Ａを大きく回動させることができる。
このような圧電素子６１Ａ〜６８Ａは、支持基板３と線接触している。
The
Such
次に、圧電素子６１Ａ〜６４Ａと支持基板３との接触状態について詳述するが、圧電素子６１Ａ〜６４Ａのそれぞれと支持基板３Ａとの接触状態は同様であるため、圧電素子６２Ａについて代表して説明し、圧電素子６１Ａ、６３Ａ、６４Ａと支持基板３Ａとの接触状態については、その説明を省略する。
支持基板３Ａの上面であって、圧電素子６２Ａに対向する位置には、図９に示すように、Ｙ軸方向へ延在するように設けられた突出部３２Ａが設けられている。この突出部３２Ａは、Ｙ軸方向での圧電素子６２Ａの幅とほぼ等しい長さとなるように延在しており、その先端がＸ軸方向へ丸み付けされている。そして、圧電素子６２Ａは、このような突出部３２Ａの先端と線接触するように設けられている。このように、支持基板３Ａと圧電素子６２Ａとを線接触させることにより、圧電素子６１Ａ〜６８Ａを伸縮させて支持基板３ＡをＹ軸まわりに回動させる際に、支持基板３Ａの圧電素子６１Ａ〜６８Ａとの接触部付近が撓んでしまうことを防止することができる。これにより、支持基板３Ａを円滑にＹ軸まわりに回動させることができる。
なお、本実施形態では、圧電素子６１Ａ〜６８Ａと支持基板３Ａとが線接触するものについて説明したが、圧電素子６１Ａ〜６８Ａのそれぞれと支持基板３Ａとが点接触しているものであってもよい。このような構成であっても、線接触している場合と同様の効果を奏することができる。
Next, the contact state between the
As shown in FIG. 9, a
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、支持基板３Ａと突出部３２Ａとを一体的に形成しているが、圧電素子６１Ａ〜６８Ａのそれぞれと支持基板３Ａとを線接触させることができれば、これに限定されず、例えば、突出部３２Ａを別体として形成し、支持基板３Ａに接合してもよいし、圧電素子６１Ａ〜６４Ａの下面、および、圧電素子６５Ａ〜６８Ａの上面のそれぞれに、突出部を設けてもよい。ただし、本実施形態のように、支持基板３Ａと突出部３２Ａとを一体的に形成することにより、突出部３２Ａを所望の位置に精度よく形成することができるため、光学デバイス１Ａの走査特性を所望のものとすることができる。
このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
以上、本発明の光学デバイスについて説明した。
In the present embodiment, the
Also by such 2nd Embodiment, the effect similar to 1st Embodiment can be exhibited.
The optical device of the present invention has been described above.
本発明の光スキャナは、本発明の光学デバイスと同様の構成である。すなわち、本発明にかかる光スキャナは、光反射部を備える可動板と、可動板を支持するための支持部と、可動板と支持部とを連結する１対の連結部と、１対の連結部のそれぞれを捩れ変形させつつ、可動板を１対の連結部に沿ったＸ軸まわりに回動させるための第１の駆動手段と、可動板をＸ軸に対して直交するＹ軸まわりに回動させるための第２の駆動手段とを有し、第１の駆動手段および第２の駆動手段のそれぞれを作動させることにより、光反射部で反射した光を２次元走査するように構成され、第２の駆動手段は、支持部をＹ軸まわりに回動させるように設けられた少なくとも１つの圧電素子を備えている。 The optical scanner of the present invention has the same configuration as the optical device of the present invention. That is, an optical scanner according to the present invention includes a movable plate having a light reflecting portion, a support portion for supporting the movable plate, a pair of connection portions for connecting the movable plate and the support portion, and a pair of connections. A first driving means for rotating the movable plate around the X axis along the pair of connecting portions while torsionally deforming each of the portions; and a Y axis orthogonal to the X axis. And a second driving means for rotating, and by operating each of the first driving means and the second driving means, the light reflected by the light reflecting portion is two-dimensionally scanned. The second driving means includes at least one piezoelectric element provided to rotate the support portion around the Y axis.
このような構成とすることにより、小型化を図りつつ、光を高速で２次元的に走査することのできる光スキャナを提供することができる。なお、本発明の光スキャナの実施形態としては、前述した第１実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。
このような光スキャナは、例えば、プロジェクタ、レーザープリンタ、イメージング用ディスプレイ、バーコードリーダー、走査型共焦点顕微鏡などの画像形成装置に好適に適用することができる。その結果、優れた描画特性を有する画像形成装置を提供することができる。
With such a configuration, it is possible to provide an optical scanner capable of scanning light two-dimensionally at high speed while achieving downsizing. The embodiment of the optical scanner of the present invention is the same as that of the first embodiment described above, and detailed description thereof is omitted.
Such an optical scanner can be suitably applied to an image forming apparatus such as a projector, a laser printer, an imaging display, a barcode reader, and a scanning confocal microscope. As a result, an image forming apparatus having excellent drawing characteristics can be provided.
具体的に、図１０に示すようなプロジェクタ９について説明する。なお、説明の便宜上、スクリーンＳの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。
プロジェクタ９は、レーザーなどの光を照出する光源装置９１と、クロスダイクロイックプリズム９２と、本発明の光スキャナ９３と、固定ミラー９５とを有している。
Specifically, a projector 9 as shown in FIG. 10 will be described. For convenience of explanation, the longitudinal direction of the screen S is referred to as “lateral direction”, and the direction perpendicular to the longitudinal direction is referred to as “vertical direction”.
The projector 9 includes a
光源装置９１は、赤色光を照出する赤色光源装置９１１と、青色光を照出する青色光源装置９１２と、緑色光を照出する緑色光源装置９１３とを備えている。
クロスダイクロイックプリズム９２は、４つの直角プリズムを貼り合わせて構成され、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。
The
The cross
このようなプロジェクタ９は、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３のそれぞれから、図示しないホストコンピュータからの画像情報に基づいて照出された光をクロスダイクロイックプリズム９２で合成し、この合成された光が、光スキャナ９３によって２次元走査され、さらに固定ミラー９５によって反射され、スクリーンＳ上でカラー画像を形成するように構成されている。
Such a projector 9 combines light emitted from each of the red
ここで、本発明の光スキャナ９３は、光反射部で反射された光を２次元的に走査することができる。したがって、例えば、光反射部をＸ軸まわりに回動させ、クロスダイクロイックプリズム９２で合成された光を横方向に走査（主走査）し、それと同時に、光反射部をＹ軸まわりに回動させ、クロスダイクロイックプリズム９２で合成された光を縦方向に走査（副走査）することにより、２次元カラー画像をスクリーンＳ上に形成することができる。なお、一般に、副走査を行うための可動板の回動速度は、主走査を行うための可動板の回動速度に対して低速である。形成する画像の種類、サイズなどによっても異なるが、一般的には、副走査を行うために印加する電圧の周波数が６０Ｈｚ程度で、主走査を行うために印加する電圧の周波数が１０〜２５６ｋＨｚ程度である。
ここで、プロジェクタなどの画像形成装置は、従来、１次元走査の可能な光スキャナを１対配置するものが知られている。このような画像形成装置では、１対の光スキャナの配設位置を極めて正確に調整しなければ、鮮明な画像を形成することができない。
Here, the
Here, an image forming apparatus such as a projector is conventionally known in which a pair of optical scanners capable of one-dimensional scanning is arranged. In such an image forming apparatus, a clear image cannot be formed unless the arrangement positions of the pair of optical scanners are adjusted very accurately.
これに対し、プロジェクタ９に本発明の光スキャナ９３を用いることにより、１つの光スキャナで光を２次元走査することができるため、上述のような配設位置の調整を行わなくとも鮮明な画像をスクリーンＳ上に形成することができる。したがって、光スキャナ９３本来の走査特性を容易に発揮させることができ、かつ、プロジェクタ９の製造の簡易化を図ることができる。またプロジェクタ９の製造コストの削減および小型化を図ることができる。
On the other hand, by using the
以上、本発明の光学デバイス、光スキャナおよび画像形成装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の光学デバイス、光スキャナおよび画像形成装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、前述した実施形態では、光学デバイスは、Ｙ軸およびＸ軸のそれぞれに対しほぼ対称な形状をなしている構造を説明したが、非対称であってもよい。
Although the optical device, the optical scanner, and the image forming apparatus of the present invention have been described based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this. For example, in the optical device, the optical scanner, and the image forming apparatus of the present invention, the configuration of each part can be replaced with any configuration that exhibits the same function, and any configuration can be added. .
In the above-described embodiments, the optical device has been described as having a substantially symmetric shape with respect to the Y axis and the X axis. However, the optical device may be asymmetric.
１、１Ａ‥‥‥光学デバイス ２‥‥‥基体 ２１‥‥‥可動板 ２１１‥‥‥光反射部 ２２‥‥‥支持部 ２３、２４‥‥‥連結部 ２３１、２４１‥‥‥弾性部 ２３２、２３３、２４２、２４３‥‥‥駆動部 ３、３Ａ‥‥‥支持基板 ３１‥‥‥開口部（逃げ部） ３２Ａ‥‥‥突出部 ４‥‥‥接合層 ５‥‥‥第１の駆動手段 ５１〜５４‥‥‥圧電素子 ５１１‥‥‥圧電体層 ５１２、５１３‥‥‥電極 ６、６Ａ‥‥‥第２の駆動手段 ６１〜６８、６１Ａ〜６８Ａ‥‥‥圧電素子 ６１１‥‥‥圧電体層 ６１２‥‥‥電極層 ７‥‥‥ケーシング ７１‥‥‥蓋体 ７２‥‥‥箱体 ７３‥‥‥空間 ８１、８２‥‥‥共通電極 ９‥‥‥プロジェクタ ９１‥‥‥光源装置 ９１１‥‥‥赤色光源装置 ９１２‥‥‥青色光源装置 ９１３‥‥‥緑色光源装置 ９２‥‥‥クロスダイクロイックプリズム ９３‥‥‥光スキャナ ９５‥‥‥固定ミラー Ｓ‥‥‥スクリーン Ｘ、Ｙ、Ｚ‥‥‥軸
1, 1A ...
Claims (11)
前記可動板を支持するための支持部と、
前記可動板と前記支持部とを連結する１対の連結部と、
前記１対の連結部のそれぞれを捩れ変形させつつ、前記可動板を前記１対の連結部に沿ったＸ軸まわりに回動させる第１の駆動手段と、
前記可動板を前記Ｘ軸に対して直交するＹ軸まわりに回動させる第２の駆動手段とを有し、
前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段のそれぞれを作動させることにより、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成された光学デバイスであって、
前記第２の駆動手段は、前記Ｙ軸から離間した位置で、かつ、前記可動板の厚さ方向へ伸縮するように設けられた少なくとも１つの圧電素子を備え、前記支持部を前記可動板とともに前記Ｙ軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とする光学デバイス。 A movable plate including a light reflecting portion having light reflectivity;
A support portion for supporting the movable plate;
A pair of connecting portions for connecting the movable plate and the support portion;
First driving means for rotating the movable plate around the X axis along the pair of connecting portions while twisting and deforming each of the pair of connecting portions;
Second driving means for rotating the movable plate around a Y axis orthogonal to the X axis;
An optical device configured to two-dimensionally scan the light reflected by the light reflecting portion by operating each of the first driving means and the second driving means,
The second driving means includes at least one piezoelectric element provided at a position spaced from the Y-axis and extending and contracting in the thickness direction of the movable plate, and the support portion together with the movable plate An optical device configured to rotate around the Y axis.
前記圧電素子は、前記支持部の厚さ方向で、前記支持部を狭持するように少なくとも１対設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の光学デバイス。 The support portion has a plate shape,
The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one pair of the piezoelectric elements is provided so as to sandwich the support portion in a thickness direction of the support portion.
前記可動板を支持するための支持部と、
前記可動板と前記支持部とを連結する１対の連結部と、
前記１対の連結部のそれぞれを捩れ変形させつつ、前記可動板を前記１対の連結部に沿ったＸ軸まわりに回動させる第１の駆動手段と、
前記可動板を前記Ｘ軸に対して直交するＹ軸まわりに回動させる第２の駆動手段とを有し、
前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段のそれぞれを作動させることにより、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成された光スキャナであって、
前記第２の駆動手段は、前記Ｙ軸から離間した位置で、かつ、前記可動板の厚さ方向へ伸縮するように設けられた少なくとも１つの圧電素子を備え、前記支持部を前記可動板とともに前記Ｙ軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とする光スキャナ。 A movable plate including a light reflecting portion having light reflectivity;
A support portion for supporting the movable plate;
A pair of connecting portions for connecting the movable plate and the support portion;
First driving means for rotating the movable plate around the X axis along the pair of connecting portions while twisting and deforming each of the pair of connecting portions;
Second driving means for rotating the movable plate around a Y axis orthogonal to the X axis;
An optical scanner configured to two-dimensionally scan the light reflected by the light reflecting section by operating each of the first driving unit and the second driving unit,
The second driving means includes at least one piezoelectric element provided at a position spaced from the Y-axis and extending and contracting in the thickness direction of the movable plate, and the support portion together with the movable plate An optical scanner configured to rotate around the Y axis.
前記可動板を支持するための支持部と、
前記可動板と前記支持部とを連結する１対の連結部と、
前記１対の連結部のそれぞれを捩れ変形させつつ、前記可動板を前記１対の連結部に沿ったＸ軸まわりに回動させる第１の駆動手段と、
前記可動板を前記Ｘ軸に対して直交するＹ軸まわりに回動させる第２の駆動手段とを有し、
前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段のそれぞれを作動させることにより、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成された光スキャナを備える画像形成装置であって、
前記第２の駆動手段は、前記Ｙ軸から離間した位置で、かつ、前記可動板の厚さ方向へ伸縮するように設けられた少なくとも１つの圧電素子を備え、前記支持部を前記可動板とともに前記Ｙ軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とする画像形成装置。 A movable plate including a light reflecting portion having light reflectivity;
A support portion for supporting the movable plate;
A pair of connecting portions for connecting the movable plate and the support portion;
First driving means for rotating the movable plate around the X axis along the pair of connecting portions while twisting and deforming each of the pair of connecting portions;
Second driving means for rotating the movable plate around a Y axis orthogonal to the X axis;
An image forming apparatus including an optical scanner configured to two-dimensionally scan light reflected by the light reflecting section by operating each of the first driving unit and the second driving unit. And
The second driving means includes at least one piezoelectric element provided at a position spaced from the Y-axis and extending and contracting in the thickness direction of the movable plate, and the support portion together with the movable plate An image forming apparatus configured to rotate around the Y axis.
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